循环流化床锅炉粉煤灰在路基填筑施工中的应用

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循环流化床锅炉粉煤灰是火电厂应用循环流化床锅炉燃烧原煤，并按设计用量喷入固硫剂脱硫后除尘收集的粉末，此类粉煤灰在物化属性、矿物组成、化学组分等方面与常规粉煤灰存在较大差异。因循环流化床锅炉粉煤灰钙硫含量高、早期强度低、需水量大，使其在工程中的应用受到一定限制，堆积及处治难度较大。近年来，循环流化床锅炉粉煤灰资源化利用主要集中在建筑材料方面，如作为胶凝材料代替部分石膏用作混凝土掺合料以配制微膨胀混凝土，作为混合材改善水泥水化作用和工程性能等，在公路路基填筑方面的应用仍较少。基于此，本文以某国道二级公路改线提质工程为依托，对循环流化床锅炉粉煤灰作为路基填料的工程特性及应用要点展开深入研究，以期推进此类材料在公路路基填筑中的资源化应用。

工程概况

某公路桩号K10+000—K39+500段按照二级公路等级设计建设，在运行期间，因交通量迅猛增长，通行能力已无法满足公路正常运行需要，必须尽快改线提质。改线后按一级公路、双向4车道建设，设计行车速度为80km/h，路基宽24.5m，全段涉及200×104m3的填方量。公路段位于平原地区，取土难度大，从外部采购路基填筑土料则运输距离远，成本高。工程所在地火电厂灰渣产量大，堆放及处治费用较高。为将粉煤灰料变废为宝，决定以火电厂循环流化床锅炉粉煤灰为该公路段路基填料。

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   为全面了解循环流化床锅炉粉煤灰工程性能，按照《公路土工试验规程》（JTG3430—2020），对其化学组分、压实度、级配、承载比、烧失量等展开试验检测与评价。

2.1  化学组分

分别于2020年1月14日、4月20日和5月31日在该工程所在地火电厂取3组循环流化床锅炉粉煤灰试样（分别标为样本1、样本2和样本3），展开化学组分检测，结果见表1。根据表1中结果，循环流化床锅炉粉煤灰中Al2O3、SiO2含量与常规粉煤灰持平；SO3、CaO含量比常规粉煤灰高。这主要是由于循环流化床锅炉燃烧过程中掺加了大量白云石、石灰石脱硫剂造成的。由于循环流化床锅炉粉煤灰中CaO含量较高，故该类型的粉煤灰具有水化硬化特性[1]。

2.2  颗粒级配

通过密度计法检测循环流化床锅炉粉煤灰颗粒级配，根据结果，其粒径主要分布于0.075~0.001mm，且颗粒级配曲线在粒径0.05~0.01mm段较为陡峭，在粒径小于0.05mm后更加缓和。这说明循环流化床锅炉粉煤灰粒径集中于0.05~0.01mm，其颗粒分布较为均匀。

2.3  击实试验 结果

通过对循环流化床锅炉粉煤灰干密度和最佳含水率关系的分析，不同击实试样含水率存在较大波动，原因在于粉煤灰黏粒含量小，含水量对压实性的影响并不敏感。当含水率接近0%时，干密度较高；而当含水率在小范围内变动时，因存在假黏聚力，击实期间将耗费部分击实能用于克服假黏聚力[2]，故干密度降至最低。此后随着含水率的增大，假黏聚力消失，干密度升高。标准击实能下，循环流化床锅炉粉煤灰最优含水量为34.6%，最大干密度为1.28g/cm3，均高于普通黏性土。

2.4  承载比试验结果

根据试验结果，随着压实度的增大，不同含水率粉煤灰承载比呈增大趋势，在压实度超过83%后，承载比升幅增大，表明循环流化床锅炉粉煤灰压实度越大，抗变形性能和抗压能力也越强。此外，压实度提高与粉煤灰膨胀性能的变化之间无明显的规律性；但是当击实功既定时，增大初始含水率反而会使循环流化床锅炉粉煤灰泡水膨胀率有所减缓[3]，也说明当初始含水率较大时，压实填筑粉煤灰路基切实可行。

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在施工图设计阶段，按照《公路路基设计规范》（JTGD30—2015）要求展开循环流化床锅炉粉煤灰路基填筑设计。路基采用填心式设计，上路床采用30cm厚灰土填筑；基底铺设30~50cm厚的砂砾石垫层，垫层上铺设两布一膜防渗，并按照3%设置横坡；边坡两侧设置1.0m厚的包边土，并在粉煤灰填筑体两侧底部按15.0m间距增设排水盲沟，以保证粉煤灰填筑路堤内积水可及时排出。

此外，还应对粉煤灰边坡实施挖台阶处理，台阶宽度应达到1.0m以上，以确保包边土和粉煤灰稳定结合。在试验段填筑过程中，通过26t压路机碾压粉煤灰时，包边土发生明显侧移，无法发挥对粉煤灰的包裹约束作用。数次试验后，决定将两侧包边土厚度增大至3.0m，此时碾压粉煤灰的过程中，包边土不再侧向推移，其对粉煤灰的侧向约束作用也得到增强。

