浅谈路基填料在公路中的应用__墨水学术,论文发表,发表论文,职称

所属栏目：推荐论文发布时间：2011-02-25浏览量:117

副标题#e#摘要：本文主要从路用性能，碾压工艺，环境评价几个方面对煤矸石作为路基材料在公路中的应用进行了探讨。
　　关键词:路基填料公路应用
　　目前全世界已有80多个国家和地区拥有高速公路,通车里程超过了20万km,其中美国、日本、德国、加拿大等发达国家已经构筑起与本国经济和社会发展相适应的高速公路网。高速公路不仅是交通运输现代化的重要标志,同时也是一个国家现代化的重要标志。而我国高速公路从无到有经短短20多年的建设发展历程取得了举世瞩目的巨大成就,目前高速公路通车总里程已达到3.5万km，居世界第二。
　　由于线路所在区域的地形地貌原因,填土式高路基是高速公路路基中最常见的型式。但是,采用高路基的填方工程需要大量填料,随着人们资源和环境保护意识的逐步增强,如何选取路基填料的问题显得日益突出。以往的高速公路路基填方大多采用粘性土、砂土、砂砾石等天然和人工开采的土石料,这必然需要侵占大量的农田、山林等资源,破坏现有的生态环境。为了解决这一矛盾,科研、设计、施工、管理等单位对路基填料进行了大量的尝试以寻找替代品,于是煤矿开采出的废料煤矸石就成为一个重要的研究对象。随着20世纪90年代后期在京福国道、鹤伊高速、江苏239省道及205国道山东段等高等级公路路基中的成功应用,煤矸石的运用范围日益广泛,并成为一大热点。
　　目前,对于煤矸石作为高速公路的路基填料,虽然取得了一定的成果,但是仍有很多问题需要研究,特别是煤矸石的路用性能、碾压工艺等几个方面问题更是值得关注。根据目前煤矸石在高速公路中应用的现状,本文就煤矸石的路用性能、碾压工艺、环境评价等问题进行了一定的分析研究,提出了一些看法,这些对进一步深入研究煤矸石具有一定的意义。
　　1、路用性能
　　路基填料路用性能主要包括压实特性和强度方面的性能,与其相关指标主要包括颗粒级配、最大干密度及最优含水率、压碎值、承载比等。颗粒级配可以反映材料的组成情况,其决定了材料的压实特性；最大干密度和最优含水率是在某一颗粒级配条件下可以达到的最大干密度及此时的含水率；压碎值和承载比反映了材料的强度特性,压碎值越小表示材料的强度越高,承载比则表明材料的弹性模量大小。
　　但是,由于材料的特殊性,作为路基填料时,不仅要考虑煤矸石物理力学方面的性能,而且还要考虑化学等方面的特殊性能,特别需对其化学成分、烧失量、分解排气性、浸出毒性、颗粒破碎性、渗透性、浸水变形性等进行考虑。
　　煤矸石化学成分相当复杂,除含有岩石无机质外,还有有机质。这些不仅影响到煤矸石的物理力学性能,而且还决定着材料的耐久性,对环境也会造成一定的影响,因此需要进行煤矸石的化学成分分析。而烧失量可以很好的反映有机质及其它易分解物质的含量,故还需要进行烧失量试验。
　　在外界因素的作用下,煤矸石会发生一定的化学反应,会产生气体和释放一定的热量。如果气体无法排出,必将造成路基的膨胀,形成弹簧路基,从而引起路面的开裂、变形不均匀,这在高速公路中必须极力避免,故有必要对煤矸石的分解排气特性进行试验研究。
　　煤矸石含有一些有毒性的成分,在工程建设及运行期间,可能会对周围的环境造成一定的影响,因此有必要进行煤矸石浸出毒性试验,以判断其作为路基填料的路用性能。浸出毒性所测项目主要包括pH值、氟化物、氯化物、硫化物、汞、六价铬、镉、砷、铅、铜和锌等11项指标。
