李慶宏，趙慧靜，申鐵軍，李毓麒

(1.山西路橋集團(tuán)晉南項(xiàng)目管理有限公司,山西 太原 030006；2.山西路橋第七工程有限公司，山西 晉城 048000；3.山西路橋建設(shè)集團(tuán)有限公司，山西 太原 030600；4.東北大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，遼寧 沈陽 110000)

1 項(xiàng)目背景和必要性

山西昔陽(晉冀界)至榆次項(xiàng)目采用雙向四車道高速公路標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，設(shè)計(jì)速度 100 km/h,整體式路基寬度26 m,全長(zhǎng)125.415 km。一般互通立交4處、樞紐互通式立交2處，服務(wù)區(qū)3處，養(yǎng)護(hù)工區(qū)3處，路段管理中心2處，隧道管理站3座，匝道收費(fèi)站5處，主線超限站1處；閆莊連接線6.85 km,馬坊至松塔連接線21.22 km，總占地113 139畝(1畝≈666.67 m2)，橋隧比例55%。昔榆高速沿線有近1 800萬m3棄渣，無處可用。初步調(diào)研顯示其以砂巖類為主，砂巖屬于沉積巖，可分為鈣質(zhì)、砂質(zhì)、鐵質(zhì)、黏土質(zhì)等幾類，主要特點(diǎn)為強(qiáng)度較低、砂率高、吸水率大、易風(fēng)化崩解，且成分波動(dòng)性太大、均質(zhì)性差，導(dǎo)致其無法如灰石等硬質(zhì)巖類一樣直接破碎使用，亟待一種合理有效的資源化利用途徑。

2 項(xiàng)目建設(shè)概要

應(yīng)用項(xiàng)目為山西昔陽(晉冀界)至榆次高速公路，昔陽(晉冀界)至榆次(K0+000～K128+114.821)項(xiàng)目采用雙向四車道高速公路標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，主要工程量(全線)：路基挖方2 559.8萬m3(其中挖石方1 958.2萬m3),路基填方1 412.8萬m3,橋梁75座/31.251 km(含互通主線橋7座/2.79 km，其中:特大橋6座/7.021 km、大橋67座/24.047 km、中橋2座 /0.183 km)，隧道17座/37.716 km(其中:特長(zhǎng)隧道3座/19.915 km、長(zhǎng)隧道7座/14.339 km、中隧道2座/1.588 km、短隧道5座/1.875 km),分離立交3座、天橋10座、通道42座、涵洞128道。

3 研究目的與意義

近年來砂石材料緊缺，公路工程建設(shè)成本顯著增高，一定程度上制約了基礎(chǔ)建設(shè)的快速高質(zhì)量發(fā)展，與此同時(shí)公路建設(shè)時(shí)路基挖方及隧道施工產(chǎn)生大量巖石類棄渣，占用大量田地，將此類棄渣用于制備公路工程集料，既可節(jié)約天然資源，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，又可降低施工成本，具有顯著的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

4 主要研究?jī)?nèi)容

4.1 關(guān)鍵技術(shù)問題及創(chuàng)新點(diǎn)

1)砂巖類棄渣的穩(wěn)定性評(píng)價(jià)技術(shù)。部分砂巖具有不穩(wěn)定性，具體體現(xiàn)在耐久性差、易風(fēng)化崩解等。為此，本項(xiàng)目擬 系統(tǒng)研究砂巖類棄渣崩解特性與其礦物成分、巖相成分的關(guān)系，探討不同穩(wěn)定性評(píng)價(jià)指標(biāo)的適用性，提出一整套科學(xué)高效易操作的砂巖類棄渣穩(wěn)定性評(píng)價(jià)技術(shù)，甄別可用于制備集料的砂巖類棄渣[1]。

2)砂巖類棄渣集料制備技術(shù)。針對(duì)砂巖自身的物理力學(xué)性能，研發(fā)包括破碎類型、破碎工藝、振動(dòng)篩尺寸選擇、收塵方式選擇等在內(nèi)的一整套砂巖類棄渣集料制備關(guān)鍵技術(shù)[2]。

3)硬質(zhì)砂巖混凝土工作性能的調(diào)控技術(shù)。制備出的高硬度砂巖集料可用于制備混凝土，但是一般的高硬度砂巖都以硅鈣質(zhì)為主，用于混凝土中易導(dǎo)致混凝土工作性變差，因此可采用復(fù)合配砂等方式調(diào)控砂巖混凝土的工作性能[3]。

4.2 采取的技術(shù)路線和實(shí)施方案

1)對(duì)昔陽至榆次高速項(xiàng)目工程沿線砂巖堆存點(diǎn)進(jìn)行調(diào)研取樣。分析砂巖類棄渣的微觀結(jié)構(gòu)，測(cè)定其力學(xué)性能和耐久性，明確砂巖類棄渣在公路工程中應(yīng)用的技術(shù)可行性。

