公路施工：工业废渣赤泥填筑路基施工工法

工业工业废渣赤泥填筑路基废渣赤泥填筑路基施工工法施工工法 GGG（（鲁鲁））A2-2019 王秀林 吴顺祺 李涛 刘宾 李鹏 （（济南通达公路工程有限公司济南通达公路工程有限公司）） 1 1 前言前言 赤泥是铝土矿提炼氧化铝过程中产生的固体工业废弃物， 我国赤泥累计堆存 量己超过 3.5 亿吨，拜耳法赤泥采用强碱溶出工艺，一水软铝石型或三水铝石型 等铝土矿经处理产生大量的氧化铁、氧化铝、二氧化硅等，不但无法形成活性成 分，难以用于建筑材料的生产，而且呈强碱性，长时间的赤泥堆放占用大量土地 的同时，还存在着环境污染的隐患。目前国内工业废渣赤泥的综合利用率不足 4，已经严重制约氧化铝行业的绿色和可持续发展。 与此同时，我国公路、铁路等基础设施建设尤其是路基的填筑需要消耗大量 的土地资源， 容易破坏沿线的生态环境。 济南通达公路工程有限公司成立课题组， 研究将赤泥作为一种新型的路基填料，并进行规模化的应用。在省道 S101 济德 线槐荫区京台高速至济齐黄河大桥段改建工程、G105 京澳线平阴绕城段改建工 程建设中， 以山东淄博某铝业公司产生的主要废渣赤泥为主要原料，加入一定比 例的石灰、水泥、磷石膏等复合改性材料对赤泥进行化学改性处理后铺筑道路路 基，可以改善赤泥的物理力学性能，提高强度和水稳定性，降低 pH 值，有效抑 制价铬、硒、氟化物、砷和钒等危害物质的浸出，赤泥利用率可达 90以上。既 可以解决工程建设的取土困难问题，又可以大量消耗赤泥的堆存，同时避免了对 周围水体的污染，实现了赤泥的规模化利用，具有显著的社会效益和环境效益。 工程项目竣工通车至今，经路用性能检测和环境监测，显示目前路基整体稳定、 各项路用性能良好，没有出现不均匀沉降等早期病害，周围环境未受到影响，值 得进一步推广和应用。 2 2 工法特点工法特点 第 1 页 共 11 页 2.0.1 利用工业废渣赤泥作为公路路基填料，可以大量利用工业废弃物，节 省了工程的投资成本， 实现废物的再生和循环利用， 促进绿色发展和可持续发展。 2.0.2 采用特殊稳定材料对赤泥进行处理，可以改善赤泥的物理力学性能， 提高强度和水稳定性，保证路基的整体承载能力和耐久性，性能优于传统石灰或 水泥改良土路基，赤泥利用率可达 90以上。 2.0.3 赤泥的综合利用避免了对环境和生态的严重破坏，经处理后的赤泥， pH 大幅降低，大量有害物得到固化和稳定，加之对上路床进行的专门设计，利 用普通材料对稳定赤泥进行包边处理，最大程度了降低了环境污染的风险。 2.0.4 工业废渣赤泥填筑路基与传统的水泥土、石灰土等路床施工使用的机 械设备相近，最大程度上降低了施工成本，有利于推广和应用。 3 3 适用范围适用范围 全国乃至世界范围内电解铝厂分布十分广泛，因此， 本工法所使用的工业废 渣赤泥产生量较大，可以应用的范围较广，适用于各等级公路、城市道路等新建 或改扩建项目的路基填筑， 尤其是我国北方大部分地区重载交通路段路基上路床 的铺筑。 4 4 工艺原理工艺原理 4.0.1 利用复合材料对赤泥进行稳定，其早期强度主要来自压实整体颗粒间 的内摩阻力，以及颗粒间水膜与相邻颗粒之间的分子引力所形成的黏聚力， 随着 反应的进行，水泥的水化反应和碱-激发效应是强度形成的主要来源，而碳化作 用和二次水化反应使改性赤泥的后期强度得到继续缓慢增长。 