CN101343852B - 一种利用废钢渣填筑公路路基的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用废钢渣填筑公路路基的方法，其步骤是：(1)采用废钢渣填筑路基；(2)需控制钢渣填筑路基的填筑速率，保证路基的稳定性；(3)钢渣填筑路堤应采用振动压路机分层碾压，碾压时钢渣应处于最佳含水量范围内，采用试验路段试验的方法确定合适的碾压机具，采用最大干密度和最佳含水量作为钢渣填筑路基的压实度计算标准；(4)钢渣路堤的横断面设计，包括路堤高度、路堤边坡坡率、填筑层厚，顶封层、底封层、夹层，护坡及排水***。本发明方法易行，操作方便，减少了钢渣的堆放场地和环境污染，变废为宝，促进了环境保护，解决了公路工程填料不足问题，成本低，其填筑出的路基的质量可以满足高等级公路路基的施工要求。
Description
技术领域
本发明涉及填筑公路路基，更具体涉及一种利用废钢渣填筑公路路基的方法。
背景技术
在填筑公路路基的施工中，利用废钢渣填筑公路路基是一种新方法，可以减少钢渣堆放场地和环境污染，变废为宝，促进环境保护，解决公路工程填料不足问题，降低工程造价。
上海市政部门在20世纪60年代曾利用转炉渣进行过铺道路基层的试验，但由于当时钢渣未做处理，钢渣中游离氧化钙f-CaO和氧化镁MgO成分较高，造成填筑体体积的不稳定性，使钢渣在道路中的应用受到限制。武钢在1988年开展过武钢钢渣作地基回填材料试验研究工作。由于钢渣有其相对特殊的物理力学性能，一些曾进行过的应用尝试有些没有成功，如地坪鼓起开裂、地基膨胀、厂房结构破坏等，致使推广应用缓慢。近年来钢渣在道路方面的综合利用研究力度加大，国内外己有一定的研究成果，大多都是将其用做路基回填材料，或作为骨料简单地取代道路混合料中的碎石。人们在利用废钢渣填筑公路路基，特别是填筑公路路堤，还没有完善的方法。
发明内容
本发明的目的是在于提供了一种利用废钢渣填筑公路路基的方法，方法易行，操作方便，采用一定要求的废钢渣和粘性土为主要填料，可满足填筑公路路基及路堤的施工质量要求，成本低，路基稳定可靠。
为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种利用废钢渣填筑公路路基的方法，其特点是，以满足一定要求的废钢渣和粘性土为主要填料，包括以下步骤：
a、填筑路基用钢渣选料
路基工程对填筑材料品质有严格的要求，钢渣膨胀粉化等问题会危及路基的安全，因此要严格控制钢渣的各项指标：
(1)决不能使用或混入新渣，应采用堆存一年以上的废钢渣。用于填筑路基的钢渣最大粒径应不大于40mm(方孔)，粒径大于20mm的颗粒含量不宜超过40％。通过粒径的钢渣质量百分比见表1。填筑时不得发生粗料集中架空现象。
表1钢渣的建议级配范围(通过率：质量百分比％)
(2)对于高速公路路基，应满足现场填料CBR值的如下规定：路面底面以下深度0～0.3m，大于或等于8％；路面底面以下深度0.3～0.8m，大于或等于5％；路面底面以下深度0.8～1.5m，大于或等于4％；路面底面以下深度1.5m以下，大于或等于3％。
(3)钢渣压碎值：道路基层钢渣压碎值应小于30％。这样的集料强度高，坚固性好，弹性模量高。
