路基換填技術(shù)在公路施工中的具體應(yīng)用探究

張成明

（四川路航建設(shè)工程有限責(zé)任公司，四川 成都 610000）

0 引言

近年來，公路項(xiàng)目規(guī)模逐漸擴(kuò)大，對公路基礎(chǔ)工程的質(zhì)量要求明顯提高。路基作為公路結(jié)構(gòu)中的重要組成部分，其質(zhì)量影響著公路施工的整體質(zhì)量。路基換填是處理復(fù)雜路基、軟土路基的重要技術(shù)，在公路施工中有著不可忽視的作用，可以通過更換原有路基中穩(wěn)固性不強(qiáng)的材料，提升路基穩(wěn)定性，滿足公路施工建設(shè)的基礎(chǔ)要求。

1 項(xiàng)目概況

某公路項(xiàng)目，線路全長23.56km，建設(shè)內(nèi)容為跨省高速公路，路寬15m，設(shè)計(jì)行車速度為60～120km/h。該項(xiàng)目的某路段有總長度為0.23km 的軟土地基，軟土層厚度為0～0.8m，土層含水量較高，施工后會(huì)伴有沉降風(fēng)險(xiǎn)。因此，需采用路基換填技術(shù)，提前開挖地基，用砂礫等材料替換軟基內(nèi)的淤泥，換填后壓實(shí)處理路基。通過對原有地基的換填處理，該路段的承載力明顯提升，經(jīng)評(píng)估后符合公路建設(shè)要求。

2 路基換填原理

基于公路項(xiàng)目，路基換填的基本原理是在地基開挖后，挖除軟土路段中的淤泥、孔隙較大的軟土。隨后換填高強(qiáng)度、材質(zhì)較硬的填充材料，如砂礫、素土、礦渣等材料。分層換填后對該路段進(jìn)行碾壓，使其壓實(shí)度、承載力達(dá)到公路路基建設(shè)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)[1]。正式換填前，施工人員應(yīng)通過實(shí)驗(yàn)操作、發(fā)揚(yáng)測量，確認(rèn)換填材料、路基換填施工參數(shù)，并根據(jù)施工質(zhì)量要求進(jìn)行換填施工設(shè)計(jì)，確認(rèn)換填流程（圖1）。

圖1 路基換填施工流程

3 路基換填方法

3.1 砂石換填法

砂石換填法是在公路項(xiàng)目中的軟土路段內(nèi)，直接用砂礫、卵石換填。換填時(shí)應(yīng)注意控制砂石的最大粒徑，使其粒徑超過50mm。砂石在公路路基建設(shè)中的應(yīng)用非常廣泛，換填后的作用非常明顯，可形成堅(jiān)硬、平整的砂墊層，滿足公路路基的排水、施工要求。另外，基于砂石換填法的路基結(jié)構(gòu)，路基內(nèi)的含泥量可控制在3%以內(nèi)。另外，砂石換填法中的材料還包括粉細(xì)砂，該材料的質(zhì)量控制點(diǎn)在于材料的級(jí)配。粉細(xì)砂作為細(xì)粒廢棄物，是采石場的重要產(chǎn)物，實(shí)際性質(zhì)和砂石較為相似，所以在路基換填時(shí)同樣可保障路基施工效果，有效控制路基結(jié)構(gòu)中的含泥量、含粉量[2]。但對于路段內(nèi)含有濕陷性黃土、膨脹土的區(qū)域，還應(yīng)避免采用砂石換填法。

3.2 粉質(zhì)黏土換填法

粉質(zhì)黏土換填時(shí)，土料是路基換填的主要材料。通常情況下，土料中會(huì)包含一定量的有機(jī)質(zhì)，有機(jī)質(zhì)含量不超過5%。運(yùn)用土料換填公路路基時(shí)，可使用粉質(zhì)黏土和粒徑不超過40mm 的碎石，不得使用凍土或膨脹土。但在粉質(zhì)黏土墊層施工中，施工人員應(yīng)去除土料內(nèi)的雜質(zhì)，且換填后不得更改換填材料。后期回填路基時(shí)，若黏土壓實(shí)、分?jǐn)傠y度較大時(shí)，可摻入30%以上的砂石，將其和黏土拌和后使用大型機(jī)械設(shè)備壓實(shí)換填路段，夯實(shí)處理后完成路基施工作業(yè)。

