矿业废渣填筑路基施工工法
1前言
煤研石是在成煤过程中与煤伴生的一种含炭量低的黑灰色岩石，是主要的工业废料之一，是一种特殊的软质粗粒土类材料.煤研石可占煤炭产量的15%，通常作为固体废弃物排放到地面而形成研石山.截止到2020年，我国煤研石累计堆放量超过60亿吨，堆积形成的研石山达1500-1700座，且以每年约5-8亿的排放量逐步增加.煤研石的堆积占用大量土地资源，长期堆积将氧化自燃并释放SO、NOx、CO等有害气体.且被地表或地下水浸泡可释放出有毒元素污染周边土体，对生态环境产生较大影响.因此，如何实现煤研石的合理利用逐步成为国内外学者共同重视的问题.随着交通设施建设的快速发展，煤研石在中国公路工程中的应用逐渐增加.众多研究表明煤研石材料在一定条件下可满足道路工程材料要求.将煤研石废渣应用于路基填筑，可节约耕地、减少环境污染，同时可为高速公路路基填筑提供新材料，节约筑路成本.
济南至微山高速公路是山东省高速公路网的重要组成部分，该项目的建设对区域经济及交通运输发展具有积极意义.本高速路段附近存在大量矿业废渣煤研石，巨大方量煤研石的闲置堆积势必造成矿山周边生态环境恶化，严重时甚至形成自燃、滑坡、塌及泥石流等灾害.合理利用煤研石等矿业废渣作为路基填筑材料不仅节约工程成本，且对该区域的环境保护与灾害防控起到正向推动作用.然而，煤研石因其自身性质不稳定（如强度低、浸水易膨胀、级配较差等）给矿物废渣在道路工程中的再利用产生困扰.开展煤研石改性研究及形成现场路基碾压施工方案对路基强度提升及改善煤研石所造成的环境污染具有重要现实意义.
山东省公路桥梁建设有限公司与山东农业大学通过开展科技创新，取得了“矿业废渣填筑路基承载特性与施工关键技术研究”这一创新成果.依托山东省公路桥梁建设有限公司济南至微山公路济宁新机场至枣菏高速段第二标段项目，形成了矿业废渣填筑路基施工工法.该方法进行路基填筑较为可靠，社会效益和经济效益较为显著.
2工法特点
本工法提出了固化剂改性及级配改良煤研石的路基碾压施工工法，针对煤研石路基，提出一整套煤研石改良、改性及碾压施工方案，保证煤研石路堤的稳定性，同时充分利用路段附近的煤研石资源优势，节省人力物力财力.
3适用条件
适用于周边广泛分布有弃置煤研石的路基工程，且大粒径块石为无明显裂缝、非片状、强度稳定的煤研石.
4工艺原理
煤研石路堤施工包括基底处理、测量放样、煤研石级配改良、固化剂添加、煤研石混合料的整平和碾压、路堤施工质量检测.其工艺原理可分为两部分进行闸述.
①煤研石级配改良原理
煤研石粗粒组含量较高，且粒径大多集中在砾粒区间，而砂粒及细粒组含量较低.较高含量的粗颗粒使得煤研石存在大量孔隙，从而对压实度、渗透性、膨胀性及承载能力产生较大影响.
煤研石存在质软、强度低的特点，在碾压施工过程中粗颗粒破碎为细颗粒进而填充煤研右空隙，起到改良级配的作用，但实际工程中需多次碾压方可达到租颗粒破碎效果.通过在煤研石中直接添加细颗粒可在碾压前填充孔隙，改善颗粒级配，进而在提升路基承载能力及施工质量的同时节约碾压遍数，减少工程造价.
当P2（粒径小于2mm细颗粒）含量为30%时，改良后煤研石最大干密度、无侧限抗压强度、抗压回弹模量及加州承载比均达到峰值，表明煤研石级配改良粒径小于2mm的细颗粒最优掺量为30%.在路基施工中，将天然煤研石进行筛选后进行级配调整，从而得到P2（粒径小于2mm细颗粒）含量为30%的级配改良煤研石，进而进行路基填筑.
②固化剂改性煤研石原理
由于煤研石自身强度有限，未能满足特重、极重型交通荷载等级要求.《公泥进行填料处理以提高路基顶面回弹模量.但传统的石灰、水泥等固化材料在生
产过程中会产生大量的粉尘、酸性氧化物SO和NO及温室气体CO，因此需探索绿色非传统固化剂用于煤研石路基施工中，这一做法在增强路基工程性能的同时又可降低对环境的不良影响和施工成本.将SAHP复合型固化剂添加至P2掺量为30%的煤研石中可显著提升煤研石混合料路用性能.
