| 粉煤灰在高速公路施工中的應(yīng)用 中國三冶機械化公司（三冶路橋總公司）傅國志 【內(nèi)容提要】就地就近利用粉煤灰修筑路基、路面底基層和基層，既可以變廢為寶，減少占地及環(huán)境污染，又能提高道路質(zhì)量，降低工程成本，具有較大的技術(shù)經(jīng)濟價值，是一件利國利民的事。路堤施工中使用粉煤灰，可以減少與農(nóng)業(yè)爭地，采取一定技術(shù)措施，能夠滿足不同等級公路的技術(shù)要求。施工路面基層和底基層時摻拌粉煤灰后筑路材料更能發(fā)揮其優(yōu)點，使成型且養(yǎng)生的結(jié)構(gòu)層具有良好的力學(xué)性能、板結(jié)性、水穩(wěn)定性和一定的抗凍性。有些省市結(jié)合所在地區(qū)的自然條件和資源特點，通過對影響二灰類使用特性的各種因素——如材料品質(zhì)、規(guī)格及材料組成設(shè)計，施工工藝，含水量，密實度，溫度及養(yǎng)生方法等——進行大量實踐和探索，得出此類材料不同于一般剛性基層和底基層結(jié)構(gòu)的特征；通過對該種材料的路面結(jié)構(gòu)組成設(shè)計，施工工藝等進行分析總結(jié)，認(rèn)為二灰類混合材料系一種緩凝性硅酸鹽類材料，用它鋪筑出來的基層和底基層將會形成整體層。在一定溫度、濕度下其強度隨齡期而增加，屬滯后型，其后期工作強度一般情況下均超過初期強度的數(shù)倍甚至十多倍。本文就粉煤灰的應(yīng)用，施工工藝，工程實踐中應(yīng)注意的事項做一些分析。 1．概述 隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展，交通量增長非常迅速，我國高等級公路建設(shè)近幾年掀起了高潮。路堤的大量填方用土與農(nóng)業(yè)爭地的現(xiàn)象日益增多，而隨著加上多年陳灰積壓，侵占農(nóng)田、污染環(huán)境，急待開發(fā)利用。據(jù)八十年代末資料統(tǒng)計，我國年粉煤灰排放量就在四千萬噸以上，利用率很低。就地就近利用粉煤灰來修筑公路，變廢為寶，既減少環(huán)境污染，又能減少占用農(nóng)田，提高道路工程質(zhì)量，降低成本，具有較大的社會經(jīng)濟效益。 粉煤灰是火力發(fā)電廠燃燒煤粉產(chǎn)生的粉狀灰渣。其主要成分是二氧化硅（SiO2）和三氧化二鋁（Al2O3），其總含量常超過70%，氧化鈣（CaO）含量一般在2%~6%，通常稱這種粉煤灰為硅鋁粉煤灰。粉煤灰的燒失量一般小于10%，但由于燃燒工藝等原因，有的粉煤灰燒失量則在20%以上。規(guī)范規(guī)定作為路面用粉煤灰的燒失量不應(yīng)超過20%，其比表面積宜大于2500cm2/g。 2．粉煤灰在填筑路基方面的應(yīng)用 2．1粉煤灰填筑路堤的應(yīng)用程序 首先根據(jù)擬填筑路基的高度和原地基土質(zhì)水文條件，采取相應(yīng)的設(shè)計措施，對施工工藝及控制標(biāo)準(zhǔn)提出要求。路堤設(shè)計中要根據(jù)地基的狀況采取措施排除地下水，加速土的固結(jié)，滿足工后沉降和穩(wěn)定性要求，其方法有：設(shè)碎石樁，把原基作成一定拱度，鋪碎石墊層或碎石加砂墊層，可以在碎石墊層上敷設(shè)兩層土工織物加筋層，每層厚度30cm，填筑砂土或亞砂土，加筋層設(shè)置的目的上，一是加筋作用起增加路堤的抗滑穩(wěn)定性，二是隔離毛細(xì)水，防止粉煤灰填料含水量過大而引起路堤粉煤灰強度降低。在土工物加筋隔離層上按規(guī)定30cm一層縱向填筑粉煤灰并碾壓至要求的密實度。