　　众所周知,煤矸石具有自我造粉能力,这主要是因为煤矸石易于颗粒破碎。从某个方面来说这对形成合理颗粒级配是有利的,但是能否形成合理级配还需要试验研究。为此,需要对摊铺前的煤矸石颗粒级配考虑颗粒破碎进行优化,寻找出合适的摊铺原始级配,使得经过碾压后的级配最优,以便增加路基的压实度,提高路基强度。
　　煤矸石的渗透性决定#p#副标题#e#了路基设计断面的结构形式,同时,浸水变形是土石料的共性,强度也会降低,该特性也需研究。而由于煤矸石用于高速公路路基时间不长,其浸水变形问题没有引起人们如对黄土和砂土等路基的重视,但是煤矸石浸水变形问题是实际存在的。随着国内在建或拟建采用煤矸石路基高速公路越来越多,开展该方面的研究具有较大的工程实际和理论意义。
　　2、碾压工艺
　　作为路基填料,当煤矸石摊铺完成进行碾压时,就需要确定具体的碾压工艺,这就涉及到采用什么样的碾压设备、工艺组合及碾压遍数,这些与煤矸石的变形特性、松铺厚度等有关。目前常用的主要是静压、振压和冲压三种碾压设备,其压实机理也分别对应静力压实、振动压实和冲击压实。
　　静力压实是利用机械的自身重力所产生的静滚压力作用,迫使被压实材料产生永久性变形而达到压实的目的。振动压实是利用固定在一定质量物体上的振动器所产生的激振力,迫使被压实材料作垂直强迫振动,急剧减少颗粒间的内摩擦力,使颗粒靠近,密实度增加,从而达到压实的目的。冲击压实则是利用一定质量的物体,从一定的高度处落下,冲击被压实的材料而使之被压实。
　　静压的特点是循环时间长,材料应力状态的变化速度不大,而应力较大,但压实深度和路基的密实程度受到一定程度上的限制。振动压实可使石料颗粒重新排列,填充空隙,降低孔隙比,从而提高路基强度和减少变形。这种压实方式的特点是其作用面应力不大,过程时间短,加载频率较大,同时还可以根据不同的铺筑材料和压实层厚度,合理的选择振动频率和振幅,以提高压实效果,减少碾压遍数。冲压突破了传统的碾压方式,其利用冲击波来使土体密实。但是,实践也表明,冲压的作用会使得压实层表层土体变松,而振压也会使得土体表层有一定程度的松动。因此,在采用振压和冲压碾压后,大多情况下,需要采用静压进行收光。
　　分析认为,这主要与密实煤矸石等粗粒料的剪胀变形特性有关,因为在不大的围压情况下,当施加剪应力时土体会发生剪胀,故造成土体表层松动。可见结合煤矸石松铺厚度,如何组合不同工艺,包括碾压方式、碾压遍数等都是值得深入研究的。
　　3、环境评价
　　自1989年《中华人民共和国环境保护法》颁布以来,人们越来越注重环境问题。矸石山的存在,其所造成的风蚀扬尘、淋溶水对大气环境、地表水环境均可能造成污染,矸石堆场对区域内的景观环境也将产生一定的影响,同时矸石山可能自燃造成的火灾等严重影响了环境。生活的环境质量不好,必然会严重危害城镇居民的身心健康。
　　随着煤矸石越来越多在道路工程中的应用,矸石山将逐渐减少,接着带来的必将是城镇大气和景观环境的改善,人们生活质量的提高。可见,加快煤矸石在道路工程中应用的意义深远。
　　但是,对于道路建设所在地,作为路基材料,煤矸石的淋漓液是否含有有害物质从而对路线附近的土壤和生态环境造成污染是值得研究的。同时施工粉尘污染,也是必须考虑的因素。因此,在进行煤矸石路基建设时,必须要进行环境评价,正确评价煤矸石对环境可能影响,严禁污染物从城市向农村转移。
　　4、结束语
　　煤矸石的组成和性质较为复杂,煤矸石化学成分随产地变化而有所不同,力学性质也会有差异。公路建设规范要求较高,煤矸石作为路基填筑材料还处于尝试和经验积累阶段,其路用性能是值得进一步深入研究的。由于煤矸石材料的特殊性,没有相应的规范、规程作为依据,因此有必要对煤矸石的路用性能、碾压工艺进行深入研究,同时需要对煤矸石路基建设对环境的影响进行正确评价,严禁污染物转移。