1_煤矸石路床施工工法_正文

煤矸石路床施工工法王泳海、姜伟伟（山东泰山路桥工程公司）一、前言煤矸石是煤在形成过程中与煤伴生或共生的一种岩石，是煤炭开采生产的废弃物。煤矿的排矸石量占煤炭开采量的10～25％，是矿区有待开发利用的最大废弃物。我单位在S333蒙馆线新泰蒙阴界至光明桥段改建工程一合同中使用煤矸石填筑路床取得了很好经济效益和社会效益。煤矸石是一种废弃物，不利用既污染环境，又占用土地。煤矸石用于填筑路基，有方便施工，板结、强度高、稳定性好的特性。借助本工法的宣传作用，会加速煤矸石的的广泛应用，煤矸石在路床填筑中的利用，将使废弃的煤矸石由原来需要花钱处理，变成很受欢迎的工程材料，并可减少土方取用对环境造成的破坏。由于这是一项一举多得的好事，为了便于在有条件的地方得到推广使用，我们编写了本工法。二、工法特点2.1、煤矸石CBR高，一般达到20％～35％，远远高于路基施工规范要求的CBR最小值8%，也大大的高于各类土的CBR值；其压碎值偏大，一般达到20％～30%之间；2.2、煤矸石的压缩系数较小，压缩模量较高， 由于含有三氧化二铝、二氧化硅、三氧化二铁等活性物质，具有一定的板结作用，所以强度远高于土路基，具有良好的力学性能。路基的整体弯沉较小，一般在30～80(1／100mm)之间，并且较均匀。2.3、煤矸石路床具有施工效率高，施工质量易保证，经济并有利于环保的特点。三、适用范围煤矸石可以应用于二级以上公路的路堤、路床填筑，其他公路的路堤、路床填筑、及路面底基层填筑。四、工艺原理煤矸石做填料，它与土石做填料的土石路堤或者是软石做填料的路堤施工工艺基本一样。由于煤矸石是含碳岩石和其他岩石的混合物，随着煤层地质年代、地区、成矿条件的不同，煤矸石的矿物成分、化学成分各不相同，尤其是膨胀物质高岭石、伊力石、蒙脱石等成分含量多少对膨胀量的影响最大。煤矸石在自然力的作用下易风化，为防止煤矸石在自然力的作用下的风化和在水的作用下，引起在路床中的崩解，膨胀现象发生，保证煤矸石路床的强度与稳定性，煤矸石路床下层需要设置土质隔离层，宜有较适宜排水横坡，路堤边坡应设置包边粘土边坡、封顶层、碎石盲沟(见图1)，以利封水、排水和抵抗自然力对路堤边坡的风化作用。 图1煤矸石路床结构型式示意图五、施工工艺流程及操作要点5.1施工工艺流程地基处理验收矸石山选择测量放样土工试验网格布料煤矸石运输推土机粗平现场检查含水量拣除超粒径、开采附属物包边土布料推土机粗平翻晒或洒水平地机精平碾压成型检查验收图5.1施工工艺流程5.2操作要点 （一）原材料的选择1、由于煤矸石堆体内部自燃，堆体中存有大量热量，因此温度较高时，应洒水冷却后再装运。同时由于煤矸石堆体自燃程度不同，往往出现黑色、灰褐色、红色等几种煤矸石。施工中优先选用红色煤矸石，其次是灰褐色煤矸石。黑色煤矸石含炭量高，烧失量偏大，应严格进行试验，符合技术要求方可使用。应采用烧失量低于15%的煤矸石，其粒径控制在10cm以下。2、煤矸石级配要求（1）煤矸石填筑路床必须具有好的承载力以及高的稳定性，应选用储存时间较长，经过物理、化学风化的煤矸石，大块含量不易过多。采用硬质煤矸石，存放5年以上，严禁使用泥结煤矸石。（2）自然级配较好的煤矸石经过碾压后能形成致密结构，适用于路床填筑；碾压要达到要求的密实度；自然级配差、大颗粒所占比例较大的煤矸石不宜直接用作路床填料，但可经过破碎处理后使用。如晾晒、分捡、破碎过大的石块，使颗粒分布均匀，含水量达到或接近最佳含水量。煤矸石填筑路基技术要求见表1.表1煤矸石填筑路基技术要求汇总表最大粒径95区≤100mmCBR(%)上路床≥6下路床≥4上路堤≥3 下路堤≥2单轴抗压强度(MPa)≥15压碎值(%)≤30塑性指数≤26烧失量≤20%为宜，＜15%时最佳自由膨胀率≤40％耐崩解性指数≤30％（二）煤矸石的储运路床填料应尽量选用堆放时间较长，且经过强物理风化和化学风化的煤矸石，大块不宜过多，如大块太多，必要时要采取措施，利用机械加工成小块，达到填筑路床合理的级配粒径,确保煤矸石碾压后的密实度。施工前选取代表性的试样进行试验，以确定最大干容重和最佳含水量。煤矸石含水量调节宜在堆料场中进行，尽量减少现场洒水工作量，过干的煤矸石应在摊铺前2～3d在料场中洒水闷料，将含水量调节到最佳含水量±2%范围内。煤矸石运输尽量利用机械装车，大吨位自卸汽车拉运。为防止运输途中的扬尘污染，必要时采取防护措施。