矿山废渣在农村公路路基填筑上的应用

吴锋+唐毅

摘要：本文利用安康有丰富的矿山废渣，介绍了矿渣强度高、水稳定性好、透水性好的基本特点，将其作为填料应用在农村公路路基上。初步研究了矿山废渣应用于农村公路路基的强度原理、加工相关要求、填料技术要求及应用技术检测与评定，为解决农村公路的资金投入提供一种途径，也为绿色交通交能发展提供了技术支撑。

Abstract： Ankang is rich in mine residue， which has high strength， good water stability and good water permeability. So it is used as the filler in rural road subgrade. This paper studies the strength principle， processing requirements， packing technical requirements and application technology detection and evaluation of mine residue used in rural road subgrade， which provides a way to solve the capital investment of rural highway and also provides the technology support for the development of green transportation.

关键词：道路工程；矿山废渣；路基填筑

Key words： road engineering；mine waste residue；roadbed filling

中图分类号：U416.1 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）21-0234-02

0 引言

农村公路建设是农民朋友实现带动农村脱贫致富的关键，也是陕西省在2018年要基本消除绝对贫困，帮助贫困村改善出行道路条件，为产业发展提供道路通行保障。如何实现农村公路里程的延伸和等级的提高，如何破解农村公路和解决资金渠道的难题，必须利用当地现有资源，降低农村公路建设成本，把有限的资金发挥更大的作用，建设更长的农村公路。

农村公路是分为五类，一是新建连接自然村之间的公路，方便村民来往通行；二是新建通往农业产业区公路，主要通往农田、果园、苗木基地、养殖场，方便农业生产和产品运输；三是改善自然村内道路，主要是环村公路，村内主干道；四是新建自然村外接公路，主要是连接公路干线，打通行政村之间、乡镇之间的公路；五是拓宽通村主干道。

安康处于秦岭褶皱系南部与扬子准地台北缘，区内地质构造复杂，地层出露齐全，成矿条件良好。迄今为止，全市共发现各类矿产65种，已探明有31种，产地700余处，已开发或正在开发有70余处。全市共有各类采矿、选矿企业247家，除两个为中型外，其余均为小型矿山企业。据有关调查研究，大多数企业都存在不同程度存在弃渣随意堆放问题，有的将矿山弃渣堆放在沟道中，将沟道填满，弃渣堆放高度超过50米，长度约为1公里，累计弃渣量已超过200万方，弃渣若在暴雨时发生滑塌或泥石流，将直接堵塞主沟道或流入主沟道。如何将这些弃渣利用在农村公路上，既解决了随意堆放问题，也变废为宝。

矿山废渣是指矿物开采及其加工利用过程中产生的粉状含有块状的颗粒混合物。矿山废渣的基本情况来源矿山废渣来源于露天矿剥离和坑内采矿产生的大量废石、采煤产生的煤矸石、选矿产生的尾矿等。这些矿山废渣具有相当好的强度、硬度、耐磨性、冲击韧性、抗冻性及耐水性等，又具有相当好的物理和化学稳定性，其性能优于黏土、粉性土，甚至砂土和石灰土。矿山废渣颗粒大比表面积小含薄膜水少不具备塑性透水性好能够阻断毛细水上升，在潮湿状态和环境下，强度变化不大，对于农村公路，是一种易于就地取材，易于就地的城市资源利用路用材料，其主要应用对象应该是农村公路，尤其是农村公路的路基。

1 填筑强度形成机理

矿山废渣的颗粒大多数形状是不规则、非对称的，致使颗粒的运动速度与颗粒的长轴相对运动方向相关，当颗粒长轴与运动方向一致时，阻力小、速度大；而当长轴垂直与运动方向时，所受阻力增大，速度大为降低。由于颗粒形状不规则，表面粗糙，其作用力在颗粒表面很难对称分布。强度主要来源于混合料颗粒的内摩阻力和結合料的黏结力。内摩阻力主要取决于矿山废渣颗粒集料的级配组成，最佳废渣级配组成的混合料将获得最大的内摩阻力，更有利于内部形成产生黏结力的无定型凝胶结构和纤维晶架结构。矿山废渣路基强度机理可表示为：

