01、工程概况

某公路全长 28.5 km，工程所在地位于高原山地，平均海拔为 1100 m，沿线土质以软土居多，频发滑坡、泥石流、崩塌等道路交通灾害。在环保要求下，路基施工要兼顾地基稳定性与材料环保性要求，优选路基填料。本工程沿线附近有大型电解锰厂，产出锰渣工业废料，为提高工业废料利用率，减少工业废料造成的环境污染，决定采用锰渣作为填料，对试验路段进行试铺筑，将试铺结果作为固化锰渣路基施工依据。

02、环保背景下锰渣路基施工关键技术

2.1 锰渣特性分析

2.1.1 锰渣理化性质

锰渣粒径小于10 μm的颗粒占比为55.76%，自然含水率为 31.5%，风干后含水率为 19.1%，比表面积5.124m2/g，渣比重3.08，pH值5.5；锰渣氧化物为 SiO2、SiO3、CaO、Fe2O3、Al2O3、MnO、K2O。根据理化性质检测结果可知：锰渣粒径较小，属于低液限黏土、酸性固废。

2.1.2 锰渣工程特性

1） 浸出试验。锰渣含锰离子和氨氮污染物，锰离子含量为 1087.48mg/L，氨氮含量为 587.54mg/L。根据试验结果可知，锰渣属于第二类工业固废，利用固化剂处理锰渣后，可固化可溶性锰离子和氨氮，使浸出毒性达到填料使用要求 。 

2） 击实试验。锰渣最大干密度为 1.71 g/cm3，最佳含水率为20.2%，CBR值2.3%。根据击实试验可知，锰渣水稳定性较差，不能直接用于路基填料，需固化改良后才能用于填料。

2.1.3 固化锰渣路用特性

选择某厂生产的粉末状生石灰作为锰渣固化剂，生石灰中CaO的含量为87%，下面对固化锰渣路用特性进行分析：

 1） 当生石灰掺量为 10% 时，锰离子浓度和氨氮浓度在相关标准规定值范围内；当生石灰掺量为4% 时，锰离子明显低于标准规定值，但氨氮浓度高于标准规范值。

 2） 锰渣中的氨氮浸出浓度随着含水率的增加呈先减后增趋势，浸出最佳含水率为25%。 

3） 当石灰石掺量为10% 时，固化锰渣的最大干密度为 1.598 g/cm3，最佳含水率为 21.8%，CBR值为68%，满足填料技术指标要求。因此，试验路段固化锰渣拌和采用生石灰掺量为10%，最佳含水率确定为23%。 

4）对固化处理的锰渣进行三轴压缩试验，有效应力强度参数粘聚力为57.11 kPa，回填模量为166.4MPa，内摩擦角19.8°，渗透系数为1.38×10-5 cm/s。 

5） 采用柱浸试验对固化锰渣路基的浸出情况进行模拟，评价路基填料对周围环境的影响，为优化制定路基施工方案提供依据。

2.2 锰渣路基施工工艺

试验路段固化锰渣路基施工工艺流程为：清理地表土→压实地基→包边黏土→填固化锰锌→摊平→碾压夯实→封层土施工→施工验收。

2.2.1 锰渣填料拌和

1） 常规厂拌法。沿线大型电解锰厂已经在渣库中囤积大量锰渣，针对此类锰渣采用厂拌法。选定距离渣库较近的区域作为拌和厂，利用拌和机集中拌和锰渣与生石灰，拌和前检测锰渣和石灰含水率，锰渣含水率为 23%～29%，符合固化处理要求。如果锰渣含水量过高，则要晾晒降水。拌和时按照配合比设计控制锰渣与生石灰的用量，保证拌和均匀，锰渣中的污染物质与生石灰充分反应，拌和后用运输车运输填料。 

2） 改良厂拌法。根据含水量检测结果表明，新鲜锰渣的含水量相对较高，不能直接用于固化处理，需先采用热能脱水法和机械脱水法处理降低锰渣含水量。在锰渣产出的管道口安装脱水设备和生石灰添加管道，末端设连续拌和机，使锰渣产出后能够降低含水量，直接投入生石灰固化拌和，提高锰渣填料的生产效率。

