| 粉煤灰在高速公路施工中的應用 中國三冶機械化公司（三冶路橋總公司）傅國志 【內容提要】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，減少占地及環境污染，又能提高道路質量，降低工程成本，具有較大的技術經濟價值，是一件利國利民的事。路堤施工中使用粉煤灰，可以減少與農業爭地，采取一定技術措施，能夠滿足不同等級公路的技術要求。施工路面基層和底基層時摻拌粉煤灰后筑路材料更能發揮其優點，使成型且養生的結構層具有良好的力學性能、板結性、水穩定性和一定的抗凍性。有些省市結合所在地區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、規格及材料組成設計，施工工藝，含水量，密實度，溫度及養生方法等——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構的特征；通過對該種材料的路面結構組成設計，施工工藝等進行分析總結，認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倍甚至十多倍。本文就粉煤灰的應用，施工工藝，工程實踐中應注意的事項做一些分析。 1．概述 隨著國民經濟的發展，交通量增長非常迅速，我國高等級公路建設近幾年掀起了高潮。路堤的大量填方用土與農業爭地的現象日益增多，而隨著加上多年陳灰積壓，侵占農田、污染環境，急待開發利用。據八十年代末資料統計，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，既減少環境污染，又能減少占用農田，提高道路工程質量，降低成本，具有較大的社會經濟效益。 粉煤灰是火力發電廠燃燒煤粉產生的粉狀灰渣。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。規范規定作為路面用粉煤灰的燒失量不應超過20%，其比表面積宜大于2500cm2/g。 2．粉煤灰在填筑路基方面的應用 2．1粉煤灰填筑路堤的應用程序 首先根據擬填筑路基的高度和原地基土質水文條件，采取相應的設計措施，對施工工藝及控制標準提出要求。路堤設計中要根據地基的狀況采取措施排除地下水，加速土的固結，滿足工后沉降和穩定性要求，其方法有：設碎石樁，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，加筋層設置的目的上，一是加筋作用起增加路堤的抗滑穩定性，二是隔離毛細水，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定30cm一層縱向填筑粉煤灰并碾壓至要求的密實度。路槽標高以下設置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，形成土質包邊外殼，以保護粉煤灰路堤邊坡的穩定性。土質邊坡上要縱橫設置無紡土工織物碎石盲溝。在路堤設計中要對粉煤灰路堤及土質邊坡進行穩定驗算。在穩定驗算中，不計粘結力C值，內摩擦角φ值也應取用飽水后的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路基施工類似，但增加了包邊土攤鋪和設置盲溝等工作內容。路堤施工質量的好壞，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。攤鋪厚度要通過施工試驗段來決定。一般講，國產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，如原西德產的BW-217D型50t級振動壓路機，壓實厚度可控制在30cm左右。 根據工地實測，攤鋪的松方系數按下列建議值控制： 用人工攤鋪，松方系數1.6-1.8 用推土機攤鋪，松方系數1.2-1.3 用平地機攤鋪，松方系數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重要的一環。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密切相關。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，并與同樣高度土質路基的計算沉降量比較。 2．3結論與建議 2．3．1粉煤灰是一種質輕、多孔隙、顆粒均勻，具有一定水穩定性的無粘結性材料。其路用性能滿足公路路堤的技術要求。采用粉煤灰修筑路堤是完全可行的，為開發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、摩擦系數大、強度高等優點，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，更能體現出其優越性。 2．3．4粉煤灰是一種細顆粒材料，其強度主要由顆粒間摩擦力構成，其內阻角φ一般在35-40度，飽水后φ值降低到25-35度，而粘結力C值飽水后幾乎喪失，為偏于安全，驗算穩定時，不計C值，值應取飽水后的φ值為宜，設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等幾項關鍵因素。 2．3．6應充分重視粉煤灰路堤的邊坡防護及隔離層設置，防止地表水或地下水進入路堤，使路基的土質地面高于周圍田地，設置必要的排水系統。 2．3．7急需國家有關部門制訂相關的技術及經濟法規。粉煤灰作為路堤材料，應就其設計和施工制訂規程，使設計和施工人員有法可依；還要制訂政策鼓勵設計單位和施工單位盡可能利用粉煤灰，為大規模利用粉煤灰創造條件。 3粉煤灰在路面基層和底基層施工中的應用 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，經壓實、養生后具有規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。據我國交通部頒布《公路路面基層施工技術規范》（JTJ034-93）之規定，二灰土禁止用作高等級路面的基層，而只能用作底基層。 二灰穩定土，具有良好的力學性能、板結性、水穩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，所使用的各單質材料要做試驗檢測，使之符合JTJ034技術規范的要求。 3．3二灰混合料的配合比設計 3．3．1配合比設計的目的根據設計規定的強度標準，選擇滿足設計要求的二灰穩定的材料，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配合比設計的步驟 A．根據技術規范和設計文件，檢測擬用各單質材料理化指標，對料源儲量、質量、運距和運輸道路狀況進行綜合考察。 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，復核其各項指標是否符合技術規范要求。以上兩試樣過篩備用。拌和用土或碎石也按規范進行檢驗；風干后放入烘箱內烘干待用。 C．原材料的摻配按照交通部規范JTJ034-93和設計建議的各種材料比例進行摻配。按不同比例確定各相應比例的材料數量，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，得出準確結果，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準試件標養后其強度變化情況。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。無側限抗壓強度試件平均抗壓強度R平應符合公式（1）的要求： R平≥R設/（1-ZαCν）（1） Zα——試驗結果的偏差系數 Cν——標準正態分布隨保證率而變化的系數，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《技術規范》規定，石灰增加而強度無明顯改進時石灰含量，即為設計石灰含量。施工實際劑量允許比設計含量高1%。 3．4二灰類混合料的施工 3．4．1施工一般要求劑量準確、拌和均勻、碾壓密實、封閉交通、及時養生。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量關，毫無疑問，沒有合格的原材料是施工不出來合格的產品。 3．4．2施工程序 3．4．2．1二灰土施工程序路拌法：準備下承層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養生。 3．4．2．2二灰土（二灰碎石）廠拌法施工程序：準備下承層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封閉交通養生à交下道工序施工。 3．4．3施工應特別注意的幾個事項 3．4．3．1材料要用合格的設備來均勻拌和，拌和過程中嚴格控制石灰劑量，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置振動器。各給料皮帶要作好標定，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，要根據季節及氣溫酌定。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。水準點要引到附近，恢復好中線。二灰混合料鋪筑時一定按規定分層，否則壓實質量將無法保證。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，嚴格碾壓。 3．4．3．4接頭處理二灰土施工到達端頭時，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養生二灰類基層或底基層施工壓實成型后，從適當時間開始灑水養生，使成型段保濕并嚴格控制車輛通行。養生期在夏季一般為3~4天，春秋季為7~9天，在此期間防止出現表面過分干燥、松散、起灰現象。要及時進行下道工序。 3．5結論與建議 3．5．1二灰土用于高級路面底基層具有良好的力學性能、板結和水穩定性。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養生溫度對二灰類基層或底基層的抗壓強度有明顯影響，養生溫度越高，其抗壓強度提高越快。在氣溫低于4度時，石灰穩定混合料的強度幾乎沒有增長.所以在施工時必須嚴密注意天氣氣溫變化,一般日平均氣溫低于5度,嚴禁二灰類的施工。 ３．５．３粉煤灰開發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經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，有許多新的課題有待進一步探索。 摘自《濟青高速公路建設與管理論文選集》P84-87 |