4 路基換填具體施工要點(diǎn)

作為跨省高速公路項(xiàng)目，其質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)符合《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（JTG B01—2019）中的路基施工質(zhì)量要求。因此，還需通過“路基換填”技術(shù)，提前處理公路線路上0.23km 的軟土地基，具體的施工方案設(shè)計(jì)如下。

4.1 路槽開挖

路槽開挖是路基換填中需要耗費(fèi)大量時(shí)間的施工作業(yè)。開挖時(shí)應(yīng)注意邊坡結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，以及施工時(shí)的安全性。路槽開挖深度較大時(shí)，還應(yīng)加強(qiáng)現(xiàn)場管理，排查安全隱患，及時(shí)解決施工問題。正式開挖后應(yīng)保證開挖作業(yè)的連續(xù)性，避免所以間斷。所以在開挖前需要提前預(yù)估工程量，租賃、購買好所需的挖掘機(jī)，以及其他施工設(shè)備。開挖較陡邊坡時(shí)，若邊坡大于1：5，施工人員則應(yīng)采用臺(tái)階法，臺(tái)階寬度不小于3m，臺(tái)階設(shè)置為斜坡，坡率為邊坡坡率的2%～5%。另外，為避免雨水對施工作業(yè)的影響，路槽開挖時(shí)還應(yīng)在坡腳處布設(shè)排水溝。

4.2 清淤

首先，根據(jù)施工設(shè)計(jì)圖紙中的路基換填高度、實(shí)際坡度，在施工區(qū)域進(jìn)行放樣測量，測算出坡腳線，同時(shí)確定出清淤范圍。明確清淤區(qū)域后用石灰圈定該區(qū)域，避免后期出現(xiàn)超挖、欠挖的情況。

其次，將處理路段內(nèi)的材料挖出后，將其轉(zhuǎn)移到換填區(qū)域外，由自卸式車輛將其運(yùn)送到特定區(qū)域處理。清淤過程中需要自上而下地清除淤泥，清理后快速進(jìn)行換填作業(yè)，避免路基底部長時(shí)間暴露在空氣中。但是開挖后殘留土層的穩(wěn)定性較差時(shí)，正式換填前還應(yīng)適當(dāng)晾曬路基底層，或用砂礫、片石攤鋪在基地，形成基礎(chǔ)墊層后增強(qiáng)土層承載力[3]。

最后，部分區(qū)域可采用“拋石擠淤”的方式處理路基。施工人員可按照公路路基的設(shè)計(jì)承載力確定拋填石料。然后在開挖軟弱土層后進(jìn)行拋石擠淤，開挖深度不得超過3m。淤泥清除結(jié)束后檢查驗(yàn)收清淤作業(yè)，測量放樣后放置樁位，開始換填作業(yè)。

4.3 換填作業(yè)

4.3.1 換填方案

換填前，施工人員應(yīng)按照設(shè)計(jì)要求，測量出換填時(shí)的中心樁位、填筑坡腳位，標(biāo)注樁號(hào)，樁位距離保持在10～20m。然后在路基換填范圍內(nèi)清除、整平完畢后，根據(jù)樁位有序地進(jìn)行換填作業(yè)，具體施工方案流程如下。

