煤矸石填方路基施工工法

《煤矸石填方路基施工工法》是中交第一公路工程局有限公司完成的建築類施工工法；作者分別是胡益眾、謝建懷；適用範圍是二級以上公路的路堤、路床填築，其他公路的路堤、路床填築、及路面底基層填築。

《煤矸石填方路基施工工法》主要的工法特點是煤矸石CBR高，一般達到20%~35%；煤矸石的壓縮係數較小，壓縮模量較高；施工效率高，質量易保證，經濟並有利於環保。

2008年1月31日，《煤矸石填方路基施工工法》被中華人民共和國住房和城鄉建設部評定為2005-2006年度國家二級工法。

基本介紹

• 中文名：煤矸石填方路基施工工法
• 工法編號： YJGF235-2006
• 完成單位：中交第一公路工程局有限公司
• 主要完成人：胡益眾、謝建懷
• 審批單位：中華人民共和國住房和城鄉建設部
• 主要榮譽：國家二級工法（2005-2006年度）

形成原因

煤矸石是煤在形成過程中與煤伴生或共生的一種岩石，是煤炭開採生產的廢棄物。煤礦的排矸石量占煤炭開採量的10%~25%，是礦區有待開發利用的最大廢棄物。

中交第一公路工程局有限公司在一級公路102國道改建工程京郊三河段，使用煤矸石填築路基取得成功。又在河南平臨高速公路NO4標再次使用煤矸石填築高速公路路基也取得了很好經濟效益和社會效益。

煤矸石是一種廢棄物，不利用既污染環境，又占用土地。煤矸石用於填築路基，有方便施工，板結、強度高、穩定性好的特性。藉助《煤矸石填方路基施工工法》的宣傳作用，會加速煤矸石的廣泛套用，煤矸石在路基上的利用，將使廢棄的煤矸石由原來需要花錢處理，變成很受歡迎的工程材料，並可減少土方取用對環境造成的破壞。

由於這是一項一舉多得的好事，為了便於在有條件的地方得到推廣使用，中交第一公路工程局有限公司於是編了《煤矸石填方路基施工工法》。該工法在總結以上兩次施工經驗的基礎上編寫的。該工法在平臨高速公路、漯平高速公路成功使用，得到了當地政府、業主的好評。

工法特點

《煤矸石填方路基施工工法》的工法特點是：

1.煤矸石CBR高，一般達到20%~35%，遠遠高於路基施工規範要求的CBR最小值8%，也大大的高於各類土的CBR值；其壓碎值偏大，一般達到20%~30%之間。

2.煤矸石的壓縮係數較小，壓縮模量較高，由於含有三氧化二鋁、二氧化矽、三氧化二鐵等活性物質，具有一定的板結作用，所以路基強度遠高於土路基，具有良好的力學性能。路基的整體彎沉較小，一般在30~80（1/100毫米）之間，並且較均勻。

3.煤矸石路堤具有施工效率高，施工質量易保證，經濟並有利於環保的特點。

操作原理

適用範圍

《煤矸石填方路基施工工法》可以套用於二級以上公路的路堤、路床填築，其他公路的路堤、路床填築、及路面底基層填築。

工藝原理

《煤矸石填方路基施工工法》的工藝原理敘述如下：

煤矸石做填料，它與土石做填料的土石路堤或者是軟石做填料的路堤施工工藝基本一樣。

由於煤矸石是含碳岩石和其他岩石的混合物，隨著煤層地質年代、地區、成礦條件的不同，煤矸石的礦物成分、化學成分各不相同，尤其是膨脹物質高嶺石、伊力石、蒙脫石等成分含量多少對膨脹量的影響最大。煤矸石在自然力的作用易風化，為防止煤矸石在自然力的作用下的風化和在水的作用下，引起在路基中的崩解，膨脹現象發生保證煤矸石路基的強度與穩定性，煤矸石路基下層需要設定土質隔離層，宜有較適宜排水橫坡，路堤邊坡應設定包邊黏土邊坡、封頂層、碎石盲溝（見圖4），以利封水、排水和抵抗自然力對路堤邊坡的風化作用（圖1）。

