徐國(guó)東 劉 巍周 震

（1.泰安市河道管理局 山東 泰安 271000；2泰安市水利勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院 山東 泰安 271000）

在新泰市柴汶河河道防洪治理工程中，按照國(guó)家關(guān)于煤矸石綜合利用的精神要求和新泰市的具體情況，采用煤矸石作為堤防填筑的原材料，通過(guò)對(duì)煤礦的固體廢棄物進(jìn)行了綜合利用，不僅工程質(zhì)量?jī)?yōu)良，還取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。目前，用煤矸石填筑堤防的施工工藝、檢測(cè)方法、壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)、干密度的測(cè)定，機(jī)械組合及質(zhì)量控制等技術(shù)問(wèn)題，還沒(méi)有無(wú)成熟、完善的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，在施工管理實(shí)踐中，我們對(duì)煤矸石填筑堤防施工的技術(shù)進(jìn)行了有益的研究與探索。

1 工程概況

新泰市是一座煤礦工業(yè)城市，隨著煤炭的開(kāi)采，產(chǎn)生了大量的煤矸石，形成一座座煤矸石山，擠占農(nóng)田、河床。在新泰市境內(nèi)柴汶河上游段自然河道（樁號(hào)48+100～73+500），沿河煤礦、村莊亂堆亂放礦渣和垃圾，堵塞了河道，汛期河道行洪時(shí)嚴(yán)重阻水，洪水四處滿(mǎn)溢，給兩岸生產(chǎn)、生活帶來(lái)安全危害。為提高柴汶河防洪能力，將柴汶河防洪治理工程列入了國(guó)家和省級(jí)中小河流治理工程建設(shè)項(xiàng)目中。治理河段堤防設(shè)計(jì)頂寬6.0m，堤頂高程為二十年一遇設(shè)計(jì)洪水位加堤頂超高1.8m。

在設(shè)計(jì)時(shí)，我們對(duì)筑堤材料進(jìn)行了方案比較。如果用粘土筑堤，需要遠(yuǎn)距離調(diào)土，運(yùn)距遠(yuǎn)費(fèi)用高。而治理河段中有堆積十余年的、并有足夠數(shù)量的煤矸石山，若以此料筑壩，既可就近取材，廢料利用，又可清除河道行洪障礙，疏浚河道。煤矸石作為采煤過(guò)程中的廢棄料，給生活空間、環(huán)境造成很大的浪費(fèi)和污染。

經(jīng)過(guò)方案比較，將堤防設(shè)計(jì)為粘土斜墻砂石堤，粘土斜墻后的堤身采用經(jīng)過(guò)自然焚化的煤矸石。在施工中共修筑煤矸石堤防6km，填筑煤矸石50多萬(wàn)方。它不僅使工程造價(jià)大大降低，同時(shí)，所產(chǎn)生的社會(huì)效益也是不可估量的。

2 筑堤煤矸石的材質(zhì)特性

煤矸石中含有較低的碳，主要礦物成分是伊利石、高嶺石等粘土礦物經(jīng)及石英、云母石、長(zhǎng)石和少量的碳酸鹽和硫鐵礦等，從總體上說(shuō)煤矸石屬于黏土質(zhì)原材料。此外，它伴有許多開(kāi)采附屬物如煤、其他雜物等。煤矸石呈黑、褐色，層狀結(jié)構(gòu)，油脂光澤，較易粉碎，路基成型后，其表面平整、密實(shí)。

柴汶河河道內(nèi)的這幾座堆積達(dá)10年之久的煤矸石，通過(guò)與新煤矸石比較，說(shuō)明堆積時(shí)間愈長(zhǎng)，顆粒風(fēng)化愈嚴(yán)重，粒徑變細(xì)的愈多，不均勻性增大，密度有所提高。

這幾座煤矸石料的顆粒組成中d<5mm的顆粒含量為19.78～27.87%，雖經(jīng)風(fēng)化，顆粒變小反而不均勻系數(shù)增大。有利于大小顆粒彼此充填，故級(jí)配較好。

