路基换填技术在道路工程中的实践应用

卢新平

吉安市交通工程建设有限公司 江西吉安 343600

作为公路建设的基础性与重要性环节，路基稳定性与公路工程质量、寿命及车辆通行安全均有必然关联。基于复杂性施工环境的公路建设量大增，部分地区软土地基承载力达不到公路工程施工中路基承载力不可低于130kPa的要求，为避免出现路基滑移、坍塌及沉陷等问题，需要采取路基换填方法进行软基的换填施工。此方法可就地取材，施工过程相对简单，并能取得良好的路基稳定性提升效果，利于强化公路工程整体施工效果，值得在公路工程施工中大力推广应用[1]。

1 路基换填技术原理分析

公路工程施工中路基换填技术属于应用率较高的人造地基方法，主要是对路基层底面下部浅表层软土进行挖除，以灰土、矿渣或碎石等高稳定性、高强度、高硬度、强抗腐蚀性材料进行换填，再通过路基碾压、夯实以及振捣过程，使路基稳定性达到公路工程建设标准。其中，路基分层压实时可采用分层碾压法，结合应用人工与机械两种方法。公路工程中，浅层地基处理中路基换填技术应用居多，既能进行淤泥质土、杂填土的处理，还适用于松散素土、自重固结后的吹填土等多种类型地基的处理，此外，暗沟、暗塘等工程也可应用此方法[2]。

2 常见的路基换填技术

2.1 砂石垫土层换填技术

此技术是指砂砾、碎石、中粗砂等优良级配材料作为换填材料进行路基换填施工，这些材料中植物残体较少，且不存在大量垃圾。要选用粒径低于50mm的砂石，若路基砂垫层排水要求高，应控制其含泥量不可高于3%。应用粉细砂或石粉作为换填材料时，需要掺入总换填量三成左右的卵石或碎石，从而优化换填材料级配情况。换填时也可选用采石场筛分时得到的石屑作为换填材料，这是由于此种材料的性质与砂较为接近。但应用时要注意控制其含粉量及含泥量，以保证垫层质量。换填湿陷性、膨胀土地基时，应严格筛选砂石等渗水材料，需承受振动荷载的地基，不可采用砂垫层进行处理。

2.2 粉质粘土垫土层换填技术

应用此类换填技术时，要对土料中的有机质含量进行控制，原则上不可高于5%，并且要确保其中不含冻土，也不能有膨胀土。土中所含的碎石粒径不可高于40mm。处理湿陷性黄土地基、膨胀土地基时，要求粉质粘土垫层之中不可存在碎石、瓦片等物。由于粘土夯实时密度控制效果不好，因而换填时不能直接使用粘土，需在粘土中拌入30%以上的砂石。大规模换填施工中，需利用大型机械进行路基夯实，要将土料中的碎石碾压成粒径介于50至100mm之间的碎石，从而增强垫层的夯实效果[3]。

2.3 粉煤灰垫土层换填技术

应用粉煤灰垫层时，要结合腐蚀性与放射性要求进行粉煤灰的选用，其上覆土层厚度应高于0.3m且小于0.5m。粉煤灰垫层所添加的掺加剂，需在加入前进行试验，从而了解掺加剂性能，并对其适于添加的条件进行明确。

3 路基换填技术应用的注意事项

在公路运输荷载力要求逐步提升、公路上通行车辆逐步增加的同时，公路建设压力日增，为降低公路运行中的安全事故发生率，需要从公路施工质量安全的强化入手，通过严格的质量控制保证工程质量。

3.1 加强技术交底与材料检测

施工前，要做好技术交底，了解施工设计的真实意图，明确施工方案的具体要求，同时要严格检测施工所用材料的质量，基于施工要求选用型号、规格相匹配的材料，并需于材料进场后严格与细致检测，符合标准后方可应用于施工。

3.2 严格遵循施工流程规范

路基换填施工要以施工流程为依据，确保施工过程的规范性。对施工现场进行设计图规划时，应在设计图中标注施工安全标志设置位置，且要在施工区域外围做好防护隔离措施，以保障施工人员、施工机构的安全，使公路施工有条不紊地开展。

