粉煤灰在城市道路路基施工中的应用

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　　【摘 要】本文对粉煤灰在路堤施工中的应用，施工技术和质量控制进行论述。
　　【关键词】粉煤灰；路基；应用；质量控制
　　随着我区宁东基地电力事业的发展， 作为工业废渣之一的粉煤灰的年排放量也在逐年增加。为了改善粉煤灰污染环境和占用大量土地的问题， 研究和推广粉煤灰的综合利用已成为一项紧迫任务。为此，宁东基地建立了固体废弃物综合利用项目区，发展固体废渣综合回收利用产业，打造循环经济产业的项目区，改善宁东基地环境污染状况。
　　粉煤灰填筑工程的特点，首先是投资少、上马快，不像粉煤灰在建材产品中的利用那样 ，要花费较多的投资兴建工厂。填筑路堤或工程回填，只要提供运灰工具和摊铺、碾压机械 ，就可以进行施工。目前， 粉煤灰在其它省市公路路基中已得到广泛推广运用，但在宁夏地区纯粉煤灰路堤的施工应用还不是很多，相关的施工技术资料也不很完善。通过在宁东基地固体废弃物综合利用项目区北环路至一号渣场连接线K2+000～K2+300段路基填筑作为试验段，采用粉煤灰进行填筑，对影响粉煤灰使用特性的各种因素――如材料品质、工程特性、施工工艺、含水量控制、密实度控制、养生方法等进行了大量实践和探索，得出了此类材料结构的特征、施工工艺及质量控制技术。本文对粉煤灰在路堤施工中的应用，施工技术和质量控制进行论述。
　　1.粉煤灰的物理性质及其工程特性
　　1.1 粉煤灰的物理性质
　　粉煤灰是火力发电厂燃烧煤粉产生的粉状灰渣。其主要成分是二氧化硅（SiO2）和三氧化二铝（Al2O3），其总含量常超过70%，氧化钙（CaO）含量一般在2%～6%，通常称这种粉煤灰为硅铝粉煤灰。粉煤灰的天然含水量均较高， 与最佳含水量相差较大。所以在施工之前应提前几天在灰池中放水， 初步调整粉煤灰的含水量。粉煤灰的含水量不能调整太小， 因为粉煤灰在松散状态下水份挥发相当快， 遇到天晴天气， 在运输途中和施工过程中， 极易起尘而引起环境污染。施工中需要摸索出既能碾压密实又不污染环境的粉煤灰的含水量。经过多次实践， 我们认为摊铺后碾压前的粉煤灰含水量较最佳含水量高5～10%时为最佳。粉煤灰的粒径一般在0. 001～ 2 mm 之间， 为了便于压实， 小于0. 074 mm 的细颗粒的含量应大于45% 。虽然较多粗颗粒的粉煤灰的内摩擦角会增大， 对压实有一定的有利作用， 可用作路堤填料的粉煤灰为电厂排放的湿排灰， 但实践中发现， 粗颗粒较多， 颗粒尺寸单一， 且粗颗粒易压碎， 压实成型困难。所以必须控制有一定数量的细颗粒才能保证碾压密实。
　　1.2 粉煤灰的毛细水作用
　　松散粉煤灰的毛细水作用十分强烈， 碾压密实的粉煤灰毛细水上升高度会下降许多。一般粉煤灰压实度达到重型击实标准的90% 时， 毛细水上升高度为0. 8～ 1. 2 m， 比粘性土在同样条件下毛细水的上升高度大一倍， 所以，粉煤灰的毛细现象非常强烈。必须在施工中限制其不利影响。控制粉煤灰毛细水作用的影响的办法， 除了增加压实度外， 还有一个方法就是在粉煤灰层下面用砂性土、石灰土和透水性材料等设置隔离层， 隔离地下水的上升。
　　1.3 粉煤灰的渗透作用
