公路路基填筑材料选择与压实工艺优化研究

引言

在公路建设过程中，路基填筑质量的好坏直接关系到公路的使用性能和安全性能。路基填料既要承受交通荷载，又要承受各种气候条件下的变形和应力。因此，合理选择填料、优化填筑压实工艺是提高公路施工质量、延长公路服役年限的关键。传统路基填料多为天然土料，随着交通量的增长及环境变化，单一填料在路基填料中的应用逐渐暴露出其承载能力不足、易沉降等缺陷，亟须开发与应用新型填料。合理的压实技术是保证路基稳定的关键。随着现代施工技术的不断发展，特别是在机械压实和智能检测等方面的应用，使路基压实工艺不断优化。因此，开展适合不同地区、不同气候条件的填筑材料选择及压实技术研究，探索在保证施工质量的前提下，提高施工效率，降低资源浪费，具有重大的科学意义。

1 工程概况

本研究所依据的工程项目位于我国南方某典型丘陵地区，属于二级公路改扩建项目，全长48.6km，设计时速80km，路基宽度12 米，采用沥青混凝土路面结构。沿线地形起伏大，地质情况复杂，主要为红粘土及残积风化岩，局部地段为软、高填方区，填方比在1.3：1 左右。工程总土方约720 万立方公尺，其中填土约430 万立方米。由于土源分布不均匀，有些路段需要借用填料，调配采用多种材料，如石灰土、级配碎石和固体废弃物回收料等。该工程预计工期24 个月，分阶段施工，交叉作业。

2 公路路基填筑施工方案与基本要

2.1 公路路基填筑施工方案

针对该项目复杂的地质条件和多变的地形特征，采用分层填筑，动态调配，分区控制的施工方法。在施工前，对工程现场进行详细的地质调查和原始地表清表，以保证地基的稳定性和可靠性。在施工组织上，根据填土高度及地形特点，对路基进行分区，对软弱地基和高填方地段采用换填、压密注浆或强夯等方法进行加固。根据现场资源配置，采用石灰土、级配碎石和部分再生固废物料，按照就近取材，分类堆放，统一调配的原则，合理组织供给。在填筑过程中，严格控制松铺厚度，每层厚度控制在30cm 以内，并用重型压路机进行碾压试验，以保证压实度符合设计要求。在填筑过程中，充分利用智能压实系统，实现对碾压遍数、压实速度和压实度变化的实时监控，提高施工效率和质量控制水平。

2.2 公路路基填筑基本要求

为保证结构的稳定、均匀性与持久性，必须严格执行《公路路基施工技术规范》的相关规定。在施工前，必须将原场地表面的杂物、软弱层清除干净， 并对地基进行处理 才能进行填筑。填料的粒径要合理，不含有害杂质，含水量要控制在最优含水量±2%，特殊地段的填料要符合设 按设 计厚度分层填筑，每层松铺厚度为25＼30 cm，碾压时应按规范要求分层碾压，碾压遍数不得低于设 为防 止滑移或软弱层的形成，在不同材料交界面及边坡部位应采取错层搭接。在施工过程中，要加强现场检测和质量控制，每一层填筑结束后，都要检测压实度、含水量、平整度等各项指标，达到要求后才能开始下一层施工

3 公路路基填筑材料选择

3.1 填筑材料的类型选择与适用性分析

由于该工程沿线主要为红粘土及残积风化岩，部分土壤含水量高，粘聚性强，需掺加石灰、粉煤灰等改良措施，以提高其工程适用性。在交通荷载较大的主路床区，严禁采用草皮土、腐殖质土和高岭石和伊利石组分高的膨胀土。针对不同填方区填料特性的差异性要求，开展路基关键填料筛选与强度复核，保证各组分材料级配合理和工程兼容性。为提高路堤的承载力和抗水稳定性，路基主体部分采用碎石、天然砾石，局部掺入石灰改良。对于渗透性强的河谷地段，采用粗砂、碎石等填料，以保证填筑后具有较好的防渗效果。

3.2 粒径分布控制与填石路堤材料选用技术要求

粒径控制是保证路基压实度和结构稳定的重要技术指标。根据《公路路基施工技术规范》的要求，结合本工程高填土地段和地形复杂地段的实际需要，严格控制填料级配，并对填料级配严格控制。为使细粒成分在压实过程中能充分填充，避免空隙率过大，一般路基填料的最大粒径应控制在100 毫米以内。对于路基填料，其粒径可放宽到150 mm，但仍需保证级配的均一性，以避免由于粒径差别过大而引起的沉降不均匀、结构疏松等现象。高填石路堤施工中，采用的硬质岩石应为低风化、坚硬密实的岩石，破碎值不能超过 30% 。填石路堤内侧填料粒径一般不大于500 毫米，但为了便于机械压实和面层过渡，最上层末级填料粒径不宜大于150 毫米。大粒径块石按80 厘米以下分层抛填，必要时用小粒径碎石填充空隙，并用振动碾压或压实机充分压实。

由于频繁的交通荷载作用，路基填料的 CBR 值不能小于 8% ；二级公路路段的路基强度可以降低到 5% 以下，但是仍然要满足压实度、变形模量的要求。针对水浸地区和临近水系的路基，采用透水性好、 CBR 不小于4%的粗粒料作为路基填料，避免因地下水引起的承载能力降低或材料劣化。材料的 CBR 值是用室内击实法测定的，所有进场材料都要出具检验报告。对掺加石灰、粉煤灰的粘质材料，需对其进行龄期试验，以保证其7 天龄期CBR 值在规定的下限以上。在施工过程中，对各层回填后的 CBR 值进行抽检，并对不符合要求的部位及时进行修补。采用 CBR分级管理、强度分区划分等措施，保证不同荷载、环境条件下路基体系整体稳定及服役寿命。