循环流化床锅炉粉煤灰含钙量高，碾压密实后会发生较强的水化作用和固化板结作用，所以，施工期间基本无积水从填筑路堤内流出，两侧没必要设置排水盲沟。试验段铺筑完成后，对循环流化床锅炉粉煤灰填筑路基方案进行了变更，将包边土护坡厚度从1.0m增至3.0m，并取消了填筑路堤两侧排水盲沟设计。

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4.1  碾压方案的选用

该公路试验段循环流化床锅炉粉煤灰路基填筑时，可以采取以下两种碾压方案。

方案1：使用26t压路机静压1遍，强振碾压2遍，静压1遍，共碾压4遍；压路机行进速度控制在2.0~5.0km/h，确保压实度达到90区标准。

方案2：使用26t压路机静压1遍，弱振和强振碾压各1遍，最后通过18t胶轮压路机碾压1遍以达到收光效果，共碾压5遍；压路机行进速度控制在2.0~5.0km/h，确保压实度达到90区标准。

为比较两种碾压方案压实效果，在K10+100—K10+200试验段展开试验，路基左幅和右幅分别采用方案1和方案2，碾压结束后对压实度90区第1层展开路基含水量和压实度检测。测试结果汇总至表2。

根据表2中结果，两种方案在路基土料含水量位于37.1%~39.8%时，均能满足压实度要求，故施工中任选其一即可。但是方案1所配备的施工机械较少，碾压遍数也较少，在施工成本、工期方面具有明显优势。综合考虑后，该试验段最终选用方案1。

4.2  压实厚度控制及检测

4.2.1  压实厚度控制

压实厚度是路基填筑施工期间重要的控制性指标，主要取决于压实机械种类和压实功的大小。该公路试验段碾压施工采用26t压路机，填筑期间依次对松铺厚度30cm、40cm、50cm工况展开压实测试，并使用动力式贯入仪和贯入试验对不同深度、不同养护龄期压实度展开检测，以确定出最佳压实厚度。检测结果见表3。

根据表3中结果，在松铺厚度依次为30cm、40cm、50cm的情况下，各桩号处压实度均能达到设计要求，但无明显的规律性，并不是较小的松铺厚度必定对应较高的压实度。但是根据现场实测，在松铺厚度较小时，压路机碾压施工对循环流化床锅炉粉煤灰推挤更加明显[4]，压实难度也更大。循环流化床锅炉粉煤灰贯入度均值位于2.07~8.85mm/次，且贯入度随松铺厚度的增大而增大，随养护时间的延长而减小。这也意味着松铺厚度增大后，压实功对循环流化床锅炉粉煤灰的压密作用持续减弱。但养护时间的延长，能加速粉煤灰水化固结过程，增大其后期强度。

综合以上分析，循环流化床锅炉粉煤灰分层碾压施工前，必须对下层表面洒水增湿，以增强层间黏结，并激发下层循环流化床锅炉粉煤灰水化硬化特性，使松散层固结强度、密实度提升。结合现场试验段施工结果，可将松铺厚度增大为40~50cm，碾压密实后厚度达到33~41cm，以消除压路机碾压期间对循环流化床锅炉粉煤灰的推挤；养护后粉煤灰因具备水化硬化特征，使路基强度、密实度显著提升。

4.2.2  压实度检测

对于松铺厚度40cm的试验段，采用方案1（即26t压路机静压1遍，强振碾压2遍，静压1遍，共碾压4遍）碾压后，分2层检测各层压实度。因表层5cm深度内循环流化床锅炉粉煤灰较为松散，故只对5~20cm及20~35cm深处压实度展开检测，结果见表4。

根据表4中结果，当松铺厚度为40cm和50cm时，碾压遍数达到4遍以上后，循环流化床锅炉粉煤灰填筑路基不同深度范围内压实度均能满足设计要求，且5~20cm深度的压实度略大，两者最大压实度差为6%。为此，对于该类型填筑路基而言，在松铺厚度取40~50cm且碾压遍数达到4遍以上时，压实度符合设计规范要求。

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工程应用结果表明，循环流化床锅炉粉煤灰具有较好的路用性能，压缩系数小，压实后承载比高，弹性模量和抗剪强度值均较高，不易出现沉降变形，属于优质路基填料。在施工期间应加强含水量监测控制，使施工含水量超出最优含水量3%~5%；压实后路基表层会形成一定厚度的松散层，通过对松散层洒水增湿，以增强层间黏结性，并激发循环流化床锅炉粉煤灰水化硬化特性。总之，循环流化床锅炉粉煤灰作为工业废料，在公路路基填筑施工中的应用具有重要的经济意义和社会意义。考虑到此类粉煤灰具备一定的毒性和环境污染性，应在施工过程中严格控制其使用范围，以将其对周围农作物及公路沿线人民生活的不利影响降至最低。