革黎明

（江西交通咨詢有限公司，江西 南昌 330000）

1 CBR試驗檢測技術概述

加州承載比（California Bearing Ratio,CBR）指標最先由美國加州公路局提出，主要用于路基土及路面材料強度指標的評定。CBR值主要指試驗材料貫入量取2.5mm時，標準碎石所承受的單位壓力貫入量相同時標準荷載強度比例[1]，通常用百分比表示。在國外，該指標和回彈模量同為路基土和路面材料重要的設計參數(shù)。為明確CBR與回彈模量之間的關系，用以指導公路設計實踐，CBR值及相關試驗均被列入相關規(guī)范，也成為路基填料選擇的基本依據(jù)。

2 CBR試驗檢測技術的應用

2.1 工程概況

某高速公路起訖樁號為K045+120—K150+545，全線長105.425km，共11個合同段，其中第2合同段主要采用CBR技術進行試驗檢測。第2合同段起訖里程K055+150—K064+987，長度為9.837km，其中包括88.6萬m3的路基土石方量。以施工技術規(guī)范所規(guī)定的該合同段路基填方材料CBR值作為選擇填料的主要控制指標。因此，CBR是該合同段重點土工試驗指標。該公路合同段主要為黃土路基，采用摻加生石灰的方式改性，分別進行不同生石灰摻加量、不同浸水條件、不同擊實次數(shù)下的CBR試驗，生石灰摻加量分別為0%,1%,2%,3%,4%，浸水時間分別為1d,2d,3d,4d。

2.2 試驗過程

通過試驗環(huán)境的設置模擬最不利工況。具體而言，先將試驗材料浸水4d，以模擬室外環(huán)境下路基對天然土基所施加的附加應力。貫入試驗過程中，還應增設1個荷載板于試件頂面，且貫入量隨試件材料強度的增大而增大，所測出的CBR值也隨之增大。

CBR試驗檢測過程主要包括以下步驟。

（1）準備試驗材料

在試驗開始前，嚴格按照規(guī)范要求進行取樣，并保證試樣質量。本工程填料液限WL為33.8%，塑限WP為20.6%，塑性指數(shù)IP為15.1%，粒徑符合試驗規(guī)程相關規(guī)定。清除試樣表層土后在相同垂面上、中、下3層分別取等質量的土樣。按照相關規(guī)范，土樣必須通過5mm篩孔。根據(jù)工程經驗，從施工現(xiàn)場取得的土樣通常不滿足試樣質量要求，必須將土樣烘干、搗碎，并篩除其中的超粒徑土體顆粒后才能順利通過5mm篩孔?？紤]到土體含水量對土樣強度存在較大影響，在試驗開始前還應測定土樣的實際含水量，對于含水量較大的土樣必須風干。對于不同粒徑土體顆粒的土樣質量有不同要求：細粒土、中粒土的質量至少應為100g，粗粒土土樣質量至少應為2 000g[2]。

（2）制備試件

取25kg試驗材料進行含水量檢測。采用四分法取出3份材料，每份6kg，按照最佳含水量要求進行試塊制備。每份材料加330g水后攪拌均勻，再按試驗要求浸潤，浸潤結束后進行試塊制備，并檢測試塊的實際含水量。將試塊分為3層擊實，前兩層擊實結束后應對試塊表層作拉毛處理；第3層擊實后還應沿著試塊頂部采用直刮刀將其修理平整，此后將墊塊、夯擊板和濾紙全部取下，然后進行試塊質量的稱量。

（3）測量膨脹量

將修整平整且稱量好的黃土試塊修平面朝下置于多孔底板上，并通過拉桿將試塊和試筒拉緊。將1張濾紙平放在試塊頂面，濾紙上安裝附帶調節(jié)桿的多孔板，并在板上施加4塊荷載板。在水槽內放置3個試塊，待其恢復穩(wěn)定狀態(tài)后讀取百分表讀數(shù)，按照試驗規(guī)程放水后再次讀取百分表讀數(shù)。將試塊取出后靜置15min，卸除裝置后再次稱量試塊質量。

（4）貫入試驗及CBR值計算

按照試驗規(guī)程所規(guī)定的速度（1.0～1.25mm/min）進行試塊貫入試驗，讀取和記錄測力環(huán)內測力百分表讀數(shù)，并以2個變形百分表示值的均值作為對應壓力下實際貫入量值。