（三）边坡防护 煤石粘结力较小，遇雨水易导致风化流失，造成环境污染，且具有弱膨胀土性质，遇水后各种性能指标下降，又因其PH值7-8，呈碱性，不易植被。因此，应对路堤两侧采用粘性土护肩，在摊铺煤矸石前，先培好护肩土并进行预压，每层煤矸石与护肩土要同步压实并考虑松铺厚度的不同，以增强路基中煤矸石和土边坡的整体性。护坡土宽度为垂直边坡方向不小于1.0米，护坡土部分每25米设置横向盲沟一道，断面尺寸为30×40×150厘米，两侧盲沟交错布置，内填碎石、砂砾或透水性良好的级配材料，予以夯实，以利排水。（四）煤矸石的摊铺根据压实厚度和每车料的运量确定单位车辆的卸料面积，用白灰线打出方格。填筑方法采用水平填筑法，即按横断面全宽水平填筑。煤矸石填筑松铺系数为1.3-1.5，每层松铺不超过40cm，尽量选颜色一致的煤矸石，现场倒料时应尽量倒在同一断面。整平：汽车每卸下30-40m，先用推土机粗平后稳压，然后每20m一个断面用水准仪测放5个白灰点，平地机按照标记先粗平后精平，以达到路床的标高和平整度。摊铺平整后测其含水量，若低于最佳含水量应洒水。洒水应严格控制含水量及水分的均匀性。摊铺过程中对于粒径大于10cm的煤矸石超标颗粒，要进行破碎处理。推土机摊料粗平至平地机精平后，仍有可能发现超粒径煤矸石块，必须派人挖除及捡出，装载机配合，集中堆放，清理出场。在天气干糙的情况下，表面应经常洒水，防止出现尘土。（五）煤矸石的碾压煤矸石摊铺精平后，可在稍大于最佳含水量下进行碾压。煤矸石含水量偏大时，碾压时会出现弹簧现象，应及时翻晒或挖除换填。碾压前应再次将煤矸石中粒径大于10cm 的石块捡出或人工破碎，对于在碾压过程中形成支点的煤矸石块要进行处理，确保碾压质量。对于大颗粒煤矸石集中的地方，应用细粒料填充处理，确保压实后密实。压实合格后可洒水养护，直至铺筑上一层。碾压时先使用20t以上振动压路机振压，通过共振压实，充分破坏煤矸石大颗粒，有效减少煤矸石颗粒空隙，增大密实度，这是静碾不可替代的。压实的原则是:“先动后静，先轻后重，先慢后快，先边后中。”摊铺的煤矸石层可直接用重型振动压路机碾压4-5遍，再以静载压路机静碾3～4遍，确保碾压均匀密实平整。六、材料与设备6.1材料要求6.1.1煤矸石作为路床填料，应符合如下要求：1对采用的煤矸石应做膨胀性试验，膨胀性试验包括自由膨胀率小于40%，液限小于40%，含膨胀性的煤矸石的比例大于50%的混合填料不能用来填筑路床。2宜采用硬质煤矸石，且存放5年以上，泥结煤矸石严禁使用。3矸石料粒径最大不超过压实厚度的2/3，路堤最大粒径不超过20cm，路床最大粒径不超过10cm。4烧失量不超过20%，有机含量不超过10%。5承载比试验CBR值大于8%。6.1.2包边土不得使用膨胀土，宜采用塑性指数大于12以上的粘土。6.2施工设备一个作业面的机械配备，见表6.2，可供 参考。当进行多段作业时，其机械可适当调整，以提高机械使用率。表6.2机械配备序号机械名称用途数量1装载机装载上料12推土机煤矸石的初平碾压13平地机煤矸石精平14洒水车洒水15压路机（拖振）振动16压路机静压1715t以上自卸汽车运输煤矸石15（可根据供料运距而定）88t自卸车运输包边土5（可根据供料运距而定）七、质量控制7.1质量控制措施煤矸石既不同于灰土，又不同于碎石土和土石路堤，由于煤矸石的矿物成分、来源不同，其工程、物理力学特性必定存在差异，因此对煤矸石进行填筑时必须采取有效的质量控制措施。7.1.1原材料质量控制在进行煤矸石填筑前必须全面了解煤矸石的物理特性、力学特性、工程特性，了解煤矸石的膨胀性，有机质含量不超过10%，烧失量不超过20%，自由膨胀率小于40%，液限小于40%。煤矸石中含有许多开采附属物，如煤块、木条、雷管、铁件、防水布、波纹塑料管、橡胶管等等。这些开采附属物是不能混填在路基中的，施工过程中应尽可能加以清除。 大部分煤矸石呈黑褐色，层状结构，油脂光泽，较易压碎，路基成型后，其表面平整、密实。小部分煤矸石呈灰白色，质地坚硬，不易压碎，影响路基成型表面的平整、密实。压实含水量宜大于最佳含水量二个百分点为宜。7.1.2碾压机械控制为保证煤矸石填筑层的平整度，要求采用平地机进行整平，振动压路机的振动力宜选用20t以上的中型或重型振动压路机。7.1.3压实度控制填筑厚度一般在30cm，最大不超过40cm，应根据施工实际使用的压路机功能通过试验确定，以保证填筑路基的压实效果；摊铺后的煤矸石必须及时碾压，做到当天摊铺，当天碾压完毕，以防止水分蒸发影响压实效果；否则，在碾压前搁置时间过长，特别是经历雨天后，煤矸石本身具有板结现象，无法继续进行压密。