4 公路路基填筑压实工艺优化

4.1 填料含水量精细化控制

填料含水量是填筑材料压实度、干密度和填筑层稳定性的重要控制指标，其精确调控是提高压实效果和降低工后沉降的关键。针对该工程土质复杂，含水量变化大等特点，采用试验-校准-控制水-检验四步法，实现对不同类型填料含水量的全过程动态管理。施工前，技术员对各种类型的砂类土、粉质粘土、膨胀土分别进行压实试验，精确确定最佳含水量和最大干密度。根据现场试验结果，将普通填料的含水量控制在最优值±2%，而膨胀土（加石灰）的最优含水量为最优值上浮 3%～7% 。为了达到精确的湿度控制，该项目配备了多个自动喷洒系统及洒水车，并与耕作机相结合，实现了连续的混合和调湿；在天然含水量较高的情况下，可采用机械翻晒和堆置通风等方法降低含水率。针对膨胀土的特点，采用先掺灰，后养生，湿拌的方法，以控制石灰反应过程中失水的损失，保证水的均一性。在质量控制方面，现场每100 m 设置一处含水率监测点，采用快速卤水分仪和微波干燥箱进行双监测，每一批填料进场前都要有质检员签字确认含水率达标后才能进行。大幅提高压实度控制精度，使压实度合格率稳定提高到 95% 以上，大幅降低虚压空鼓和局部弱区的概率，为后续施工打下良好基础。

4.2 30cm 薄层压实与高压密度控制

为全面提高路基填筑质量和压实均匀性，在严格执行30 cm 薄层压实技术的基础上，采用分层-分区-分压的致密压实控制策略。在工程设计和施工组织中，明确93 区的压实系数不小于1.219，96 区不小于1.203。采用人工和机械整平施工场地的原地基和回填材料，分层填筑，松铺厚度控制在25-30cm。采用激光校平仪、全站仪同步校正高程、厚度，保证各层厚度误差在±10mm 以内。在压实过程中，要根据不同的填料类型选择合适的压实机械，例如：砂类土采用振动压路机，黏性土采用羊足碾，采用轮胎压路机进行混合，以保证不同土质的压实均匀和密实。采用环刀、砂灌法、核密仪等方法对碾压后的压实效果进行现场原位干密度测试，以保证试验结果的精度与代表性。为了提高质量的可追溯性，每一层夯实后都要建立施工日志和密实度测试记录，以保证施工过程有章可循。施工管理团队将智能碾压监测系统引入关键工序节点，对碾压遍数及机械运动轨迹进行实时追踪，发现漏压或重复碾压部位及时纠正，有效提高了施工效率与压实质量的一致性。

4.3 机械选型与组合碾压模式协同

针对不同土质、含水量和结构层级差异较大的特点，根据填料类型实施差别化压实设备配置策略，构建主机主压、辅机补压联合碾压方式。在砂性土地区，选择高频双钢轮振动压路机，振动频率1000-3000 次/min，结合低振预压和高振主压两种方式，先静压整形后强振压实，大大提高了颗粒重组效率。相对于传统的静压压实方法，该技术可以使压实效率提高30%以上，并能有效地降低砂土中的孔隙比。在粉质粘土或高湿黏性填料区，配置重型羊足机或凸块式压路机，单位压力不小于800 kPa，可有效破碎团聚体，促进颗粒重组，实现塑流压实。对含石量较大的混合类土体，采用10-12 轮轮碾机进行压实，根据填料刚度的不同，现场调节轮胎压力范围为200-600 kPa，以提高局部适应性和压实均匀性。在设备布置方面，遵循一机主碾，多机补碾的原则，即主机完成规定的压实能耗，其余机械同步对边部、阴影区和搭接区进行补磨，以防止漏压。采用 RTK+智能压实系统，实现了压实轨迹、压实能量和压实次数的实时监控和反馈。现场数据实时上传至现场管理终端，各班组按照压实分布图进行定向补压，有效地消除了施工过程中的压实盲区和过压层问题。

4.4 分区碾压遍数动态调整

根据场地地质条件和施工区段的功能特点，采用分区设定—工况设置—实测修正的三阶段动态碾压遍数调整策略。采用静压3 遍+中强振压5-8 遍的标准组合压实方式，利用智能压实系统实时记录各次压实能量密度、压实轨迹和区域响应曲线，并反馈至主控制器进行下一轮压实次数的设置。对于膨胀土和易沉陷地段，采用静压2 遍+弱振1遍+强振4 遍的特殊碾压工艺，并设置合理的间隔时间，以防止连续强振引起土体结构过度扰动，导致表层出现微裂纹或不均匀沉降。采用小型双轮振动压路机及手扶式压实机，对关键部位如边坡、桥头搭接段、变坡段及转弯小半径等进行人工辅助碾压，保证压实连续性及边部密实。所有压实作业均接入高精度的 GPS 压实监测系统，对分区密实度进行实时绘制，一旦发现压实盲区、重复重荷区，及时提醒施工人员及时补压或压实能量修正。技术人员每隔100 m 安排一次现场干密度复核，比较理论和实测遍数之间的关系，对后续的施工参数进行调整。

结语

通过机械选型与碾压工艺的系统优化，有效解决了路基填筑过程中存在的压实度不均匀和低效率问题，实现路基填筑质量和施工效率的双重提高。进一步将大数据分析和智能控制技术相结合，推进压实施工由经验驱动到数据驱动的转变，为复杂地质环境下的基础设施建设提供更高层次的智能解决方案。

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