　　粉煤灰的渗透性与压实度成反比， 即压实度越大渗透性越小。在相同压实条件下， 粉煤灰的渗透性与粘性土相比仍然优越得多。粉煤灰的渗透性也有不利的一面， 如果在粉煤灰路堤成型后长年累月有水渗入路堤， 会溶解并带走粉煤灰中的部分盐分， 然后析出， 使粉煤灰中留下空洞而影响密实； 同时浸出液中多含有重金属元素而对环境造成污染。所以粉煤灰路堤在施工时应有土质护坡包裹， 在成型后应有石灰土层作封层， 封住路基上方水渗入。
　　由于粉煤灰的最佳含水量均较高， 施工时为防止污染又控制含水量略高于最佳含水量， 粉煤灰路堤碾压成型后多余的水分会慢慢渗出， 在渗透过程中粉煤灰也有一个排水固结过程。因而施工中需要在粉煤灰的最下层、隔离层上设置横向盲沟， 方便路堤中多余水的渗透。这一特性可以在施工中加以利用， 实践中我们在成型粉煤灰路堤的表面充分洒水， 水分渗透排出后可以检测到从表层至一定深度粉煤灰的压实度会有不同程度增加， 增幅随深度增加而减小。特别是在雨后， 检测到粉煤灰的压实度会普遍增加。因而粉煤灰路堤施工在雨季的影响是不大的。
　　2.粉煤灰路堤的施工
　　针对粉煤灰路堤的特性， 粉煤灰路堤应由路堤主体部分（ 粉煤灰） 、护坡和封顶层、隔离层、排水盲沟等组成， 本工程试验段其结构示意图， 见图1。
　　图1 粉煤灰路基结构示意图
　　粉煤灰路堤具有不同于土石路堤的特性，必须按照设计要求，认真做好施工前的准备工作，编制切实可行的施工组织设计并精心组织施工，健全科学的现场管理制度，坚持“质量第一”的方针，充分发挥工程的经济效益。粉煤灰路堤施工的施工方法和压实机械基本上与土质路基施工类似，但增加了包边土摊铺和设置盲沟等工作内容。路堤施工质量的好坏，特别是粉煤灰压实度能否满足要求，取决于摊铺厚度、含水量控制，压实机械的种类及碾压遍数这四项基本要求。
　　2.1填筑要求
　　2.1.1 用于路堤填筑的粉煤灰，其烧失量宜小于20%，粒径宜在0.001～1.18mm之间，小于0.074mm的颗粒含量宜大于45%。
　　2.1.2 粉煤灰路基段采用塑性指数不小于8的粘性土设置水平宽2m的包边土；路基底部设置30cm砂砾排水垫层，垫层底做3%外倾横坡，利于排水。路床应采用50cm素土（砾类土）进行封层。
　　2.2压实度要求
　　粉煤灰路堤压实度须严格执行《公路路基设计规范》（JTD30―2004）规定，即上下路床压实度应大于96%，上路堤压实度大于94%，下路堤以下压实度应大于93%。
　　2.3包边土施工
　　包边土的塑性指数不小于8，填筑水平宽度为2m。包坡护肩土采取分层填筑，一般在填筑粉煤灰前，先填包坡护肩土，并进行预压，使其较同层粉煤灰高出5～8cm，然后再与该层粉煤灰填料同步压实，以增加结构整体性。包坡护肩土与粉煤灰接触面不得有大块碎石，以保证接触面密实，避免空洞和凹槽等现象。如在雨季施工，两侧的包坡护肩土应及时设置盲沟。盲沟的尺寸为30cm×30cm贯通包边土，材料可用砂予以夯实，以利排水。盲沟间距一般为20～30m设一道，在路堤两侧互相错开设置。 　　2.4粉煤灰施工
　　2.4.1粉煤灰储运