圖1 煤矸石填方路基結構形式示意圖

施工工藝

• 工藝流程

《煤矸石填方路基施工工法》的工藝流程見圖2。

圖2 施工工藝流程

操作要點

《煤矸石填方路基施工工法》的操作要點如下：

一、準備工作

1.施工測量：路基開工前，測量人員全面恢復中線，釘出中、邊樁，並固定路線主要控制樁。

2.地基處理：清除路基用地範圍內表土、腐殖土、草皮等雜物，運到指定的地點，按設計要求處理、驗收地基。

二、試鋪試驗路段

通過試驗段的填築，檢驗施工機械功能、機械組合、人員配製是否合理，是否能達到設計要求；通過試驗段的填築，確定煤矸石填築路基的松鋪厚度、壓實速度、壓實遍數等工藝參數，以利指導大規模施工。試驗段的各項技術指標，經檢測合格並得到監理簽認後，方可施工。

三、煤矸石路基填築

1.用黏土按設要求填築隔離層

2.運輸煤矸石、包邊土

採用裝載機或挖掘機裝料，15噸自卸汽車運輸煤矸石，8噸自卸汽車運輸包邊土。

3.布料及攤鋪

在已檢驗合格的路基上，用全站儀測中線控制樁。沿路線方向每20米設一樁，並用水準儀測其橫斷面高程，準確定出邊樁，確定填築煤矸石範圍及包邊土範圍，最下層包邊土寬度宜按280厘米寬度填築。實際填築寬度比設計超寬30厘米，用石灰劃出的方格網，開始上料布料，採用推土機攤料初平。

4.碾壓

在自卸汽車按布料格線卸料後，按如下順序進行操作：

推土機攤料初平→平地機精平→20噸壓路機靜壓1遍→20噸壓路機碾壓5~6遍→壓路機靜壓1遍。

5.碾壓注意事項：

1）碾壓前應對填土層的松鋪厚度進行檢查，符合要求後方可進行碾壓。

2）碾壓時應控制其含水量比最佳壓實含水量大2%。

3）壓實應遵照先輕後重、由路邊至路中、先慢後快的原則，直至達到規範要求壓實度為止，要把路基邊緣補壓二至三遍，確保壓實度達到技術規範要求。

4）採用振動壓路機碾壓時，第一遍應不振動靜壓，然後先慢後快，先弱振，後強振。

5）各種壓路機的碾壓行駛速度開始時宜用慢速，最大速度不宜超過4千米/小時；碾壓時直線段由兩邊向中間，小半徑曲線段由內側向外側，縱向進退式進行，輪跡重疊0.15~0.0米；橫向接頭對振動壓路機一般重疊0.5~1.0米，應達到無漏壓無死角，確保碾壓均勻。

四、煤矸石路基填築注意事項

1.壓實後的路基表面，不應出現輪跡、鬆散、坑槽、軟彈、沉陷等現象；填築下部路堤時，橫坡宜稍大，以利於排水：穩壓後應採用細料將表面空隙填實；包邊土應與煤矸石同時填築，同時碾壓，並達到規定的壓實度要求。

2.注意揀除超粒徑煤矸石塊及開採附屬物，推土機攤料初平、平地機整平時，仍有可能發現有超粒徑的煤矸石塊及開採附屬物，必須派人挖除和清揀，裝載機配合，集中堆放，清理出場。

3.煤矸石含水量偏大時，路基會出現“彈簧”現象，應及時翻曬或挖除換填。在天氣乾燥的情況下，路基表面應經常灑水並壓實，防止“浮土”現象的發生。

4.因煤矸石本身具有較高的強度，故每層煤矸石路基報驗合格後，應進行灑水養生防止失水開裂，以保證路基的整體強度、穩定性。

5.原地面整平、壓實，經監理工程師驗收合格後方可進行路基填築，填築路基宜採用水平分層填築法施工。如原地面不平，應由最低處分層填起，每填層，經過壓實符合規定要求之後，再填上一層。

