公路工程路基换填技术探讨

引言

公路作为国家基础设施的关键构成，在交通运输体系中占据核心地位，其建设质量与交通安全、运输效率紧密相连。我国地域广阔，地质条件复杂多样，在公路建设过程中，常常会遭遇软土、淤泥、湿陷性黄土等特殊地质状况。这些特殊地质使得路基承载力难以满足设计要求，沉降不均问题频繁出现，进而导致路面开裂、坑洼等病害，严重缩短道路使用寿命，威胁行车安全。

路基换填技术作为一种经济且高效的地基处理手段，在公路工程中得到了广泛应用。它通过置换软弱土层，有效改善路基的力学性能，提高路基的承载能力和稳定性。本文旨在系统研究路基换填技术，深入探讨其在设计、施工及质量控制等方面的关键要点，剖析当前应用中存在的问题，并提出针对性的优化建议，为今后类似工程提供有益的参考和借鉴。

一、技术原理与分类

1.1 技术原理

路基换填技术的核心原理在于对软弱土层进行部分或全部挖除，然后换填具有高强度、良好压实性和水稳性的材料。通过分层填筑与压实工艺，使换填材料形成稳定的承载层。这一承载层能够有效分散公路荷载，减少地基的沉降和变形，从而显著提高路基的整体强度与稳定性，为路面结构提供可靠的基础支撑。

1.2 换填材料分类

砂砾石：砂砾石具有良好的透水性，能够快速排除路基内的水分，减少水对路基的侵蚀和软化作用。同时，其压实性能优异，在压实后能够形成较为密实的结构，具有较高的承载能力。因此，砂砾石适用于水位较高或对排水要求较高的路段，如滨河公路、低洼地带公路等。

灰土（石灰土）：灰土是将石灰与土按一定比例混合而成的改良材料。石灰与土中的水分发生化学反应，生成具有胶结作用的物质，使土的颗粒之间结合更加紧密，从而提高土的强度和稳定性。灰土成本低廉，原材料易于获取，特别适用于湿陷性黄土等软弱地基的处理。

水泥改良土：在土中掺入适量的水泥，水泥与土中的水分发生水化反应，形成水泥石骨架，将土颗粒包裹和胶结在一起，显著提高土的强度和刚度。水泥改良土具有强度高、稳定性好等优点，适用于承载力要求较高的区域，如高速公路、一级公路的路基处理。

工业废渣（如钢渣、粉煤灰）：随着工业的发展，产生了大量的工业废渣，如钢渣、粉煤灰等。这些废渣经过适当处理后，可以作为路基换填材料。钢渣具有较高的强度和硬度，粉煤灰具有一定的活性，与石灰等结合后能形成具有一定强度的材料。使用工业废渣作为换填材料，不仅实现了废物的资源化利用，减少了对环境的污染，还降低了工程成本。但在使用前，需进行环境安全评估，确保其不会对周围环境和地下水造成污染。

土工合成材料加筋填料：土工合成材料如土工格栅、土工布等具有较高的抗拉强度和柔韧性。将其与填料结合使用，形成加筋填料结构。土工合成材料能够约束填料的侧向变形，提高填料的抗剪强度，有效控制路基的不均匀沉降，增强路基的整体稳定性。这种材料适用于软土地基、高填方路基等工程。

二、施工工艺与流程

2.1 前期准备

在施工前，要进行详细的地质勘察，需借助钻探、原位测试等手段，全面查明软土的厚度、埋深以及物理力学性质等关键参数。这些参数能为路基换填设计提供准确的基础资料，进而选择出合适的换填材料，为后续施工奠定坚实基础。试验段施工也是前期准备的关键部分，选取一段具有代表性的路段开展试验段施工，在施工过程中，通过调整不同的施工参数，像松铺厚度、压实遍数、最佳含水率等，进行多次试验与对比分析，依据试验结果，确定最适合本工程的施工参数，从而为后续大规模施工提供科学依据。此外，还要根据设计图纸的要求，运用全站仪、水准仪等测量仪器进行精确测量放样，准确放设中线、边线，并设置高程控制桩，明确路基换填的范围和标高，以此确保施工的准确性和规范性。

