张英耀
中铁七局海外公司 刚果（金）地区鲁本巴希项目部，河南郑州450016
摘要:随着社会经济的发展，道路建设的需求越来越高，建筑质量也逐渐提升，在道路建设的过程中，通常会使用水泥稳定碎石土为地基来进行建筑，它具有成本较低并且建造简便的特点，是以大量的碎石作为原料的。本文通过叙述尾矿石的使用现状，分析了尾矿石在水泥稳定级碎石土基层材料的技术中的应用。
关键词:尾矿石；水泥稳定碎石土；基层材料；施工技术
引言
目前的道路建设中关于地基的建设通常会采用水泥稳定碎石土基层，也就说明道路建设需要大量碎石作为原料，在矿区进行原石的开采，不仅仅生产阶段破坏生态环境，并且可能会造成很多矿产资源浪费。因此，我们尝试利用原石开采后产生的固体矿物废料进行再次利用，也就是尾矿石，可以在开采场地选取一些道路建设中可以用作原料的废弃尾矿石，填筑到道路路面基层中。关于为矿石的使用，既可以将废弃固体废料进行二次回收，减小这些废弃物对环境的影响，并且在一定程度上可以节约建设成本，因为使用尾矿石的填筑成本要远远比在取料场开采成本低的多。
1 什么是尾矿石
尾矿石是指在开采过程中可利用的矿石原料被挑选出去后所剩下的无法用于生产的部分，也可以说是一种固体废料，由于尾矿石中没有过多有用的目标组成成分，一般会被废弃而堆积。目前国内外为了减小这些固体废弃物，对环境和各方面的破坏，都会进行尾矿再利用的活动，比如用做制作水泥的原料、路基材料、制作肥料、建筑原材料等等。本文就以他其中一个在利用的方式，也就是用作水泥稳定碎石土基层材料进行研究的。而随着建筑行业的不断发展，采矿业随之迎来了飞速发展的时期，在选择优质矿物后，所剩下的尾矿石数量也与日俱增。如果这些固体废弃物堆积于一处，不仅占用开采场地，浪费场地资源，又污染空气，所以应该对这些固体废弃物进行开发和利用，变废为宝。
2 尾矿石的目前使用状况
我国关于为矿石的再利用状况还未进行深入研究，因此大部分矿料都作为废弃物，堆积在采地点造成很大程度的浪费。当然也有一些地区开始研究为矿石的再利用，比如在我国黑龙江省双鸭山市境内，就有一部分道路采取为矿石作为路面基层的原料，取得了非常良好的效果，使当地的尾矿，从一种固体废弃物变成了可利用的资源。相比我国对于为矿石的利用状况，国外的经验更为成熟，国外已经有了对尾矿石再利用于路面基层的大量理论基础，并且将这些理论充分地应用到了实践中，他们在将为矿石作为路基材料时，同时添加了水泥碎石和外加剂，使整个路面地基更加的稳定。尾矿石的使用大大降低了生产成本，也减轻了所造成的各种环境破坏，值得国内借鉴。
3 尾矿石的水泥稳定碎石土基层技术应用
3.1工程概况
本工程位于非洲刚果科卢维奇市西南部的SICOMINES铜钴矿，处于刚果盆地边缘部位，在这个矿区中，由D坑和M坑两个矿坑组成，每日开采矿石量巨大，产生的废石主要以SDS白云质页岩层和RSC蜂窝状规划白云岩两个岩石种类为主，这两种废石矿品位较低级，所能应用的矿物含量较少。M坑受地下水溶蚀作用比较弱，因此岩石比较致密，品味也较低。
3.2路面工程
本工程路面基层采用尾矿石水泥稳定碎石土基层，厚度为25cm,宽度为7-9m。路面工程主要工程量表如下表1：
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3.2.1 尾矿石水泥稳定碎石土基层施工工艺
（1）施工材料
①水泥：通常选用水泥的初始凝固时间超过3小时，最终凝固时间超过6小时，不宜使用快硬、早强和受潮变质的水泥，适合采用标号32.5级水泥。施工前，应根据当天的工作计划确定施工区间，并根据施工区间的长度计算和配制所需的水泥。
