粉煤灰在路基填筑中的应用

2011-10-10   中国·YongHu.cn   来源:    作者:

孟庆敏
(北京城建道桥公司唐山分公司)

 
1概述
    从煤燃烧后的烟气中收捕下来的细灰称粉煤灰,粉煤灰是燃煤电厂排出的主要固体废物。粉煤灰的燃烧过程:煤粉在炉膛中呈悬浮状态燃烧,燃煤中的绝大部分可燃物都能在炉内燃尽,而煤粉中的不燃物(主要是灰分)大量混杂在高温烟气中,这些不燃物受到高温作用而部分熔融,同时由于其表面张力的作用,形成大量细小的球形颗粒,在锅炉尾部引风机的抽气作用下含有大量灰分的烟气注射炉尾。随着烟气温度的降低,一部分熔融的细粒受到一定程度的极冷呈玻璃体状态,从而具有较高的潜在活性。在引气机将烟气排入大气之前,上述这些细小的球形颗粒经过除尘器被分离、收集,即为粉煤灰。粉煤灰是我国当前排量较大的工业废渣之一,随着电力工业的发展燃煤电厂的粉煤灰排放量逐年增加。
    由于煤粉高温燃烧,其中主要成分铝、硅形成了活性成分,同时粉煤灰的比表面积较大,具有很大的表面能,且粉煤灰的密度小,这就是其在公路中利用的基础和优势。粉煤灰填筑路堤,不但使工程造价大大降低,而在节约土地、环境保护方面的意义更是非常深远。
    唐山至丰润城市快速路工程由中交第二公路勘察设计研究院有限公司设计,路堤采用填筑粉煤灰路基+包边土(边坡和路床)方案。粉煤灰路基设计回弹模量40Mpa,采用硅铝低钙粉煤灰,烧失量不超过20%,粒径为0.0001~2mm,小于0.074mm的颗粒含量宜大于45%。路基上路床30cm采用8%石灰土封闭,边坡采用侧向2m粘性土封闭(由于粉煤灰粘聚力很低、成型困难,所以在其外侧所一层护坡土以保证路堤的稳定),粉煤灰填筑高度0.8m~4.8m,基底采用50cm砂砾垫层,砂砾垫层顶部满铺一层防水土工布。
2施工质量的控制
    根据半年的实践总结出为保证粉煤灰路基的施工质量必须从如下几方面进行重点控制。
2.1原材料控制
    本工程使用唐山陡河电厂的粉煤灰,各项技术指标均满足施工规范要求(烧失量0.75%、粒径小于0.074mm的颗粒含量81%),经试验得出最佳含水量为27.6%,最大干容量为1.15g/cm3。原材料选择纯净无杂质的粉煤灰,并按检测频率对粉煤灰进行检测,确保不合格或超标的原材料不能进场使用,在运输过程中用苫布加以覆盖,防止水份散失和污染环境。
2.2过程控制
2.2.1施工工艺流程
    材料检验→测量定线→摊铺平整→碾压→宽度、厚度、压实度检测→报验→填筑下一层。
    1)测量放线  根据中线桩测放施工控制线,根据道路平、纵、横面设计,计算每一桩号对应的路基宽和地面高程,施工时全段每20m设置一个中心桩和边桩,曲线段加密至10m一组。
    2)施工准备  ①砂砾垫层填筑完成并经监理验收合格后进行粉煤灰路基填筑,如砂砾垫层表层松散可适量洒水后进行碾压、收光表面;②粉煤灰烧失量小于12%,粒径为0.001~1.18mm,小于0.075mm的颗粒含量大于45%,粉煤灰中不得含团块、腐殖质及其它杂质。
    3)粉煤灰摊铺  ①粉煤灰路基采用水平分层填筑施工,当分成不同作业段填筑时先填地段分层预留台阶,相邻作业段接头范围内的压实度达到规定要求;②土质包边土施工与粉煤灰填筑同步进行,土质护坡铺筑宽度保证削坡后的净宽满足设计要求,同时按设计要求做好土质护坡的排水盲沟,底层盲沟避免地表水倒灌;③粉煤灰使用自卸车运输到现场,自卸车用帆布覆盖粉煤灰,到场粉煤灰含水量控制在最佳含水量±3%左右;④到场粉煤灰采用推土机推平,装载机配合平地机找平,已摊铺的路段粉煤灰含水量低,应洒水调整含水率,以达到最佳含水率的+3%左右。
    4)粉煤灰整平、碾压  ①粉煤灰整平后压路机静压一遍,静压后如路面不平配合平地机再次进行整平;②粉煤灰路基的压实遵循先轻后重、先底后高的原则,直线段由土质护坡向路中碾压,曲线段由弯道内侧向外侧碾压,碾压轮迹相互搭接,搭接宽度不小于1/3轮宽;③粉煤灰摊铺后及时碾压,做到当天摊铺当天碾压完毕,施工过程中及时洒水,防止干灰飞扬。
    5)转序  粉煤灰碾压成型后自检合格报监理工程师验收,检验合格后进行下一层粉煤灰路基的施工。
2.2.2试验路段施工
    路基正式填筑前选择有代表性的地段做出200m试验路段以确定粉煤灰的最佳含水量、适宜的松铺系数,相应地碾出遍数和施工日进度、工料机生产要素的配置等并提供相关的检试验数据,为保证大面积粉煤灰填筑路基的质量奠定基础。
    1)部分数据分析  压实度:由于粉煤灰本身不具有塑性、粘性差,遇水易流失,其表面不能真实反映压实效果,宜取下层粉煤灰用灌砂法做干密度试验。
