CN107938452A - 利用钢渣填筑城市道路路基的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种利用钢渣填筑城市道路路基的方法，包括以下步骤：步骤10、将塑性指数大于或者等于6的黏性土铺设在路基底部并形成底封层；步骤20、将经热泼、水淬、热闷或陈化处理后性能稳定的钢渣铺设于底封层上并形成下层路堤；步骤30、将塑性指数大于或者等于6的黏性土铺设在下层路堤顶部并形成夹层；步骤40、将经热泼、水淬、热闷或陈化处理后性能稳定的钢渣铺设于夹层上并形成上层路堤；步骤50、将二灰土、三七灰土或水泥稳定土铺设在上层路堤顶部并形成顶封层；步骤60、将塑性指数大于或者等于6的黏性土铺设在下层路堤外周、夹层外周和上层路堤外周并形成护坡。本发明能够实现钢渣规模化利用。

Description

利用钢渣填筑城市道路路基的方法

技术领域

本发明是一种利用钢渣填筑城市道路路基的方法。

背景技术

钢渣是炼钢过程中产生的一种工业固体废弃物，主要来自炼钢过程加入的造渣材料(如石灰石、白云石、硅石等)、金属炉料中各元素氧化产生的氧化物、被侵蚀的炉衬材料、金属炉料带入的杂质等，依炉型可分为转炉渣、平炉渣、电炉渣，排出量约为粗钢产量的8％～15％。随着国家工业化与基础设施建设的发展，钢铁工业发展迅猛，钢铁产量逐年增加，而作为炼钢工业的副产品钢渣的产生量逐年增多。据经济日报2014年11月8日报道，当前国内积存的钢渣己超过10亿吨；另据中国钢铁工业协会的统计数据，仅其会员钢铁企业(85家～95家)在2014年11月至2017年3月间新产出钢渣就有15100万吨；而据同济大学李青的研究，早在20世纪90年代，欧美、日本等发达国家的钢渣利用率已近100％，其中50％～60％用于筑路，15％～20％用于化肥生产，10％～15％用于回烧后再利用，10％～15％用于水泥生产；而据武汉钢铁(集团)公司李灿华等2016年研究数据显示，目前我国钢渣利用率仅为42％左右，历年累积堆积的钢渣量逾6亿吨。

实现钢渣资源化利用、保护环境迫在眉睫，目前钢渣已被用作钢铁冶炼熔剂、建筑材料、土壤改良剂、吸附剂等，然而，这些用途对钢渣的消费非常有限，钢渣的规模化利用问题仍没有得到有效解决。如此巨量的钢渣作为一种工业固体废弃物不能大规模利用，常年堆存，不仅占用大量土地资源，对周边土壤、地下水等造成不同程度的污染，更是资源的浪费。

发明内容

本发明提供了一种利用钢渣填筑城市道路路基的方法，以实现钢渣规模化利用的目的。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种利用钢渣填筑城市道路路基的方法，包括以下步骤：步骤10、将塑性指数大于或者等于6的黏性土铺设在路基底部并形成底封层；步骤20、将经热泼、水淬、热闷或陈化处理后性能稳定的钢渣铺设于底封层上并形成下层路堤；步骤30、将塑性指数大于或者等于6的黏性土铺设在下层路堤顶部并形成夹层；步骤40、将经热泼、水淬、热闷或陈化处理后性能稳定的钢渣铺设于夹层上并形成上层路堤；步骤50、将二灰土、三七灰土或水泥稳定土铺设在上层路堤顶部并形成顶封层；步骤60、将塑性指数大于或者等于6的黏性土铺设在下层路堤外周、夹层外周和上层路堤外周并形成护坡。