③煤研石路基碾压原理
在现场路基振动碾压过程中，激振力、激振频率、松铺厚度、行驶速度及碾压轮自重等因素均会对碾压效果产生影响.对添加固化剂后的30%P2煤研石进行碾压施工，施工工艺流程包括基底处理、测量放样、煤研石的摊铺、煤研石混合料的整平、煤研石混合料的碾压、煤研石填料路堤检测.
5施工工艺流程及操作要点
5.1施工工艺流程
煤研石混填路堤整体工艺流程如图5.1-1所示.
图5.1-1路基压实检测整体工艺流程图
5.2施工工艺主要工序操作要点
5.2.1基底处理
地基处理是路基填筑前的重要准备工作，用推土机对原地面清表并整平使填筑区域具有平整性，再测放冲击碾压边线.以测量放样结果为准，用冲击碾压的方式处理，轮迹覆盖路基表面视为一遍，通常需安排24遍或更多遍数的冲击碾压，直至实测压实系数不低于0.90为止.测点的布设方式对压实质量检验结果的准确性有显著的影响，要求每2000m²不少于4处同时边坡线上至少有一处.此外，以平板荷载试验的方式检验承载力，测点数量布置要求为每3000m²抽样检验4处，测定的地基承载力不低于0.12MPa.
5.2.2测量放样
基地处理整平碾压符合设计要求后，使用GPS仪器进行测量，准确计算出原地面的标高，放出路基的中线，接着测量计算出路基填方的坡脚线，并用灰线使其明显表现出来.另外，对于两侧坡脚线以外的每边还需各自进行加宽30cm，以保证路基的边沿处压实度符合要求.
5.2.3煤研石的摊铺
经30%P2改良后的煤研右混合料在摊铺过程中保证均匀分布，水平方向尽量保块石间距不小于1.5倍块石直径，竖直方向分层错位布置（图5.2.3-1）.
路基填筑所需的煤研石混合料使用挖掘机搭配自卸汽车来进行挖掘、运输配送.在路基的挖方处，由挖掘机对填料进行挖掘并将其装入自卸汽车，由自卸汽车运输配送至指定地点.
摊铺工作作为施工重点，需要采用装载机将煤研石装填到自卸汽车中，在运输中要尽量避免颠簸道路.根据压实厚度和运输量确定所采用卸料车的型号，用白灰线画出方向格.待到煤奸石运输到施工现场时，需要采用推土机将煤研石摊平、整平处理.平地机需要沿着路基两侧刮平，避免出现煤研石过于集中的问题.根据煤研石路基实际施工，压实质量和调节含水量有着直接关系，施工时需要控制煤研石含水量在最优含水量，这样会提高压实质量.通过相关检测可知，煤研石的含水量通常较低，不符合最佳含水量标准，这就需要进行洒水处理，主要分为两次进行.
第一次洒水用量为60%-70%需要略高于理论数值的55%待到2-4h后挖开
检查，待到渗透深度在75%以上时，需要进行3次以上的碾压工作.压路机主要选择20t以上的振动压路机为宜，强振次数在2遍以上，这样能够保证煤石完全破碎并重新组合.
第二次洒水量通常是第一次的一半，避免洒水量过渡，如果裸露时间较长，气温会消耗煤奸石中的水分，可以适当提高10%洒水量，因地制宜.第二次洒水时将固化剂按照一定比例（0.2%-0.8%）拌入，待到洒水工作完成后即可进行碾压工作.采用重型压路机强振2遍以上，静压1-2次，直到表面没有出现压实痕迹即可，不可存在翻浆、松散、软弹等现象，保证表面光洁度.
图5.2.3-1煤研石摊铺
5.2.4煤研石混合料的整平
在路基的挖方处，由挖掘机对填料进行挖掘并将其装入自卸汽车，由自卸汽车运输配送至指定地点卸下摊铺完成后，先对煤研石混合料进行找平，恢复一次控制点并确定好纵横坡的坡度，接着使用平地机进行精确找平，找平完毕在之后，测量工程师与路基工程师相互协助配合，按施工图纸将控制点进行恢复，同时精
