论文部分内容阅读
[摘 要]阐述煤矸石作为路基填筑材料的应用机理，评价新旧煤矸石路基不均匀沉降的原因、影响因素及评价指标。讨论解决路基不均匀沉降的解决方案，着重分析施工碾压方法对煤矸石路基的沉降影响。并采用碾压后的评价指标再次评价其沉降方面的合格性。
[关键词]煤矸石 路基 不均匀沉降
中图分类号：TU4 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）22-0123-01
煤矸石是在成煤过程中与煤层相伴随产生的一种含碳量低、相对比较坚硬的黑色岩石，在开采和洗选过程中被分离出来，成为废弃物。一般就近堆放于矿区周围，形成巨大的煤矸石山或排土场。煤矸石的大量排放和自燃不仅使矿区生态环境日趋恶化，而且严重污染了煤矿和周边环境的。对矿区煤矸石进行研究、治理和综合利用，不仅具有重大的环境意义，而且能取得较好的社会和经济效益，煤矸石作为土工充填材料的应用已成为消耗煤矸石的主要途径。煤矸石是含碳岩石（由碳质页岩、碳质砂岩、20%左右的煤构成）和其它岩石（页岩、砂岩、砾岩等）的混合物。随着煤层地质年代、地区、成矿情况、开采方法的不同，煤矸石的组成及其含量亦各不相同。
将煤矸石作为道路基层材料用于筑路工程，有著明显优势。一是对煤矸石的种类和品质没有特殊的要求，对有害成分含量的限制不严，适用于多种类型煤矸石；二是煤矸石在道路工程中的应用具有耗渣量大、无需进行特殊处理及特殊技术手段的优点。煤矸石用做路基材料是一种有效地利用煤炭工业废料和减少环境污染的有效途径。
国内应用煤矸石填筑路基已有许多成功的工程实例，最早是在90年代初期。由于交通量的日益增长，许多公路面临旧路拓宽改造等问题。新旧煤矸石路基不均匀沉降的问题开始引起许多学者的注意。由于目前国内煤矸石的工程应用主要集中在路基填筑、地基回填等方面，所以对煤矸石的试验研究也主要针对路用材料的工程性质，以压密机制和强度特性的研究为主。
1.煤矸石的技术性质
由于组成煤矸石的岩石性质的不同，煤矸石在工程应用中很可能存在水稳性、膨胀性及崩解性等不利因素。因此在新路基填筑前，应检验煤矸石的路用技术性质。在选作路基填料和路面基层材料时，应尽量选择烧失量小、有机质少的煤矸石，防止在氧化环境和浸水条件下路基沉降不稳定。
1.1 水稳定性
结构致密的煤矸石吸水性较低，并且具有较好的透水性能，其自身的保水性较低，可作回填材料或路基填方材料；结构较松散的泥质、砂质岩煤矸石吸水性较高些，且吸水后体积发生膨胀并破碎成较小粉状矸石，不宜作为路基填料。在选料时应检验其水稳定性能。
1.2 力学强度
抗压强度高的煤矸石风化较慢，不宜自然风化破碎，适用于填筑材料；抗压强度低的煤矸石到地面摊开后易于风化破碎，不宜作为填筑材料。
1.3 级配密度
由于煤矸石有与碎石土相近的级配，其压实特性主要由骨料中的细料，以及细料对骨料空隙的充满程度决定。因此，可以先对细料进行击实试验，测定其最大干密度；然后计算骨料空隙全部由细料充满时的最大干密度，并将其作为煤矸石的最大干密度。级配在路基压实后会有所改变。
1.4 压实度
煤矸石料进行压碎值试验，通过试验发现煤矸石的压碎值随着强夯次数的增加而有所增加，这说明煤矸石在碾压过程发生了破碎.其自身的结构发生了变化.经碾压后变得比较容易破碎.导致终压后的压碎值大于碾压前的。由于在碾压期间，部分颗粒被压碎，填充空隙，使得级配重组，更加密实，这样使煤矸石路基级配更加良好。有利于煤矸石路基的压实。
1.5 击实性能
煤矸石细料击实特性与细粒土相近，混合料最大干密度随细料的增加呈规律变化；其强度优于路基常用填土。在施工中，只需挑拣或破碎粒径超标的大块煤矸石，当含水量为最佳时即可摊铺碾压，除特殊情况外，不需进行特殊技术处理。
2.路基沉降不均匀的解决方法