进一步地，经热泼、水淬、热闷或陈化处理后性能稳定的钢渣的最大粒径大于或者等于80mm。

进一步地，经热泼、水淬、热闷或陈化处理后性能稳定的钢渣的金属铁含量小于或者等于2％。

进一步地，经热泼、水淬、热闷或陈化处理后性能稳定的钢渣的含泥量小于5％。

进一步地，经热泼、水淬、热闷或陈化处理后性能稳定的钢渣的压碎值小于或者等于30％。

进一步地，经热泼、水淬、热闷或陈化处理后性能稳定的钢渣的质量系数大于1.2。

进一步地，经热泼、水淬、热闷或陈化处理后性能稳定的钢渣的内照射系数和外照射系数均小于或者等于1。

进一步地，经热泼、水淬、热闷或陈化处理后性能稳定的钢渣的游离氧化钙的含量小于3％。

进一步地，经热泼、水淬、热闷或陈化处理后性能稳定的钢渣的压蒸粉化率小于或者等于5％。

进一步地，经热泼、水淬、热闷或陈化处理后性能稳定的钢渣的浸水膨胀率小于或者等于2％。

本发明的有益效果是，本发明实施例利用钢渣填筑路基，可以满足高等级城市道路路基要求，实现钢渣的规模化利用，进而解决常年堆积、占用土地、污染土壤和地下水等问题，同时解决城市道路工程填料短缺的问题。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明钢渣路堤的结构示意图；

图2为本发明钢渣路堤作为新路基与老路基的搭接示意图；

图3为本发明钢渣路堤作为老路基与新路基的搭接示意图。

图中附图标记：1、底封层；2、地基；3、下层路堤；4、夹层；5、上层路堤；6、顶封层；7、护坡；8、横向排水渗沟；9、纵向梯形排水沟；10、防渗土工布；11、新路基；12、老路基。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

本发明实施例提供了一种利用钢渣填筑城市道路路基的方法，包括以下步骤：

步骤10、将塑性指数大于或者等于6的黏性土铺设在路基底部并形成底封层；

步骤20、将经热泼、水淬、热闷或陈化处理后性能稳定的钢渣铺设于所述底封层上并形成下层路堤；

步骤30、将塑性指数大于或者等于6的黏性土铺设在所述下层路堤顶部并形成夹层；

步骤40、将经热泼、水淬、热闷或陈化处理后性能稳定的钢渣铺设于所述夹层上并形成上层路堤；

步骤50、将二灰土、三七灰土或水泥稳定土铺设在所述上层路堤顶部并形成顶封层；

步骤60、将塑性指数大于或者等于6的黏性土铺设在所述下层路堤外周、所述夹层外周和所述上层路堤外周并形成护坡。

本发明实施例利用钢渣填筑路基，可以满足高等级城市道路路基要求，实现钢渣的规模化利用，进而解决常年堆积、占用土地、污染土壤和地下水(底封层能够防止放射物污染土壤和地下水)等问题，同时解决城市道路工程填料短缺的问题。

具体地，上述经热泼、水淬、热闷或陈化处理后性能稳定的钢渣的游离氧化钙含量应小于3％，压蒸粉化率不应大于5％，浸水膨胀率不应大于2％。并且严禁使用或者混入未经过处理的新钢渣作为路基填料。

优选地，上述钢渣的最小强度应符合下表要求：

由上表可知，当填挖类型为上路床时，钢渣由路面底面计起深度为0cm～30cm，最小强度值为8％。当填挖类型为下路床时，钢渣由路面底面计起深度为30cm～80cm，最小强度值为5％。当填挖类型为上路堤时，钢渣由路面底面计起深度为80cm～150cm，最小强度值为4％。当填挖类型为下路堤时，钢渣由路面底面计起深度为150cm以上，最小强度值为3％。

本发明实施例中，钢渣的最大粒径不大于80mm。以防路基填筑过程中发生粗料集中架空现象。含泥量不超过5％，压碎值不应大于30％，以保证集料强度高，坚固性能好，弹性模量高。

钢渣中金属铁含量不应大于2％，由于金属铁在少氧条件下腐蚀为四氧化三铁(黑锈)，体积膨胀2倍，在富氧条件下腐蚀为三氧化二铁(红锈)，体积膨胀4倍，常见的铁锈的成分是碳酸亚铁与三氧化二铁的混合物，质地疏松，体积膨胀约7倍，所以为了防止路基变形应控制金属铁含量。

