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摘 要 伴随煤矿开采事业的发展，煤矸石作为煤炭副产品得以大量生产。其不但会占用大量土地、农田，更会对环境造成污染。如何对煤矸石合理利用，得到了相关单位的普遍关注。本文以工程实例为背景，通过计算与分析多种设计参数，对作为路基填筑材料的煤矸石的施工工艺进行了深入探究。
关键词 高速公路；路基填筑；煤矸石；概况；设计参数；施工工艺；包边土施工
中图分类号 U4 文献标识码 A 文章编号 2095-6363（2015）09-0069-02
随着公路工程建设规模的扩展，交通运输量也逐渐上涨。在公路路面等级与质量提升的同时，路基施工质量也得到了人们的重视。在人们环境保护意识增强的今天，如何选取填料选择与加大施工质量控制已经成为确保路基质量的重要内容。煤矸石作为工业废渣的主要组成部分，其具有极大的产量，随着科学技术的不断进步，在公路建设中以填筑材料的形式得到了广泛地应用。目前，我国公路工程建设已进行了相应的煤矸石试验，如山东省205国道张博段，其总长度为40km，因其施工路段周围具有矸石山，通过相关试验选取煤矸石作为路基填筑材料，试验显示，与石灰土（12%）底基层强度相比，煤矸石底基层强度更高，与公路施工规定相符。由此可见，路基填筑施工中应用煤矸石可达到成本降低、环境污染减少与土地利用率增加的目的，为更好地分析煤矸石在路基填筑的应用情况，笔者从以下几个方面进行了探讨。
1 煤矸石的概况
作为我国的重要能源，我国具有极为丰富的煤炭资源，随着开采煤炭量的不断增加，煤矸石作为煤炭开采副产品产量也逐渐增多，在形成煤层过程中和煤伴生、共生的坚硬岩石被称为煤矸石。根据原煤产量计算煤矸石，其比例为10%到25%之间，也就是说煤矸石每年增加量最少在1到2亿吨。作为我国最大排放量的工业废渣，现阶段煤矸石历年存积量已达到30亿吨以上，其形成的煤矸石可堆放1500多山，其占地面积也应达到10万亩，并呈现出逐年上升的趋势。通过长期风化、淋溶、氧化自燃等物理化学作用露天堆放的煤矸石可造成严重的环境污染情况（图1）。
为有效治理煤矸石环境问题，现阶段国内外主要由两方面对煤矸石环境问题加以处理，第一，选取相应措施对煤矸石物化作用加以控制；第二，综合利用煤矸石地面堆积量降低的方式进行有效治理。因煤矸石工程性能良好，可作为建筑材料加以利用，如我国属于采掘矸石的煤矸石占有70%，可广泛应用于土木工程建设。本文主要分析其在公路建设中的应用，其主要作为填充路基、路堤的材料或路面承载材料进行使用。在社会经济高速发展的今天，高速公路建设也加大了工程建设与土地之间的矛盾，作为路基填筑材料将煤矸石进行二次利用，不仅可实现工程建设成本降低的作用，还可实现工程建设的经济效益与社会效益。
2 工程实例
某高速公路工程为我省“五纵、四横、四通道”干线公路网规划中的一横。其设计标准为双向四车道，28m为其路基总宽度，总长度为10.2km。路基填方施工中可选取煤矸石作为部分路段填筑材料，并进行粘土包边。因该路段煤矸石具有较大的天然含水量，通常在20%到30%之间，为确保其符合含水量最佳值，一般选取两种方式进行施工，第一，摊开晾晒；第二，将相应外掺剂添加到煤矸石内，摊开晾晒。一般选取的外掺剂为生石灰粉，其能将煤矸石内过多水分吸收，还能够在化学作用下，和煤矸石内细料胶结，进而对煤矸石的稳定性与强度进行有效提升。
3 路基填筑施工中煤矸石施工设计参数确定
作为确保压实效果的主要指标，路基材料级配对施工质量控制至关重要。在开挖、运输与存储过程中煤矸石极易受风化影响，根据粒度可将煤矸石分为3类：25mm以上为粗粒矸石、1mm到25mm之间为中粒矸石与1mm以下为细粒矸石。筛分煤矸石应选取标准筛进行，并将筛分结果进行煤矸石级配曲线的绘制，根据煤矸石级配曲线，进行煤矸石级配指标与曲率系数的确定，其相关公式如下：