处治路基不均匀沉降的方法较多，但各有利弊。从设计方面总结国内外对路基沉降及不均匀沉降的处治措施主要有： （1）采用低等级路面过渡； （2）采用桥头搭板处治桥头沉降； （3）应用土工合成材料（土工格栅、塑料网格等）进行加筋或制成柔性褥垫层，使之调节和控制不均匀沉降； （4）应用超轻质EPS泡沫综合处治沉降； （5）压力灌浆法； （6）强夯法。
在众多路基沉降的解决方法中，碾压方法尤为重要。煤矸石的压实过程是一个颗粒级配改良的过程，使粗大煤矸石的比例向细颗粒比例转化，从而达到渐进压密的效果。现行煤矸石碾压的方式有两种：一种是静压碾压，材料应力状态的变化速度不大，应力较大，由于压实效果受机械自重的限制，压实深度和路基的密实程度有限；另一种是振压碾压，利用机械振动的冲击效果使煤矸石路基的压实度、整体强度和承载能力显著提高，可以加速煤矸石路基的下沉，减少煤矸石路基的工后沉降，从根本上避免新旧煤矸石路基不均匀沉降的问题。
在碾压结束后，应从压实度、级配变化、压碎值等方面进行评价，检验碾压前后的变化情况，从而确定其碾压效果。
结束语
煤矸石作为路基填充材料的作用毋庸置疑，解决其不均匀沉降的方法也在探索中。导致煤矸石路基不均匀沉降的原因很复杂，主要是煤矸石本身的成分不同、施工条件、处理方法不同造成的。不同时期的煤矸石性能差异较大，只能人为的控制施工方法、排水隔水设计和检测的标准。
参考文献
[1] 申文胜，煤矸石填筑路基冲击压实施工关键技术研究 [J] 筑路机械与施工机械化，2010.7.
[2] 邱钰，缪林昌，刘松玉.煤矸石在道路建设中的应用研究现状及实例 [J] 公路交通科技 2002.4.
[3] 刘春荣，王东权，朱玉晓.矿产废料煤矸石作为路基填料的实验研究 [J] 重庆交通学院学报，2004.10.
[4] 魏建明，翟林.粉煤灰路堤稳定性对比分析 [J] 公路 2012.3.
[5] 狄升贯.高速公路煤矸石路基路用性能研究 长安大学硕士论文2008.5.
作者简介
王慧颖（1979），女，哈尔滨人，硕士，黑龙江工程学院，讲师，主要研究道路与铁道工程方向。
[关键词]煤矸石 路基 不均匀沉降
中图分类号：TU4 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）22-0123-01
煤矸石是在成煤过程中与煤层相伴随产生的一种含碳量低、相对比较坚硬的黑色岩石，在开采和洗选过程中被分离出来，成为废弃物。一般就近堆放于矿区周围，形成巨大的煤矸石山或排土场。煤矸石的大量排放和自燃不仅使矿区生态环境日趋恶化，而且严重污染了煤矿和周边环境的。对矿区煤矸石进行研究、治理和综合利用，不仅具有重大的环境意义，而且能取得较好的社会和经济效益，煤矸石作为土工充填材料的应用已成为消耗煤矸石的主要途径。煤矸石是含碳岩石（由碳质页岩、碳质砂岩、20%左右的煤构成）和其它岩石（页岩、砂岩、砾岩等）的混合物。随着煤层地质年代、地区、成矿情况、开采方法的不同，煤矸石的组成及其含量亦各不相同。
将煤矸石作为道路基层材料用于筑路工程，有著明显优势。一是对煤矸石的种类和品质没有特殊的要求，对有害成分含量的限制不严，适用于多种类型煤矸石；二是煤矸石在道路工程中的应用具有耗渣量大、无需进行特殊处理及特殊技术手段的优点。煤矸石用做路基材料是一种有效地利用煤炭工业废料和减少环境污染的有效途径。
国内应用煤矸石填筑路基已有许多成功的工程实例，最早是在90年代初期。由于交通量的日益增长，许多公路面临旧路拓宽改造等问题。新旧煤矸石路基不均匀沉降的问题开始引起许多学者的注意。由于目前国内煤矸石的工程应用主要集中在路基填筑、地基回填等方面，所以对煤矸石的试验研究也主要针对路用材料的工程性质，以压密机制和强度特性的研究为主。
1.煤矸石的技术性质