②碎石土：在基层铣刨（路拌法）施工前，应按照路面基层施工规范之规定，选取料场，并对有代表性的土样进行试验，符合规范要求的方可作为基层填料。
（2）配合比确定：在所定的料场和废石渣山进行取样，取样必须有代表性，按照规范要求的步骤进行配合比设计，以确定水泥剂量。
（3）施工机械：机械的配置情况要根据测试部分的结果进行分配；施工机械使用前，应对每台机械进行检查，确保每一台机械都要处于良好的运行状态，并满足施工需要。基层铣刨所需使用的施工机械见下表2：
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（4）人员安排：现场负责人1名，技术专员1名，交通管制旗手15名，普通工人30名，机械修理工2名。
（5）技术准备：施工前，土源要按施工要求进行选择，并合理确定铣刨宽度。在对土壤进行铣刨和刨平之前，每20米放桩进行断面控制并打上钢钎，在钢钎的控制面中进行高程控制。一个断面为2根钢钎，其位置是从中心线4.8米开始，至中心线的另一个方向为0.5米。在设计标高上增加0.2米，并在钢钎上涂油漆点，然后在现场拉动导线以控制标高。
3.2.2 主要施工工序
具体施工工序：交通管制-→地面上尾矿碎石土-→碾压平整-→检测-→测量放线-→摊铺水泥-→基层铣刨-→找平-→洒水夯实-→检测-→养护-→开放通行。
（1）交通管制。根据路面施工范围来确定交通管制区域，并对施工管制的区域只留半幅车道给过往车辆单向、限速通行。
（2）基层填筑。根据本项目的特点，紧跟路基上料填筑，一次性完成。上料从试验室确定的，合格的取土场取土。上料前应对下承层进行洒水，刮平，坑槽较深的部位，应先填补，确保填土能压实。铣刨和碾压后，高标高控制取决于路面基层的标高。上料填筑时，根据不同土质宜将填料高度控制到高于设计高程2～3cm，尽量不要进行二次填补工作。平整碾压完成后，及时进行检测，压实度符合路基施工规范要求。
（3）摊铺水泥。施工方法采用的是路拌法，首先在路基表面画方格，水泥用量按设计的配合比再增加1%，估算每两袋水泥可摊铺的长度画格子表示，方格边线将作为铣刨机前进的引导线。当水泥车进入管制区域后，通过人工从水泥车将水泥放入方格内，水泥车缓慢行驶，地面人员应齐心协力将水泥袋在方格中拉直，然后将水泥袋切开并均匀铺开，并注意使每袋水泥的铺开面积相等，如下图1为水泥摊铺示意图。水泥铺散布后，表面不得有任何空隙，也不应有水泥过集中堆放。对于施工中铣刨和刨切的重叠部分，水泥含量应增加0.5%。水泥的前部不应一次全部摊开，应与铣刨机保持200-300m的距离，以免由于其他原因造成水泥的损失或浪费。如下图2、图3为施工现场实况图：
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（4）基层铣刨。铣刨（路拌法）,铣刨宽度为4.5m, 深度为2.5m。
根据设计半幅宽的路面为4.5m，而铣刨机最大铣刨宽度为2.44m，那么如果两台铣刨机梯进同时作业，两台机器的前后距离不得小于10 m，两台铣刨机之间的搭接为0.18m，也应超出中心线延伸到另一半的0.2m，如下图4为铣刨（路拌法）重叠区示意图。铣刨机前面需要连接一台水车进行供水，机器铣刨时铣刨机将水车向前推。铣刨机后面需要安排专人看护，随时检查刨开深度与含水量，发现问题及时配合操作员作出调整。为了确保两台铣刨机的搭接宽度符合要求，铣刨机必须沿着水泥摊铺边线前进。铣刨机后，应安排2?4个人处理边缘线，并清理混合物中的杂质以及每把刀的起始位置处的残留材料，以防止纵向接缝，横向缝隙的影响。同时应注意水车供水条件必须要满足冷再生机的需要，由于用水量较大，因此要备足水车，确保不间断供水。当铣刨路面的另一半时，铣刨机从中线开始铣刨，铣刨机之间的铣刨搭接宽度为0.38m，而初步施工的半幅搭接宽度为0.2m，以确保接缝是平整的。在道路线的中心，以确保道路拱形坡度和车道的压实质量。如下图5为跟机检测含水量施工现场实况图：
