公路路基填筑施工技术研究

徐礼伟

(安徽中桥建设集团有限公司，安徽 合肥230051)

引言

公路路基对公路结构的稳定性与安全性具有较大影响，是公路工程施工的重要部分[1]。受到行车荷载作用与公路所处区域自然因素的影响，在长期使用后，公路路基会出现不同程度的破损，降低了路基结构的承载能力与强度[2]。科学合理的路基填筑施工技术对于修复路基结构至关重要。基于此，以X 高速公路工程为例，针对其路基破损状况与特征，开展了路基填筑施工技术方案的研究。

1 公路工程概况

选取某地区X 高速公路工程作为研究对象，该公路工程路线全长84.25 km，路堤高度约为22.5 m，整体工程划分为两个不同的合同段，属于双向四车道高速公路。公路组成结构示意图见图1。

图1 X 公路组成结构示意图

图1 中X 公路由硬路肩、土路肩、行车道等部分共同组成。公路路基填料土为一般物理特性，其中，路堤土的黏聚力为5.5 kPa，容重为18.85 kN/m3，地基土的黏聚力为13.28 kPa，容重为22.06 kN/m3。X 公路工程中，全线路基的最高填筑高度相对较低，约为6.25 m，路基与路床顶面的压实度较差，降低了公路结构的稳定性。

该公路工程于2018 年完工，为了保证公路的使用性能与使用安全，相关的质量检测人员定期会对公路中的部分线路进行检测，判断公路路基、路面、软土地基等是否出现异常情况。在最近一次的公路检测中，发现公路部分路基结构出现变形情况，填筑材料使用质量严重下降，路基压实度较低，达不到90%，部分变形严重的路基结构甚至出现了沉降现象，大幅度提高了公路运行的安全风险，应当对路基进行修复施工处理。基于此，根据X 公路路基破损的情况，设计了相应的路基填筑施工技术，对路基破损部位进行修复，施工技术方案设计步骤如下文所示。

2 路基填筑施工技术设计

2.1 选取路基填石料与施工机具

在路基填筑施工前，首先，根据公路路基破损的实际情况与特征，选取匹配度与性价比均较高的路基填石料及施工机具，为后续的填筑施工提供基础保障。

鉴于X 公路工程采用全宽填方路基，其基底大多数为岩质基底，强度约为40～75 MPa。为了减少路基填筑施工对公路边坡的扰动，本研究采用最大粒径不超过35 cm、填料不均匀系数小于20 的路基填石料，承载力较高，与公路路基、路堤及路床的吻合度较高。将填石料与42.5 号普通硅酸盐水泥进行合理掺配，设置掺配的凝结时间，掺配结束后，对填石料的强度进行试验，确保填石料的性能满足公路填筑施工的指标要求[3]。填筑施工所需的施工机具规格型号参数，见表1。

表1 填筑施工机具型号参数说明

表1 为X 公路工程填筑施工所需的施工机具型号与数量说明，为了提升填筑施工的质量与效率，严格按照表1 的参数说明选取机具。

2.2 分部填筑设计路基横断面

在上述路基填石料与施工机具选取结束后，接下来，采用公路路基分部填筑法，对路基横断面进行全方位的设计。首先，根据公路路基的实际破损状况与特征，在原始路基外，设定施工距离，填筑新的路基[4]。填筑一段时间后，将原始路基与新路基之间的空隙填平，增设地基加固桩，提高路基结构的稳定性，降低路基开裂的风险，避免路基结果发生位移变形[5]。本研究设计的路基横断面分部填筑示意图，见图2。

图2 路基横断面分部填筑示意图

图2 中，在路基中，设定台阶开挖线，使用挖掘机与推土机，进行公路路基台阶机械开挖。设置台阶的高度为0.75 m，宽度≥1 m，自上至下逐级均匀铺设台阶。铺设后，利用压路机压实，并使用水准仪找平，形成台阶层，合理连接原始路基与新路基，增加路基之间的抗剪能力，提高路基结构结合的效果[6]。清理路基施工场地中的多余杂质，依据公路工程等级，利用复合地基法，确定公路路基的施工范围，设定路基桩体的布设方式与间距，拓宽路基[7]。根据公路路基的应力状态变化，在路基自重作用下，采用固结的方式，固结路基间隙软土，减轻原始路基的压力，提高路基间隙软土的水平应力[8]。