τ=c+σtanφ

式中，τ为矿山废渣的抗剪切强度，σ为矿山废渣混合料的应力，φ为矿山废渣混合料间的内摩擦角，c为矿山废渣散粒体内摩擦力。

2 矿山废渣加工

矿山废渣加工前应采用人工或机械设备，剔除其中大块粒径，后通过筛孔为150mm的筛分设备，将大粒径固体矿渣分离并进行加工破碎。矿山废渣加工设备采用相关的破碎机与筛选机组合而成，可在固体矿渣比较集中的地方布局加工设备，或者移动地布局在合理的经济区域内，便于运输和管理。加工后的固体矿渣填料粒径应不大于150mm。固体矿渣加工应采取相应的专业除尘设备和专业喷淋、装卸洒水设备，以防止加工破碎和运输过程产生较大的扬尘。为保证固体矿渣填料的均匀性，加工后的固体矿渣填料应采用挖掘机进行反复拌和，减少粗矿渣相对集中，出现离析现象。

矿山废渣加工一般应采用固定式加工设备，加工布局具有较大面积的场地，规划好各分区功能。一般分矿山废渣原料区、破碎区、筛分区、加工区和矿渣填料拌和区。厂区内应做好道路保洁、清洁、绿化及排水工作。加工过程中如遇大量降水时必须立即停止加工，矿山弃渣原料区、破碎区、筛分区、加工区和矿渣填料拌和区应采取覆盖、遮挡和防护措施，以防止雨水对其淋湿浸泡。加工后的矿渣填料应按照粒径要求分开堆放，每层的堆放高度不宜超过3m，如果过堆放高容易造成粗细分离，填筑路基孔隙过大，不易压实。不同类型的固体矿渣填料应分开堆放，并安放标识牌予以说明。

3 矿山废渣填筑要点

加工筛分后的矿山废渣填料粒径一般以大于4.75mm和小于4.75mm来进行区分，根据粒径的不同应用于路基的不同部位。对于粒径大于4.75mm的渣料，主要适用于农村公路的路堤，对于粒径小于4.75mm的渣料，主要适用于农村公路的路床。相同渣料源、规格的矿山废渣填料作为同一批次检测和储存，检测频率为每1000m3一次，不同料源、规格、品种的固体矿渣填料应分批检测和储存。

4 矿山废渣填筑质量控制

矿山废渣的压实质量采用沉降差指标进行控制，辅助采用施工参数控制，矿山废渣施工方法和质量检测按填石路堤或者是砂砾路基的填筑方法和技术标准进行控制。施工过程必须严格控制每层的废渣虚铺厚度，同时用测量断面控制每层厚度。废渣摊铺过程，需安排1-2人，挑选大粒径的石料，填补摊铺过程的造成坑，使填料表面平整，便于压实。

矿山废渣填筑的路基压实须采用2台压路机，1台是羊角型振动压路机，另1台是光轮重型振动压路机。施工前应先摊铺试验路，分别为50cm、40cm和30cm三种不同路段，长度分别为50m。施工控制时，应采用羊角型振动压路机碾压6遍后各测点的高程差。测点布置每10m路基测一点，高差值不大于2mm。以每个横断面的选2点测量初始标高，终压前1遍，分别测量每个点标高读数，终压完成后，在对应标高的测量点上测量终压标高，将终压标高减去初始标高，作为该断面的高差。最后要用光轮振动压路机收平碾压2遍，方可进行下一层路基的施工。

从现场试验结果分析，松铺厚度为50cm时很难达到路基的压实质量要求；松铺厚度为30cm时能达到路基的压实质量要求，对机械台班浪费太大；松铺厚度为40cm时既能达到路基的压实质量要求，又能节约机械台班，使机械组合发挥到最大经济效应。因此，在施工过程推荐采用松铺厚度40cm，碾压遍数不小于8遍，碾压遍数要求压实沉降差平均值小于5mm，标准差小于3mm。

5 结论

通过矿山废渣填筑在农村公路试验段的应用，采用压实沉降差检测，从试验数据与机械参数分析得知，使用松铺厚度40cm的矿山废渣填筑的农村公路路基，其质量满足技术要求、工程进度合理、工程成本较小，具有推广价值。但不同的矿山废渣具有不同的力学性质、物理性质和化学性质，在使用过程应通过铺筑试验路段确定。

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