　　粉煤灰含水量的调节宜在堆场或灰地中进行。过湿的粉煤灰应堆高沥干，过干的粉煤灰应在摊铺前2～3天在堆场中洒水闷料，视运输距离和气候条件将含水量调节到略高于最佳含水量范围。运输时应防止运输途中的扬尘或流失污染，必要时应采取覆盖措施。中转站堆灰场地宜为硬地面，以利机械作业和排水。堆场应设有洒水设备，以利控制、调节粉煤灰的含水量，并防止干灰扬尘污染环境。粉煤灰的颗粒组成以及最大干密度和最佳含水量有显著差别的灰源应分别堆放，分段填筑，分段检测。
　　2.4.2粉煤灰摊铺
　　按设计要求铺筑土质或粒料隔离层，隔离层底的路拱横坡度不宜小于3%，碾压应达到规定的压实度。摊铺前应先放样，划出路堤边线、土质护坡界线等。边线要准确、顺直、弯道要圆顺。摊铺长度应以当天摊铺、当天碾压结束为原则。粉煤灰路堤采用水平分层填筑法施工。当分成不同作业段填筑时，先填地段应分层留台阶，使每个压实层相互重叠搭接，搭接长度应大于150cm，保证相邻作业段接头范围内的压实度。土质护坡应与粉煤灰填筑同步进行。土质护坡摊铺宽度应保证削坡后的净宽满足设计要求，同时应按设计要求作好土质护坡的排水盲沟。摊铺前应在路堤中心、路堤边缘等处设置松铺厚度控制桩，控制摊铺厚度。粉煤灰的含水量宜在灰场调节后再运到工地直接摊铺碾压，以达到提高工效之目的。已摊铺的粉煤灰因故造成过湿或过干，应晾晒或喷洒水分调整含水量，以达到1.0～1.1倍含水量为准。
　　根据工地实测，摊铺的松方系数按下列建议值控制：用人工摊铺，松方系数1.6-1.8；用推土机摊铺，松方系数1.2-1.3；用平地机摊铺，松方系数1.1-1.2 。含水量控制，从粉煤灰的击实特性可看出，达到90%压实度（重型）的含水量变化范围为10%，而比土的变化范围2-5%要宽得多。而实际上土的含水量超过3-5%是根本不易压实的。粉煤灰吸水量大，但失水也快，控制好碾压时的含水量接近或略大于最佳含水量是至关重要的一环。掌握好含水量可以起到事半功倍的效果。
　　2.4.3粉煤灰压实
　　（1）摊铺后的粉煤灰必须及时碾压，做到当天摊铺，当天碾压完毕，以防止水分蒸发而影响压实效果。碾压时，应使粉煤灰处于最佳含水量范围内。
　　粉煤灰路堤应分层填筑，分层碾压，宜采用振动压路机碾压。碾压厚度应根据压实机械的种类和压实功能的大小而定，事先应进行碾压试验。一般20～30t的中型振动压路机，每层压实厚度应不大于20cm，中型振动羊足碾或40～50t的重型振动压路机，每层压实厚度不得大于30Cm。
　　（2）粉煤灰碾压，应遵循先轻后重原则。对人工摊铺的灰层先用履带式机具或8～12轻型压路机静碾1～2遍，稳压后，用振动压路机振碾3～4遍。机械摊铺的灰层可直接用20t以上的中型或重型振动压路机碾压3～4遍，振动压路机压后再以静作用压路机静碾1～2遍。碾压完毕应及时检验压实度，符合规定要求后方可继续填筑上层。
　　（3）碾压顺序应遵循先低后高的原则，直线段由土质护坡向路中心碾压，曲线段由弯道内侧向外侧碾压。碾压速度，稳压时采用1档（1.5～1.7km/h），振碾时用2档（2.0～2.5km/h）为宜。碾压轮迹应相互搭接，后轮必须超过两段的接缝。
　　（4）对道路局部边角地带，如检查井周围、桥台或挡墙后背、沟槽回填等不能使用压路机碾压的部位，应采用小型手扶或振动压路机、蛙式夯实机进行碾压夯实并达到规定的压实度。