2.2.2 锰渣运输

1） 采用自卸式运输车运输固化处理后的锰渣，装料时使用机械化装载机，装料后用篷布严密覆盖锰渣，避免锰渣掉落到运输道路上造成污染。2） 在运输过程中合理规划路线，避免中转；施工现场建立堆场，用于集中卸料和堆放锰渣；施工人员在卸料前穿戴完整的劳保用品，必须佩戴口罩、手套。

2.2.3 施工准备

1）施工前取固化锰渣试样、包边黏土进行重型击实试验，检测材料的最大干密度、最佳含水量。 

2） 清理地表土，清除表层上的石块、杂物、树根等，压实地基，要求地基压实度、平整度满足技术规范要求 。 

3） 在施工区域内设排水沟，做好地基排水，避免雨水、地下水流向施工区域。

2.2.4 包边黏土

1） 固化处理的锰渣虽然大幅降低了可溶性金属元素，且氨氮含量低于标准值，但是当遇到地下水或雨水冲刷路基时，会导致锰渣中的残余有害物质渗出，造成环境污染。因此，在锰渣路基施工中，要采用包边法设置隔离层，防止锰渣填料可溶性金属元素渗入深层土基。 

2）隔离层材料采用砂砾碎石，最大直径为10 cm，含泥量不得超过6%；在土基上填筑砂砾碎石，厚度为0.5m，用黏土包裹外边缘，将固化锰渣填料作为路基填芯，减少中重金属和氨氮对环境造成二次污染。

2.2.5 填固化锰渣

1）在摊铺前放样，确定路基边线、护坡范围和盲沟接线，测定中桩、边桩，设摊铺厚度控制桩。 

2） 固化锰渣填料摊铺采用推土机施工，破碎处理大颗粒固化锰渣，最大粒径不得超过37.5 mm；根据当天工作量确定摊铺长度，在当天完成摊铺碾压，锰渣填料的松铺系数为1.2。 

3）路基摊铺整平后，测定锰渣填料含水量，实测含水率需维持在最佳含水量左右，即 23% 左右；当实测含水量偏高时，需晾晒锰渣填料；当实测含水量偏低时，需适当洒水，增加锰渣填料含水量。

2.2.6 碾压整平

1）固化锰渣混合料拌和后快速运输到施工现场摊铺碾压，整平摊铺厚度为 30 cm，碾压顺序为静压、振动碾压、静压整平。先用推土机整平锰渣填料，设路拱 2%～4%，检测压实度是否达到设计要求；再用25 t压路机振动碾压2遍，接着光轮压路机静压2遍，最后精修平整基层，精平采用平地机 。 

2） 碾压时遵循先两边后中间的顺序碾压，前后碾压轮重叠宽度为1.0～2.0 m，碾压做到无死角、无漏缺；碾压后用灌砂法检测压实度，压实度需在技术规范要求范围内。 

3） 锰渣路基填料碾压做到快速碾压、平整和检测，在锰渣固结前完成摊铺碾压过程。

2.2.7 生态防护边坡

1） 在公路边坡施工中，要做好防坍塌、防形变、防水土流失措施，维持边坡稳定性。在环保背景下，试验路段采用植物护坡形式，起到美化道路、改善生态系统环境的作用。在种植植物后，植物根系深入到土壤中，土壤内含有的氮肥会促进植物生长，而植物根系会对锰渣中的氨氮元素产生固化作用，能够降低锰渣对环境的影响 。 

2） 公路边坡采用黏土护坡，黏土压实厚度与固化锰渣压实厚度相同，促使路堤与护坡衔接，保证边坡结构的稳定性。边坡高度不超过3 m，植物优先选择成活率高、根系发达的灌木类，在边坡处换填厚度不小于30 cm 的种植土，提高植物成活率；对高度超过3m 的边坡设拱形骨架防护，在骨架内种植适当的植物，用于固土。

2.2.8 养护

固化锰渣路基施工后进入养护阶段，养护时长超过 7 d，在养护期间不允许车辆通行，保持基层湿润，用薄膜覆盖表层；遇到降雨天气停止摊铺作业，对未封层坡面设置横坡，用防水薄膜覆盖横坡，避免锰渣中的重金属元素渗出；在摊铺碾压后开挖碎石盲沟，及时排出路基积水；当锰渣路中止施工时间较长时，要用素土覆盖基层，碾压基层，做路拱，在基层设排水沟，及时排出积水。

