1 問題的提出

　　GZ40(國道主干線二連浩特-河口)陜西境戶縣澇峪口至洋縣高速公路(以下簡稱戶洋高速公路)，橫穿秦嶺南北，是我國華北通往西南的大通道，也是陜西省“米”字型公路主骨架的重要組成部分。

　　該公路為陜西省第一條山嶺重丘區高速公路，橋梁隧道長度所占比例達75%，隧道棄渣場地困難并對自然生態環境造成破壞。而另一方面，路基填筑需要大量土石方，橋梁隧道、防護排水工程對砂的需求量很大，由于沿線天然砂較少，工程用砂主要依靠遠運，平均運距達60公里，運輸條件差，施工干擾大，運輸成本高。為解決二者之間的矛盾，設計中路基填筑全部采用隧道棄渣和開山棄渣，工程用砂部分采用人工砂。其中路基(含主線、立交、服務區、連接線工程)填筑利用隧道棄渣 195.9萬立方米，加工機制砂利用隧道64.8萬立方米。

　　2 利用隧道棄渣填筑路堤的探討

　　目前，已有不少地區修筑了填石路堤的高等級公路，但現行高等級公路填石路堤的設計與施工，不僅沒有可靠的技術規范可依，也沒有成熟的經驗供參考。在設計中主要考慮了填石路基的邊坡綠化、路床和墻背填料和填石路基的壓實。

　　2.1 填石路基綠化設計

　　為保證填石路基的美觀，達到與自然界的協調，體現生態路的要求，設計中填石路基邊坡采用厚度為50cm的拱型骨架護坡防護、綠化，圖1為拱型骨架護坡法向投影示意圖。

　　2.2 路床和墻背填料設計

　　填石路堤采用隧道棄渣或開山棄渣填筑，其石料含量大于70%，石料強度大于15MPa，最大粒徑不超過30 cm。設計中全線路基施工采用光面爆破，因此隧道和路基棄渣容易滿足最大粒徑要求。

　　考慮到填石路基頂面和路面結構層之間應設置過渡層、擋土墻墻背填料不易壓實等因素，設計中填石路堤路床頂面以下50 cm、擋土墻墻背2米范圍內和非巖石地段挖方(零填)路床頂面以下30cm填筑未篩分碎石，如圖2、圖3和圖4所示。填料最小強度(CBR)(%)大于8.0，其壓實度要求同土質路基。

　　2.3 填石路基壓實要求

　　填石路基壓實的目的是使各粒料之間的松散接觸狀態變為緊密咬合狀態。由于塊石的顆粒較大，石塊之間會有蓬架、擱空現象，形成空隙率過大，易造成局部塌陷，因此填石路基的壓實應選用低頻高幅的大噸位振動壓路機，如25～50T的鋼輪振動壓路機。在碾壓之前，應用大型推土機攤鋪平整，個別不平整處，應人工配合用細石屑找平。

　　根據石(家莊)太(原)高速公路的壓實經驗，應先用小噸位壓路機靜壓2遍，然后用50噸振動壓路機至少壓實5遍，待看不出輪跡為止，具體的碾壓遍數可參考下述方法，由試驗工程確定。

　　壓實合格的判定方法：碾壓結束后，在路基表面布設測點，測定其標高，再用50噸拖式振動壓路機碾壓兩遍后，測定測點標高，同一測點兩次標高差值小于5mm。

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　　3 利用隧道棄渣加工人工砂的探討

　　人工砂的名稱，各地叫法不一，如上海叫碎石砂，廣東叫石粉，貴州叫山砂等。2002年2月1日實施新的國家砂石標準《建筑用砂》(GB/T14684-2001)將砂按產源分為天然砂、人工砂兩類。天然砂(natural sand)指由自然風化、水流搬運和分選、堆積形成的、粒徑小于4.75mm的巖石顆粒，包括河砂、湖砂、山砂、淡化海砂，但不包括軟質巖、風化巖石的顆粒。人工砂(manufactured sand)指經除土處理的機制砂、混合砂的統稱，包括機制砂、混合砂。機制砂指由機械破碎、篩分制成、粒徑小于4.75mm的巖石顆粒，但不包括軟質巖、風化巖石的顆粒;混合砂指由機制砂和天然砂混合制成的砂。