(4)钢渣稳定性：筑路用钢渣为经过陈化或其它方法(如经过热泼渣工艺及破碎磁选)处理已经稳定的钢渣，应确保分解稳定，f-CaO含量应<3％；常压(91～110kPa)蒸煮粉化率测定值的波动上限不超过5％；应清除垃圾和有害杂质。
(5)钢渣质量系数：钢渣质量系数应大于1.2，钢渣中锰、钛、硫等化合物的平均值均在规定值之内(如MgO含量在9％以内，TiO2含量在1％以下，含硫量在0.6％以下)。
钢渣堆放场地，应加强新老渣的划分管理，划定专门开采区域，专车拖运，避免其它钢渣混运到工地影响路基填筑质量，对运到工程现场的钢渣要实行随机抽查检验。
b、填筑速率：
控制好钢渣填筑路基的填筑速率，可以保证路基的稳定性。钢渣在填筑施工过程中也是地基土固结、强度增长的过程，随着固结强度的不断增长，才能保证承担不断增加的上部荷载。钢渣填筑路堤越慢，对地基的稳定性越有利，但公路建设工期又要求填筑时间越短越好。因此，既要保证工期，也要保证工程质量，必然提出钢渣填筑速率的问题。钢渣填筑路基每一层的填筑速率为5～8天，同时要配合公路检测数据进行掌控，加强对钢渣填筑过程的监控，得到详实的监测数据来指导施工。
c、钢渣填筑路基的压实：
首先是摊铺后的钢渣必须及时碾压，碾压时钢渣应处于最佳含水量范围内。其次是钢渣路堤应分层填筑，采用振动压路机分层碾压。用常规试验路段试验的方法确定合适的碾压机具、碾压方式及相应的压实度，钢渣路基的压实度应不小于90％。第三是采用最大干密度和最佳含水量作为钢渣填筑路基的压实度计算标准。选择有代表性的试样进行击实试验，以实测确定最大干密度和最佳含水量。影响填筑层压实度的因素有多种多样，诸如填料的可压实性、含水量、松铺厚度，以及施工采用的压实机械及压实功能等，都将对填筑层的压实度产生不同程度的影响。如果钢渣填料级配良好(如符合表1钢渣的建议级配范围)和处在最佳含水量，则钢渣易于压实。所述的钢渣的最大干密度范围为2.3g/cm3～2.6g/cm3，最佳含水量范围为6.0％～9.0％。
d、钢渣路堤横断面设计：
钢渣路堤横断面设计主要包括路堤边坡坡率、路堤高度、填筑层厚、顶封层、底封层、夹层、护坡、排水***及横断面等设计。
(1)路堤高度及边坡坡率
钢渣填筑路堤的高度H一般不大于5m，同时要求天然地基土容许承载力[σ]大于192kPa，若容许承载力达不到要求，则应采用换填、粉喷桩加固等处理措施。填筑路堤坡率为1:1.5，浸水路堤在设计水位以下的边坡坡率为1∶1.75。
(2)填筑层厚
钢渣的填筑层厚控制是保证钢渣填筑路基质量的一个重要措施。对重型压实机械，分层松铺厚度为30cm，并应根据试验路段压实检测结果而调整。也可以将层厚减小，以保证压实质量。在小型电动夯振动夯实3遍的情况下，钢渣的压实厚度为15cm时的压实度可达到85％左右。
(3)顶封层、底封层、夹层
在路面结构层以下25～35cm设置土质封顶层，采用石灰土、二灰土或三灰土等路面基层材料作封顶层。当天然地基是膨胀土地基，则应采用膨胀土地基钢渣路堤横断面设计图。对于软土地基和膨胀路基，为防止道路地表流水浸入地基，在钢路堤底部应设置45～55cm厚的封底层。对天然地基经过必要的加固、整平处理后，宜采用塑性指数不低于6的粘性土，局部不均匀地基上应加铺土工格栅。当天然地基是软土地基，则应采用软土地基钢渣路堤横断面设计图。对天然地基经过必要的地基处理和整平后，再填筑钢渣路基。当钢渣路堤高度超过4m时，应在路堤中部设置一道55～65cm厚的夹层，夹层采用粘性土填筑。钢渣路堤每增加2m，则设置一道粘性土夹层。夹层不仅可以阻止上层雨水下渗，还可以吸收钢渣路堤的膨胀应力，减小或避免钢渣膨胀对路堤的破坏。要求粘土中不含杂物，在最佳含水量下压实，松铺厚度及压实度要达到相关公路等级规范的要求。