根据工程建设实际情况，风干筛分煤矸石后，可进行煤矸石级配曲线的绘制（图2），以此得出不均匀系数Cu=8.288，曲率系数Ce=0.655。试验结果显示，煤矸石具有较高细料含量与含水量。为提升施工质量，改善煤矸石与路床填土性能，需进行掺灰作业。如掺灰量达到煤矸石7%时，其符合最佳含水量，压实效果良好，强度较高。掺灰量达到填土7%时，灰土含水量符合最佳含水量，每立方米1.68g到1.74g为其最大干密度，粉土CBR可从3%到5%向30%到50%不断增加，以此与设计规定相符。
4 路基填筑施工中煤矸石施工工艺
1）施工测量。测量器具与设备是公路工程施工测量的主要机械设备，根据设计规定在实地进行道路具体标定，为公路路基施工作业提供便利。恢复中线测量、测设施工控制桩、测设路基边桩及边坡等都是路基施工测量的主要任务，完成测量放线工作后，应对路基施工人员进行技术交底。
2）路基地面处理。根据JTG F80—2004相关规定检测煤矸石施工前的路基，要求清理、平整与压实原路面，以此对路面压实度、弯沉、中线偏位、纵断高程、平整度等进行确定。原地面地质、水文信息调查应在煤矸石路基施工前进行，在干燥、排水状况良好的路段，原路面平整碾压施工需在进料前进行。完成验收工作后，应进行下封层填筑，其选取材料为粘土（25cm到30cm厚度），与原地面相比，应高出一些，3%为其路拱横坡，以此为雨水排除提供便利。
3）存储与运输。选择填料时，要求煤矸石路基填料具有较长存储时间，如煤矸石经物理、化学作用具有较大块状，必须选取行之有效的措施进行处理。一般可通过人工或机械加工方式，以此确保材料级配粒径与路基填筑设计规定相符。在堆料场内适当调节其含水量，尽可能降低现场洒水工作量，在摊铺过干煤矸石前2到3天，可通过洒水进行料场闷料作业。通过机械运输煤矸石，一般选取大吨位自卸车辆。
4）拌和与摊铺。在煤矸石堆旁利用装载机对煤矸石填料集中拌和，均匀搅拌后在向施工现场进行运送。一般选取水平分层填筑法进行施工，也就是根据横断面全宽依次向上水平分层填筑。以此避免摊铺时出现人为离析现象。煤矸石粒径在20cm以上时，如在碾压施工前及时检出或破碎，并通过机械、人工等对碾压时出现的支点矸石块进行整平处理，以此保证碾压施工质量。如煤矸石需进行石灰稳定，可根据煤矸石天然含水量在拌和过程中对石灰消解程度进行确定，如无法完全消解，需进行24小时闷料，以此确保多余水分能够被石灰完全吸收，并达到防止生石灰块在碾压后出现吸水膨胀等问题。
5）包边土施工。填筑到一定高度后，可选取黏土对路床进行封顶，并在路基两侧加做包坡护肩土，以此避免路基内部渗入雨水、地表水及降低有害物质污染环境。通过包边土施工，对高速公路边坡植树种草养护十分有利。一般包边土塑性指数需控制在15以上，如包边土选取细粒土为材料，可采用低液限粘土、低液限粉土，其土液限可控制在40%以下，为防止坡面冲刷等问题，要求粗粒在细粒土内含量不超过35%。包边施工后，边坡内极易嵌入片石、水泥混凝土预制块等材料。为便于植被生存，要求1m为包边最低宽度，通常控制在1m到1.8m的范围。选用分层填筑的方式进行包坡护肩施工方式，在煤矸石填筑前，先进行包坡护肩土填筑，再进行预压作业，要求其高于煤矸石5m到8cm之间，随后和同层煤矸石填料统一压实，以此对路基结构整体性能进行有效增强。
5 结论
综上所述，伴随改革开放的不断深入，高速公路工程对国民经济的推动作用也得到了人们的广泛关注。高速公路工程建设和沿线经济发展、人们生活息息相关。煤矸石作为高速公路工程路基填筑施工的重要材料之一，其施工技术水平的高低将直接影响到工程的整体质量，为此，施工单位必须重视设计参数的选择，规范施工工艺，只有这样才能推动交通工程的快速发展，才能为国民经济增长提供可靠保障。
参考文献
[1]李新宇，樊景森，雷亚飞，等.煤矸石的危害和综合利用[J].黑龙江科技信息，2009（32）.