由于组成煤矸石的岩石性质的不同，煤矸石在工程应用中很可能存在水稳性、膨胀性及崩解性等不利因素。因此在新路基填筑前，应检验煤矸石的路用技术性质。在选作路基填料和路面基层材料时，应尽量选择烧失量小、有机质少的煤矸石，防止在氧化环境和浸水条件下路基沉降不稳定。
1.1 水稳定性
结构致密的煤矸石吸水性较低，并且具有较好的透水性能，其自身的保水性较低，可作回填材料或路基填方材料；结构较松散的泥质、砂质岩煤矸石吸水性较高些，且吸水后体积发生膨胀并破碎成较小粉状矸石，不宜作为路基填料。在选料时应检验其水稳定性能。
1.2 力学强度
抗压强度高的煤矸石风化较慢，不宜自然风化破碎，适用于填筑材料；抗压强度低的煤矸石到地面摊开后易于风化破碎，不宜作为填筑材料。
1.3 级配密度
由于煤矸石有与碎石土相近的级配，其压实特性主要由骨料中的细料，以及细料对骨料空隙的充满程度决定。因此，可以先对细料进行击实试验，测定其最大干密度；然后计算骨料空隙全部由细料充满时的最大干密度，并将其作为煤矸石的最大干密度。级配在路基压实后会有所改变。
1.4 压实度
煤矸石料进行压碎值试验，通过试验发现煤矸石的压碎值随着强夯次数的增加而有所增加，这说明煤矸石在碾压过程发生了破碎.其自身的结构发生了变化.经碾压后变得比较容易破碎.导致终压后的压碎值大于碾压前的。由于在碾压期间，部分颗粒被压碎，填充空隙，使得级配重组，更加密实，这样使煤矸石路基级配更加良好。有利于煤矸石路基的压实。
1.5 击实性能
煤矸石细料击实特性与细粒土相近，混合料最大干密度随细料的增加呈规律变化；其强度优于路基常用填土。在施工中，只需挑拣或破碎粒径超标的大块煤矸石，当含水量为最佳时即可摊铺碾压，除特殊情况外，不需进行特殊技术处理。
2.路基沉降不均匀的解决方法
处治路基不均匀沉降的方法较多，但各有利弊。从设计方面总结国内外对路基沉降及不均匀沉降的处治措施主要有： （1）采用低等级路面过渡； （2）采用桥头搭板处治桥头沉降； （3）应用土工合成材料（土工格栅、塑料网格等）进行加筋或制成柔性褥垫层，使之调节和控制不均匀沉降； （4）应用超轻质EPS泡沫综合处治沉降； （5）压力灌浆法； （6）强夯法。
在众多路基沉降的解决方法中，碾压方法尤为重要。煤矸石的压实过程是一个颗粒级配改良的过程，使粗大煤矸石的比例向细颗粒比例转化，从而达到渐进压密的效果。现行煤矸石碾压的方式有两种：一种是静压碾压，材料应力状态的变化速度不大，应力较大，由于压实效果受机械自重的限制，压实深度和路基的密实程度有限；另一种是振压碾压，利用机械振动的冲击效果使煤矸石路基的压实度、整体强度和承载能力显著提高，可以加速煤矸石路基的下沉，减少煤矸石路基的工后沉降，从根本上避免新旧煤矸石路基不均匀沉降的问题。
在碾压结束后，应从压实度、级配变化、压碎值等方面进行评价，检验碾压前后的变化情况，从而确定其碾压效果。
结束语
煤矸石作为路基填充材料的作用毋庸置疑，解决其不均匀沉降的方法也在探索中。导致煤矸石路基不均匀沉降的原因很复杂，主要是煤矸石本身的成分不同、施工条件、处理方法不同造成的。不同时期的煤矸石性能差异较大，只能人为的控制施工方法、排水隔水设计和检测的标准。
参考文献
[1] 申文胜，煤矸石填筑路基冲击压实施工关键技术研究 [J] 筑路机械与施工机械化，2010.7.
[2] 邱钰，缪林昌，刘松玉.煤矸石在道路建设中的应用研究现状及实例 [J] 公路交通科技 2002.4.
[3] 刘春荣，王东权，朱玉晓.矿产废料煤矸石作为路基填料的实验研究 [J] 重庆交通学院学报，2004.10.
[4] 魏建明，翟林.粉煤灰路堤稳定性对比分析 [J] 公路 2012.3.
[5] 狄升贯.高速公路煤矸石路基路用性能研究 长安大学硕士论文2008.5.
作者简介
王慧颖（1979），女，哈尔滨人，硕士，黑龙江工程学院，讲师，主要研究道路与铁道工程方向。