2.3 填筑土工合成材料

基于上述分部填筑设计路基横断面完毕后，合理填筑公路路基土工合成材料。首先，在原始路基与新路基搭接处，铺设土工格栅，进行路基的加筋处理，保证路基的抗拉强度。将钢筋网埋入路基土体中，使路基与土工格栅结合，形成公路路基复合体，进而增加公路土体之间的摩擦力。在填筑施工场地上用白灰画出网格，基于网格大小，计算公路路基在松铺厚度下所需填筑施工的填料量，并测量控制填筑施工的松铺厚度。

使用碾压机，顺沿公路地面，对土工材料实行连续冲击碾压作业，增加公路路基土体的密实度。首先，清理公路路基表层的杂质，利用检测仪器检测路基土体的平整度与压实度，判断其是否符合相关填筑要求，若不符合要求，则不断洒水与碾压，直至符合填筑施工要求为止。利用碾压机反复冲击碾压，测定并记录碾压后，路基土体的表面压实度。针对公路过渡段，采用轻质填料进行过渡，根据路基的实际状况，调整路堤桩的长度，高速公路路基过渡段施工示意图，见图3。

图3 高速公路路基过渡段施工结构示意图

图3 为公路路基过渡段施工结构示意图，在过渡段填筑施工结束后。清除公路路基表面多余的土方，检测路基结构的标高是否符合填筑施工标准。最后，使用压路机对公路路基反复碾压3 遍，验收路基结构的稳定性与强度。

3 实证分析

综合上述内容，本研究针对X 高速公路工程设计的路基填筑施工技术的整体流程。在此基础上，为了进一步对该填筑施工技术的可行性作出客观分析，验证施工技术的应用效果，进行了如下的实证分析。

首先，对公路填筑施工填料的强度特性进行验证分析，检验填筑填料应用的粘聚力，通过填料颗粒之间的摩阻力与咬合力，反映填料的具体强度。填筑填料强度计算公式为

式中，θ 为填筑填料颗粒在咬合力作用下产生的摩阻角，单位为°；为填料在咬合力作用下产生的结构力，单位为kPa；φn为公路路基围压，单位为kPa。在填筑填料强度计算结束后，引入直剪系统，设定试验周期，对填料进行剪切试验，获取填料岩性强度的变化规律，见图4。

图4 X 高速公路工程填料岩性强度变化

图4 中，在使用与试验周期逐渐增加的趋势下，填筑填料的岩性强度相对稳定，均在填料原始岩性强度350 kPa 以上，且逐渐上升，填料结构的承载能力较高，能够保障公路路基的稳定性与牢固性。

在此基础上，对公路路基是否存在变形沉降现象进行检测。首先，在公路路基上，根据填筑高度与台阶长度的不同，随机设定6 组路基检测断面。对6 组路基检测断面进行标号处理，分别标号为LJDM01、LJDM02、LJDM03、LJDM04、LJDM05、LJDM06。在路基检测断面上，布设一定数量的沉降管、分层沉降管、沉降钉、剖面管与磁环，作为沉降检测设备。设定路基沉降检测开始日期为2021.1.1，每隔3 个月，记录一次沉降检测结果，获取路基填筑施工的质量，路基沉降检测结果，见表2。

表2 X 高速公路路基沉降检测结果

根据表2 所示的公路路基沉降检测结果可知，各个路基检测断面的沉降值较小，最大沉降值为-5.7 mm，不会对公路路基结构的稳定性造成不利影响，路基环境相对来说较理想。为了更加直观地验证本研究设计的填筑施工技术的可行性，采用对比分析的方法，将本研究设计的填筑施工技术，与传统的填筑施工技术进行对比。利用MATLAB 分析软件，测定两种填筑施工技术应用后路基沉降速率变化趋势，其对比结果见图5。

图5 两种填筑施工技术应用后路基沉降速率对比

结合图5 的对比结果所示，在两种填筑施工技术中，本研究设计的技术，在应用周期不断增加的情况下，公路路基沉降速率变化幅度较小，沉降速率不超过0.2 mm/d，与传统施工技术相比，路基结构更加稳定可靠。

4 结论

通过上述研究，获取到以下几个方面的结论：

（1） 通过图4 的填料岩性强度试验结果可知，在使用周期不断增加的情况下，填筑填料岩性强度均在原始岩性强度350 kPa 以上，且存在一定的上升趋势；

（2） 根据表2 公路路基沉降量与图5 的路基沉降速率对比结果可知，路基检测断面的最大沉降值为-5.7 mm，沉降速率不超过0.2 mm/d，路基结构的稳定性与牢固性较高。