6.兩個作業面交接處，不在同一時間填築，則先填地段按1:1坡度分層留台階。若兩個地段同時填，則分層相互交錯銜接，其搭接長度不得小於2米。

材料設備

一、材料要求

《煤矸石填方路基施工工法》的材料要求如下：

（一）煤矸石作為高速公路路基填料，應符合如下要求：

1.對採用的煤矸石應做膨脹性試驗，膨脹性試驗包括自由膨脹率小於40%，液限小於40%，含膨脹性的煤矸石的比例大於50%的混合填料不能用來填築路基。

2.宜採用硬質煤矸石，且存放5年以上，泥結煤矸石嚴禁使用。

3.石料粒徑最大不超過壓實厚度的2/3，路堤最大粒徑不超過20厘米，路床最大粒徑不超過10厘米。

4.燒失量不超過20%，有機含量不超過10%。

5.承載比試驗CBR值大於8%。

（二）包邊土不得使用膨脹土，宜採用塑性指數大於12以上的黏土。

二、施工設備

《煤矸石填方路基施工工法》所用的施工設備明細如下：

一個作業面的機械配備，見表1，可供參考。當進行多段作業時，其機械可適當調整，以提高機械使用率。

表1 機械配備

序號	機械名稱	用途	數量
1	裝載機	裝載上料	1
2	推土機	煤矸石的初平碾壓	1
3	平地機	煤矸石精平	1
4	灑水車	灑水	1
5	壓路機（拖振）	振動	1
6	壓路機	靜壓	1
7	15噸以上自卸汽車	運輸煤矸石	15（可根據供料運距而定）
8	8噸自卸車	運輸包邊土	5（可根據供料運距而定）

質量控制

《煤矸石填方路基施工工法》的質量控制要求如下：

一、質量控制措施

煤矸石既不同於灰土，又不同於碎石土和土石路堤，由於煤矸石的礦物成分、來源不同，其工程、物理力學特性必定存在差異，因此對煤矸石進行填築時必須採取有效的質量控制措施。

1.原材料質量控制

在進行煤矸石填筑前必須全面了解煤矸石的物理特性、力學特性、工程特性，了解煤矸石的膨脹性，有機質含量不超過10%，燒失量不超過20%，自由膨脹率小於40%，液限小於40%。

煤矸石中含有許多開採附屬物，如煤塊、木條、雷管、鐵件、防水布、波紋塑膠管、橡膠管等等。這些開採附屬物是不能混填在路基中的，施工過程中應儘可能加以清除。

大部分煤矸石呈黑褐色，層狀結構，油脂光澤，較易壓碎，路基成型後，其表面平整、密實。小部分煤矸石呈灰白色，質地堅硬，不易壓碎，影響路基成型表面的平整、密實。壓實含水量宜大於最佳含水量2%為宜。

2.碾壓機械控制

為保證煤矸石填築層的平整度，要求採用平地機進行整平，振動壓路機的振動力宜選用20噸以上的中型或重型振動壓路機。

3.壓實度控制

填築厚度一般在30厘米，最大不超過40厘米，應根據施工實際使用的壓路機功能通過試驗確定，以保證填築路基的壓實效果；攤鋪後的煤矸石必須及時碾壓，做到當天攤鋪，當天碾壓完畢，以防止水分蒸發影響壓實效果；否則，在碾壓前擱置時間過長，特別是經歷雨天后，煤矸石本身具有板結現象，無法繼續進行壓密。

4.壓實度檢測標準（表2）

表2 煤矸石路基壓實標準

填挖類型		路床頂面以下深度（厘米）	壓實度（%）
路堤	上路床	0~30	≥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		0~30	≥96
		30~80	≥96
註：表列壓實度以部頒《公路土工試驗規程》重型擊實試驗法為準。

二、壓實度檢測法

採用直徑為20厘米灌砂筒，進行壓實度檢測。根據試坑內煤矸石中5~40毫米占40毫米以下含量，在標準擊實修正曲線圖3中查找對應的最大幹密度來計算現場煤矸石的壓實度。另外，以壓實度控制煤矸石路基填築外，還要採用沉降觀測法進行對照檢測（圖3）。

圖3 5~40毫米粒徑含量曲線圖

三、包邊土施工控制

由於煤矸石填築厚度一般在30~40厘米，所以包邊土按兩層施工，先填築15厘米左右，壓實檢驗合格後，填築煤矸石，煤矸石初平後，填築第二層包邊土，並用推土機推平，最後與煤矸石一起平整碾壓。

四、壓實度檢測

1.壓實度採用灌砂法試驗進行檢測，按照《公路工程質量檢驗評定標準》（JTG F80/1-2004）的有關規定執行，與土方路基檢驗項目及頻率相同。

2.由於煤矸石中5~40毫米粒徑含量不同，其密度隨含量的多少而變化。所以，應對各種煤石料場取試樣按照5~40毫米粒經含量占總重的20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%分別進行標準擊實試驗，進行校正，根據校正的最大密度、最佳含水量和5~40毫米顆粒占0~40毫米的含量來繪製修正曲線。

