蔣小剛

（江蘇恒基路橋有限公司 常州 213002）

CBR是路基土和路面材料的強度指標，是柔性路面設計的主要參數(shù)之一。在我國的柔性路面設計中，雖以路基土和路面材料的回彈模量值作為設計參數(shù)，但在路基路面施工規(guī)范中仍將CBR作為一項力學指標。隨著國內試驗檢測技術的完善及對公路工程質量重視程度的逐步增強，CBR試驗越來越被設計、監(jiān)理及施工單位所重視，并已成為設計及施工參數(shù)依據(jù)之一，現(xiàn)有許多大型公路工程，如徐州至明光高速公路，業(yè)主就對此項試驗做了文件指示，要求每個取土坑的土源針對每個路基填筑結構層的填料都必須進行CBR試驗，以驗證設計與規(guī)范要求。

1 試驗原理

本試驗采用采用具有代表性的風干試料（必要時可在50℃烘箱內烘干），用木碾搗碎，但應盡量注意不使土或粒料的單個顆粒破碎。土團均應搗碎到通過5mm的篩孔，按四分法備料。先按擊實試驗的方法求得試料的最大干密度和最佳含水率（擊實方法見《JTG E40－2007》（T0131－2007）），再按此最佳含水率制備9個試件，每層擊實數(shù)分別為30，50和98次，使試件的干密度從低于95%到等于100%的最大干密度。為了模擬材料在使用過程中的最不利狀態(tài)，加載前飽水浸泡4d，在浸水過程中及貫入試驗時，在試件頂面應施加荷載板以模擬路面結構對土基的附加應力，貫入試驗中，材料的承載能力越高，對其壓入一定貫入深度所需施加的荷載越大。

2 試驗設備的選用

《公路土工試驗規(guī)程》（JTG E40－2007）規(guī)定：

（1）試筒。內徑152mm，高170mm的金屬圓筒；套環(huán)，高50mm；筒內墊塊，直徑151mm，高50 mm；夯擊底板，同擊實儀。也可用（T0131－2007）擊實試驗的大擊實筒。

（2）夯錘和導管。夯錘的底面直徑50mm，總質量4.5kg。夯錘在導管內的總行程為450mm，夯錘的形式和尺寸與重型擊實試驗所用的相同。

（3）貫入桿。端面直徑50mm、長約100mm的金屬柱。

（4）路面材料強度儀或其他載荷裝置。能量不小于50kN，能調節(jié)貫入速度至每分鐘貫入1mm，可采用測力計式。

做試驗之前應先檢查試筒、墊塊的尺寸及形狀以確定試筒的體積。試筒內壁應光滑無棱角，試筒不得有變形，墊塊表面應光滑平整。

3 試驗技術要求

（1）試驗采用風干試樣，按四分法備料。

（2）做擊實試驗，求得試樣的最大干密度和最佳含水率。

（3）按最佳含水率制備9個試件。

（4）試件飽水浸泡4d。

（5）貫入試驗時，加荷使貫入桿以1～1.25 mm／min的速度壓入試件，同時測記3個百分表的讀數(shù)。記錄測力計內百分表某些整讀數(shù)（如20，40，60）時的貫入量，并注意使貫入量為250×10－2mm時，能有5個以上的讀數(shù)。因此，測力計內的第一個讀數(shù)應是貫入量30×10－2mm左右。

（6）以單位壓力（p）為橫坐標，貫入量（l）為縱坐標，繪制p－l關系曲線，見圖1。必要時進行原點修正，修正時在變曲率點引一切線與縱坐標交于O＇點，O＇即為修正后的原點。

圖1 單位壓力與貫入量的關系曲線

（7）一般采用貫入量為2.5mm時的單位壓力與標準壓力之比作為材料的承載比（CBR），即CBR2.5＝（p／7 000）×100%；同時計算貫入量為5mm時的承載比，即CBR5＝（p／10 500）×100%。

如貫入量為5mm時的承載比大于2.5mm時的承載比，則試驗應重做。如結果仍然如此，則采用5mm時的承載比。

4 試驗操作要點與注意事項

4.1 規(guī)范要求

《公路路基施工技術規(guī)范》（JTG F10－2006）規(guī)定：對不同等級公路、不同填土深度所要求的填料強度和粒徑應符合表1的規(guī)定。

表1 路基填料最小強度和最大粒徑要求

《公路土工試驗規(guī)程》中未明確表明對不同填土深度的CBR值是在試樣壓實度相應值時進行試驗，但個人認為CBR試驗應該得出壓實度為93%，94%，96%時相對應的CBR值，才能與實際施工情況相符。在路基實際施工時，壓實度按填筑深度分區(qū)與CBR值按填筑深度分區(qū)是一致的。

