張林波，李 瑤，趙 青

(1.重慶錦程工程咨詢有限公司，重慶 401147;2.湖南省吉茶高速公路建設(shè)開發(fā)有限公司，湖南吉首 416000)

CBR試驗(yàn)是1928年O·J·Porter在美國加利福尼亞州進(jìn)行瀝青路面破壞調(diào)查時(shí)，為比較地方材料的強(qiáng)度而提出的，它是把試件貫入量達(dá)到2.5 mm時(shí)單位壓力對(duì)標(biāo)準(zhǔn)碎石壓入相同貫入量時(shí)標(biāo)準(zhǔn)荷載壓強(qiáng)的比值，稱為CBR。

1 室內(nèi)CBR試驗(yàn)原理

按照《公路土工試驗(yàn)規(guī)程》中的相關(guān)試驗(yàn)方法確定材料的最大干密度和最佳含水量，以最佳含水量和最大干密度分別制取試件并模擬材料在浸水狀態(tài)下產(chǎn)生應(yīng)力變形等不利因素，給材料結(jié)構(gòu)附加應(yīng)力，從而確定材料的破壞變形因素和承載力，為現(xiàn)場(chǎng)材料的施工提供科學(xué)的理論依據(jù)。

2 主要試驗(yàn)儀器要求

1)試筒:內(nèi)徑152 mm、高170 mm的金屬圓筒;高50 mm的套環(huán);直徑151 mm、高50 mm的筒內(nèi)墊塊。

2)夯錘和導(dǎo)管:夯錘的底面積直徑為50 mm，總質(zhì)量4.5 kg，夯錘在導(dǎo)管內(nèi)的總行程為450 mm。

3)路面材料強(qiáng)度儀:能量不小于50 kN，能調(diào)節(jié)貫入速度至每1 min貫入1 mm，可采用測(cè)力計(jì)式。

4)荷載板:直徑 150 mm，中心孔眼直徑52 mm，每塊質(zhì)量1.25 kg，共4塊，并沿直徑分為兩個(gè)半圓塊。

3 試驗(yàn)的主要技術(shù)要求

1)采取有代表性土樣，風(fēng)干后進(jìn)行搗碎，進(jìn)行篩分試驗(yàn)。

2)在預(yù)定做試驗(yàn)之前前一天，取有代表性的試料測(cè)定其風(fēng)干含水率。

3)按《公路土工試驗(yàn)規(guī)程》T 0131－2007進(jìn)行擊實(shí)試驗(yàn)，按計(jì)算出的最大干密度和最佳含水量制取30擊次、50擊次、98擊次的試件各3個(gè)。

4)加荷載板安裝百分表，在水槽內(nèi)浸水4晝夜后測(cè)膨脹量。

5)在貫入桿上加載45 N的荷載，調(diào)整百分表至整數(shù)，加荷使貫入桿以1～1.25 mm/min的速度壓入試件，并讀取測(cè)力和測(cè)變形的數(shù)據(jù)。

6)繪制p－l關(guān)系曲線，必要時(shí)進(jìn)行原點(diǎn)修正。

7)依據(jù)p－l關(guān)系曲線讀取貫入量為2.5 mm和5 mm的單位壓力。貫入量為2.5 mm的CBR2.5=(p/7 000)×100，貫入量為 5 mm的CBR5=(p/10 500)×100。在試驗(yàn)中如貫入量為5 mm的承載比大于2.5 mm的承載比，則試驗(yàn)應(yīng)重新做，如結(jié)果仍然如此，則采用5 mm的承載比。

4 試驗(yàn)操作中的要點(diǎn)

4.1 控制測(cè)力百分表偏差

在貫入試驗(yàn)時(shí)，兩個(gè)測(cè)力的百分表經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)較大的讀數(shù)數(shù)值偏差或一側(cè)百分表停止甚至倒轉(zhuǎn)的情況，其主要原因有:①制件過程中加入土樣時(shí)沒有將表面整平，擊錘下落后產(chǎn)生了偏心應(yīng)力，致使試件擊實(shí)功產(chǎn)生了變化。②在貫入試驗(yàn)中，把試件放入路面材料強(qiáng)度儀的升降座時(shí)，沒有調(diào)整偏球座，使貫入桿與試件幾何對(duì)中并頂面全面接觸;在試驗(yàn)過程中要尤為注意以上情況。

4.2 浸泡96 h時(shí)水面高度

在試驗(yàn)過程中很多人把高出試件頂面25 mm誤解為高出土面25 mm，這是欠合理的。浸水的目的就是模擬材料在使用過程中遇到的不利狀態(tài)，借以論證材料的特性;如果水面只高出土面25 mm就不能保證在這個(gè)浸水時(shí)間內(nèi)試件和水的充分接觸并保水，也將會(huì)嚴(yán)重影響膨脹量和承載比的取值。

4.3 選擇應(yīng)力環(huán)