2)在對(duì)砂巖類棄渣分析、研究的基礎(chǔ)上，研究砂巖類棄渣的特性對(duì)水泥混凝土和水泥穩(wěn)定基層性能的影響，從而為集料制備提供實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。

3)研究砂巖類棄渣的破碎工藝，破碎后的集料品質(zhì)、破碎效率、耗能等問題，優(yōu)化出能夠用于路面基層和水泥混凝土中的砂巖類棄渣加工方案，并提出砂巖機(jī)制砂質(zhì)量控制指標(biāo)及標(biāo)準(zhǔn)。

4)對(duì)砂巖類棄渣在路面基層，水泥混凝土中的應(yīng)用進(jìn)行材料組成設(shè)計(jì)與路用性能研究,完成實(shí)驗(yàn)室配合比研究。

5 砂巖類棄渣應(yīng)用實(shí)例

對(duì)公路保通條件下高陡路塹邊坡拓寬變形演化過程及控穩(wěn)措施進(jìn)行研究，建立描述高陡邊坡二次開挖擾動(dòng)的動(dòng)態(tài)力學(xué)模型，提出保通條件下的變形控制方法。最后從工程特點(diǎn)、施工周期、施工方案、保通情況等技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對(duì)山區(qū)高速公路保通條件下高陡路塹邊坡施工開挖方式進(jìn)行對(duì)比分析，依據(jù)專家分析法選取最優(yōu)保通施工方案。

1)面對(duì)當(dāng)前經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展引起的交通量不斷提高對(duì)改擴(kuò)建工程需求日益急迫的大趨勢(shì)，本項(xiàng)目提出的山區(qū)高速公路保通條件下高陡路塹邊坡安全評(píng)價(jià)方法、變形控穩(wěn)措施及開挖支護(hù)優(yōu)化方案，可為當(dāng)前山區(qū)高速公路保通條件下的改擴(kuò)建工程路塹高邊坡施工方式提供技術(shù)指導(dǎo)和借鑒，同時(shí)還可為相關(guān)保通施工規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)的修編提供參考，相關(guān)研究成果對(duì)道路保通改擴(kuò)建工程具有重要意義。

(1)山區(qū)高速公路保通條件下路塹高邊坡拓寬安全評(píng)價(jià)方法。保通條件下高陡路塹邊坡拓寬安全施工是改擴(kuò)建工程的最大特點(diǎn)，因此，山區(qū)高速公路保通條件下既有高陡邊坡運(yùn)營(yíng)安全評(píng)估是本項(xiàng)目擬解決的第一個(gè)關(guān)鍵問題。

(2)山區(qū)高速公路保通條件下路塹高邊坡拓寬控穩(wěn)技術(shù)。保通條件下，采用何種變形控制措施避免邊坡在二次開挖過程中發(fā)生失穩(wěn)，為保通條件下高陡路塹邊坡拓寬施工技術(shù)的最關(guān)鍵的問題。包括構(gòu)建山區(qū)高速公路保通條件下路塹高邊坡拓寬安全評(píng)價(jià)體系；建立山區(qū)高速公路保通條件下路塹高邊坡動(dòng)態(tài)開挖力學(xué)模型；提出山區(qū)高速公路保通條件下路塹高邊坡拓寬控穩(wěn)措施。

2)首先，運(yùn)用交通供需均衡理論進(jìn)行交通需求預(yù)測(cè)，獲得項(xiàng)目建設(shè)期間各路段年平均日交通量及高峰小時(shí)交通量，結(jié)合項(xiàng)目改擴(kuò)建施工期間路段服務(wù)水平等級(jí)，采用工程調(diào)研和數(shù)學(xué)建模方法，對(duì)山區(qū)高速公路保通條件下拓寬工程中高陡路塹邊坡施工過程安全評(píng)價(jià)方法進(jìn)行研究，建立山區(qū)高速公路保通條件下高陡路塹邊坡拓寬安全評(píng)價(jià)體系。其次，通過室內(nèi)模型試驗(yàn)和數(shù)值分析相結(jié)合的手段，對(duì)山區(qū)高速公路保通條件下中高陡路塹邊坡拓寬變形演化過程及控穩(wěn)措施進(jìn)行研究，建立描述山區(qū)高速公路保通條件下邊坡二次擾動(dòng)的動(dòng)態(tài)力學(xué)模型，提出變形控制方法。最后，從工程特點(diǎn)、施工工期、施工方式及通行情況等技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對(duì)施工方案進(jìn)行對(duì)比分析，提出山區(qū)高速公路保通條件下高陡路塹邊坡拓寬加固方法的優(yōu)化原則和優(yōu)化方法。