7.1.4压实度检测标准表7.1.4煤矸石路基压实标准填挖类型路床顶面以下深度(cm)压实度(％)路堤上路床O～30≥96下路床30～80≥96上路堤80～150≥94下路堤＞150≥93零填及挖方路基O～30≥9630～80≥96注：表列压实度以部颁《公路土工试验规程》重型击实试验法为准。7.2压实度检测法采用直径为20cm灌砂筒，进行压实度检测。 根据试坑内煤矸石中5~40mm占40mm以下含量，在标准击实修正曲线图7.2中查找对应的最大干密度来计算现场煤矸石的压实度。另外，以压实度控制煤矸石路基填筑外，还要采用沉降观测法进行对照检测。干密度(g/cm3)图7.25~40mm粒径含量曲线图7.3包边土施工控制由于煤矸石填筑厚度一般在30—40cm，所以包边土按两层施工，先填筑15cm左右，压实检验合格后，填筑煤矸石，煤矸石初平后，填筑第二层包边土，并用推土机推平，最后与煤矸石一起平整碾压。7.4压实度检测7.4.1压实度采用灌砂法试验进行检测，按照《公路工程质量检验评定标准》（JTGF80/1-2004）的有关规定执行，与土方路基检验项目及频率相同。 7.4.2由于煤矸石中5mm～40mm粒径含量不同，其密度随含量的多少而变化。所以，应对各种煤矸石料场取试样按照5mm～40mm粒经含量占总重的20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%分别进行标准击实试验，进行校正，根据校正的最大干密度、最佳含水量和5mm～40mm颗粒占0～40mm的含量来绘制修正曲线。八、安全措施（一）在施工中从体系保障、制度约束、教育提高、自检查堵四个方面入手，严格执行《中华人民共和国安全生产法》、《建筑工程安全生产管理条例》以及交通部颁发实施的《公路工程施工安全技术规程》(JTJ076-95)等国家颁布的安全方面的法律法规，全力抓好安全生产工作。（二）牢固树立“安全第一，预防为主、教育先行、制度保障”的思想。逐级建立安全组织机构体系，设置专职安全员，层层签订了安全责任书和安全生产责任状，提高职工的安全意识和自我保护意识，定期组织召开安全例会，检查安全生产责任制和安全措施的落实情况。（三）施工中要做到：安全设施与主体工程“三同时”；事故处理“四不放过”；办公区、生活区、生产区布局合理；施工现场危险部位安全警示标志齐全；机械操作规程随机悬挂张贴；全部人员做到持证上岗；安全管理人员和技术人员挂牌上岗。形成人人重安全、人人讲安全、人人保安全的良好氛围。（四）加强施工技术人员及机械操作人员的安全技术教育和培训，工程开工前首先要进行“三级” 安全教育。建立施工安全档案，做好安全技术交底，对特殊工种的操作人员如电工等应必须持证上岗。（五）现场技术人员及机械操作人员严格执行操作规程，机械设备、施工工具要完好，定机定人。夜间施工，备有充分的照明设备，同时还要安排夜间巡视人员。（六）做好施工现场的危害因素识别及风险评价，并制定相应的管理措施及应急预案。（七）接受上级安监部门、业主、监理单位对安全生产的监督、检查和指导，对提出的问题在第一时间进行整改，确保安全生产。九、环保措施本工法的环保措施如同一般路基的环保措施。十、效益分析10.1经济效益S333蒙馆线新泰蒙阴界至光明桥段第一合同段地处煤矿区，耕地少，征地相当困难，就近有大量的煤矸石可供利用。该标段路线长25.134km，共计填方69122.70m3，外运借石填筑的单价为30元/m3，复耕费按3000元/亩，则石方需要支付的工程费用为69122.7×30+69122.7/（3×666.7）×3000=2177359.87元，而煤矸石的单价为18元，则煤矸石路基需要支付的工程费用为69122.70×18=1244208.60元，节约工程投资933151.27元。10.2社会效益煤矸石用于路床填筑，既是废物利用，又减少对环境的污染，有利于环境保护； 节约了土资源，变废为宝，加大了煤矸石废料的利用，减少了占地面积。十一、工程实例S333蒙馆线新泰蒙阴界至光明桥段改建工程一合同k25+594—k39+100段上路床填筑工程，施工中积极采用此工法，确保了工程的顺利进行并保证了工程质量，弯沉检测满足设计要求。煤矸石路基使用性能良好，得到了社会的高度评价，有良好的社会信誉，为煤矸石应用于路床施工提供了丰富的施工经验。