[2]隋永芹，陈建兵，张雪华，等.煤矸石在路基施工中的应用[J].苏州城建环保学院学报，2000（2）.
关键词 高速公路；路基填筑；煤矸石；概况；设计参数；施工工艺；包边土施工
中图分类号 U4 文献标识码 A 文章编号 2095-6363（2015）09-0069-02
随着公路工程建设规模的扩展，交通运输量也逐渐上涨。在公路路面等级与质量提升的同时，路基施工质量也得到了人们的重视。在人们环境保护意识增强的今天，如何选取填料选择与加大施工质量控制已经成为确保路基质量的重要内容。煤矸石作为工业废渣的主要组成部分，其具有极大的产量，随着科学技术的不断进步，在公路建设中以填筑材料的形式得到了广泛地应用。目前，我国公路工程建设已进行了相应的煤矸石试验，如山东省205国道张博段，其总长度为40km，因其施工路段周围具有矸石山，通过相关试验选取煤矸石作为路基填筑材料，试验显示，与石灰土（12%）底基层强度相比，煤矸石底基层强度更高，与公路施工规定相符。由此可见，路基填筑施工中应用煤矸石可达到成本降低、环境污染减少与土地利用率增加的目的，为更好地分析煤矸石在路基填筑的应用情况，笔者从以下几个方面进行了探讨。
1 煤矸石的概况
作为我国的重要能源，我国具有极为丰富的煤炭资源，随着开采煤炭量的不断增加，煤矸石作为煤炭开采副产品产量也逐渐增多，在形成煤层过程中和煤伴生、共生的坚硬岩石被称为煤矸石。根据原煤产量计算煤矸石，其比例为10%到25%之间，也就是说煤矸石每年增加量最少在1到2亿吨。作为我国最大排放量的工业废渣，现阶段煤矸石历年存积量已达到30亿吨以上，其形成的煤矸石可堆放1500多山，其占地面积也应达到10万亩，并呈现出逐年上升的趋势。通过长期风化、淋溶、氧化自燃等物理化学作用露天堆放的煤矸石可造成严重的环境污染情况（图1）。
为有效治理煤矸石环境问题，现阶段国内外主要由两方面对煤矸石环境问题加以处理，第一，选取相应措施对煤矸石物化作用加以控制；第二，综合利用煤矸石地面堆积量降低的方式进行有效治理。因煤矸石工程性能良好，可作为建筑材料加以利用，如我国属于采掘矸石的煤矸石占有70%，可广泛应用于土木工程建设。本文主要分析其在公路建设中的应用，其主要作为填充路基、路堤的材料或路面承载材料进行使用。在社会经济高速发展的今天，高速公路建设也加大了工程建设与土地之间的矛盾，作为路基填筑材料将煤矸石进行二次利用，不仅可实现工程建设成本降低的作用，还可实现工程建设的经济效益与社会效益。
2 工程实例
某高速公路工程为我省“五纵、四横、四通道”干线公路网规划中的一横。其设计标准为双向四车道，28m为其路基总宽度，总长度为10.2km。路基填方施工中可选取煤矸石作为部分路段填筑材料，并进行粘土包边。因该路段煤矸石具有较大的天然含水量，通常在20%到30%之间，为确保其符合含水量最佳值，一般选取两种方式进行施工，第一，摊开晾晒；第二，将相应外掺剂添加到煤矸石内，摊开晾晒。一般选取的外掺剂为生石灰粉，其能将煤矸石内过多水分吸收，还能够在化学作用下，和煤矸石内细料胶结，进而对煤矸石的稳定性与强度进行有效提升。
3 路基填筑施工中煤矸石施工设计参数确定
作为确保压实效果的主要指标，路基材料级配对施工质量控制至关重要。在开挖、运输与存储过程中煤矸石极易受风化影响，根据粒度可将煤矸石分为3类：25mm以上为粗粒矸石、1mm到25mm之间为中粒矸石与1mm以下为细粒矸石。筛分煤矸石应选取标准筛进行，并将筛分结果进行煤矸石级配曲线的绘制，根据煤矸石级配曲线，进行煤矸石级配指标与曲率系数的确定，其相关公式如下：