路槽標(biāo)高以下設(shè)置50cm的亞砂土覆蓋層封頂。邊坡用寬2m（水平方向）的亞砂土作包邊，形成土質(zhì)包邊外殼，以保護粉煤灰路堤邊坡的穩(wěn)定性。土質(zhì)邊坡上要縱橫設(shè)置無紡?fù)凉た椢锼槭?。在路堤設(shè)計中要對粉煤灰路堤及土質(zhì)邊坡進行穩(wěn)定驗算。在穩(wěn)定驗算中，不計粘結(jié)力C值，內(nèi)摩擦角φ值也應(yīng)取用飽水后的φ值為宜，以策安全。 2．2粉煤灰路堤施工 粉煤灰路堤施工的施工方法和壓實機械基本上與土質(zhì)路基施工類似，但增加了包邊土攤鋪和設(shè)置盲溝等工作內(nèi)容。路堤施工質(zhì)量的好壞，特別是粉煤灰壓實度能否滿足要求，取決于攤鋪厚度、含水量控制，壓實機械的種類及碾壓遍數(shù)這四項基本要求。 2.2.1攤鋪厚度粉煤灰的攤鋪厚度與攤鋪方式（人工或機械）和壓實機械的能力有關(guān)。攤鋪厚度要通過施工試驗段來決定。一般講，國產(chǎn)20t振動壓路機要求壓實厚度不大于20cm，不宜太厚，這樣才能保證壓實層中壓實度均勻一致。如有大功率的振動壓路機，如原西德產(chǎn)的BW-217D型50t級振動壓路機，壓實厚度可控制在30cm左右。 根據(jù)工地實測，攤鋪的松方系數(shù)按下列建議值控制： 用人工攤鋪，松方系數(shù)1.6-1.8 用推土機攤鋪，松方系數(shù)1.2-1.3 用平地機攤鋪，松方系數(shù)1.1-1.2 2.2.2含水量控制從粉煤灰的擊實特性可看出，達(dá)到90%壓實度（重型）的含水量變化范圍為10%，而比土的變化范圍2-5%要寬得多。而實際上土的含水量超過3-5%是根本不易壓實的。粉煤灰吸水量大，但失水也快，控制好碾壓時的含水量接近或略大于最佳含水量是至關(guān)重要的一環(huán)。掌握好含水量可以起到事半功倍的效果。 2.2.3碾壓壓實度與碾壓機械壓實能力的大小和碾壓遍數(shù)密切相關(guān)。鋼三輪壓實效果差。振動壓路機隨其自重噸位由小到大，壓實效果越來越好。 2.2.4粉煤灰路堤的強度測定和沉降觀測 施工完粉煤灰路堤要進行彎沉值、回彈模量的測定；需要進行路堤的沉降觀測，把測得的沉降量與計算的最終沉降量進行比較，并與同樣高度土質(zhì)路基的計算沉降量比較。 2．3結(jié)論與建議 2．3．1粉煤灰是一種質(zhì)輕、多孔隙、顆粒均勻，具有一定水穩(wěn)定性的無粘結(jié)性材料。其路用性能滿足公路路堤的技術(shù)要求。采用粉煤灰修筑路堤是完全可行的，為開發(fā)利用粉煤灰找到了一條有效途徑。 2．3．2粉煤灰具有重量輕、壓縮性小、滲透性好、摩擦系數(shù)大、強度高等優(yōu)點，特別適用于軟弱地基上高路基的修筑。 2．3．3粉煤灰吸水量大，泄水能力強，施工壓實含水量要求范圍比較寬，給施工帶來方便，尤其是雨季施工，更能體現(xiàn)出其優(yōu)越性。 2．3．4粉煤灰是一種細(xì)顆粒材料，其強度主要由顆粒間摩擦力構(gòu)成，其內(nèi)阻角φ一般在35-40度，飽水后φ值降低到25-35度，而粘結(jié)力C值飽水后幾乎喪失，為偏于安全，驗算穩(wěn)定時，不計C值，值應(yīng)取飽水后的φ值為宜，設(shè)計時必須考慮到這一點。 2．3．5修筑粉煤灰路堤必須掌握好攤鋪厚度、含水量控制、壓實機械的選擇和壓實遍數(shù)等幾項關(guān)鍵因素。 2．3．6應(yīng)充分重視粉煤灰路堤的邊坡防護及隔離層設(shè)置，防止地表水或地下水進入路堤，使路基的土質(zhì)地面高于周圍田地，設(shè)置必要的排水系統(tǒng)。 2．3．