钢渣的质量系数应大于1.2，并且钢渣中锰、钛、硫等化合物的平均值应在规定值之内(FeS、MnS含量不大于3.0％，S含量不大于1％，MgO含量不大于9％，TiO2含量不大于1％)。原因是钢渣中FeS、MnS在水的作用下，生成FeO、Mn(OH)₂，体积相应增大35％～40％和25％～30％，致使在钢渣中产生较大的内应力，当内应力超过钢渣本身组织的结合力时，就会导致酥碎，即铁分解或锰分解，但只有当FeS、MnS含量大于3.0％或S含量大于1％时铁、锰分解才会发生。MgO在水的作用下，生成Mg(OH)₂，体积增大148％,常温下，完全消解时长可达20年之久。

进一步地，钢渣的放射性指标应符合内照射系数和外照射系数均不大于1。由于铁矿石在形成过程中会富集某些微量元素，某些地区(如白云鄂博)的铁矿石中就含有一定量的放射性元素，在钢渣的形成过程中放射性元素的富集不可避免，设计、施工过程中应充分重视这些元素的含量，避免其对环境和人身健康的潜在危害。

具体施工工艺要求如下：

施工时，采用后退式摊铺法。后退式摊铺法是指运料汽车在上一层已压实好的路基表面上后退卸料，先高后低，先两侧后中间，形成许多密集的填料堆，再用推土机整平。若有个别较高的堆体，应通过人工整平使其表面平整，以达到所要求的松铺层厚。在填筑段用石灰画好方格网，根据运输车辆的车载容量和松铺厚度，计算方格尺寸及每格内填料堆体积。车辆倒至一定位置后，在车厢升起的过程中，车辆一边向前行驶一边布料。因布料不均匀形成的填料堆用推土机整平，人工清理表层个别裸露的大块钢渣。

摊铺后的钢渣必须及时碾压，碾压时钢渣应处于最佳含水量范围内。路基应分层填筑、均匀压实，路基压实采用重型击实标准，当路堤底部为松散填土时，路堤填筑前也应翻挖后再回填分层压实，压实度不低于92％。填土高度小于路床厚度时，基底的压实度不应小于路床标准。钢渣路基填料压实度应符合下表要求。

在保证路基强度和回弹模量要求的前提下，通过实验论证，压实度标准可适当降低1～2个百分点。

洒水闷料。保证洒水均匀，并提高洒水量。闷料后，应采用稳定土拌和机或多铧犁进行拌和并设专人跟随，随时检查拌和深度并调整拌和深度。严禁在拌和层底部留有含水量不足的夹层。

其中，需要说明的是：

需选用完全风化后的钢渣，因新出炉钢渣有一个风化、崩解过程，方能成为级配良好的A级填料。

应清除粒径大于80mm的不能风化的钢渣，以利于路基压实。

压实前先进行测量，做好记录,采用20t～25t重型振动压路机进行碾压，先静压一遍，然后振动碾压。碾压时，压路机车速控制在2Km/h左右，振动频率在25～30Hz(1500-1800次/s)，振幅一般在1.5mm～2.0mm范围内。碾压时自路基两侧向中间，依次错轮碾压(要求轮迹重合1/4以上)。直至表面无明显轮迹时,测量人员测出标高,算出总沉降量和相邻两遍振压的沉降差。在压实过程中，对有明显空洞、孔隙的地方应再补充细料,碾压，直至合格。采用分层填筑方式，层厚40cm～45cm，碾压方式及遍数控制为先静压1遍，再振动碾压6～8遍，最后静压1遍收面，并定点抽样检查碾压质量。

