利用隧道棄渣填筑路堤和加工人工砂探討

　　1 問(wèn)題的提出

　　GZ40(國(guó)道主干線二連浩特-河口)陜西境戶縣澇峪口至洋縣高速公路(以下簡(jiǎn)稱戶洋高速公路)，橫穿秦嶺南北，是我國(guó)華北通往西南的大通道，也是陜西省“米”字型公路主骨架的重要組成部分。

　　該公路為陜西省第一條山嶺重丘區(qū)高速公路，橋梁隧道長(zhǎng)度所占比例達(dá)75%，隧道棄渣場(chǎng)地困難并對(duì)自然生態(tài)環(huán)境造成破壞。而另一方面，路基填筑需要大量土石方，橋梁隧道、防護(hù)排水工程對(duì)砂的需求量很大，由于沿線天然砂較少，工程用砂主要依靠遠(yuǎn)運(yùn)，平均運(yùn)距達(dá)60公里，運(yùn)輸條件差，施工干擾大，運(yùn)輸成本高。為解決二者之間的矛盾，設(shè)計(jì)中路基填筑全部采用隧道棄渣和開山棄渣，工程用砂部分采用人工砂。其中路基(含主線、立交、服務(wù)區(qū)、連接線工程)填筑利用隧道棄渣 195.9萬(wàn)立方米，加工機(jī)制砂利用隧道64.8萬(wàn)立方米。

　　2 利用隧道棄渣填筑路堤的探討

　　目前，已有不少地區(qū)修筑了填石路堤的高等級(jí)公路，但現(xiàn)行高等級(jí)公路填石路堤的設(shè)計(jì)與施工，不僅沒(méi)有可靠的技術(shù)規(guī)范可依，也沒(méi)有成熟的經(jīng)驗(yàn)供參考。在設(shè)計(jì)中主要考慮了填石路基的邊坡綠化、路床和墻背填料和填石路基的壓實(shí)。

　　2.1 填石路基綠化設(shè)計(jì)

　　為保證填石路基的美觀，達(dá)到與自然界的協(xié)調(diào)，體現(xiàn)生態(tài)路的要求，設(shè)計(jì)中填石路基邊坡采用厚度為50cm的拱型骨架護(hù)坡防護(hù)、綠化，圖1為拱型骨架護(hù)坡法向投影示意圖。

　　2.2 路床和墻背填料設(shè)計(jì)

　　填石路堤采用隧道棄渣或開山棄渣填筑，其石料含量大于70%，石料強(qiáng)度大于15MPa，最大粒徑不超過(guò)30 cm。設(shè)計(jì)中全線路基施工采用光面爆破，因此隧道和路基棄渣容易滿足最大粒徑要求。

　　考慮到填石路基頂面和路面結(jié)構(gòu)層之間應(yīng)設(shè)置過(guò)渡層、擋土墻墻背填料不易壓實(shí)等因素，設(shè)計(jì)中填石路堤路床頂面以下50 cm、擋土墻墻背2米范圍內(nèi)和非巖石地段挖方(零填)路床頂面以下30cm填筑未篩分碎石，如圖2、圖3和圖4所示。填料最小強(qiáng)度(CBR)(%)大于8.0，其壓實(shí)度要求同土質(zhì)路基。

　　2.3 填石路基壓實(shí)要求

　　填石路基壓實(shí)的目的是使各粒料之間的松散接觸狀態(tài)變?yōu)榫o密咬合狀態(tài)。由于塊石的顆粒較大，石塊之間會(huì)有蓬架、擱空現(xiàn)象，形成空隙率過(guò)大，易造成局部塌陷，因此填石路基的壓實(shí)應(yīng)選用低頻高幅的大噸位振動(dòng)壓路機(jī)，如25～50T的鋼輪振動(dòng)壓路機(jī)。在碾壓之前，應(yīng)用大型推土機(jī)攤鋪平整，個(gè)別不平整處，應(yīng)人工配合用細(xì)石屑找平。

　　根據(jù)石(家莊)太(原)高速公路的壓實(shí)經(jīng)驗(yàn)，應(yīng)先用小噸位壓路機(jī)靜壓2遍，然后用50噸振動(dòng)壓路機(jī)至少壓實(shí)5遍，待看不出輪跡為止，具體的碾壓遍數(shù)可參考下述方法，由試驗(yàn)工程確定。