3 施工方法

3.1 填筑原則

煤矸石料填筑堤防，按照“四區(qū)段、八流程”進(jìn)行施工?！八膮^(qū)段”是將作業(yè)面分為卸料區(qū)、攤鋪區(qū)、碾壓區(qū)和檢測(cè)區(qū)，做到界限分明。攤鋪煤矸石前應(yīng)先放樣，劃出堤基邊線(xiàn)、土質(zhì)護(hù)坡界線(xiàn)等，以便于嚴(yán)格控制攤鋪厚度、平整度、含水量，控制碾壓范圍和碾壓遍數(shù)，防止漏壓，最后便于正確檢測(cè)密實(shí)度?！鞍肆鞒獭本褪翘盍线x擇、基底處理、攤鋪平整、含水量控制、振動(dòng)碾壓、檢測(cè)簽認(rèn)、堤基成型、邊坡修整。

3.2 煤矸石攤鋪

攤鋪長(zhǎng)度應(yīng)以當(dāng)天攤鋪、當(dāng)天碾壓結(jié)束為原則。做好排水設(shè)施，防止水侵堤基。施工采用水平分層填筑法，在將筑堤工程分成不同作業(yè)段時(shí)，先行填筑的地段應(yīng)分層留臺(tái)階，保證每一個(gè)壓實(shí)層能夠相互重疊搭接，搭接長(zhǎng)度應(yīng)大于150cm，確保相鄰作業(yè)段接頭范圍內(nèi)的壓實(shí)度符合設(shè)計(jì)要求。

土質(zhì)護(hù)坡應(yīng)與煤矸石填筑同步進(jìn)行。為保證堤防邊緣壓實(shí)度，土質(zhì)護(hù)坡填筑時(shí)，堤基兩側(cè)應(yīng)各超寬填筑50cm，同時(shí)做好土質(zhì)護(hù)坡的排水設(shè)施。

攤鋪前應(yīng)在堤基中心，堤基邊緣等處設(shè)置松鋪厚度控制樁，控制攤鋪厚度。煤矸石的松鋪厚通過(guò)試驗(yàn)確定，可在施工中按下列數(shù)值選用，并予以適當(dāng)調(diào)整。

人工攤鋪:1.3～1.5 機(jī)械攤鋪:1.2～1.3

3.3 煤矸石壓實(shí)

煤矸石堤防應(yīng)由下而上分層填筑，每層虛鋪厚度不宜大于30cm，在碾壓機(jī)械碾壓之前，宜先用推土機(jī)推平，平地機(jī)整平，壓路機(jī)低速行駛碾壓4～5遍，使表面平實(shí)。煤矸石碾壓，應(yīng)遵循先輕后重原則，碾壓順序應(yīng)遵循先低后高的原則，以重型壓路機(jī)碾壓時(shí)，并應(yīng)控制行駛速度：一般平碾不超過(guò)2km/h，并要控制攤鋪厚度和壓實(shí)遍數(shù)。采用“薄填、慢駛、多次”的方法，碾壓方向應(yīng)從兩邊逐漸壓向中間，碾輪每重疊寬度15～25cm，運(yùn)行中，碾輪邊距填土邊緣應(yīng)大于50cm，以防發(fā)生滑坡傾倒。邊角、邊坡、邊緣壓實(shí)不到之處，輔以人力夯或小型夯具，直至達(dá)到設(shè)計(jì)規(guī)范要求。每碾壓一層完畢，應(yīng)用人工或機(jī)械將表面拉毛，以利結(jié)合。碾壓完畢后及時(shí)檢驗(yàn)壓實(shí)度，符合規(guī)定要求后方可繼續(xù)填筑。

從新泰市柴汶河煤矸石填筑堤防的施工實(shí)踐來(lái)看，如果采用機(jī)械攤鋪煤矸石層，可直接用20t以上的中型或重型振動(dòng)壓路機(jī)分層碾壓3～4遍，每層壓實(shí)厚度不得大于30cm。如果采用人工攤鋪煤矸石層，宜先用履帶式機(jī)具8～12t輕型壓路機(jī)靜壓1～2遍，穩(wěn)壓后，再用振動(dòng)壓路機(jī)振碾3～4遍。對(duì)于直線(xiàn)堤防段應(yīng)由土質(zhì)護(hù)坡開(kāi)始向堤防中心碾壓，曲線(xiàn)堤防段應(yīng)由彎道內(nèi)側(cè)開(kāi)始向外側(cè)碾壓。碾壓速度，穩(wěn)壓時(shí)采用1擋(1.5～1.7km/h)，振碾時(shí)采用 2擋(2.0～2.5km/h)為宜。 碾壓輪跡應(yīng)相互搭接，后輪必須超過(guò)兩段的接縫。

