路基换填技术在公路施工中的具体应用探究

张成明

（四川路航建设工程有限责任公司，四川 成都 610000）

0 引言

近年来，公路项目规模逐渐扩大，对公路基础工程的质量要求明显提高。路基作为公路结构中的重要组成部分，其质量影响着公路施工的整体质量。路基换填是处理复杂路基、软土路基的重要技术，在公路施工中有着不可忽视的作用，可以通过更换原有路基中稳固性不强的材料，提升路基稳定性，满足公路施工建设的基础要求。

1 项目概况

某公路项目，线路全长23.56km，建设内容为跨省高速公路，路宽15m，设计行车速度为60～120km/h。该项目的某路段有总长度为0.23km 的软土地基，软土层厚度为0～0.8m，土层含水量较高，施工后会伴有沉降风险。因此，需采用路基换填技术，提前开挖地基，用砂砾等材料替换软基内的淤泥，换填后压实处理路基。通过对原有地基的换填处理，该路段的承载力明显提升，经评估后符合公路建设要求。

2 路基换填原理

基于公路项目，路基换填的基本原理是在地基开挖后，挖除软土路段中的淤泥、孔隙较大的软土。随后换填高强度、材质较硬的填充材料，如砂砾、素土、矿渣等材料。分层换填后对该路段进行碾压，使其压实度、承载力达到公路路基建设的相关标准[1]。正式换填前，施工人员应通过实验操作、发扬测量，确认换填材料、路基换填施工参数，并根据施工质量要求进行换填施工设计，确认换填流程（图1）。

图1 路基换填施工流程

3 路基换填方法

3.1 砂石换填法

砂石换填法是在公路项目中的软土路段内，直接用砂砾、卵石换填。换填时应注意控制砂石的最大粒径，使其粒径超过50mm。砂石在公路路基建设中的应用非常广泛，换填后的作用非常明显，可形成坚硬、平整的砂垫层，满足公路路基的排水、施工要求。另外，基于砂石换填法的路基结构，路基内的含泥量可控制在3%以内。另外，砂石换填法中的材料还包括粉细砂，该材料的质量控制点在于材料的级配。粉细砂作为细粒废弃物，是采石场的重要产物，实际性质和砂石较为相似，所以在路基换填时同样可保障路基施工效果，有效控制路基结构中的含泥量、含粉量[2]。但对于路段内含有湿陷性黄土、膨胀土的区域，还应避免采用砂石换填法。

3.2 粉质黏土换填法

粉质黏土换填时，土料是路基换填的主要材料。通常情况下，土料中会包含一定量的有机质，有机质含量不超过5%。运用土料换填公路路基时，可使用粉质黏土和粒径不超过40mm 的碎石，不得使用冻土或膨胀土。但在粉质黏土垫层施工中，施工人员应去除土料内的杂质，且换填后不得更改换填材料。后期回填路基时，若黏土压实、分摊难度较大时，可掺入30%以上的砂石，将其和黏土拌和后使用大型机械设备压实换填路段，夯实处理后完成路基施工作业。

4 路基换填具体施工要点

作为跨省高速公路项目，其质量标准应符合《公路工程技术标准》（JTG B01—2019）中的路基施工质量要求。因此，还需通过“路基换填”技术，提前处理公路线路上0.23km 的软土地基，具体的施工方案设计如下。

4.1 路槽开挖

路槽开挖是路基换填中需要耗费大量时间的施工作业。开挖时应注意边坡结构的稳定性，以及施工时的安全性。路槽开挖深度较大时，还应加强现场管理，排查安全隐患，及时解决施工问题。正式开挖后应保证开挖作业的连续性，避免所以间断。所以在开挖前需要提前预估工程量，租赁、购买好所需的挖掘机，以及其他施工设备。开挖较陡边坡时，若边坡大于1：5，施工人员则应采用台阶法，台阶宽度不小于3m，台阶设置为斜坡，坡率为边坡坡率的2%～5%。另外，为避免雨水对施工作业的影响，路槽开挖时还应在坡脚处布设排水沟。

4.2 清淤

首先，根据施工设计图纸中的路基换填高度、实际坡度，在施工区域进行放样测量，测算出坡脚线，同时确定出清淤范围。明确清淤区域后用石灰圈定该区域，避免后期出现超挖、欠挖的情况。

其次，将处理路段内的材料挖出后，将其转移到换填区域外，由自卸式车辆将其运送到特定区域处理。清淤过程中需要自上而下地清除淤泥，清理后快速进行换填作业，避免路基底部长时间暴露在空气中。但是开挖后残留土层的稳定性较差时，正式换填前还应适当晾晒路基底层，或用砂砾、片石摊铺在基地，形成基础垫层后增强土层承载力[3]。

最后，部分区域可采用“抛石挤淤”的方式处理路基。施工人员可按照公路路基的设计承载力确定抛填石料。然后在开挖软弱土层后进行抛石挤淤，开挖深度不得超过3m。淤泥清除结束后检查验收清淤作业，测量放样后放置桩位，开始换填作业。

4.3 换填作业

4.3.1 换填方案

换填前，施工人员应按照设计要求，测量出换填时的中心桩位、填筑坡脚位，标注桩号，桩位距离保持在10～20m。然后在路基换填范围内清除、整平完毕后，根据桩位有序地进行换填作业，具体施工方案流程如下。