4.2 正確求得試樣的最大干密度與最佳含水率

按照T0131－2007的規(guī)定進行標準擊實試驗以確定試樣的最大干密度與最佳含水率，特別注意的是，由于最大干密度與最佳含水率的確定直接關系到CBR試驗的精度，是做好CBR試驗的關鍵與基礎，即使是均勻的土壤試樣，由于試驗誤差的原因，一組試驗很難如實反映試樣的實際情況。因此，標準擊實試驗必須做平行試驗，以平均最大干密度與平均最佳含水率作為制備CBR試件的標準。

4.3 確定路面材料強度儀的測力環(huán)校正系數(shù)

在選擇路面材料強度儀的測力環(huán)時應根據(jù)不同的土質進行選擇：對于黏性土、砂土應選用10，30kN的測力環(huán)；對于碎石、礫石應選用30，50 kN的測力環(huán)。

路面材料強度儀上的測力環(huán)只能讀出測力計百分表的讀數(shù)，需根據(jù)測力環(huán)的校正系數(shù)計算出壓力值，計算時不能簡單地采用標定的百分表讀數(shù)與對應的壓力數(shù)據(jù)進行內插，應該首先將測力環(huán)的標定數(shù)據(jù)進行回歸方程，在計算時將測力計百分表的讀數(shù)乘以回歸系數(shù)得出壓力值。

4.4 制備試件

首先將試筒依次編號，并秤取各試筒質量。將試筒固定在擊實儀底板上，將墊塊放入筒內，墊塊應擦拭干凈，并在墊塊上放一張濾紙，安上套環(huán)。有的時候在制作過程會發(fā)生試樣粘在墊塊上，從而造成試件底面凹凸不平的現(xiàn)象，這樣的試件將無法測定出準備試樣的CBR值，只能作廢。為防止這樣的現(xiàn)場發(fā)生，可以在墊塊上放2層濾紙，這樣可以有效地減少被粘的可能性。制件前首先需要測定試樣的風干含水率，按標準擊實試驗確定的最佳含水率計算每份試樣應加的水量，備料時所加水量一定要精確，試樣要充分攪拌均勻，并且按規(guī)定時間浸潤。浸潤時間：重黏土不得少于24h，輕黏土可縮短到12h，砂土可縮短到1h，天然砂礫可縮短到2h左右。

4.5 試驗方法及CBR求取方法

按照每層擊數(shù)分別為30，50，98次進行制備試件，測出不同擊數(shù)下的干密度及相應的CBR值，以CBR值為X軸、干密度為Y軸，畫出干密度與CBR值之間的關系曲線，從曲線上可以得到所需壓實度相對應的CBR值。見圖2。

圖2 對應于所需壓實度的CBR求取方法

5 試驗常見問題分析

（1）標準擊實試驗求得的最大干密度與最佳含水率不準確，導致所制備的試件不能如實反映試料的真正承載力。主要表現(xiàn)在：對于含大顆粒的土、超粒徑顆粒未篩出或是沒有計算超粒徑顆粒的百分含量；對于粘性土，悶料灑水不均或是浸潤時間不夠；對于擊實試件，含水率間隔不均或試樣數(shù)量不足，以至找不出最佳含水率。解決方法：擊實試驗前通過篩分試驗和液塑限試驗確定土的分類是巨粒土、粗粒土、細粒土還是特殊土，各類土中是高液限或是低液限，從而依據(jù)規(guī)范要求，嚴格按試驗規(guī)范操作。