因钢渣重度较大，为避免路堤过重引起原地基变形，应根据地质情况，控制路堤填筑高度。

应防止高矿化度地下水的浸泡，否则会形成硫酸盐侵蚀或盐类结晶侵蚀，不利于附近建筑物的保护。

如图1所示，本发明还提供了一种钢渣路堤，具有底封层1、下层路堤3、夹层4、上层路堤5、顶封层6和护坡7。上述底封层1设置在地基2上，上述下层路堤3、夹层4、上层路堤5和顶封层6沿竖直方向依次叠置，护坡7与底封层1和顶封层6连接并形成封闭结构，下层路堤3、夹层4和上层路堤5均位于该封闭结构内。本发明实施例中，上述封闭结构能够对钢渣进行包封，防止钢渣中的重金属、放射性元素等有害物质析出从而导致环境污染。优选地，在护坡7与下层路堤3以及上层路堤5之间设置防渗土工布10，可以进一步防止放射性元素或者重金属污染环境。

本发明实施例的设计高度一般在5m以下，当超过5m时需要进行路基稳定性验算。且钢渣填筑厚度不宜大于4m，当超过4m时应在路堤中部设置土质夹层。天然地基(地基)容许承载力[δ]应不小于200kPa，钢渣路堤的天然地基不应为软弱土地基，也不应为膨胀土地基，天然地基在填筑钢渣路堤前应进行整平处理，若天然地基承载力达不到要求，应采取相应措施进行天然地基处理。上述的钢渣路堤具有边坡，该边坡的坡率不宜陡于1:1.5。钢渣路堤分层摊铺碾压，摊铺层厚0.40m～0.45m，每1～2层设置1处台阶，台阶宽度不应小于1.2m。

进一步地，本发明实施例中的钢渣路堤不应用于浸水地段或者洪水浸淹部位，钢渣路堤的底部应高于地下水位或者地表长期积水位0.5m以上，并设置隔离层。

顶封层宜选用二灰土、三七灰土或4％水泥稳定土，厚度为0.3m～0.5m；该材料不仅对钢渣路堤起到防水作用，而且具有较高的强度，与路面结构的强度之间存在良好的连续性，起到很好的过渡作用。

底封层与夹层填料宜选用塑性指数不小于6，且满足强度要求的黏性土，厚度不宜小于0.5m；该材料不仅对钢渣路堤起到防水作用，而且在钢渣路堤局部浸水的情况下，可充当缓冲层，使因膨胀引起的路面结构破坏得到削弱。底封层与夹层填筑时应设置2％～4％的外倾横坡，以利于排出突发情况下钢渣路堤内积水。

护坡7应采用塑性指数不小于6的黏性土，护坡7厚度不宜小于0.5m，坡率与钢渣路堤相同；土质护坡7应在钢渣路堤压实后进行填筑；护坡7上应植草皮或小灌木，可起到防止水土流失、稳定边坡及美化环境等作用。

钢渣路堤上还设置有排水系统，具体地如下:护坡7坡脚设置纵向梯形排水沟9，尺寸应经过水力、水文计算确定，沟底纵坡坡度宜与路线坡度一致，且不小于0.3％。

护坡7中设置横向排水渗沟8，用以引排护坡上局部上层滞水，减轻坡面冲刷。横向排水渗沟8的端部与底封层1或夹层4顺接，且与钢渣填筑层底部贯通，横向排水渗沟8采用矩形断面，断面尺寸为0.3m×0.3m，水平间距10m～20m，垂直间距2m～2.5m，呈三角形布置，外倾坡度5％。横向排水渗沟8外围设置反滤层，内部填充卵石、砾石、碎石、粗砂或过筛的炉渣等粗粒材料。设置横向排水渗沟8，一方面用以引排护坡上局部上层滞水，疏干潮湿的土质护坡，减轻坡面冲刷；另一方面，又可作为突发情况下钢渣路堤内积水排出的唯一通道。

