公路工程中软土路基换填施工技术研究

引言

随着中国道路建设领域的迅速发展，各路建设的规模也不断扩大，有很多道路建设要通过软土地区。由于该工程的特殊性，如果软土没有做好处置，很容易产生路基不稳定、路面变形等问题，从而增加工程的修补成本，甚至还可能对工程安全产生影响。而换填施工工艺比较简单、应用性比较强、效果比较显著，因此其被广泛地应用于软土路基的处置中。本文详细研析换填施工工艺技术，同时探究其应用于公路工程施工中的要点，旨在给同类工程施工提供借鉴。

一、换填施工技术的核心内容

（一）软土路基的特性及危害

软土主要指那些含有大孔隙、高含水量、低抗剪强度和高压缩性的土类，包括淤泥、淤泥质土、泥炭等物质，主要特性为天然含水量约为 30%～70% ，甚至高达 100% 以上；孔隙率大于 1.0，可以高达 5.0 ；压缩系数大于 0.5MPa-1 ，高压缩性土；抗剪强度小，内摩阻力一般小于 10^∘ ，粘聚力大多为 5～15kPa ；透水性差，渗透性往往小于 10^-6cm/s ，排水固结时间长。

未经处理的路基软土，在车重和自重作用下，会下沉且是不均匀的下沉，具体危害如下：行车道会有垂直或水平裂缝，降低了行车舒适性，还会影响行车安全；路基边坡有可能不稳定并出现垮塌事件，危及路基交通安全；因路基下沉，路基与桥涵相连的基础会出现高差，破坏排水设施；路基会慢慢沉降加剧了路面病害程度，增加维修费用，缩短路面使用期限。

（二）换填施工技术的原理与适用条件

换填施工技术通过将路基范围内的软土挖除，替换为强度高、稳定性好、透水性强的材料（如砂石、灰土、粉煤灰等），经分层压实后形成新的地基持力层。其核心原理是利用置换材料的高承载力和低压缩性，降低地基的总沉降量，同时通过压实改善地基的排水条件，加速地基土的固结，提高整体稳定性。

换填技术适用于软土层厚度较薄（通常小于 3m）的情况，若软土层过厚，换填成本会显著增加，此时应结合其他处理方法（如排水固结法、复合地基法等）综合处理。此外，该技术适用于地形相对平坦、周边场地开阔、材料运输便利的区域，在城市道路、乡村公路及高速公路的局部软基处理中应用广泛。

（三）换填材料的选择与技术要求

常用的替代材料包括砂和碎石、石灰土及其他土。以砂和碎石为例，其可以细分为碎块和大块，具有较高的压缩性、良好的排水性以及调级搭配性能；灰土主要是石灰和土按照一定的比例拌和而成，适用于低洼道路。一般情况下石灰占比应在 8%～12% 之间，同时土的塑性指数应在 15～20 之间，并确保拌制后的状态能够达到“灰土掺拌均匀，色泽一致”的标准。另外，粉煤灰是将工业废料加工而成的，其具有轻度、坚固、排水性能好的特点且比较价廉，属于环保性选择。但是粉煤灰替代时应加入一定量的石灰（比例约为 3%～5% ）激活活性，同时压实密度控制在 96% 以上。其他如矿渣、水泥土加固土等应结合工程地形及原料条件、造价等因素进行选择。

对于替代物应满足相应的功能要求，其承载力大小可通过大型碾压试验确定最大干密度及最优含水量，并且要求压实的地基承载力特性值不小于设计值( 一般不小于 150kPa) ；对于稳定性的要求是，该材料应具有良好的抗水破坏能力，且浸水后的其强度损失不超过 10% ；对于粒径的要求，应具有连续性、一致性，不应分离，易于碾压填筑。

（四）换填施工的工艺流程与关键技术

工程施工的主要环节为前期准备工作、挖方处理、回填压实、接口修复等，此中要求清洁场地环境、定位，备料工作。首先要清洁场地，指的是道路区内地皮的杂质如杂草、树根、污泥、有机土等，清洁工作同时保持场地的干净并搭建好临时性排水渠道防止积水进入基础。其次是要做好定位，通过对设计图纸的计量分析确定中线、边线和土体换填厚度的深度，并建立控制点、控制高程，以保证挖方的面积和深度符合工程设计方案。再就是物质的堆料准备，相关材质应提早清理，按照相应类型和尺寸，对土方进行分别堆放，取出使用之前对样板进行检验，确认合格才能投入使用的。