　　壓實(shí)合格的判定方法：碾壓結(jié)束后，在路基表面布設(shè)測(cè)點(diǎn)，測(cè)定其標(biāo)高，再用50噸拖式振動(dòng)壓路機(jī)碾壓兩遍后，測(cè)定測(cè)點(diǎn)標(biāo)高，同一測(cè)點(diǎn)兩次標(biāo)高差值小于5mm。

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　　3 利用隧道棄渣加工人工砂的探討

　　人工砂的名稱，各地叫法不一，如上海叫碎石砂，廣東叫石粉，貴州叫山砂等。2002年2月1日實(shí)施新的國(guó)家砂石標(biāo)準(zhǔn)《建筑用砂》(GB/T14684-2001)將砂按產(chǎn)源分為天然砂、人工砂兩類。天然砂(natural sand)指由自然風(fēng)化、水流搬運(yùn)和分選、堆積形成的、粒徑小于4.75mm的巖石顆粒，包括河砂、湖砂、山砂、淡化海砂，但不包括軟質(zhì)巖、風(fēng)化巖石的顆粒。人工砂(manufactured sand)指經(jīng)除土處理的機(jī)制砂、混合砂的統(tǒng)稱，包括機(jī)制砂、混合砂。機(jī)制砂指由機(jī)械破碎、篩分制成、粒徑小于4.75mm的巖石顆粒，但不包括軟質(zhì)巖、風(fēng)化巖石的顆粒;混合砂指由機(jī)制砂和天然砂混合制成的砂。

　　3.1 人工砂應(yīng)用的歷史

　　美國(guó)、英國(guó)、日本等國(guó)家使用人工砂有幾十年的歷史，如80年代日本的天然集料與人工集料的比例，大約為0.9：1;90年代則降為0.5：1。在我國(guó)，它可以說(shuō)是一種傳統(tǒng)材料在快速發(fā)展的建筑市場(chǎng)中崛起的新材料，人工砂在缺少天然砂的地區(qū)已經(jīng)普及應(yīng)用，有的還制訂了地方法規(guī)。從20世紀(jì)60年代起，我國(guó)一些建筑工程因環(huán)境條件所限，開始以石材為原料進(jìn)行機(jī)制砂加工和應(yīng)用研究;到了70年代，貴州省已大規(guī)模使用機(jī)制砂，并制訂了地方標(biāo)準(zhǔn);之后，云南、河南也出臺(tái)了人工砂地方標(biāo)準(zhǔn)和使用規(guī)程，如《云南省人工砂技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及應(yīng)用規(guī)程》;20世紀(jì)90年代以來(lái)，京、津、滬、渝等地都有了人工砂生產(chǎn)線，生產(chǎn)、使用也帶動(dòng)了人工砂的研究。2001年重慶地區(qū)機(jī)制砂配制混凝土應(yīng)用研究獲重慶市科技進(jìn)步三等獎(jiǎng)，2002年北京出臺(tái)了《人工砂應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》，上海出臺(tái)了《機(jī)制砂在混凝土中應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》。人工砂已被列入新的國(guó)家砂石標(biāo)準(zhǔn)中《建筑用砂》(GB/T14684-2001)，并經(jīng)國(guó)家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督總局批準(zhǔn)，于2002年2月1日實(shí)施。