2.3 施工质量控制

2.3.1 路基压实度控制

1） 含水量控制。在摊铺过程中，锰渣含水量偏高会影响摊铺厚度控制。试验路段对锰渣含水量控制采用以下措施：渣库装料前检测固化锰渣含水率，当含水量较高时，需在运输到施工现场后翻开晾晒，待其达到最佳含水量后及时摊铺碾压。 

2） 路基碾压。施工现场进行碾压试验，对比分析多种碾压机械、碾压次数组合方案下的压实效果，选出最佳的路基碾压方案，将其作为正式施工采用的碾压机械组合方案。 

3） 锰渣材料控制。在固化锰渣拌和中，只允许混合使用同一批次的锰渣，避免使用理化性质差异、含水率不同、沉淀时间不同的锰渣。在拌和时不得使用粒径大、级配不良、呈块状的锰渣。在使用锰渣时，破碎大块锰渣，检查锰渣级配是否符合设计值要求，检测合格后再拌和。

2.3.2 路堤检测

试验路段采用贝克曼梁法检测路堤回弹弯沉，确定路基刚度和强度，当回弹弯沉值越小时，路基承载力越大。根据检测结果表明，固化锰渣路基的承载力和压实度满足技术规范要求。

2.3.3 环保质量控制

1） 废水控制。施工前，截断流向施工区域的水源，尽量减少锰渣填料的现场堆放，在施工现场临时设置堆渣场和污水沉淀池，对场地硬化处理，将塑料膜提前铺在场地上，用于预防降雨天气锰渣受到雨水冲刷导致有害物质浸出；在生活区的日常用水管理中，设临时蒸发池、化粪池等，用于处理生活污水和机械设备清洗污水，不允许向河流水域直接排放污水。 

2） 大气污染控制。锰渣与生石灰拌和过程中会发生化学反应产生氨气，氨气具有腐蚀性，可对施工人员皮肤组织、呼吸系统造成破坏，威胁施工人员生命安全。在锰渣拌和中需针对大气污染采取以下措施：利用氨气溶于水的物理性质，在锰渣拌和后用洒水车喷洒水雾，用于吸收散发到空气中的氨气，并将污水排入沉淀池，参照大气污染物综合排放标准处理氨气；施工人员佩戴齐全手套、口罩等劳保用品，保护好自己，避免接触腐蚀性物质。 

3） 噪声污染控制。试验路段施工采取以下噪声控制措施：在路基施工附近设置隔声板，在施工机械设备上安装消音设备，降低噪声；在夜晚 10点至早上 6点期间禁止施工，合理安排白天施工进度；定期保养施工机械设备，保证机械设备零部件完好，确保机械设备正常运行，减少机械性摩擦产生的噪声。 

4） 固废污染控制。在需要废弃锰渣材料时，应按照专业化的无害化处理方法集中运输锰渣，浸出毒性物质后再掩埋，避免毒性物质造成土地碱化板结。 

5） 浸出毒性控制。试验路段施工前，在路堤上下游距离路堤 50～100 m 处设置采样点，用于检测地下水水质在施工前后的变化，检测项目为锰离子、氨氮含量。在施工完毕后，不能撤掉采样点，需在较长一段时间内定期检测水质指标，保证居民饮用水安全。在检测过程中，每个作业分段随机选取 9 个取样点，每间隔 1 m 取一次水样，水样混合后带回试验室检测，按照《固体废物浸出毒性浸出方法水平振荡法》（HJ 557—2010） 方法进行浸出试验，检测分析锰离子和氨氮离子，判断是否达到污水综合排放标准。

03、结束语

在环保背景下，公路工程建设应提高工业固废利用率，可将锰渣作为填料。本文以研究锰渣物理力学性能为基础，确定锰渣改良方案，通过掺入10%生石灰固化处理锰渣，降低锰渣中有害物质含量。在锰渣路基施工中，应重点做好包边黏土施工，将锰渣作为路基填芯材料，可最大限度避免锰渣对周围环境产生二次污染。