根据工程建设实际情况，风干筛分煤矸石后，可进行煤矸石级配曲线的绘制（图2），以此得出不均匀系数Cu=8.288，曲率系数Ce=0.655。试验结果显示，煤矸石具有较高细料含量与含水量。为提升施工质量，改善煤矸石与路床填土性能，需进行掺灰作业。如掺灰量达到煤矸石7%时，其符合最佳含水量，压实效果良好，强度较高。掺灰量达到填土7%时，灰土含水量符合最佳含水量，每立方米1.68g到1.74g为其最大干密度，粉土CBR可从3%到5%向30%到50%不断增加，以此与设计规定相符。
4 路基填筑施工中煤矸石施工工艺
1）施工测量。测量器具与设备是公路工程施工测量的主要机械设备，根据设计规定在实地进行道路具体标定，为公路路基施工作业提供便利。恢复中线测量、测设施工控制桩、测设路基边桩及边坡等都是路基施工测量的主要任务，完成测量放线工作后，应对路基施工人员进行技术交底。
2）路基地面处理。根据JTG F80—2004相关规定检测煤矸石施工前的路基，要求清理、平整与压实原路面，以此对路面压实度、弯沉、中线偏位、纵断高程、平整度等进行确定。原地面地质、水文信息调查应在煤矸石路基施工前进行，在干燥、排水状况良好的路段，原路面平整碾压施工需在进料前进行。完成验收工作后，应进行下封层填筑，其选取材料为粘土（25cm到30cm厚度），与原地面相比，应高出一些，3%为其路拱横坡，以此为雨水排除提供便利。
3）存储与运输。选择填料时，要求煤矸石路基填料具有较长存储时间，如煤矸石经物理、化学作用具有较大块状，必须选取行之有效的措施进行处理。一般可通过人工或机械加工方式，以此确保材料级配粒径与路基填筑设计规定相符。在堆料场内适当调节其含水量，尽可能降低现场洒水工作量，在摊铺过干煤矸石前2到3天，可通过洒水进行料场闷料作业。通过机械运输煤矸石，一般选取大吨位自卸车辆。
4）拌和与摊铺。在煤矸石堆旁利用装载机对煤矸石填料集中拌和，均匀搅拌后在向施工现场进行运送。一般选取水平分层填筑法进行施工，也就是根据横断面全宽依次向上水平分层填筑。以此避免摊铺时出现人为离析现象。煤矸石粒径在20cm以上时，如在碾压施工前及时检出或破碎，并通过机械、人工等对碾压时出现的支点矸石块进行整平处理，以此保证碾压施工质量。如煤矸石需进行石灰稳定，可根据煤矸石天然含水量在拌和过程中对石灰消解程度进行确定，如无法完全消解，需进行24小时闷料，以此确保多余水分能够被石灰完全吸收，并达到防止生石灰块在碾压后出现吸水膨胀等问题。
5）包边土施工。填筑到一定高度后，可选取黏土对路床进行封顶，并在路基两侧加做包坡护肩土，以此避免路基内部渗入雨水、地表水及降低有害物质污染环境。通过包边土施工，对高速公路边坡植树种草养护十分有利。一般包边土塑性指数需控制在15以上，如包边土选取细粒土为材料，可采用低液限粘土、低液限粉土，其土液限可控制在40%以下，为防止坡面冲刷等问题，要求粗粒在细粒土内含量不超过35%。包边施工后，边坡内极易嵌入片石、水泥混凝土预制块等材料。为便于植被生存，要求1m为包边最低宽度，通常控制在1m到1.8m的范围。选用分层填筑的方式进行包坡护肩施工方式，在煤矸石填筑前，先进行包坡护肩土填筑，再进行预压作业，要求其高于煤矸石5m到8cm之间，随后和同层煤矸石填料统一压实，以此对路基结构整体性能进行有效增强。
5 结论
综上所述，伴随改革开放的不断深入，高速公路工程对国民经济的推动作用也得到了人们的广泛关注。高速公路工程建设和沿线经济发展、人们生活息息相关。煤矸石作为高速公路工程路基填筑施工的重要材料之一，其施工技术水平的高低将直接影响到工程的整体质量，为此，施工单位必须重视设计参数的选择，规范施工工艺，只有这样才能推动交通工程的快速发展，才能为国民经济增长提供可靠保障。
参考文献
[1]李新宇，樊景森，雷亚飞，等.煤矸石的危害和综合利用[J].黑龙江科技信息，2009（32）.
[2]隋永芹，陈建兵，张雪华，等.煤矸石在路基施工中的应用[J].苏州城建环保学院学报，2000（2）.