3.3 做好施工场地、机构及人员规划

要做好施工便道规划，确保其与排水沟之间距离设置适宜。还要以施工现场的地质情况为依据，选用适合且数量充足的机械设备，要严格监管施工过程，做好施工人员、施工技术设备的配置，以此实现高效施工。

4 道路施工中路基换填技术的实践应用分析

4.1 实例工程介绍

某公路工程以二级公路技术标准建设，设计时速为每小时60km，其中某合同段总里程约24km，并且修建路段涉及水田、洼地等不良地质，加之施工区域地下水位偏高、水量较大，疏导及排放积水难度较高，因而地表较潮湿且极为松软，湿性或过湿性土约有7km长，分别处于四个不同的修建路段中[4]。

4.2 工程地层岩性介绍

通过施工现场地质勘察分析，湿性软土层的构成中包含多个地质单元层，一是素填土，二是质黏土，三是淤泥粉质黏土，其中有部分区域还含有少量的中砂或砾砂层。如表1所示：

表1 工程地层岩性分析

4.3 实例工程的路基换填方案

（1）换填方法确定。由于本工程中存在大量湿性或过湿性土层，并且土层含水量较高，不具较高的承载能力，施工现场的压实度只有77%左右，与设计要求并不相符，也不契合施工要求，在此路段进行道路修建，运行后易出现路基渗水或沉陷等问题，且会对相邻路段工程质量产生影响，公路运行安全性难以保证。软土路基处理方面，可应用方法较多，如复合地基加固性、路基换填法、堆载预压法等等。在这些方法中，路基换填法应用率最高，可通过碎石、砂砾、矿渣等对挖除的软土路基进行替换。经分析，本工程也可选用路基换填技术进行软土路基的换填施工。

（2）换填石料选择。在所有换填材料当中，石灰土因材料获取容易、应用成本低而备受青睐，并且此材料具备较强的板体性，将之作为本工程路基换填的材料，可使路基稳定性更高，也可使路基强度大幅提升，可确保道路工程设计要求的有效满足。本工程软土路段施工时，应根据软土的成分、土层结构、地下水位为基础，结合周边地形情况，选择应用石灰土进行软土路段土层的处理，具体的应用方案可分为两种。一是针对天然含水量高于25%、地基承载力高于80kPa的路基土，石灰土仅需换填40cm厚度即可。而针对天然含水量高于25%，但地基承载力低于80kPa的路基土，换填石灰土厚度应以80cm为宜。此方案确定后，可先选择50m左右的路段作为试验路段对方案可行性进行试验分析[5]。

4.4 路基换填施工的控制要点

（1）严格控制施工原材料。应针对路基换填技术应用时涉及的所有材质进行严格的质量把控，以确保施工材料规格与设计标准及施工要求相符。

①石灰质量要求。为保证路基强度，提高路基平整度，路基换填中的石灰材料以钙质的生石灰为最佳，也可利用钙质消石灰替代，但不可使用生石灰，因为其会与水反应会释放热量，路基换填时若应用生石灰会因其体积膨大而使路基出现涨松、起鼓等病害问题。若必须使用生石灰，需提前一周左右进行生石灰消解，还需通过9m～1cm筛分处理后方可应用。针对按照二级公路标准修建的本工程而言，应以Ⅲ级石灰要求为基准进行石灰的选用。

②土料质量要求。换填土料有粗粒、细粒及中粒之分，本工程以塑性指数高于12、低于20的黏性土的选用为最佳。通常土场砂化土的含水率并不高，然而本工程的土层含水量比最佳含水量高出许多，因而在土料应用时，需要经过翻拌、晾晒、破碎等处理环节，将土层含水量控制在比最佳含水量高出二到三个百分点即可。

③水质要求。换填施工中对水的质量没有较大要求，应用普通自来水便可，以射水为最佳，以使自来水可向石灰中均匀喷洒，从而加速未消解的块状石灰的粉化速度。

④材料拌合要求。原材料的配置要以设计要求的配合比为依据，掺拌石灰量应为11%左右。可利用机械翻拌法提升混合料搅拌的均匀性，本工程选用的拌合设备为KMA220移动拌合机。应于搅拌的同时向混合料中注水，以使之含水量要求达到标准，但要将水量控制在适宜范围内，以免水量过多或过少而影响混合料摊铺效果。