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（5）平整就是将表面摊平，并用钢轮压路机将其压实。同时，压路机应跟随铣刨机并尽快覆盖表面，以防止水分流失，碾压速度不应超过2km/h。经过初压之后，应根据设计标高立即使用平地机完成找平。在直路段，平地机从两侧刮到道路中心；在平曲线部分，平地机从里到外刮平。 平地机进行找平时会造成含水量的损失，因此不宜反复操作，确认有必要再进行重刮。如下图6为碾压机械组合示意图：
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图6 碾压机械组合示意图
（6）成型后，为了不影响定型，选择低振幅振动模式下使用单个钢轮压路机进行碾压，这时混合料的含水量必须控制好，它的含水量应略高于最佳含水量的1%～2%。直线段和不设超高的平曲线段，从路肩到道路中心进行碾压时，应重叠1/2轮宽，碾压完全路宽度一次。一般需碾压4～6遍（试验段取得的数据）。头两遍压路机最佳的碾压速度以1.5～1.7km/h为宜，以后宜采用2.0～2.5km/h。碾压速度不应太快，速度过快可能导致表面横向裂纹的情况，碾压过程中要按照压实度的规范要求进行碾压，同时还要实时检测含水量，发现问题及时处理。根据压路机碾压试验结果来看，碾压达到六次后，其压实度可以满足设计要求。碾压时，要按以下规律操作：先轻后重、先慢后快、先外侧后内侧。压路机重叠一半的轮宽，压路机折回不应在同一横截面上，相邻两段的连接处进行碾压，压路机成横向45°的扇形碾压，碾压速度控制在1.5km/左右，以防止出现拥包这种现象，必须紧贴纵向接缝部分进行碾压。加入水从搅拌直至碾压完成，这个时间段通常是控制在3?4h之内，超出这时间范围，可能会影响到它的强度。在施工过程中，有明文规定不能使用“薄层修补”的方法进行平整。如果存在部分位置偏低的情况，则可以通过再次翻转新鲜的混合物来碾压。已经碾压完成的路段不准压路机进入，应对碾压好的路面采用保护措施，以免表面受损坏，在碾压过程中，如果出现“弹跳”，松动，脱皮等现象，应及时打开进行重新搅拌，也可添加适量的水泥，按施工质量要求处理好。
（7）在完成一半施工后，洒水以保持养护。养护期间，不得开放交通，不得完全封闭交通，应限制重型车辆通过，禁止车辆在上面掉头或急刹车，以免影响强度。水稳定基底完成后，表面略干，应立即施加密封层。 此时，渗透性油易于渗透，基层内部的水具有良好的保护作用，从而减轻了养护的工作量，并且可以减少由收缩引起的裂缝。
3.2.3 铣刨（路拌法）作业应该注意的问题
（1）含水量的控制
在非洲，干旱季节的气温较高时，土壤中的水分容易蒸发，导致水分不足，基层难以压实。主要措施：由于从铣刨到压实在施工过程中有一定的时间间隔，铣刨可以控制含水量略高于最佳含水量，一般大于最佳含水量的1%?2%，在铣刨后，压路机马上跟在后面进行封面，以防止水在土壤中流失，如果水分流失过量则需洒水补充。两台铣刨机的接缝位置很容易产生过多的水分，从而导致压实不足。在施工过程中，应调整铣刨机重叠位置的水阀，以控制该位置的水含量。检测时应加强该部位的检测。