    2)试验路段结果  通过试验工程效果表明采用大吨位(30t~50t)的振动压路机进行压实作业,路基的压实效果相当明显,而采用较轻的光轮静碾压路机压实效果较差,而且振动压路机随基自重吨位由小到大,压实效果越来越好。加振碾压两遍时满足90区压实要求,三遍时满足92区压实要求,四遍满足93区压实要求。最终确定90区粉煤灰的虚铺压实系数为1.21,静压1遍,加振压实变数为2遍,最后再静压一遍收光表面,碾压时的粉煤灰含水量比最佳含水量增加3个百分点,以保证压实效果。施工中执行JTG F10-2006《公路路基施工技术规范》、JTG E40-2007《公路土工试验规程》、JTG E60-2008《公路路基路面现场测试规程》,参考JTJ016-93《公路粉煤灰路堤设计与施工技术规范》。
2.2.3培肩土及盲沟的设置
    粉煤灰属低塑性材料因此必须用粘性土培肩,培肩土平整、密实并保证足够的宽度来承受侧向压力,结合当地的地质条件用粘土培肩效果较好。因粉煤灰施工中需打水碾压,水份在重力作用下都沉降到路基底部,浸泡培肩土,在侧面压力作用下易造成路基边坡塌陷、滑坡,并且大量水份存在于路基底部,冬季容易引起路基冻胀破坏,因此为利于排水须在培肩土上设置盲沟。其填充料采用具有级配性的透水材料并夯实,具体要求:用无纺土工布包裹碎石,其断面尺寸为40×30cm,设置间距20cm。
2.2.4含水量的控制
    在粉煤灰的摊铺和碾压过程中含水量的大小直接影响压实效果,因此含水量的控制对粉烧灰的施工至关重要,含水量可以通过在灰场和施工路段进行调节。
    粉煤灰的最佳含水量最好在灰场调节后再运到施工现场,直接摊铺碾压以提高工作效率。过湿的粉煤灰应堆高渗干;过干的应在摊铺前2~3d在堆料场中洒水闷料,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。已摊铺的粉煤灰因故造成过湿或过干采用翻松晾晒或喷洒水份的方法调整含水量。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至关重要,掌握好含水量可以起到事半功倍的效果。粉煤灰在摊铺和碾压前必须测定其含水量,一般施工时含水量宜高于最佳含水量3%~5%。粉煤灰的毛细现象十分强烈,其毛细水的上升高度与压实度有着密切关系。
2.2.5碾压的控制
    粉煤灰路基采用振动式压路机碾压并遵循先轻后重、先底后高的碾压原则。粉煤灰摊铺后必须及时整平碾压,做到小段上料、及时摊铺、快速成型、当场验收,防止水份散发而影响压实效果,碾压时使粉煤灰处于最佳含水量范围内。碾压轮迹应相互搭接,后轮必须超过两段的接缝压路机,碾压不到的部位可采用小型手扶式振动压路机或夯实并达到规定的压实度。
2.2.6养护与封层
    在已达到验收要求的粉煤灰层上进行下道工序施工时,卸料车不得在已成型路段上调头、高速行驶和急刹车,以免破坏下承层,同时应对表层洒水重新碾压。如不能立即进行下道工序施工,禁止或限制车辆行驶并适量洒水润湿,防止表层干燥松散;当粉煤灰路堤较长时间不能继续施工时进行表层覆土封闭并碾压密实,做好路拱横坡以利于表面排水。距路基顶面30cm采用8%灰土封层,压实度要大于96%。
2.3检验和试验控制
    粉煤灰由灰场到路段走到碾压成型,每个施工环节都必须经过严格检验,合格后方可进入下道工序,粉煤灰的检验必须要及时、准确。
    粉煤灰施工的相关试验有:化学分析、密度、液限、颗粒分析、标准击实、压实度和含水量试验。粉烧灰与土的工程特性有显著差别,其渗透性比粘土大的多。通过对粉煤灰击实实验表明,在粉煤灰达到最佳含水量前,击实含水量的变化对于最佳含水量影响较小,粉煤灰具有击实含水量区域较宽的特性,因此允许在较大含水量变化范围内对其进行压实,甚至可以在雨天进行施工。
3结论与建议
    粉煤灰路堤能够减少对环境的污染,节省原材料,控制热电厂用于储存粉煤灰的费用,降低公路成本,同时减少了土场征地,缓解了用地紧张的困难,其指标均满足规范要求,经试验得出最佳含水量且路基质量可靠,有广阔的发展前景。
    1)粉煤灰是一种质轻、多孔隙、颗粒均匀且具有一定水稳定的无粘结性材料,其路用性能满足公路路堤的技术要求。粉煤灰具有重量轻、压缩性小、渗透性好、摩擦系数大和强度高等优点,特别适用于软弱地基上高路基的修筑,粉煤灰吸水量大、泄水能力强、施工压实含水量要求范围比较宽,给施工带来方便,尤其是雨季施工更能体现出其优越性。
    2)修筑粉煤灰路堤必须掌握好摊铺厚度、含水量控制、压实机械的选择和压实遍数等几项关键因素。重视粉煤灰路堤的边坡防护及隔离层设置,防止地表水或地下水进入路堤,使路基的土质地面高于周围田地,设置必要的排水系统。

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