　　3.2 人工砂在其它領(lǐng)域應(yīng)用實(shí)例

　　貴州烏江渡水庫(kù)大壩工程全部采用了自己生產(chǎn)的人工砂350萬(wàn)m3;天津西斯?fàn)柣炷凉I(yè)有限公司已生產(chǎn)人工砂127萬(wàn)噸，生產(chǎn)商品混凝土180 m3，并成功地用于北水南調(diào)工程的西河閘工程;浙江湖州新開元碎石限公司已生產(chǎn)人工砂100余萬(wàn)噸，用人工砂配制的高強(qiáng)度泵送混凝土成功地應(yīng)用于上海市貿(mào)濱江花園、徐匯苑等工程。長(zhǎng)江三峽工程壩區(qū)缺少天然砂，如在河床中采挖天然砂，既破壞了長(zhǎng)江河勢(shì)、運(yùn)輸距離達(dá)100Km以上，而決定采用人工砂的方案，二期工程需生產(chǎn)人工砂910萬(wàn)m3，三期工程需生產(chǎn)人工砂261萬(wàn)m3。內(nèi)昆、株六復(fù)線等鐵路建設(shè)中也有人工砂使用的報(bào)道。鄭州市河砂資源相對(duì)缺乏，而石灰石資源較為豐富。大力推廣人工砂可以變廢為寶、保護(hù)環(huán)境，同時(shí)也能夠增加地方財(cái)政收入，有利于資源合理利用及鄭州市建材業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。鄭州市建委下發(fā)通知，要求鄭州市大力推廣人工砂，有關(guān)部門、單位不得為人工砂的推廣設(shè)置障礙。北京市礦業(yè)協(xié)會(huì)、北京市混凝土協(xié)會(huì)向北京市國(guó)土資源和房屋管理局提出了推廣應(yīng)用人工砂的建議?？梢哉f(shuō)，作為混凝土和砂漿等基本材料之一的建筑用砂，人工砂應(yīng)用已經(jīng)積累了成功經(jīng)驗(yàn)是不爭(zhēng)的事實(shí)。

　　3.3 人工砂的質(zhì)量

　　新的國(guó)家砂石標(biāo)準(zhǔn)采用或參照了國(guó)際通用的相關(guān)條款內(nèi)容及試驗(yàn)方法，使之與國(guó)際接軌。例如新標(biāo)準(zhǔn)中，天然砂中粒徑小于75μm的顆粒含量，稱為含泥量，人工砂中粒徑小于75μm的顆粒含量稱為石粉含量，而用亞甲藍(lán)MB值判定人工砂中粒徑小于75μm顆粒含量主要是泥土還是與被加工母巖化學(xué)成分相同的石粉。有些生產(chǎn)廠家用水洗法去掉石粉是一個(gè)誤區(qū)，把泥土含量與石粉含量泥淆，從大量試驗(yàn)看，從C10到C60泥凝土，石粉起到了增大強(qiáng)度及改善和易性的作用，這在低標(biāo)號(hào)砼表現(xiàn)更突出。人工砂被列入規(guī)范，標(biāo)志著對(duì)人工砂有了新的認(rèn)識(shí)，發(fā)展人工砂條件已經(jīng)成熟。實(shí)踐證明人工砂的物理性能、混凝土力學(xué)性能、水泥用量及抗?jié)B、抗凍和耐久性能等指標(biāo)均優(yōu)于天然砂。

　　3.4 人工砂的價(jià)格

　　全國(guó)各地人工砂價(jià)格差異較大，一是因?yàn)樯笆a(chǎn)采用的技術(shù)、工藝、流程不同形成的，二是砂石資源會(huì)儲(chǔ)量和分布不均造成銷售價(jià)不樣。例如，三峽工程成品砂單價(jià)45.55元/噸(汽車運(yùn)距12Km)。河南省輝縣市由鵝卵石經(jīng)機(jī)械粉碎、水洗等加工后形成的砂每噸成本價(jià)50元，銷售價(jià)每噸60元。2001年，中國(guó)砂石協(xié)會(huì)通過(guò)對(duì)11個(gè)地區(qū)17個(gè)企業(yè)價(jià)格的收集與分析，天然中粗砂價(jià)格在25元/噸左右，但公路用砂由于運(yùn)距較遠(yuǎn)(幾十公里，上百公里)，運(yùn)輸條件較差，運(yùn)輸費(fèi)用決定了天然砂的價(jià)格。因此對(duì)于公路用砂，就地加工人工砂往往較天然砂便宜。

　　4 結(jié)語(yǔ)

　　隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，山區(qū)高速公路建設(shè)方興未艾，如何解決隧道棄渣數(shù)量大且集中，而河道狹窄，棄渣場(chǎng)易破壞環(huán)境的矛盾是設(shè)計(jì)工作中必須考慮的問(wèn)題。本文就利用隧道棄渣渣填筑路堤和加工人工砂進(jìn)行了探討，不足之處，敬請(qǐng)指正。