　　3.1 人工砂應用的歷史

　　美國、英國、日本等國家使用人工砂有幾十年的歷史，如80年代日本的天然集料與人工集料的比例，大約為0.9：1;90年代則降為0.5：1。在我國，它可以說是一種傳統材料在快速發展的建筑市場中崛起的新材料，人工砂在缺少天然砂的地區已經普及應用，有的還制訂了地方法規。從20世紀60年代起，我國一些建筑工程因環境條件所限，開始以石材為原料進行機制砂加工和應用研究;到了70年代，貴州省已大規模使用機制砂，并制訂了地方標準;之后，云南、河南也出臺了人工砂地方標準和使用規程，如《云南省人工砂技術標準及應用規程》;20世紀90年代以來，京、津、滬、渝等地都有了人工砂生產線，生產、使用也帶動了人工砂的研究。2001年重慶地區機制砂配制混凝土應用研究獲重慶市科技進步三等獎，2002年北京出臺了《人工砂應用技術規程》，上海出臺了《機制砂在混凝土中應用技術規程》。人工砂已被列入新的國家砂石標準中《建筑用砂》(GB/T14684-2001)，并經國家質量技術監督總局批準，于2002年2月1日實施。

　　3.2 人工砂在其它領域應用實例

　　貴州烏江渡水庫大壩工程全部采用了自己生產的人工砂350萬m3;天津西斯爾混凝土工業有限公司已生產人工砂127萬噸，生產商品混凝土180 m3，并成功地用于北水南調工程的西河閘工程;浙江湖州新開元碎石限公司已生產人工砂100余萬噸，用人工砂配制的高強度泵送混凝土成功地應用于上海市貿濱江花園、徐匯苑等工程。長江三峽工程壩區缺少天然砂，如在河床中采挖天然砂，既破壞了長江河勢、運輸距離達100Km以上，而決定采用人工砂的方案，二期工程需生產人工砂910萬m3，三期工程需生產人工砂261萬m3。內昆、株六復線等鐵路建設中也有人工砂使用的報道。鄭州市河砂資源相對缺乏，而石灰石資源較為豐富。大力推廣人工砂可以變廢為寶、保護環境，同時也能夠增加地方財政收入，有利于資源合理利用及鄭州市建材業的可持續發展。鄭州市建委下發通知，要求鄭州市大力推廣人工砂，有關部門、單位不得為人工砂的推廣設置障礙。北京市礦業協會、北京市混凝土協會向北京市國土資源和房屋管理局提出了推廣應用人工砂的建議。可以說，作為混凝土和砂漿等基本材料之一的建筑用砂，人工砂應用已經積累了成功經驗是不爭的事實。

　　3.3 人工砂的質量

　　新的國家砂石標準采用或參照了國際通用的相關條款內容及試驗方法，使之與國際接軌。例如新標準中，天然砂中粒徑小于75μm的顆粒含量，稱為含泥量，人工砂中粒徑小于75μm的顆粒含量稱為石粉含量，而用亞甲藍MB值判定人工砂中粒徑小于75μm顆粒含量主要是泥土還是與被加工母巖化學成分相同的石粉。有些生產廠家用水洗法去掉石粉是一個誤區，把泥土含量與石粉含量泥淆，從大量試驗看，從C10到C60泥凝土，石粉起到了增大強度及改善和易性的作用，這在低標號砼表現更突出。人工砂被列入規范，標志著對人工砂有了新的認識，發展人工砂條件已經成熟。實踐證明人工砂的物理性能、混凝土力學性能、水泥用量及抗滲、抗凍和耐久性能等指標均優于天然砂。

　　3.4 人工砂的價格

　　全國各地人工砂價格差異較大，一是因為砂石生產采用的技術、工藝、流程不同形成的，二是砂石資源會儲量和分布不均造成銷售價不樣。例如，三峽工程成品砂單價45.55元/噸(汽車運距12Km)。河南省輝縣市由鵝卵石經機械粉碎、水洗等加工后形成的砂每噸成本價50元，銷售價每噸60元。2001年，中國砂石協會通過對11個地區17個企業價格的收集與分析，天然中粗砂價格在25元/噸左右，但公路用砂由于運距較遠(幾十公里，上百公里)，運輸條件較差，運輸費用決定了天然砂的價格。因此對于公路用砂，就地加工人工砂往往較天然砂便宜。

　　4 結語

　　隨著經濟的快速發展，山區高速公路建設方興未艾，如何解決隧道棄渣數量大且集中，而河道狹窄，棄渣場易破壞環境的矛盾是設計工作中必須考慮的問題。本文就利用隧道棄渣渣填筑路堤和加工人工砂進行了探討，不足之處，敬請指正。