3.4 質(zhì)量檢測(cè)

隨機(jī)抽檢煤矸石相對(duì)密度15個(gè)點(diǎn)，室內(nèi)試驗(yàn)得到煤矸石最大干密度1.65g/cm，最小干密度為1.43g/cm，現(xiàn)場(chǎng)采用灌水法檢測(cè)煤矸石干密度，計(jì)算得到其相對(duì)密度。煤矸石相對(duì)密度度共抽檢14點(diǎn)，合格14點(diǎn)，合格率100%，煤矸石填筑相對(duì)密度符合規(guī)范和設(shè)計(jì)要求，滿(mǎn)足《水利水電工程施工質(zhì)量檢驗(yàn)與評(píng)定規(guī)程》（SL176-2007）要求。

4 結(jié)論和建議

4.1 煤矸石堤防施工應(yīng)注意的問(wèn)題

1）煤矸石堤防施工中應(yīng)嚴(yán)格控制含水量，含水量不足時(shí)不易壓實(shí)，含水量過(guò)大時(shí)也不易壓實(shí)，保證碾壓含水量為最佳含水量為±(1%～2%)。填料分層厚度一般在30cm左右，最大不超40cm。

2）填料應(yīng)盡量選擇存放時(shí)間較長(zhǎng)的煤矸石，盡量使用在矸石山自燃后的煤矸石，應(yīng)優(yōu)先選用紅色的或灰色的煤矸石（巖性為砂巖、粉砂巖、灰?guī)r等），避免使用灰黑色煤矸石（巖性為炭質(zhì)頁(yè)巖、泥巖等）。

3）施工過(guò)程中要嚴(yán)格按照《堤防工程施工規(guī)范》控制壓實(shí)，為便于回填的煤矸石，其粒徑不宜大于20cm，建議選用粒徑5mm左右的煤矸石，必要時(shí)可進(jìn)行適當(dāng)?shù)钠扑?、篩選。

4）煤矸石堤防需要設(shè)置土質(zhì)路拱、土質(zhì)包邊和封頂。包邊土寬度不得小于1.5m，邊坡兩側(cè)宜用粘土封坡，以隔絕煤矸石與外界的直接接觸，避免干濕循環(huán)。邊坡防護(hù)可采用骨架護(hù)坡+鋪草皮，當(dāng)?shù)谭肋吰螺^高、較陡時(shí)也可采用漿砌護(hù)坡或其他防護(hù)措施。

4.2 結(jié)論

經(jīng)過(guò)探索和實(shí)踐，我們認(rèn)為，煤矸石作為一種堤防填筑材料，有多項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)優(yōu)于普通土。

1）筑堤力學(xué)性能好。煤矸石的壓縮系數(shù)較小，壓縮模量較高，堤防強(qiáng)度遠(yuǎn)高于土堤防，煤矸石填筑的堤防穩(wěn)定性能好，粘結(jié)性強(qiáng)，有較強(qiáng)的抗雨水沖刷能力和抗風(fēng)雨侵蝕性能。

2）筑堤工藝簡(jiǎn)單。煤矸石填筑堤防施工條件更加寬松，施工工藝更加簡(jiǎn)捷(土方路基受天氣環(huán)境的制約較大)。其材質(zhì)特征完全符合堤防填料路用特性的要求。

3）筑堤能廢物利用，一舉兩得。煤矸石在河道治理堤防工程中的應(yīng)用具有消耗量大、無(wú)需進(jìn)行特殊處理及特殊技術(shù)手段的優(yōu)點(diǎn)，用做堤防填筑材料是一種有效地利用煤炭工業(yè)廢料和減少環(huán)境污染的有效途徑。隨著我國(guó)河道治理工程的大規(guī)模興建，煤矸石在河道治理堤防工程中的利用具有廣闊的前景，這對(duì)于我國(guó)煤礦地區(qū)既能解決河道堤防征地取土困難，又能大量消耗積存的煤矸石。