《公路土工試驗(yàn)規(guī)程》規(guī)定以1～1.25 mm/min的貫入速度壓入試件時(shí)應(yīng)使貫入量為250×10－2mm時(shí)能有5個(gè)以上的讀數(shù)，測(cè)力計(jì)內(nèi)的第一個(gè)讀數(shù)應(yīng)為貫入量30×10－2mm左右。故根據(jù)不同土質(zhì)選擇不同等級(jí)的應(yīng)力環(huán)至關(guān)重要。據(jù)以往操作經(jīng)驗(yàn)和理論分析，對(duì)于黏性土、砂土宜用7.5、10、30 kN的測(cè)力環(huán);礫土、含石質(zhì)土一般選擇30、50 kN的測(cè)力環(huán)。另外使用過程中，應(yīng)力環(huán)的示值重復(fù)性相對(duì)誤差不大于0.3%，示值進(jìn)回程相對(duì)誤差不大于1.5%，示值長期穩(wěn)定度(3個(gè)月)不大于0.3% 。

4.4 先預(yù)壓45 N荷載

貫入試驗(yàn)前必須模擬路面自重荷載對(duì)路基的作用，在貫入桿上施加45 N的初始?jí)毫?，使貫入桿緊密地與試件頂面接觸。然后將測(cè)力和測(cè)變形的百分表均調(diào)整為整數(shù)，記錄起始讀數(shù)。試驗(yàn)中黏性土、砂土變形量小，一般把起始讀數(shù)調(diào)為0，原來施加的45 N作用力及其貫入量可不體現(xiàn)在單位壓力與貫入量曲線上。在一些土的試驗(yàn)中，先預(yù)壓45 N后再調(diào)整為0。在實(shí)際操作過程中很難實(shí)現(xiàn)，因?yàn)楫?dāng)壓到45 N后停機(jī)調(diào)整時(shí)應(yīng)力環(huán)百分表通常會(huì)因土的回彈力退回到原位置，操作時(shí)要注意進(jìn)行加載調(diào)整。

4.5 原點(diǎn)修正

圖1 p—l關(guān)系圖

以單位壓力(p)為橫坐標(biāo)，貫入量(l)為縱坐標(biāo)，繪制p－l關(guān)系曲線。當(dāng)發(fā)現(xiàn)曲線起始部分反彎時(shí)要進(jìn)行修正，其方法是在變曲率點(diǎn)引一切線與坐標(biāo)軸交于O'點(diǎn)，并以O(shè)'為坐標(biāo)系的原點(diǎn)。但要注意原點(diǎn)改變以后，單位壓力應(yīng)平移到新原點(diǎn)(如圖1)，單位壓力應(yīng)隨著平移后的原點(diǎn)變化。在圖示中O'就是修正后的坐標(biāo)原點(diǎn)，在求單位壓力時(shí)要充分考慮整個(gè)曲線應(yīng)向右平移0.2 mm，如原來2.5 mm對(duì)應(yīng)的約為910 kPa，現(xiàn)在就應(yīng)該變?yōu)?.7 mm對(duì)應(yīng)的約為1 010 kPa了，CBR值也就出現(xiàn)了較大的變化。

4.6 應(yīng)力環(huán)回歸方程的求解

在試驗(yàn)過程中，應(yīng)力環(huán)的校正系數(shù)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響是很大的，然而這也是試驗(yàn)中常忽視的，下面簡(jiǎn)單介紹兩種方法。

4.6.1 最小二乘法

最小二乘法的基本原理是當(dāng)所有測(cè)量數(shù)據(jù)的偏差平方和最小時(shí)，所得到的直線最優(yōu)。

直線方程為y=bx+a(y為荷載，x為百分表讀數(shù))

如按表1標(biāo)定結(jié)果:可解出:y=0.139 6x－13.904，R2=0.999 9。

表1 標(biāo)定結(jié)果

4.6.2 用EXCEL電子表格求解

按表1中的標(biāo)定結(jié)果 ，以百分表讀數(shù)為x軸，荷載為y軸，點(diǎn)擊插入圖表→選擇xy散點(diǎn)圖→單擊下一步→填寫圖標(biāo)名稱和軸名，然后點(diǎn)擊完成。在點(diǎn)擊完成的圖形上選擇添加趨勢(shì)線，把選擇類型設(shè)為線性同時(shí)設(shè)置選項(xiàng)顯示公式和顯示R2值，確定后見圖2。

圖2 百分表—荷載關(guān)系圖

4.6.3 EXCEL統(tǒng)計(jì)函數(shù)求校正系數(shù)

文檔里第2行輸入荷載(力值)，第1行輸入百分表讀數(shù)(變形)，選擇LINEST線性回歸，結(jié)果乘以10，同樣可以得到應(yīng)力環(huán)的解。見圖3。

圖3 EXCEL統(tǒng)計(jì)函數(shù)求解圖

5 結(jié)語

以上介紹為平時(shí)在試驗(yàn)過程中的一些總結(jié)和分析，還有很多方面的問題需要在以后進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，總之，只有認(rèn)真理解試驗(yàn)方法，嚴(yán)格執(zhí)行試驗(yàn)規(guī)范，才能讓試驗(yàn)結(jié)果接近實(shí)際。

［1］JTJ 051－93，公路土工試驗(yàn)規(guī)程［S］.