2.2 开挖与清理

开挖软弱土层时，分层开挖能有效避免一次性开挖过深，防止下层土体受到扰动，进而影响地基的稳定性，分段开挖则便于施工管理和组织，有助于提高施工效率。在开挖过程中，必须严格控制开挖的深度和坡度，确保其符合设计要求。开挖完成后，要彻底清除基底的积水、杂物、树根等，保证基底平整、坚实，必要时，设置排水沟或集水井，及时排除基底积水，防止基底浸泡软化，影响路基的承载能力，为后续施工创造良好条件。

2.3 填料选择与运输

根据设计要求和地质条件，选择合格的填料至关重要，因为填料的质量直接关系到路基的强度和稳定性，所以要严格禁止使用腐殖土、膨胀土等不良材料。对于选用的填料，需进行严格的检验，确保其粒径、含水率、含泥量等指标符合规范要求。在运输过程中，要采用覆盖篷布等方式，避免填料在运输过程中受到雨水淋湿或风吹扬尘，防止填料离析与污染。同时，合理安排运输路线和车辆调度，确保填料能够及时、准确地运输到施工现场，保障施工的顺利进行。

2.4 分层填筑与压实

分层填筑时，每层填筑厚度一般控制在 20-30cm_c 。若填筑层过厚，难以压实均匀；过薄则会增加施工工序和成本。采用推土机进行初步摊铺，将填料均匀地分布在填筑区域内，然后使用平地机进行精细整平，使填料表面平整、坡度符合设计要求。使用振动压路机进行分层碾压，通过振动和静压相结合的方式，能够使填料颗粒更加紧密地排列，提高填料的密实度。压实度应达到设计标准，一般要求 295‰ 。在碾压过程中，要注意碾压的顺序和遍数，遵循先轻后重、先慢后快、由边缘向中央的原则，确保填料得到充分压实。对于边缘、角落等压路机难以碾压的部位，采用小型夯实设备进行补夯，保证这些部位的压实度符合要求，避免出现压实盲区，确保整个路基的压实质量。

2.5 质量检测与验收

每层施工完成后，要及时进行压实度、厚度、平整度等指标的检测。压实度是衡量路基压实质量的重要指标，可采用环刀法、灌砂法或核子密度仪等方法进行检测。环刀法适用于细粒土的压实度检测，灌砂法适用于各种土类的压实度检测，核子密度仪则具有检测速度快、操作方便等优点，但需要进行定期标定。厚度检测使用钢尺等工具测量每层填筑的实际厚度，确保符合设计要求。平整度检测采用 3m 直尺等工具，测量填筑表面的平整度偏差，保证路基表面的平整度满足行车舒适性的要求。检测合格后方可进行下一层施工，并在路基换填全部完成后，进行全面的质量验收。验收内容包括路基的几何尺寸、压实度、承载能力等指标，确保路基质量符合设计规范和相关标准要求，为道路的安全使用提供保障。

三、结论与展望

路基换填技术能够有效解决软土等特殊地质条件下路基承载力不足、沉降不均等问题。通过合理选择换填材料、严格控制施工工艺和加强质量控制，可以确保路基换填工程的质量，提高公路的建设水平和使用性能。然而，目前路基换填技术在应用中仍存在一些问题，如部分施工单位对技术重视程度不够，施工管理水平有待提高；一些新型换填材料的研究和应用还不够深入等。未来，应进一步加强技术培训和交流，提高施工单位的技术水平和质量意识；加大对新型换填材料的研发力度，探索更加环保、高效、经济的换填材料和施工工艺；同时，利用现代信息技术，如物联网、大数据等，实现对路基换填施工过程的实时监控和质量控制，推动公路工程路基换填技术不断发展和完善。

参考文献：

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