（2）中缝、路肩等薄弱位置压实度的控制
如果有路基不够宽，并且还需要填补的路段，这就存在路肩压实度不够的可能。解决这样的问题，最好的方法就是铣削前，应加宽路基，必要时，做几个台阶然后分层进行填充。严格禁止过厚的填充，超厚填充不可避免地导致路堤肩部位置的压实不足，并且在铣削过程中难以确保该部分的压实。基层施工完成或表层铺装完成后，路基易于沉降不均匀，并反射到路面上。
两幅中缝位置压实度不足主要发生在后铣刨的半幅，后铣刨半幅在碾压时，压路机容易伸入已铣刨半幅过多，两半幅的压实系数不一样，容易造成已铣刨半幅压裂，造成中缝位置部分基层破坏。所以在碾压时压路机沿铣刨边缘碾压，不应伸入已铣刨半幅过多，待压实后，将多余的土刮至设计高程。一般情况，路肩中缝位置应多压2～3遍。
（3）搭接宽度
在两台铣刨机运行期间，应注意两台铣刨机的搭接宽度，以确保搭接宽度不小于10cm。在施工过程中，铣刨机操作人员应以水泥路面的边线为准线，以确保铣刨机按照该准线向前移动，以防止铣刨机漏刨。
4 质量控制
4.1 施工前填筑料质量控制
（1）碎石土
按照路面基层施工规范的规定，对已选定的尾矿废石渣料场内取有代表性的土样进行试验，主要试验有：筛分、液塑限、击实（最大干密度和最佳含水量）、CBR,符合规范要求即可作为基层填料。
（2）配合比设计
在已选定的尾矿废石渣料场取有代表性的土样，按照试验规范要求的步骤进行配合比设计，以确定水泥剂量。测试了样品的7天无侧限强度，7天无侧限强度必须符合路面基础要求。
4.2 施工过程控制
（1）水泥剂量的测定
铣刨机开始正常铣刨后，应对水泥剂量测量材料进行采样，并立即送至现场实验室进行滴定测试。水泥用量除需滴定试验水泥用量要求外，还必须进行全面控制检测，即每天记录水泥的实际用量，并根据实际工程量计算出所需的水泥用量，进行比较，检查水泥用量是否一致，必要时必须进行调整。
（2）试件7天无侧限抗压强度
铣刨时，将混合物就地制备样品，在进行无侧限抗压强度试验之前，应在规定的温度下将样品润湿6天，并在水中浸泡24小时。测试结果应符合下表3的要求：
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（3）压实度
基层的密实度应控制在97%以上。 在现场，使用核子密度仪或填沙法进行测试。如果压实度不足，应及时反馈以弥补压力。测试结果应在延迟时间内获得，包括检测压实度和补充压力的时间。
（4）养护
在碾压完成检测合格后，一般是使用保水养生膜覆盖在路面上进行养护。如果条件不允许，也可采用土工布、草袋覆盖或覆土在基层上养护，为防止强烈的阳光照射和高温失水，还需要经常洒水，使覆盖物始终保持湿润状态，养护的时间一般7天，在施工区段周围需要设立警示牌，防止车辆进入导致基层受到的破坏。
5 结束语
混合了尾矿石形成的水泥稳定碎石土，建成道路后稳定性较强，提高了地基的整体结构性能，在经济效益上，能够充分的利用当地资源，降低工程消耗的成本，也有利于保护环境。随着人们对于资源利用和环境保护的重视，废物利用的观点得到了发展，掺杂了尾矿石等固体废弃物的混合料是发展绿色工程的基础，有利于促进资源可持续性发展，在未来的工程建设中可以大大贯彻这一理念，促进经济效益和社会效益的同步发展。
参考文献:
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