（2）CBR貫入試驗中，出現(xiàn)貫入量的2個百分表讀數(shù)相差較大，致使取值因難，產(chǎn)生此問題的原因較多，主要有以下幾點：①試驗儀未水平，由于重力作用，貫入桿鋼珠與座未緊密接觸，在荷載作用下，鋼珠的輕微移動，都會引起百分表的極大變化。解決方法：放置儀器的試驗臺砌筑時應基本水平，每次試驗前，試驗儀也應用水平尺調平，低的一端用鐵片墊起，調整至水平為止；②貫入桿與試件頂面未完全接觸，在荷載作用下，必然導致貫入桿局部受力，使貫入桿深度不均，反映在百分表讀數(shù)相差較大。解決方法：將備好的試樣放在升降臺上，調整偏球座，使貫入桿與試件頂面完全接觸，同時我們還應注意，讀數(shù)前必須在貫入桿上施加一定荷載約45N左右，使貫入桿不能在試件表面左右移動，然后將測力和測變形的百分表指針調零；③試料的土質分類對讀數(shù)的影響，經(jīng)過多次試驗發(fā)現(xiàn)，對于細粒土試件，大顆粒含量少，貫入桿貫入過程中受力較均勻，相對而言，其百分表讀數(shù)相差較少，對于粗粒土或巨粒土試件，由于大顆粒含量多，貫入桿貫入過程中，其外緣極易遇到較大顆粒，從而影響貫入深度，導致百分表讀數(shù)有較大差異。解決方法：針對大顆粒較多的試件，做試件時，應多做出一組，這樣測試中讀數(shù)相差較大時，可多測幾個試件的讀數(shù)，從而找出讀數(shù)較均勻的一組作為測試值。

（3）數(shù)值計算。數(shù)值計算是CBR試驗中重要一環(huán)，試驗中發(fā)現(xiàn)多數(shù)人對測力環(huán)單位讀數(shù)對應的值計算不準，或是計算方法不當，針對這一點，一般有2種試驗中常用的方法：①校正系數(shù)法。②最小二乘法。對這2種方法進行驗算，看其精度是否符合要求。

6 工程實例數(shù)據(jù)分析

筆者所參建的是徐明高速公路路基工程某合同段，此標段范圍內設計有2個取土坑，分別取土進行了CBR試驗，在素土CBR值不能滿足規(guī)范要求的情況下，參照設計圖紙對素土摻加消石灰和粉煤灰進行改良，使其CBR值滿足規(guī)范要求，其各項指標見表2。

表2 各取土坑CBR試驗數(shù)據(jù)表

（1）由表2可見，填料的CBR主要受到摻和料因素的影響，對土的塑性比例的摻和料進行改性后，CBR值差異較大。

（2）填料的CBR值受混合料改性成分影響，混合料改性成分越多，填料CBR值越大。

（3）在進行路基填筑過程中，由于每個壓實區(qū)對填料的CBR值要求不同，首先要通過顆粒分析和液塑限試驗來選擇填料，以使填料的CBR值符合規(guī)范要求。

（4）在進行選擇取土坑時，一定要對取土坑的CBR值進行合理利用，采用提高壓實度的方法或改變摻和料的方法進行提高填料的CBR，使其能夠滿足設計與規(guī)范要求。

（5）CBR試驗數(shù)據(jù)反映了路基填筑材料的水穩(wěn)定性和整體強度的大小，也是填料承載能力的反映。因此也可以從側面反映路基按規(guī)定的壓實度成型后的施工不均勻沉降情況。

7 CBR值技術指標的應用及建議

隨著高速公路建設的發(fā)展，CBR值已成為路基填料選擇的依據(jù)，當路基填料達不到要求時，可采用摻石灰、粉煤灰、水泥或其他穩(wěn)定材料處理。一般情況下，可按泡水4d作為設計狀態(tài)。但是，在干燥地區(qū)，如能結合地區(qū)、地形、排水、路面排水結構和路面結構等因素，論證土基潮濕程度和試件泡水4d的含水量有明顯差異時，建議適當改變試件飽水方法和飽水時間，使CBR試驗更符合實際狀況。有時因檢測需要也在公路現(xiàn)場條件下測定CBR值。但應注意因土基的含水量和壓實度與室內試驗條件不同，也未經(jīng)泡水，故與室內試驗CBR值不一樣。應通過試驗，尋找兩者之間的關系，換算為室內試驗CBR值后，再用于現(xiàn)場路基施工強度檢測或評定。

8 結語

如今合同段部分段落的路基中摻4%石灰＋4%粉煤灰、5%石灰＋5%粉煤灰路床填筑已經(jīng)完工，經(jīng)實際檢測，壓實度和彎沉全部合格。特別需要注意的是承載比試驗應盡量模擬實際施工狀況，充分考慮施工條件，做到施工與室內試驗相結合。這樣，試驗指導施工才有實際意義，質量控制才能落到實處。

［1］ JTG E40－2007公路土工試驗規(guī)程［S］.北京：人民交通出版社，2007.

［2］ JTG F10－2006公路路基施工技術規(guī)范［S］.北京：人民交通出版社，2006.

［3］ 孫忠義，王建華.公路工程試驗工程師手冊［M］.北京：人民交通出版社，2005.