截水沟根据地形条件及汇水面积进行设置，多雨地区时，至少设置一道截水沟，截水沟距路堤坡脚距离不宜小于2m，沟底纵坡不小于0.3％。

降水主要经护坡以漫流形式汇至截水沟或纵向梯形排水沟9，而护坡中渗入的少量雨水及局部上层滞水主要由横向排水渗沟8汇集排至纵向梯形排水沟9排出。

如图2和图3所示，新老路基搭接采用台阶式衔接方式，应先挖除老路基边坡表面松土，自下而上开挖台阶并逐层回填；台阶高度宜设置为0.8m～1.2m，宽度宜为1.5m～2.5m,台阶顶面应设置面坡，坡率宜取2％～10％，台阶竖面向老路基倾斜；各层台阶顶面加铺土工格栅，土工格栅长度不宜小于5m；新老路基结合部应设置防渗土工布，并与钢渣路基侧向防渗土工布相衔接。其中图2中钢渣路基作为新路基与老路基11搭接。图3中钢渣路基作为老路基与新路基11搭接。

从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：本发明实施例利用钢渣填筑路基，可以满足高等级城市道路路基要求，实现钢渣的规模化利用，进而解决常年堆积、占用土地、污染土壤和地下水等问题，同时解决城市道路工程填料短缺的问题。

以上所述，仅为本发明的具体实施例，不能以其限定发明实施的范围，所以其等同组件的置换，或依本发明专利保护范围所作的等同变化与修饰，都应仍属于本专利涵盖的范畴。另外，本发明中的技术特征与技术特征之间、技术特征与技术方案之间、技术方案与技术方案之间均可以自由组合使用。

Claims (10)

1.一种利用钢渣填筑城市道路路基的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤10、将塑性指数大于或者等于6的黏性土铺设在路基底部并形成底封层；

步骤20、将经热泼、水淬、热闷或陈化处理后性能稳定的钢渣铺设于所述底封层上并形成下层路堤；

步骤30、将塑性指数大于或者等于6的黏性土铺设在所述下层路堤顶部并形成夹层；

步骤40、将经热泼、水淬、热闷或陈化处理后性能稳定的钢渣铺设于所述夹层上并形成上层路堤；

步骤50、将二灰土、三七灰土或水泥稳定土铺设在所述上层路堤顶部并形成顶封层；

步骤60、将塑性指数大于或者等于6的黏性土铺设在所述下层路堤外周、所述夹层外周和所述上层路堤外周并形成护坡。

2.根据权利要求1所述的利用钢渣填筑城市道路路基的方法，其特征在于，所述经热泼、水淬、热闷或陈化处理后性能稳定的钢渣的最大粒径大于或者等于80mm。

3.根据权利要求1所述的利用钢渣填筑城市道路路基的方法，其特征在于，所述经热泼、水淬、热闷或陈化处理后性能稳定的钢渣的金属铁含量小于或者等于2％。

4.根据权利要求1所述的利用钢渣填筑城市道路路基的方法，其特征在于，所述经热泼、水淬、热闷或陈化处理后性能稳定的钢渣的含泥量小于5％。

5.根据权利要求1所述的利用钢渣填筑城市道路路基的方法，其特征在于，所述经热泼、水淬、热闷或陈化处理后性能稳定的钢渣的压碎值小于或者等于30％。

6.根据权利要求1所述的利用钢渣填筑城市道路路基的方法，其特征在于，所述经热泼、水淬、热闷或陈化处理后性能稳定的钢渣的质量系数大于1.2。

7.根据权利要求1所述的利用钢渣填筑城市道路路基的方法，其特征在于，所述经热泼、水淬、热闷或陈化处理后性能稳定的钢渣的内照射系数和外照射系数均小于或者等于1。

8.根据权利要求1所述的利用钢渣填筑城市道路路基的方法，其特征在于，所述经热泼、水淬、热闷或陈化处理后性能稳定的钢渣的游离氧化钙的含量小于3％。

9.根据权利要求1所述的利用钢渣填筑城市道路路基的方法，其特征在于，所述经热泼、水淬、热闷或陈化处理后性能稳定的钢渣的压蒸粉化率小于或者等于5％。

10.根据权利要求1所述的利用钢渣填筑城市道路路基的方法，其特征在于，所述经热泼、水淬、热闷或陈化处理后性能稳定的钢渣的浸水膨胀率小于或者等于2％。