(4)护坡
路堤的边坡(10、11)和路肩采取土质护坡包边保护措施。护坡土料采用塑性指数不低于6的粘质土。土质护坡的宽度为路基两侧不少于2m，坡度与钢渣路堤坡度相同。在土质护坡中设置排水盲沟。盲沟断面尺寸为40cm×50cm，水平间距10～15m，垂直间距1.0～1.5m，呈梅花形交叉布置，外倾坡度10％。当路堤两侧有水浸泡时，应采用挡墙和砂浆护坡，阻止水向钢渣路堤渗透。当路堤两侧无水浸泡时，可以采用网格护坡，在坡上植草皮，工程防护与生物防护相结合。
土质护坡压实要与路堤同时施工，大型压实机械碾压不到的地方，要用小型机械夯实。
当填方路基受地形地物限制或路基稳定性不足时，可采用护脚路基。护脚高度不宜超过4m，受水浸淹的路堤护脚，应予防护或加固。
(5)排水***
施工期间，应挖排水沟，在路基内部要设置排水盲沟。施工碾压时，应设置横坡，以利于雨水排到路堤两侧，路堤填筑中要设置横坡和纵坡，横坡坡度控制在1.5％～5.0％，纵坡坡度控制在0.3％～3.0％。路堤两侧设梯形排水沟，上口宽180cm，下口宽60cm；挖方路段设矩形加盖板边沟，地形平坦、纵坡平缓的低填、浅挖路段设碟型水沟；在路堑坡顶外汇水面积较大路段设梯形截水沟。路面水采用漫流的方式排入排水沟或边沟，再将水集中排入天然沟渠内。边沟采用浆砌块石砌筑，砂浆采用M7.5砂浆，浆砌块石厚度为250cm。做好进出口的位置选择和处理，防止出现堵塞、溢流、渗漏、淤积、冲刷和冻结等现象。边沟沟底纵坡坡度宜与路线纵坡一致，并不小于0.3％。地表排水沟管排放的水流可以先排放到沉淀池沉淀后再排到路基之外。截水沟应根据地形条件及汇水面积等进行设置。挖方路基的堑顶截水沟应设置在坡口5m以外，并宜结合地形进行布设。填方路基上侧的路堤截水沟距填方坡脚的距离，应不小于2m。在多雨地区，视实际情况可设一道或多道截水沟。截水沟断面形式应结合设置位置、排水量、地形及边坡情况确定，截沟底纵坡不小于0.3％。
本发明与现有技术相比，具有以下主要优点：①减少钢渣的堆放场地和环境污染，变废为宝，促进环境保护；②解决公路工程填料不足问题；③成本低廉；④路基稳定可靠。
附图说明
图1为一种利用废钢渣填筑公路路基的方法标准横断面示意图；
图2为一种利用废钢渣填筑公路路基的方法膨胀土地基钢渣路堤横断面示意图；
图3为一种利用废钢渣填筑公路路基的方法软土地基钢渣路堤横断面示意图。
图中：1—整平处理后的路基；2—钢渣路堤；3—M7.5砂浆砌块石；4—盲沟；5—夹层，厚55～65cm；6—土质护坡；7—封顶层；8—底封层；9—挖除软土并换填整平后的路基，10—护坡坡率1∶1.75，11—护坡坡率1:1.5。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
一种利用废钢渣填筑公路路基的方法，其步骤是：
a、填筑路基用钢渣选料
路基工程对填筑材料品质有严格的要求，钢渣膨胀粉化等问题会危及路基的安全，因此要严格控制钢渣的各项指标：