換填流程如圖2 所示，首先用推土機(jī)整平清理后的路基底部，隨后用壓路機(jī)靜壓路基基底。碾壓1 遍后用平地機(jī)精平，最后用壓路機(jī)振動(dòng)碾壓2～3 遍基底。底層碾壓結(jié)束后，分層換填砂石、粉質(zhì)黏土層材料，填筑寬度以施工設(shè)計(jì)圖紙為準(zhǔn)。首層換填結(jié)束后，將其碾壓，使其壓實(shí)度符合預(yù)期要求。隨后逐層換填、碾壓，直到墊層厚度達(dá)到設(shè)計(jì)值[4]。最后，換填結(jié)束后，施工人員還應(yīng)及時(shí)修正路基邊坡，橫坡應(yīng)超過原地面的1/5，且設(shè)有臺(tái)階，臺(tái)階寬度為1～2m。路基換填時(shí)，每層換填厚度約為30cm，換填順序是自下而上，填筑到頂面后設(shè)置路拱，調(diào)整邊坡坡率，為后期排水創(chuàng)造條件。

圖2 換填流程

4.3.2 注意事項(xiàng)

（1）換填材料為砂礫時(shí)，換填作業(yè)中應(yīng)保障砂礫材料的各項(xiàng)參數(shù)符合預(yù)期要求。例如，砂礫材料的滲透系數(shù)大于0.005cm/s、含泥量小于5%、細(xì)度模數(shù)大太陽2.6。換填材料為碎石時(shí)，碎石材料級(jí)配應(yīng)小于5cm。

（2）換填材料包含石渣、石料時(shí)，換填材料內(nèi)的碎石粒徑應(yīng)小于50cm 大于15cm，且石渣含量小于35%，強(qiáng)度不低于30MPa。

（3）為完全排出路基底部的積水，換填材料應(yīng)具有較強(qiáng)的滲透性，路堤填筑時(shí)，實(shí)際的填高應(yīng)比積水高50cm。

（4）換填前還應(yīng)壓實(shí)處理路基換填后的碎石墊層，壓實(shí)方法是用振動(dòng)壓路機(jī)靜壓2 遍。碾壓后應(yīng)保證墊層面無明顯輪跡，且壓實(shí)度大于設(shè)計(jì)值的90%。

（5）換填結(jié)束后還應(yīng)根據(jù)路基換填施工的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)施路基外形檢測，路基外形檢測數(shù)據(jù)如表1 所示。

表1 路基外形檢測數(shù)據(jù)

4.3.3 路堤高度不同時(shí)的換填施工要點(diǎn)

在公路項(xiàng)目中具體應(yīng)用路基換填技術(shù)時(shí)，還應(yīng)提前對路基進(jìn)行測量，測量路堤高度，了解不良地質(zhì)的分布情況，隨后根據(jù)實(shí)際情況，調(diào)整換填施工參數(shù)。

（1）在上述公路項(xiàng)目中，公路路段內(nèi)的地表分布著軟弱土，軟弱土厚度為2.7～3m，軟土層下方為基巖。施工前，施工人員應(yīng)提前清除軟弱土，直到路基開挖至基巖處。隨后填筑換填材料，并根據(jù)路基橫向設(shè)計(jì)，適當(dāng)擴(kuò)展換填面，橫線擴(kuò)展寬度不小于5cm。

（2）對于路堤高度小于15m 的區(qū)域，若是換填深度不足3m，換填施工時(shí)盡量選用附近的碎石土、石渣。換填深度大于3m 時(shí)，換填時(shí)應(yīng)用砂礫石先鋪筑“砂礫石墊土層”，鋪筑厚度約為0.5～1m。再換填素填土、高硬度巖土。換填區(qū)域地下水位較高時(shí)，底層的石料鋪筑厚度應(yīng)超過正常水位50cm[5]。

（3）對于路堤高度大于15m 的區(qū)域，若軟土層厚度小于6m，換填方法采用部分換填法。即按照路堤荷載設(shè)計(jì)值確認(rèn)換填深度，通常為2～3m。基層軟土無須處理，僅需按照路堤沉降要求換填一定厚度的砂礫、碎石即可。

（4）路基換填施工中，路基橫坡、路基縱坡的坡率大于1：5 時(shí)，施工人員應(yīng)將換填區(qū)域的底部開挖為2～3m 的臺(tái)階。臺(tái)階向內(nèi)傾斜，坡度為2%～3%。清淤后若底部含水量較高，且有水滲出，施工人員需在換填前先在四周開挖排水溝槽、集水井，同時(shí)抽干底部的水，最后進(jìn)行換填。