7急需國家有關(guān)部門制訂相關(guān)的技術(shù)及經(jīng)濟法規(guī)。粉煤灰作為路堤材料，應(yīng)就其設(shè)計和施工制訂規(guī)程，使設(shè)計和施工人員有法可依；還要制訂政策鼓勵設(shè)計單位和施工單位盡可能利用粉煤灰，為大規(guī)模利用粉煤灰創(chuàng)造條件。 3粉煤灰在路面基層和底基層施工中的應(yīng)用 3．1二灰混合料 將石灰、粉煤灰及其他摻入材料，按照合適的比例、最佳含水量、合理的工藝過程拌和均勻，經(jīng)壓實、養(yǎng)生后具有規(guī)定抗壓強度的混合料，稱為石灰、粉煤灰混合料（簡稱二灰混合料）。常見的有二灰碎石、二灰砂礫、二灰砂和二灰土等。據(jù)我國交通部頒布《公路路面基層施工技術(shù)規(guī)范》（JTJ034-93）之規(guī)定，二灰土禁止用作高等級路面的基層，而只能用作底基層。 二灰穩(wěn)定土，具有良好的力學(xué)性能、板結(jié)性、水穩(wěn)定性和一定的抗凍性，其抗凍性比純石灰土高得多。 3．2材料 在做二灰混合料配合比之前，所使用的各單質(zhì)材料要做試驗檢測，使之符合JTJ034技術(shù)規(guī)范的要求。 3．3二灰混合料的配合比設(shè)計 3．3．1配合比設(shè)計的目的根據(jù)設(shè)計規(guī)定的強度標(biāo)準(zhǔn)，選擇滿足設(shè)計要求的二灰穩(wěn)定的材料，以確定各種材料的最佳比例、混合料的最大干密度和最佳含水量。 3．3．2配合比設(shè)計的步驟 A．根據(jù)技術(shù)規(guī)范和設(shè)計文件，檢測擬用各單質(zhì)材料理化指標(biāo)，對料源儲量、質(zhì)量、運距和運輸?shù)缆窢顩r進行綜合考察。 B．材料的采集和處理取有代表性石灰進行有效成分檢驗，確定其等級，消解備用；取粉煤灰送檢，復(fù)核其各項指標(biāo)是否符合技術(shù)規(guī)范要求。以上兩試樣過篩備用。拌和用土或碎石也按規(guī)范進行檢驗；風(fēng)干后放入烘箱內(nèi)烘干待用。 C．原材料的摻配按照交通部規(guī)范JTJ034-93和設(shè)計建議的各種材料比例進行摻配。按不同比例確定各相應(yīng)比例的材料數(shù)量，用拌和器材進行充分拌和后制作試件。一般各材料比例確定是按石灰劑量一一個百分點在設(shè)定最佳劑量附近變化。 D．擊實試驗對上述制作的一系列試件進行擊實試驗，得出準(zhǔn)確結(jié)果，作出含水量—最大干密度曲線，求得最大干密度和最佳含水量。制作試件前可以預(yù)估最佳含水量，上下按兩個百分點增減，即含水量級差2%，進行試件的制作。 E．無側(cè)限抗壓強度試驗強度試驗的目的，是核實一下同一種粉煤灰和石灰及土或碎石，在不同石灰劑量時混合料的標(biāo)準(zhǔn)試件標(biāo)養(yǎng)后其強度變化情況。影響強度的因素主要有：石灰有效成分、結(jié)合料所占比例以及制件時所用干密度。制件時一定要考慮到施工要求的壓實度。無側(cè)限抗壓強度試件平均抗壓強度R平應(yīng)符合公式（1）的要求： R平≥R設(shè)/（1-ZαCν）（1） Zα——試驗結(jié)果的偏差系數(shù) Cν——標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布隨保證率而變化的系數(shù)，高速公路、一級公路：保證率95%，Zα=1.645，其它公路：保證率90%，Zα=1.282。 F．石灰劑量的確定根據(jù)《技術(shù)規(guī)范》規(guī)定，石灰增加而強度無明顯改進時石灰含量，即為設(shè)計石灰含量。