(1)决不能使用或混入新渣，应采用堆存一年以上的废钢渣。用于填筑路基的钢渣最大粒径应不大于40mm(方孔)，粒径大于20mm的颗粒含量不宜超过40％。宜采用表1的建议级配范围。填筑时不得发生粗料集中架空现象。
表1钢渣的建议级配范围(通过率：质量百分比％)
(2)对于高速公路路基，应满足现场CBR值的如下规定：路面底面以下深度0～0.3m，大于或等于8％；路面底面以下深度0.3～0.8m，大于或等于5％；路面底面以下深度0.8～1.5m，大于或等于4％；路面底面以下深度1.5m以下，大于或等于3％。
(3)钢渣压碎值：道路基层钢渣压碎值应小于30％。这样的集料强度高，坚固性好，弹性模量高。
(4)钢渣稳定性：筑路用钢渣为经过陈化或其它方法(如经过热泼渣工艺及破碎磁选)处理已经稳定的钢渣，应确保分解稳定，f-CaO含量应<3％；常压(91～110kPa)蒸煮粉化率测定值的波动上限不超过5％；应清除垃圾和有害杂质(如废镁砖等)。
(5)钢渣质量系数应大于1.2，钢渣中锰、钛、硫等化合物的平均值均在规定值之内(如MgO含量在9％以内，TiO2含量在1％以下，含硫量在0.6％以下)。
钢渣堆放场地，应加强新老渣的划分管理，划定专门开采区域，专车拖运，避免其它钢渣混运到工地影响路基填筑质量，对运到工程现场的钢渣要实行随机抽查检验。
b、填筑速率
控制好钢渣填筑路基的填筑速率，可以保证路基的稳定性。钢渣在填筑施工过程中也是地基土固结、强度增长的过程，随着固结强度的不断增长，才能保证承担不断增加的上部荷载。钢渣填筑路堤越慢，对地基的稳定性越有利，但公路建设工期又要求填筑时间越短越好。因此，既要保证工期，也要保证工程质量，必然提出钢渣填筑速率的问题。钢渣填筑路基每一层的填筑速率为5～8天，同时要配合公路检测数据进行掌控，加强对钢渣填筑过程的监控，得到详实的监测数据来指导施工。
c、钢渣填筑路基的压实
摊铺后的钢渣必须及时碾压，碾压时钢渣应处于最佳含水量范围内。钢渣路堤应分层填筑，采用振动压路机分层碾压。用常规试验路段试验的方法确定合适的碾压机具、碾压方式及相应的压实度，钢渣路基的压实度应不小于90％。
采用最大干密度和最佳含水量作为钢渣填筑路基的压实度计算标准。选择有代表性的试样进行击实试验，以实测确定最大干密度和最佳含水量。影响填筑层压实度的因素有多种多样，诸如填料的可压实性、含水量、松铺厚度，以及施工采用的压实机械及压实功能等，都将对填筑层的压实度产生不同程度的影响。如果钢渣填料级配良好(如符合表1钢渣的建议级配范围)和处在最佳含水量，则钢渣易于压实。钢渣的最大干密度范围为2.3g/cm3～2.6g/cm3，最佳含水量范围为6.0％～9.0％。
d、钢渣路堤横断面设计
钢渣路堤横断面设计主要包括路堤边坡坡率、路堤高度、填筑层厚、顶封层、底封层、夹层、护坡、排水***及横断面等设计。
(1)路堤高度及边坡坡率
图1是钢渣路堤标准横断面示意图，其使用要求是天然地基土容许承载力[σ]大于192kPa，天然地基既不是膨胀土地基，也不是软土地基。对天然地基经过必要的整平处理，在整平处理后的路基1上填筑钢渣路基2。若容许承载力达不到要求，则应采用换填、粉喷桩加固等处理措施。路堤的高度一般不大于5m，填筑路堤坡率11为1:1.5。浸水路堤在设计水位以下的边坡坡率10为1∶1.75。
(2)填筑层厚