(1)山區(qū)髙速公路保通條件下路塹高邊坡拓寬安全評(píng)價(jià)。分析山區(qū)高速公路保通條件下高陡路塹邊坡施工方式及其對(duì)運(yùn)營(yíng)安全的影響，識(shí)別并明確相關(guān)安全影響因素。通過對(duì)既有邊坡穩(wěn)定性分析資料、防護(hù)方案資料、地質(zhì)勘察資料及工程地質(zhì)勘察成果的收集，對(duì)山區(qū)高速公路保通條件下的高邊坡拓寬施工開挖過程安全性影響因素進(jìn)行系統(tǒng)分析、評(píng)估和排序，確定安全等級(jí)，主要包括通行特點(diǎn)、地形地貌、邊坡地質(zhì)條件、氣候環(huán)境、施工工序、排水設(shè)施?；谀：龜?shù)學(xué)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)原理，建立山區(qū)高速公路保通條件下高陡路塹邊坡施工過程中的運(yùn)營(yíng)安全性預(yù)測(cè)模型。

(2)山區(qū)高速公路保通條件下路塹高邊坡開挖控穩(wěn)研究。綜合采用室內(nèi)小比例模型試驗(yàn)手段和數(shù)值方法，分別建立模型邊坡及其計(jì)算模型。

6 砂巖類棄渣施工質(zhì)量控制強(qiáng)化措施

6.1 強(qiáng)化材料管理

對(duì)于砂石料類地方材料，在磅房要配備篩分機(jī)、稱重儀器，在地磅稱重前，對(duì)每車要進(jìn)行級(jí)配、含水量等指標(biāo)初檢，不合格不得進(jìn)場(chǎng)，做到“不驗(yàn)收、不進(jìn)場(chǎng)”。材料進(jìn)場(chǎng)后，按照有關(guān)規(guī)定進(jìn)行自檢、抽檢，堅(jiān)決杜絕不合格材料、構(gòu)配件和設(shè)施設(shè)備用于工程實(shí)體。

6.2 強(qiáng)化質(zhì)量巡查管理

建立項(xiàng)目質(zhì)量巡查工作機(jī)制，實(shí)行質(zhì)量現(xiàn)場(chǎng)巡查和動(dòng)態(tài)分級(jí)監(jiān)管，明確各級(jí)管理層領(lǐng)導(dǎo)及管理人員現(xiàn)場(chǎng)巡查頻率、重點(diǎn)、標(biāo)準(zhǔn)等內(nèi)容，通過對(duì)項(xiàng)目質(zhì)量巡查問題、巡查次數(shù)、問題整改閉合及領(lǐng)導(dǎo)帶班情況等數(shù)據(jù)的自動(dòng)統(tǒng)計(jì)、分析與評(píng)價(jià)，進(jìn)一步規(guī)范各管理層級(jí)質(zhì)量管控行為，推動(dòng)質(zhì)量管理目標(biāo)在現(xiàn)場(chǎng)落地見效。

6.3 強(qiáng)化質(zhì)量驗(yàn)收管理

加強(qiáng)施工過程關(guān)鍵部位、關(guān)鍵環(huán)節(jié)、關(guān)鍵工序的質(zhì)量驗(yàn)收管理，突出隱蔽工程檢查驗(yàn)收機(jī)制，嚴(yán)格執(zhí)行報(bào)驗(yàn)程序和驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，強(qiáng)化按規(guī)定施行“三檢制”的質(zhì)量控制程序，落實(shí)“不驗(yàn)收、不施工，不合格、不施工，誰簽字、誰負(fù)責(zé)”的管控要求，確保施工過程質(zhì)量可控。

7 結(jié)束語

廢渣的綜合利用與資源化問題是世界性環(huán)保難題。大量的廢渣堆存占用土地,污染土壤、水、空氣,腐蝕鋼構(gòu),造成有用成分浪費(fèi)等。從現(xiàn)階段看，廢渣主要分為砂巖類棄渣與工業(yè)固體廢渣，后者的綜合利用方向主要有生產(chǎn)新型建材與陶瓷,制造凈化水和空氣的吸附材料,制備新型功能材料及回收其中的有價(jià)金屬,并對(duì)工業(yè)固體廢渣的綜合利用前景進(jìn)行了展望。大量堆存的工業(yè)固體廢渣既占用土地,又涉及資源、環(huán)境問題。工業(yè)固體廢渣的堿性和所含的重金屬元素會(huì)對(duì)周邊的土壤、水系等造成危害;工業(yè)固體廢渣中有價(jià)元素得不到經(jīng)濟(jì)有效的回收利用,又涉及資源浪費(fèi)問題。工業(yè)固體廢渣綜合利用的門路廣泛,卻又因?yàn)楣I(yè)固體廢渣存在的差異,在每種方法上都有工藝的區(qū)別，目前很多研究機(jī)構(gòu)已經(jīng)深入研究，砂巖類棄渣的利用研究也將進(jìn)一步開展下去。

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