在进行施工时，施工机械利用挖掘法按预定深度分层开挖软土，每个分层的开挖深度不应超过1m，防止开挖的范围过大或下层原土的状态受到破坏。如果有地下水应该及时抽走，在基坑内保持干燥。当开挖深度超过 1.5m 后应设置斜坡或支撑以防止基坑崩塌。

进行回填与夯实的过程中，将替换材料按层堆放，每层高度由夯实地面机械确定，一般为 20～30cm ，并应分布均匀，且不应出现突起或者沉降处；关于选择夯实机械方面，对较薄的夯实可以使用振动压路机 (12～18t) ，对较厚的夯实需要使用大于 20t 的振动压路机或者冲击式胶轮。夯实应遵循“由浅到深、由慢变快、先侧后中”的原则，至少需要碾压 6～8 遍才能达到设计的夯实标准；回填料的含水量尽量接近理想值( ±2% 的误差) ；过湿时需晾干，反之需要浇水使之处于理想状态。

在搭接缝隙时，采用阶梯式搭接的办法搭接邻段，搭接的长度不得小于50cm ，上下层之间的搭接缝应错开至少 30cm 的距离，避免出现纵向的通缝现象，在碾压时应向已经压实的 50cm 碾压，确保搭接处的压实度。

（五）质量控制与检测方法

质量控制要点主要包括开挖质量、材料质量、压实质量和排水控制。开挖质量方面，严格控制开挖深度和范围，避免扰动原状土，若发现超挖应采用同级配材料回填压实；材料质量方面，每批材料进场前必须进行检验，不合格材料严禁使用，拌合灰土、粉煤灰等材料时，应严格控制配合比和拌合均匀性；压实质量方面，实时监测压实度，采用环刀法、灌砂法或核子密度仪进行检测，每层压实度合格率应达到 100% ；排水控制方面，施工期间应始终保持基坑内无积水，雨后需重新检测含水率，合格后方可继续施工。

检测方法主要有压实度检测、承载力检测和沉降观测。压实度检测中，每层回填完成后，按每 1000 ㎡不少于 ³ 个点的频率进行，采用灌砂法测定实际干密度，计算压实度（实际干密度 / 最大干密度 ×100% ）；承载力检测在换填施工完成后进行，采用平板载荷试验，试验点数量不应少于 3 点，承载力特征值应满足设计要求；沉降观测需在路基两侧设置沉降观测点，定期观测沉降量，直至沉降稳定（连续2 个月沉降速率小于 5mm/ 月）。

二、工程案例分析

（一）工程概况

某乡村公路改建工程 段为软土路基，该路段软土层厚度1.2\~2.5m，天然含水率 35%～45% ，地基承载力仅 60～80kPa ，设计要求处理后地基承载力 ⩾150kPa ，换填材料选用级配碎石。

（二）施工过程

1. 清除表层 0.3m 厚的腐殖土，开挖至设计换填深度，设置临时排水沟排水；2. 分层回填级配碎石，每层厚度 25cm ，采用 18t 振动压路机碾压 6 遍，压实度控制在 96% 以上；

3. 每压实3 层进行一次承载力检测，合格后继续施工。

（三）处理效果

施工完成后，经检测：压实度平均值为 97.2% ，满足设计要求；地基承载力特征值达到 165kPa，比处理前提高 106% ；通车 1 年后观测，累计沉降量仅8mm ，路面无裂缝、沉降等病害，处理效果显著。

结论

换填施工技术是一个较为经济的处理方式，使用效果良好。在换填法应用过程中，可以根据实际情况合理采用换填料，对整个换填工程的施工以及检查控制高度重视，从而能够有效提高路堤地基强度，减少路堤变形，保证公路的安全性。

综合目前新材料、新工艺的持续发展，未来换填技术势必逐步实现环保化、智慧化的发展方向。例如，大力推广应用工业废料 ( 如炼钢废渣、废旧建筑等 )二次合成物用于产品替代，降低工程成本，降低工程对环境的污染；结合BIM、智能监测设备，全面实现换填作业过程信息化管控，实现过程管控智能化、作业效益化和质量标准化，同时，对于深层软弱基底采用将换填技术与其他地基处理方式联用的处理方式，实现其合理适用范围的拓展，为道路建设提供可持续的科技支撑。

参考文献

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[3] 杨贵元 . 公路工程中软土路基强夯法施工技术应用分析 [J]. 技术与市场 ,2024,31(06):104-106+111.

刘邦向（1996-04-15）性别；男 籍贯：山东省菏泽市人 民族：汉族职称：助理工程师，学历：专科 研究方向：公路工程