煤矸石试验检测与现场质量控制分析

赖震霖

辽宁驰通公路工程监理事务所，辽宁沈阳 110005

1 概述

辽阳灯塔至沈阳辽中高速公路地处北方平原地带，沿线当地的土方非常紧缺，征地取土非常困难，周边有红阳一矿、红阳二矿、红阳三矿、到处都是堆成小山的废渣煤矸石，根据这一特点并结合高速公路的土源紧缺的难题，项目部经综合考虑并经试验检测结果数据最终决定采用煤矸石进行路基填筑。灯辽高速公路K29+581～K39+525 段采用煤矸石进行路基填筑，我们受辽宁省高等级公路建设局委托对红阳三矿煤矸石各项指标进行试验检测，以保证路用材料各项指标符合技术要求。

2 采用煤矸石填筑路基可行性

根据煤矸石调研结果及填筑路基煤矸石技术性能要求与《公路路基设计规范》、《公路路基施工技术规范》、沈大路《煤矸石填筑路基层施工技术操作规程》的经验资料相结合，提出煤矸石材料必须如何以下要求：

通过室内试验各项指标均符合要求，在此基础上我们将煤矸石用于路基填筑。

（1）所使用的沈煤集团红阳三矿存放20 年以上并经过充分自燃、性能稳定的红褐色煤矸石填筑路基，必须保证抗压强度高风化较慢，不宜自然风化破碎，严禁使用抗压强度低、易于风化破碎、遇水易崩解、未燃或自燃不彻底、含固定碳及挥发成分较高。特别当泥结煤矸石遭遇水之后，导致强度丧失，降低了路基承载能力，对公路使用性能具有直接影响；

（2）煤矸石应选择级配较好，对于级配良好煤矸石，通过辗压之后，可形成致密结构。有效防止基床翻浆，具有较好的透水性、承载力、稳定性，若煤矸石含有大量大颗粒，且自然级配较差，不能直接作为路基填料，需经过破碎改良处理之后，方可作为路基填料使用；

（3）煤矸石的稳定性要求，因煤矸石存在膨胀性、潜在不稳定性特定，当作为路基填筑使用时，处于道路使用期内会出现膨胀，引起面层开裂。因此，按照路基填料规定，使用达标膨胀土，与混合填料比例小于50%。当掺用粉煤灰时，以粘土取代，控制好粘土塑性指数，数值为8～14 范围内，不能含有杂质、腐植土，路基包边土不得使用膨胀土。

3 均匀控制填料、最大颗粒

根据规范的规定，根据现场煤矸石、压实厚度的情况，工程指挥部要求：煤矸石只能作为台后30m 之外路床顶面80cm以下填料，在填筑前必须填筑一层至少30cm 厚的粘土下封层，应与其他填料交替进行填筑，每个横断面内煤矸石累计填筑厚度要小于3m。控制好94 区的最大颗径（等于20cm），小于2/3的压实厚度，96 区最大颗粒小于10cm。因煤矸石存在超颗径现象，在初平煤矸石面上卸下填料，接着利用推土机，向前推移摊铺填料。同时，推移摊铺时，选择填料自动填充于底层离析处，以实现密实，避免大颗粒煤矸石出现聚集离析问题。通过初步的填平之后，选择手动与机械手段，拣出、破碎超颗粒填料。针对无法破碎的，可选择装载机清除场外，有效解决超粒径缺陷。挑出超粒径之后，平地机精平，通过“坑洼找补、严控标高”的方式，实现表面平整。利用上述方法，可基本确保煤矸石填料能够均匀摊铺，达到规定的密实与粒径要求。

4 控制布料松铺

按照松铺厚度要求，采用石灰粉以网格形式划线为100mm×100mm 的方格，然后由推土机按照松铺系数换算的每平米用量，对填料进行平整与摊铺，选择平地机作纵向精平后，至两侧路中心进行刮平，防治煤矸石和包边土之间的骨料过于集中，接着选择羊角碾，进行4 遍碾压。通过目测是否稳定，待稳定之后，选择同样方式给予第二层填筑。

5 控制填料含水量

按照煤矸石标准，实施击实试验，填料中含水量直接影响了压实质量。因此，在施工过程中，需控制好煤矸石含水量，最佳含水量控制在±2%之间，根据气候决定含水量的大小，以便于压实。煤矸石表面不能有明显轮迹，防止发生软弹与翻浆问题，确保板体表面的密实、光洁。

6 碾压控制

因路基强度与稳定性、压实度之间具有密切关系，煤矸石级配接近碎石，压实特性是根据骨料细料、充满程度决定。所以，采用振动压路机进行振压，利用共振原理进行压实，降低颗粒空隙，增强密实度，按照由静至动、由边至中、由轻至重、由慢至快的顺序进行压实，控制碾压速度，应大于4km/h。待稳定之后，碾压应轮迹互相搭接，利用纵向后轮与接缝接近。针对路堤的边角地带，利用冲击打夯机、振动压路机，使碾压达到压实度要求。

7 控制压实质量

选择沉降法、灌砂法，对路基压实质量进行控制，若填料中的细料比例较大，应选择灌砂法检测。若填料中的粗料比例较多，难以实施灌砂法，可选择沉降法控制。

7.1 灌砂法

在计算大干密度时，通过研究决定，选择标准击实试验，利用修正公式修正超粒径。对于煤矸石的试样，根据5mm～40mm 颗粒，分别以20%～70%的标准，绘制击实曲线。若试样中，当超颗粒含量比例为5%～30%时，根据试验获得的最佳含水量、最大干密度，给予校正。通过现场检测，按照试坑内煤矸石5mm～40mm 小于40mm 的含量，通过标准修正曲线，查找超粒径、最大干密度的修正公式，计算煤矸石压实度。通过压实试验，待第四遍压实之后，确保煤矸石处于基本稳定状态，使压实度满足规定要求。对于压实度的“超百”问题，通过路基施工填料、击实试样取样的差异，大于40mm 的填料粒径含量石块较多，选择小于40mm 煤矸石进行击实试验，最大干密度比较低，使得个别点压实度出现“超百”问题。

7.2 沉降观测法

按照沿路线方向，每隔20m 以纵向方式布设观测点进行沉降观测，横向以中桩与中桩距离8m 处、填筑断面的1m 处，每个断面设置5 个点，开始虚铺记录之后，测量每遍的高程，若连续观测两次之后，高程仍无显著变化，则表示完成压实，选择10×10×1cm 的钢板埋设沉降观测点。利用路基试验的沉降观测数据，证明沉降量和压实度呈对应关系，选择沉降观测法，可有效控制路基压实度。由于缺乏试验数据，且同类路基压实资料较少，因此严格规定了控制指标：94 区沉降量应小于4.0mm，96 区沉降量应小于3.0mm。

8 结论

通过试验与施工相结合的方法，可以证明煤矸石用于路基填筑是就地取材、节省资源、减少投资同时对于路基而言与填石路基具有同样的效果，不论是透水性还是稳定性都是较好的路用材料。选择合理的施工手段，确保煤矸石路基的稳定性与整体性，均可满足设计规定与要求。

[1]公路路基施工技术规范（JTJ033-95）.人民交通出版社，2000.

[2]高速公路土石混填施工技术与检测方法研究.长安大学出版社，2006.