钢渣的填筑层厚控制是保证钢渣填筑路基质量的一个重要措施。对重型压实机械，分层松铺厚度为30cm，并应根据试验路段压实检测结果而调整。也可以将层厚减小，以保证压实质量。在小型电动夯振动夯实3遍的情况下，钢渣的压实厚度为15cm时的压实度可达到85％左右。
(3)顶封层、底封层、夹层
在路面结构层以下25～35cm cm设置土质封顶层7，采用石灰土、二灰土或三灰土等路面基层材料作封顶层。钢渣路堤高度每增加2m，应设置一道55～65cm厚的粘性土夹层5。当天然地基是膨胀土地基，则应采用膨胀土地基钢渣路堤横断面设计图，见图2。对天然地基经过必要的加固、整平处理后，宜采用塑性指数不低于6的粘性土，在钢渣路堤底部设置45～55cm厚的封底层8，局部不均匀地基上应加铺土工格栅。当天然地基是软土地基，则应采用软土地基钢渣路堤横断面设计图，见图3。在挖除软土并换填整平后的路基9之上，再填筑钢渣路基2。
当钢渣路堤高度超过4m时，应在路堤中部设置一道55～65cm厚的夹层5，夹层采用粘性土填筑。钢渣路堤每增加2m，则设置一道粘性土夹层7。夹层不仅可以阻止上层雨水下渗，还可以吸收钢渣路堤的膨胀应力，减小或避免钢渣膨胀对路堤的破坏。要求粘土中不含杂物，在最佳含水量下压实，松铺厚度及压实度要达到相关公路等级规范的要求。
(4)护坡
路堤的边坡和路肩采取土质护坡6包边保护措施。护坡土料采用塑性指数不低于6的粘质土。土质护坡6的宽度为路基两侧不少于2m，坡度与钢渣路堤坡度相同。在土质护坡中设置排水盲沟4。盲沟断面尺寸为40cm×50cm，水平间距10～15m，垂直间距1.0～1.5m，呈梅花形交叉布置，外倾坡度10％。当路堤两侧有水浸泡时，应采用挡墙和砂浆护坡，阻止水向钢渣路堤渗透。当路堤两侧无水浸泡时，可以采用网格护坡，在坡上植草皮，工程防护与生物防护相结合。
土质护坡分层压实要与路堤同时施工，大型压实机械碾压不到的地方，要用小型机械夯实。
当填方路基受地形地物限制或路基稳定性不足时，可采用护脚路基。护脚高度不宜超过4m，受水浸淹的路堤护脚，应予防护或加固。
(5)排水***
施工期间，应挖排水沟，在路基内部要设置排水盲沟4。施工碾压时，应设置横坡，以利于雨水排到路堤两侧；路堤填筑中要设置横坡和纵坡，横坡坡度控制在1.5％～5.0％，纵坡坡度控制在0.3％～3.0％。
路堤两侧设梯形排水沟，上口宽180cm，下口宽60cm；挖方路段设矩形加盖板边沟，地形平坦、纵坡平缓的低填、浅挖路段设碟型水沟；在路堑坡顶外汇水面积较大路段设梯形截水沟。路面水采用漫流的方式排入排水沟或边沟，再将水集中排入天然沟渠内。边沟采用M7.5浆砌块石3砌筑，浆砌块石厚度为250cm。做好进出口的位置选择和处理，防止出现堵塞、溢流、渗漏、淤积、冲刷和冻结等现象。边沟沟底纵坡宜与路线纵坡一致，并不小于0.3％。地表排水沟管排放的水流可以先排放到沉淀池沉淀后再排到路基之外。
截水沟应根据地形条件及汇水面积等进行设置。挖方路基的堑顶截水沟应设置在坡口5m以外，并宜结合地形进行布设。填方路基上侧的路堤截水沟距填方坡脚的距离，应不小于2m。在多雨地区，视实际情况可设一道或多道截水沟。截水沟断面形式应结合设置位置、排水量、地形及边坡情况确定，沟底纵坡不小于0.3％。
Claims (1)
1.一种利用废钢渣填筑公路路基的方法，其特征在于：