　　（5）因粉煤灰压实时的最佳含水量较高，为防止粉煤灰含有大量冰晶影响压实效果和工程质量，粉煤灰路堤的施工气温应在0℃以上。
　　（6）每层粉煤灰碾压结束后，应在压实层中间部位用环刀法检验压实度。也可用灌砂法、核子密度仪等方法检验压实度，但应建立相关关系。
　　（7）铺筑上层时，应控制卸料汽车的行驶方向和速度，不得在下层灰面上调头、高速行驶、急刹车等，以免造成压实层松散。
　　2.4.4粉煤灰路堤的养护
　　阴雨天气，当土质护坡高于灰面时，应及时挖好护坡临时排水沟，排除灰面的积水，以免影响上层铺筑。对湿软的局部地方，要采取翻晒或挖换处理。
　　经检验达到要求压实度的粉煤灰压实层，如暂时不能立即铺筑上层粉煤灰，应禁止或限制车辆行驶并适量洒水润湿，防止表层干燥松散。
　　当粉煤灰路堤因故较长时间不能继续施工时，应进行表层覆土封闭并碾压密实，作好路拱横坡，以利表面排水。应保持路基排水设施的完好，加强日常养护工作。复工前，路堤若有损毁，应按设计要求进行整修。
　　3.粉煤灰路堤施工质量管理及检验
　　施工质量管理包括所用材料的标准试验、中间检查和竣工检验，实行施工单位自检和质监部门抽检相结合的质量管理制度，检验不合格的部位必须采取补救措施使其达到规定要求，经检查合格后，方可进行下一道工序。路堤施工结束后，应进行全面检查、验收。
　　3.1材料试验
　　施工前应对使用材料粉煤灰的物理性质充分了解， 掌握各项性能指标、工程特性和压实机理， 作为指导施工的理论依据。本试验段所用粉煤灰的主要物理指标， 见表1（ 施工中所用粉煤灰为马莲台热电厂未加工产品） 。
　　土质护坡和封顶层所用砾类土和一般土方路基相同，其性能试验主要依据《公路工程试验规程》JTG E40-2007进行了界限含水量和标准击实试验，确定了塑性指数、最大干密度和最佳含水量。
　　3.2中间检查
　　施工过程中的检验包括路堤外形尺寸和路堤质量的控制、检验。外形尺寸主要靠日常管理加以控制，路堤工程的质量控制项目主要有含水量、碾压检查、填筑厚度、压实度、护坡宽度，压实度为主控项目。通过对本试验段现场压实度进行抽检，检测结果均符合设计规定的压实度。检测结果汇总见表2。
　　3.3竣工检验
　　竣工检验的目的是评价所完成的粉煤灰是否满足设计文件和施工规范的要求。工程质量验证：本试验段K2+000～K2+300现场承载能力通过采用贝克曼梁法进行检测，检测结果小于设计弯沉值，满足设计要求。抽取K1+500～K1+800采用砾类土作为填筑材料的检测结果与之对比，可以看出粉煤灰路堤弯沉值小于砾类土路堤弯沉值，其承载能力强于砾类土路堤，满足城市道路的使用要求。对比结果见表3.
　　4.结束语
　　粉煤灰是一种质轻、多孔隙、颗粒均匀，具有重量轻、压缩性小、渗透性好、摩擦系数大、强度高等优点，特别适用于软弱地基上高路基的修筑。其路用性能满足城市道路路堤的技术要求。采用粉煤灰修筑路堤是完全可行的，为节约能源，降低污染，开发利用粉煤灰找到了一条有效途径。
　　参考文献：
　　[1]《公路粉煤灰路堤设计与施工技术规范》JTJ 016-93
　　[2]《宁东基地固体废弃物综合利用项目区北环路至一号渣场连接线设计文件》
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