4.4 整平碾壓

（1）路槽施工。換填材料應(yīng)分層填入路槽，并進(jìn)行攤鋪，各層攤鋪厚度應(yīng)保持一致。換填后用振動(dòng)式壓路機(jī)碾壓換填區(qū)域，碾壓順序?yàn)椤跋戎虚g，后兩側(cè)”。碾壓設(shè)備應(yīng)保持勻速，先碾壓低處，再碾壓高處，平均碾壓速度不超過3～4km/h。攤鋪換填材料時(shí)，其寬度應(yīng)大于路基設(shè)計(jì)寬度50cm，相同路段碾壓時(shí)，可使用多臺(tái)自動(dòng)化碾壓設(shè)備同步進(jìn)行碾壓作業(yè)，但需要確保碾壓區(qū)域順利銜接，注意避免超壓、碾壓不到位的情況。

（2）路基橫斷面施工。路基橫斷面換填時(shí)應(yīng)按照路基設(shè)計(jì)寬度填筑材料，填筑方法為分層填筑法。路面不平時(shí)可用推土機(jī)初步整平，隨后畫出方格卸料。卸料后配合挖掘機(jī)、推土機(jī)攤鋪換填材料，使其均勻鋪設(shè)在換填面。攤鋪后用壓路機(jī)碾壓，初步壓實(shí)攤鋪填料后，用振動(dòng)式壓路機(jī)壓實(shí)路基橫斷面。壓實(shí)順序?yàn)椤跋葍蓚?cè)，后中間”。首次碾壓時(shí)采取靜壓方式，靜壓后調(diào)整為“弱振碾壓”，第三次碾壓為“強(qiáng)振壓”。碾壓速度應(yīng)保持勻速，且不超過4km/h，碾壓時(shí)的壓路機(jī)輪跡應(yīng)重疊約40cm，確保碾壓區(qū)域無遺漏。

（3）路基碾壓施工。首次靜壓時(shí)，碾壓速度應(yīng)為3～3.5km/h。第二次碾壓時(shí)，應(yīng)確保壓路機(jī)的碾壓速度為2～2.5km/h。第三次碾壓時(shí)，施工人員需要強(qiáng)振路基，碾壓速度約為1.5～1.8km/h。換填材料的含水量較小時(shí)，還應(yīng)在碾壓時(shí)均勻地在路基表面灑水，使物料內(nèi)的含水量不低于標(biāo)準(zhǔn)含水量。換填材料含水量和實(shí)際含水量標(biāo)準(zhǔn)相同、相差較小時(shí)，施工人員應(yīng)立即開始攤鋪、碾壓作業(yè)。換填材料含水量過高時(shí)，則需初步晾曬換填材料，其含水量降低后開始碾壓。

（4）壓實(shí)度控制。路基換填后的壓實(shí)度主要依賴于后期的碾壓次數(shù)，判定換填區(qū)域的壓實(shí)度是否達(dá)標(biāo)時(shí)，施工人員可根據(jù)換填材料的密實(shí)度進(jìn)行分析，碾壓結(jié)束后，還應(yīng)及時(shí)測量攤鋪面的標(biāo)高，以及路基頂面的穩(wěn)定程度，無下沉情況即表示壓實(shí)度較高。

5 結(jié)語

綜上所述，路基是公路工程的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，軟土地基在公路規(guī)劃線路上非常多見。為解決該區(qū)域承載力低、易變形、穩(wěn)定性差的問題，可采用砂石、砂礫、粉煤灰等材料換填公路路基，以提升公路路基結(jié)構(gòu)的整體強(qiáng)度，使其承載力、穩(wěn)定性符合公路建設(shè)的質(zhì)量要求。但在應(yīng)用公路路基換填技術(shù)時(shí)，相關(guān)人員還應(yīng)結(jié)合項(xiàng)目實(shí)際情況，制定路基換填技術(shù)方案，為我國公路建設(shè)事業(yè)的健康發(fā)展提供助力。