公路工程CBR值既可通過人工計算，也可利用計算機程序計算。人工計算過程比較繁瑣，因此通常采用計算機程序計算。本公路工程試驗得出：L=2.5mm時，P1,P2,P3分別取3 024kPa,3 291kPa和3 038kPa，則所對應的CBR1,CBR2,CBR3分別為43.2%,47.1%,43.4%；L=5.0mm時，P1′,P2′,P3′分別取5 645kPa,5 878kPa和6 272kPa，則所對應的CBR1′,CBR2′,CBR3′分別為53.8%,56.0%,59.7%。根據(jù)試驗規(guī)程處理后得出試驗土樣CBR值為56.5%，貫入量為2.5mm時的承載比小于貫入量為5.0mm時的承載比，故選用貫入量5.0mm的承載比。

2.3 試驗結果分析

2.3.1 浸水時間對CBR的影響

擊實70次后，將摻入石灰的黃土試塊分別浸水1d,2d,3d,4d后檢測CBR值，試驗結果詳見表1。

表1 不同浸水時間和摻灰量下的CBR值（%）

根據(jù)表1可知：石灰摻加量為0時，黃土試塊水穩(wěn)性不良，且隨著浸水時間的延長，CBR值呈減小趨勢，浸水1d后CBR值降幅最大，此后隨著浸水時間的延長，CBR值的降幅迅速減??；而摻加石灰后黃土試塊在浸水1d后CBR值降幅較小，但是隨著浸水時間的延長，CBR值出現(xiàn)了不同程度的升高。究其原因主要在于石灰與黃土之間產生了離子交換、水膠聯(lián)結、碳酸化及固結反應[3]。

2.3.2 摻灰量對壓實度的影響

為分析摻加石灰對該公路工程黃土路基密實度的影響程度，按照上述CBR試驗要求進行試件制作及壓實度檢測，試驗結果見表2。

表2 摻灰量對壓實度影響的試驗結果 單位：g/cm3

根據(jù)試驗結果可知，在相同的擊實次數(shù)下，隨著摻灰量的增大，試塊壓實度明顯減小，主要原因在于摻加石灰后，試塊中黃土顆粒的凝聚力降低，石灰土的塑性下降；石灰與黃土試塊中部分水分發(fā)生水化反應后，黃土顆粒間的摩擦力增大，進而對壓實效果產生不利影響。在石灰摻加量相同的情況下，隨著擊實次數(shù)的增大，黃土試塊壓實度也隨之增大，但是可壓縮空間逐漸減小。

2.3.3 摻灰量對CBR的影響

在浸水時間為4d的最不利工況下，分別進行不摻灰及摻灰量1%,2%,3%,4%工況下黃土試塊CBR值的檢測，結果見表3。

表3 摻灰量對CBR的影響試驗結果（%）

根據(jù)試驗結果，隨著摻灰量的增大，黃土試塊CBR值先增大，當摻灰量達3%時達到最大，隨后逐漸減小。主要原因在于，石灰自身的膨脹率、塑性等性能指標的降低使得石灰土密度增大，故摻加少量石灰對黃土具有穩(wěn)定作用；而隨著石灰摻量的增大，黃土試塊中石灰分散的均勻性持續(xù)減小，部分石灰甚至以自由灰的形式存在，從而導致黃土試塊強度下降。故對于本工程黃土路基而言，應將石灰摻加量控制在3%。

3 結論

綜上所述，CBR值是公路路基施工中重要的質量控制指標，如何針對實際工程得出路基填料真實的CBR值是路基施工質量控制的前提和關鍵。本文通過對CBR試驗原理及試驗步驟的分析，主要得出以下結論：

（1）路基壓實度與含水量、生石灰摻加量、擊實次數(shù)等存在較大關系，許多工程實踐中僅通過增大擊實次數(shù)以提升路基強度的做法過于片面；

（2）隨著浸水時間的延長，黃土路基CBR值起初逐漸減小，隨后又增大，表明生石灰的摻加會使黃土路基結構的穩(wěn)定性和強度顯著提升。隨著CBR試驗檢測技術在路基檢測中的不斷推廣應用，其檢測儀器性能將不斷改進，操作方法將不斷完善，CBR值也將更真實地反映路基填料及結構的強度，從而為公路設計及施工質量控制提供可靠的數(shù)據(jù)支撐。