施工實際劑量允許比設(shè)計含量高1%。 3．4二灰類混合料的施工 3．4．1施工一般要求劑量準(zhǔn)確、拌和均勻、碾壓密實、封閉交通、及時養(yǎng)生。二灰土施工，可以采用廠拌或路拌，二灰碎石施工則必須廠拌。另外一定要把好材料質(zhì)量關(guān)，毫無疑問，沒有合格的原材料是施工不出來合格的產(chǎn)品。 3．4．2施工程序 3．4．2．1二灰土施工程序路拌法：準(zhǔn)備下承層à施工放樣à土料運輸碼方、灑布à粉煤灰運輸碼方、灑布à運輸石灰并灑布于粉煤灰上à人工培路肩及分隔帶土方à推土機排壓à路拌機拌和à整型à排壓à測量人員跟蹤找平à刮平à碾壓à養(yǎng)生。 3．4．2．2二灰土（二灰碎石）廠拌法施工程序：準(zhǔn)備下承層à人工培路肩及中央分隔帶土方à拌制混合料à運輸混合料à按每延米用量布料à測量放樣à推土機攤鋪à推土機排壓à測量標(biāo)高à平地機初平à再人工找平à平地機精平à振動壓路機碾壓（先靜后振）à膠輪壓路機終壓à封閉交通養(yǎng)生à交下道工序施工。 3．4．3施工應(yīng)特別注意的幾個事項 3．4．3．1材料要用合格的設(shè)備來均勻拌和，拌和過程中嚴(yán)格控制石灰劑量，尤其要防止給料機口堵塞，這就要求石灰含水量要控制好，并在石灰下料口處設(shè)置振動器。各給料皮帶要作好標(biāo)定，最好是采用電子稱計量。路拌施工時，邊緣布灰要適量增加。 3．4．3．2混合料含水量要掌握好，要根據(jù)季節(jié)及氣溫酌定。在沒加水泥的情況下，混合料可以悶放一定時間再鋪筑。 3．4．3．3下承層的壓實度必須合格，不能存在軟彈等不良情況。水準(zhǔn)點要引到附近，恢復(fù)好中線。二灰混合料鋪筑時一定按規(guī)定分層，否則壓實質(zhì)量將無法保證。還要注意施工中寧高勿低，寧刮勿補。倘若一定要補，就要把先施工的路面翻松一定深度，互相拌和，控制好混合料的含水量，嚴(yán)格碾壓。 3．4．3．4接頭處理二灰土施工到達(dá)端頭時，可留下5~8米不進行碾壓，后段施工時將前一段未壓實部分一起碾壓。二灰碎石混合料也可以照此辦理，但如果近期不連續(xù)施工，就要把端頭壓好，待下次施工前切斷成直茬，再望前鋪筑。 3．4．3．5養(yǎng)生二灰類基層或底基層施工壓實成型后，從適當(dāng)時間開始灑水養(yǎng)生，使成型段保濕并嚴(yán)格控制車輛通行。養(yǎng)生期在夏季一般為3~4天，春秋季為7~9天，在此期間防止出現(xiàn)表面過分干燥、松散、起灰現(xiàn)象。要及時進行下道工序。 3．5結(jié)論與建議 3．5．1二灰土用于高級路面底基層具有良好的力學(xué)性能、板結(jié)和水穩(wěn)定性。二灰土中粉煤灰用量越多，混合料初期強度越低，三個月齡期的增長幅度也越大。二灰碎石中如果加入少量水泥，可以提高其早期強度，但給施工帶來難度。 3．5．2養(yǎng)生溫度對二灰類基層或底基層的抗壓強度有明顯影響，養(yǎng)生溫度越高，其抗壓強度提高越快。在氣溫低于4度時，石灰穩(wěn)定混合料的強度幾乎沒有增長.所以在施工時必須嚴(yán)密注意天氣氣溫變化,一般日平均氣溫低于5度,嚴(yán)禁二灰類的施工。 ３．５．３粉煤灰開發(fā)利用的前景非常廣闊，公路上用其填筑路堤、修筑路面基層和底基層是一件利國利民的好事。有將粉煤灰用于水泥中的，這個利用項目的技術(shù)經(jīng)濟價值也是很可觀的。 ３．５．４粉煤灰的路用價值還有待開發(fā)，有許多新的課題有待進一步探索。 摘自《濟青高速公路建設(shè)與管理論文選集》P84-87 |