a、填筑路基用钢渣选料：
①采用堆放一年以上的废钢渣：该钢渣最大粒径不大于40mm，粒径大于20mm的颗粒含量不超过40％，通过粒径的钢渣如下：
②现场钢渣填料的CBR值：路面底面以下深度0～0.3m，大于或等于8％；路面底面以下深度0.3～0.8m，大于或等于5％；路面底面以下深度0.8～1.5m，大于或等于4％；路面底面以下深度1.5m以下，大于或等于3％；
③钢渣压碎值：道路基层钢渣压碎值小于30％；
④钢渣稳定性：筑路用钢渣为经过陈化后已经稳定的钢渣，应确保分解稳定，f-CaO含量应＜3％；蒸煮粉化率测定值的波动上限不超过5％；应清除垃圾和有害杂质；
⑤钢渣质量系数：钢渣质量系数应大于1.2，钢渣中锰、钛、硫化合物的平均值均在规定值之内；
b、填筑速率：钢渣填筑路基每一层的填筑速率为5～8天；
c、钢渣填筑路基的压实：首先是摊铺后的钢渣碾压，碾压时钢渣应处于含水量范围内；其次，钢渣路堤应分层填筑，采用振动压路机分层碾压，碾压钢渣路基的压实度不小于90％；第三，采用干密度和含水量为钢渣填筑路基的压实度计算标准，钢渣的干密度范围为2.3g/cm3～2.6g/cm3，含水量范围为6.0％～9.0％；
d、钢渣路堤横断面设计：
①路堤高度及边坡坡率：钢渣填筑路堤的高度不大于5m，地基土容许承载力[σ]大于192kPa，填筑路堤坡率(11)为1∶1.5；浸水路堤在水位以下的边坡坡率(10)为1∶1.75；
②填筑层厚：对重型压实机械，分层松铺厚度为30cm，钢渣的压实厚度为15cm，压实度达到85％；
③顶封层、底封层、夹层：在路面结构层以下30cm设置土质封顶层(7)，采用石灰土、二灰土或三灰土路面基层材料作封顶层；对于软土地基和膨胀土路基，为防止道路地表流水浸入地基，在钢渣路堤底部应设置45～55cm厚的封底层(8)，采用塑性指数不低于6的粘性土，地基上加铺土工格栅；钢渣路堤高度超过4m时，在路堤中部设置一道55～65cm厚的夹层(5)，夹层采用粘性土填筑，钢渣路堤每增加2m，设置一道粘性土夹层，夹层阻止上层雨水下渗；
④护坡：路堤的边坡和路肩采取土质护坡(6)包边，护坡土料采用塑性指数不低于6的粘质土，土质护坡(6)的宽度在路基两侧不少于2m，坡度与钢渣路堤坡度相同，在土质护坡中设置排水盲沟，盲沟断面尺寸为40cm×50cm，水平间距10～15m，垂直间距1.0～1.5m，呈梅花形交叉布置，外倾坡度10％；
⑤排水***：施工期间，挖排水沟；在路基内部要设置排水盲沟(4)；施工碾压时，设置横坡；路堤填筑中要设置横坡和纵坡，横坡坡度控制在1.5％～5％，纵坡坡度控制在0.3％～3％，路堤两侧设梯形排水沟，上口宽180cm，下口宽60cm，挖方路段设矩形加盖板边沟；地形平坦、纵坡平缓的低填、浅挖路段设碟型水沟；在路堑坡顶外汇水面积路段设梯形截水沟，路面水采用漫流的方式排入排水沟或边沟，再将水集中排入沟渠内，边沟采用浆砌块石砌筑，边沟沟底纵坡与路线纵坡一致，不小于0.3％；截水沟根据地形条件及汇水面积进行设置，挖方路基的堑顶截水沟设置在坡口5m以外，并结合地形进行布设，填方路基上侧的路堤截水沟距填方坡脚的距离，不小于2m，在多雨地区，至少设一道截水沟，截沟底纵坡不小于0.3％。
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