4.0.2 磷石膏中的酸性离子可与赤泥的碱性物质发生中和反应，同时稳定剂 与赤泥的含铁铝物质形成不溶物质，再通过水泥水化产物的物理包裹、吸附的固 化作用以及化学键使重金属离子进入到基体骨架结构中的稳定作用， 不仅能够减 低赤泥的 pH 值，还能够使赤泥中的有害物质形成稳定结构，提高赤泥强度，同 时有效抑制金属离子的迁移及浸出。 5 5 工艺流程及操作要点工艺流程及操作要点 5.1 工艺流程 施工工艺流程见图 5.1-1。 第 2 页 共 11 页 图图 5.1-1 施施工工工工艺流程图艺流程图 5.2 操作要点 5.2.1 施工准备 （1）施工前检查并清扫下承层，用森林灭火器吹干净，并确保下承层完整、 无缺陷。 （2）对工业赤泥提前进行检测，明确赤泥的类型，确保用于填筑的赤泥质 量均匀、稳定。 （3）准备整体上路床施工中需要的其他材料和施工机械，保证各种施工机 械处于正常运行状态。 施工准备 测量放样 摊铺粗平 网格布料（含包边材料） 按间距堆放赤泥 下承层的准备 工业赤泥的检测、 选 择及准备 施工机械、人员准备 拌和整形 平地机精平 碾压成型 赤泥路基的结构、配比设计 赤泥的运输 含水率检测 翻晒或洒水 养生 检查、验收 第 3 页 共 11 页 5.2.2 赤泥路基的结构与配比设计 （1）赤泥路基的结构组合设计 为有效利用工业废渣赤泥填筑路基，并且保证整体路床强度和承载能力，最 大限度上避免赤泥材料与水接触，将道路结构方案进行优化设计，优化后的道路 结构见图 5.2-1。 图图 5.2-1 工业废渣赤泥填筑路基工业废渣赤泥填筑路基的道路的道路结构结构 为防止雨水通过路基侧面渗入路基内部赤泥结构层， 形成污染物侧向渗出通 道，对改性赤泥上部路床进行隔离封包处理。封包处理部位位于赤泥外向两侧， 宽度为 80cm，材料选用掺量为 4的水泥土，经压实后在赤泥两侧形成隔离带。 （2）稳定赤泥的配合比设计 将一定比例的水泥、石灰、磷石膏及高分子聚合物进行复配形成复合改性处 理材料， 利用复合改性材料对赤泥进行稳定， 可以显著提高赤泥的强度和稳定性。 其中磷石膏的比例根据赤泥材料的 pH 值确定，水泥和石灰的剂量根据总体稳定 赤泥层的强度要求及含水率综合确定，改性赤泥的强度与下承层的强度匹配，使 整体四层上路床的强度保持均匀，复合改性稳定材料的掺量一般为 6～10。 5.2.3 赤泥的摊铺与粗平 （1）计算每车赤泥的堆放纵横间距，按计算的间距卸放；赤泥运输尽量利 用机械装车，大吨位自卸卡车运输，为防止运输途中的扬尘污染，必要时采用防 护措施； （2）进行含水量检测，现场实测含水率应控制在比最佳含水率高 23 个百 分点。含水率不足时应及时洒水补充，含水率过高则进行适当翻挖、晾晒； （3）将赤泥进行摊平并排压，如图 5.2-2 所示，然后用 3d 自动找平式平地 机整平，检验松铺厚度是否符合设计要求。 第 4 页 共 11 页 图图 5.2-2 赤泥的摊铺与粗平赤泥的摊铺与粗平 5.2.4 稳定材料与包边材料布料 （1）用石灰在整平的赤泥层上打出方格，根据设计掺加比例计算出每格所 需稳定材料的质量，进行布料； （2）计算包边土的用量，按计算结果进行布料； （3）采用人工与机械相配合的方式将稳定材料摊铺均匀。 5.2.5 赤泥路基的拌和与精平 （1）采用路拌机拌和，相邻拌和段纵向重叠应大于 5m，相邻拌和横向重叠 拌和应大于 30cm； （2）拌和遍数应在两遍以上。第一遍不宜翻拌到底，应留 23cm，防止改 性材料下沉集中，在底部翻拌不匀形成夹层。第二遍翻拌时，一定要翻拌到底， 并深入上一层施工顶面的 2cm 左右； （3）拌和均匀后表面应色泽一致，没有灰条、灰团和花面，没有赤泥粗细 颗粒“窝或带” ； （4）