安全措施

《煤矸石填方路基施工工法》的安全措施如同一般路基的安全措施。

環保措施

《煤矸石填方路基施工工法》的環保措施如同一般路基的環保措施。

效益分析

《煤矸石填方路基施工工法》的效益分析如下：

一、直接經濟效益

平臨高速公路No.4標段地處煤礦區，耕地少，征地相當困難，就近有大量的煤矸石可供利用。該標段路線長10.28千米，總計填方215027立方米，外運借土填築的單價為13.5元/立方米，復耕費按9000元/畝，則土方需要支付的工程費用為2150274×13.5+2150274/（3×666.7）×9000=38704448元，而煤矸石的單價為15.01元，則煤矸石路基需要支付的工程費用為2150274×15.1=32275613元，節約工程投資6428835.5元。

二、社會效益

煤矸石用於路基填築，既是廢物利用，又減少對環境的污染，有利於環境保護；以平臨高速公路No.4標為例：如採用線外取土填築，中交第一公路工程局有限公司標段共有填方2150274立方米，按照取土場挖深3米計算，線外取土場需要徵用土地2150274/（3×666.7）=1075.083畝。而採用煤矸石填築，取料場煤石山，平均高度按35米計算可以退還占用土地：215274÷（30×666.7）=92.15畝，兩項相加共減少占土1167.233畝。該標段煤矸石平均運距5千米，較取土填方降低了築路填成本；另外煤石CBR比土的CBR高得多，由於煤矸石中含活性物質它具一定的板結能力（可起到灰土的作用），所以煤矸石路基比土路基的整體強度提高了很多，彎沉值很小。

註：施工費用以2005-2006年施工材料價格計算

套用實例

《煤矸石填方路基施工工法》的套用實例如下：

• 實例1：一級公路102國道改建京郊三河段工程

一級公路102國道改建，中交第一公路工程局有限公司承擔京郊三河段，其中夏店至李齊莊段8.25千米是採用的煤矸石填築路基，填方21.5萬立方米，當時徵用不到土地取土，就近有大量煤矸石可免費取用。由此，中交第一公路工程局有限公司首次採用煤矸石填築路堤。該路路基施質量較好投入使用後沒有出現過任可質量問題。截至2005年，該段路基還在使用中。

• 實例2：平臨高速公路NO.4標工程

1.工程概況

平頂山至臨汝高速公路是交通部“國家重點公路建設規劃”中所確定的16條東西向幹線之一的上（海）洛（陽）國家重點公路之重要段落，也是河南省幹線公路網規劃確定的“五縱、四橫、四通道”其中的一橫，該路按雙向四車道高速公路標準設計，路基總寬度28米，其中中央分割頻寬2米，路緣頻寬2米×0.50米，行車道寬2米×3米×3.75米，土路肩寬2米×0.50米。中交第一公路工程局有限公司承建的No.4契約段起訖樁號為K18+000~K28+200，全長10.28米，路基填築2150274立方米，填方最高達8.4米。由於該標段取土較為困難，附近有大量的煤矸石，中交第一公路工程局有限公司標採用平頂山市平煤集團5礦、9礦、11礦及高莊礦的煤矸石，作為路堤、路床填料。

2.工程評價

該工程由於採用了煤矸填築，不受征地困擾，並且施工比填築土快，提前一年交工。煤矸石的壓縮模量高，CBR值高路基成型後，密實度完全符合質量標準要，尤其是路基彎沉檢測很小，在13~50（1/100毫米）範圍內，遠遠小於設計指標296（1/100毫米），路基表面平整、密實、無鬆散、坑槽等現象。工程質量達到優良標準。

• 實例3：漯平高速公路

中交第一公路工程局有限公司承建漯平高速公路2個標段。兩個標段全長15.1千米，路基填築1583528立方米。業主組織到中交第一公路工程局有限公司修建的平臨高速公路參觀煤矸石路基填築後，將漯平高速公路的部分路段的路基填料全部變更為煤矸石填築。

由於採用了“煤矸石路基施工工法”，既保證了工程質量，也加快了工程進度。工程於2005年7月份完工，交工時均為優良工程。

榮譽表彰

2008年1月31日，中華人民共和國住房和城鄉建設部以“建質[2008]22號”檔案發布《關於公布2005-2006年度國家級工法的通知》，《煤矸石填方路基施工工法》被評定為2005-2006年度國家二級工法。