（2）路基摊铺前的准备工作要点。

①基底清理。路基换填施工前，要做好施工前的放线测量，利用石灰粉进行公路中线及边线的放样，而后要将施工区域内所有草皮、树根、石块、表土等全面清除干净。清淤过程中可应用机械与人工联合清理法，可根据地质情况进行路基挖掘，挖掘深度控制在路床顶设计标高之下40-80cm范围内，用推土机初平后再采用人工方式进行修整。

②排水沟设置。为防止施工段积存地表水，应于路基两侧进行临时性排水设施的设置，可挖掘横向排水坡，坡度应以3%为宜，也可在山体侧边沟之下进行纵向渗沟的挖掘，渗沟应为40cm宽、深度约60cm左右，以便使地下水能够顺畅排出，从而使地下水位有效降低。

③土工布铺设。换填土层下要进行土工布的铺设，以防止土层渗水，应根据现场情况裁剪土工布，确保土工布尺寸适合，搭接时宽度应高于0.3m，且要确保搭接部位松紧度适宜且保持平整，除可应用搭接法进行接缝处理外，还可利用缝合法，但要确保缝合时针脚平顺且间隙一致。

（3）路基填筑摊铺与碾压施工要点。

①路基填筑摊铺施工。路基填筑过程中，选用自卸式车辆运送换填料，采用网络式布料法，用推土机推平土料后，以分层方式进行土料摊铺，摊铺要连续进行。本工程中摊铺时运送填料的设备为五辆，轮流送料。同时，要采用两台摊铺机同步摊铺，要将胶皮挡板安装于摊铺机上，从而增强摊铺时水平、垂直两个方向上的均匀性与平直性。摊铺机之间要保持10至20m的行进距离，摊铺速度为每分钟1.5至2.5m，不可于摊铺过程中停车，也不可增速或降低行驶。

②碾压施工。就本工程而言，路基换填后要进行三次碾压，初压时要速度缓慢，复压以中速行进，最后以高速进行终压，从而增强碾压后路基表面的平整性。除速度控制外，初压、复压及终压时所用机械、碾压次数也要有所差异。初压时要应用两台30吨的轮胎压路机，行进速度为每小时2至4m，碾压两至三次即可。复压换成两台吨位为25t的单钢轮振动压路机，行进速度介于每小时1.5至3m之间，先强振碾压两至三次，再以静压方式碾压一至两次。终压时所用机械仍为两台，应以双钢轮振动压路机为宜，要求其吨位为12t，每小时行进速度要提升至3至5m，强振两三次后再静压一至两次，碾压施工便可完成。

（4）检测路基压实度及弯沉值。路基压实度检测时，最后两次碾压时沉降差均值应低于2mm，否则说明压实度不合乎标准，终压强振后仍未达标的需酌情增加碾压次数，或对路面层厚进行削减。此外，要对路基表面轮迹、石块紧凑度进行检查，还要查看粗细料有无离析现象出现。本工程压实度检测后，路基压实度高于95%，七日后抗压强度检测超过0.8MPa，达到路基压实度要求。同时，弯沉检测时，选取一月后、两月后及三月后三个时间段进行弯沉值检测，弯沉值随时间推移而不断减少，说明路基承载力逐步增加，竣工验收时，路基顶面弯沉值为213.2（0.01mm），土基回弹模量高于46MPa，证实利用石灰土换填软土路基，使路面承载力得到了有效提升。

5 结语

软土路基是公路施工中的常见路基类型，路基换填技术应用是此类路基处理的有效方法。本工程中涉及的软土路段湿性及过湿性土长度较大，利用掺拌石灰量为11%的石灰土换填本工程的软土地基，地基加固效果较为理想，可提高公路工程安全性，并利于公路整体建设质量优化。施工过程中，要把握施工原材料质量控制、摊铺前准备、路基填筑摊铺施工、碾压施工、路基压实度及弯沉值检测几个阶段的技术要点，结合设计要求、按照施工规范严谨施工，从而保障道路工程中路基换填技术的科学应用。