换填流程如图2 所示，首先用推土机整平清理后的路基底部，随后用压路机静压路基基底。碾压1 遍后用平地机精平，最后用压路机振动碾压2～3 遍基底。底层碾压结束后，分层换填砂石、粉质黏土层材料，填筑宽度以施工设计图纸为准。首层换填结束后，将其碾压，使其压实度符合预期要求。随后逐层换填、碾压，直到垫层厚度达到设计值[4]。最后，换填结束后，施工人员还应及时修正路基边坡，横坡应超过原地面的1/5，且设有台阶，台阶宽度为1～2m。路基换填时，每层换填厚度约为30cm，换填顺序是自下而上，填筑到顶面后设置路拱，调整边坡坡率，为后期排水创造条件。

图2 换填流程

4.3.2 注意事项

（1）换填材料为砂砾时，换填作业中应保障砂砾材料的各项参数符合预期要求。例如，砂砾材料的渗透系数大于0.005cm/s、含泥量小于5%、细度模数大太阳2.6。换填材料为碎石时，碎石材料级配应小于5cm。

（2）换填材料包含石渣、石料时，换填材料内的碎石粒径应小于50cm 大于15cm，且石渣含量小于35%，强度不低于30MPa。

（3）为完全排出路基底部的积水，换填材料应具有较强的渗透性，路堤填筑时，实际的填高应比积水高50cm。

（4）换填前还应压实处理路基换填后的碎石垫层，压实方法是用振动压路机静压2 遍。碾压后应保证垫层面无明显轮迹，且压实度大于设计值的90%。

（5）换填结束后还应根据路基换填施工的质量标准，实施路基外形检测，路基外形检测数据如表1 所示。

表1 路基外形检测数据

4.3.3 路堤高度不同时的换填施工要点

在公路项目中具体应用路基换填技术时，还应提前对路基进行测量，测量路堤高度，了解不良地质的分布情况，随后根据实际情况，调整换填施工参数。

（1）在上述公路项目中，公路路段内的地表分布着软弱土，软弱土厚度为2.7～3m，软土层下方为基岩。施工前，施工人员应提前清除软弱土，直到路基开挖至基岩处。随后填筑换填材料，并根据路基横向设计，适当扩展换填面，横线扩展宽度不小于5cm。

（2）对于路堤高度小于15m 的区域，若是换填深度不足3m，换填施工时尽量选用附近的碎石土、石渣。换填深度大于3m 时，换填时应用砂砾石先铺筑“砂砾石垫土层”，铺筑厚度约为0.5～1m。再换填素填土、高硬度岩土。换填区域地下水位较高时，底层的石料铺筑厚度应超过正常水位50cm[5]。

（3）对于路堤高度大于15m 的区域，若软土层厚度小于6m，换填方法采用部分换填法。即按照路堤荷载设计值确认换填深度，通常为2～3m。基层软土无须处理，仅需按照路堤沉降要求换填一定厚度的砂砾、碎石即可。

（4）路基换填施工中，路基横坡、路基纵坡的坡率大于1：5 时，施工人员应将换填区域的底部开挖为2～3m 的台阶。台阶向内倾斜，坡度为2%～3%。清淤后若底部含水量较高，且有水渗出，施工人员需在换填前先在四周开挖排水沟槽、集水井，同时抽干底部的水，最后进行换填。

4.4 整平碾压

（1）路槽施工。换填材料应分层填入路槽，并进行摊铺，各层摊铺厚度应保持一致。换填后用振动式压路机碾压换填区域，碾压顺序为“先中间，后两侧”。碾压设备应保持匀速，先碾压低处，再碾压高处，平均碾压速度不超过3～4km/h。摊铺换填材料时，其宽度应大于路基设计宽度50cm，相同路段碾压时，可使用多台自动化碾压设备同步进行碾压作业，但需要确保碾压区域顺利衔接，注意避免超压、碾压不到位的情况。

（2）路基横断面施工。路基横断面换填时应按照路基设计宽度填筑材料，填筑方法为分层填筑法。路面不平时可用推土机初步整平，随后画出方格卸料。卸料后配合挖掘机、推土机摊铺换填材料，使其均匀铺设在换填面。摊铺后用压路机碾压，初步压实摊铺填料后，用振动式压路机压实路基横断面。压实顺序为“先两侧，后中间”。首次碾压时采取静压方式，静压后调整为“弱振碾压”，第三次碾压为“强振压”。碾压速度应保持匀速，且不超过4km/h，碾压时的压路机轮迹应重叠约40cm，确保碾压区域无遗漏。

（3）路基碾压施工。首次静压时，碾压速度应为3～3.5km/h。第二次碾压时，应确保压路机的碾压速度为2～2.5km/h。第三次碾压时，施工人员需要强振路基，碾压速度约为1.5～1.8km/h。换填材料的含水量较小时，还应在碾压时均匀地在路基表面洒水，使物料内的含水量不低于标准含水量。换填材料含水量和实际含水量标准相同、相差较小时，施工人员应立即开始摊铺、碾压作业。换填材料含水量过高时，则需初步晾晒换填材料，其含水量降低后开始碾压。

（4）压实度控制。路基换填后的压实度主要依赖于后期的碾压次数，判定换填区域的压实度是否达标时，施工人员可根据换填材料的密实度进行分析，碾压结束后，还应及时测量摊铺面的标高，以及路基顶面的稳定程度，无下沉情况即表示压实度较高。

5 结语

综上所述，路基是公路工程的基础结构，软土地基在公路规划线路上非常多见。为解决该区域承载力低、易变形、稳定性差的问题，可采用砂石、砂砾、粉煤灰等材料换填公路路基，以提升公路路基结构的整体强度，使其承载力、稳定性符合公路建设的质量要求。但在应用公路路基换填技术时，相关人员还应结合项目实际情况，制定路基换填技术方案，为我国公路建设事业的健康发展提供助力。