淺談公路路基承載比試驗(yàn)方法

楊璐 文成海

摘 要：針對(duì)現(xiàn)行《公路路基施工技術(shù)規(guī)范》對(duì)路基填料強(qiáng)度的要求以及《土工試驗(yàn)規(guī)程》規(guī)定的承載比試驗(yàn)方法，在實(shí)際操作中，在精度上較難達(dá)到要求、在試驗(yàn)勞動(dòng)強(qiáng)度上較大的實(shí)際情況，對(duì)擊實(shí)法、靜壓法兩種試驗(yàn)方法，從試驗(yàn)結(jié)果精度、試驗(yàn)機(jī)理、可操作性等方面加以了對(duì)比，提出了承載比試驗(yàn)可采用靜壓法的觀點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：承載比；擊實(shí)；靜壓

1 概述

隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，公路建設(shè)事業(yè)也取得了大的飛躍，大量高速公路在不斷涌現(xiàn)，公路等級(jí)在不斷提高。為適應(yīng)這種變化，我國在《公路路基施工技術(shù)規(guī)范》中首次對(duì)路基填料的強(qiáng)度提出了要求，使路基填料的選取更加規(guī)范，規(guī)范要求在路基施工中，高速及一級(jí)公路、二級(jí)及二級(jí)以下的公路其路基填方材料，均應(yīng)經(jīng)野外取土試驗(yàn)，分別符合下表的規(guī)定時(shí)，方可使用。

表1 路基填方材料最小強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)表

從上表可以看出，各級(jí)指標(biāo)比較接近，這就要求承載比的試驗(yàn)必須要具有較高的精度。但我們?cè)趯?shí)際操作中發(fā)現(xiàn)，在試驗(yàn)中如果采用擊實(shí)法進(jìn)行操作，那么在滿足精度要求上存在一定的難度，因此我認(rèn)為有必要采取一定的措施。

2 承載比（CBR）試驗(yàn)方法的探討

2.1 承載比（CBR）的基本概念

承載比（CBR）全稱又叫加州承載比，最先是由美國加州公路局提出的，CBR值是路基土和路面材料的強(qiáng)度指標(biāo)，是柔性路面設(shè)計(jì)的主要參數(shù)之一。其試驗(yàn)?zāi)康木褪菫榱送ㄟ^室內(nèi)試驗(yàn)，推定出被測(cè)土基或基層粒料在最不利的情況下所具有的相對(duì)強(qiáng)度，從而判定材料的材質(zhì)。其試驗(yàn)方法是：把原材料制作成規(guī)定的試件，浸水4天后進(jìn)行試驗(yàn)，采用面積為19.63 cm2、直徑5cm的標(biāo)準(zhǔn)貫入柱，以1mm/min的速度貫入試樣中心，記錄測(cè)力計(jì)內(nèi)百分表某些整讀數(shù)，直至12.7mm為止。將每一級(jí)的加載值與標(biāo)準(zhǔn)值對(duì)比，以百分率表示，即為CBR值。一般以貫入2.5mm時(shí)的CBR值為準(zhǔn)，但如果貫入量為5.0mm時(shí)CBR值確實(shí)較前者為大時(shí)，則取后者值為測(cè)定值。其標(biāo)準(zhǔn)值是采用高質(zhì)量機(jī)軋碎石材料作以上的同樣試驗(yàn)，經(jīng)過大量試驗(yàn)，取其平均值而確定的。選定高質(zhì)量機(jī)軋碎石材料是由于碎石材料強(qiáng)度既不受濕度影響，也與溫度、齡期無關(guān)，故被選作標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 承載比（CBR）與回彈模量的關(guān)系

根據(jù)大量的試驗(yàn)、計(jì)算可知：En=7.2{CBR]0.9

En-土基回彈模量。

依據(jù)實(shí)際測(cè)定，當(dāng)CBR<2時(shí)，En為15，是屬于應(yīng)處理的土基；當(dāng)CBR=3時(shí)，En為20，是正常土基應(yīng)有的最低要求；當(dāng)CBR=3～7時(shí)，En約為20～40，是規(guī)定施工土基可能出現(xiàn)的強(qiáng)度；當(dāng)CBR=20時(shí)，En約為110左右，是作為底基層砂礫料的最低要求；當(dāng)CBR=30時(shí)，En約為150～160左右，是正常底基層材料；與計(jì)算相符。

2.3 承載比（CBR）的兩種試驗(yàn)方法

承載比（CBR）試驗(yàn)，其中一個(gè)關(guān)鍵步驟就是要制作3種不同的、預(yù)定密度的試件，每種試件做三個(gè)，共制9個(gè)。在實(shí)際操作中，我們根據(jù)其制試件方法的不同，分為擊實(shí)法和靜壓法兩種。

（1）擊實(shí)法，它是規(guī)范采用的方法。是把風(fēng)干的土樣依據(jù)擊實(shí)試驗(yàn)成果，配成含最佳含水量的材料，其加水量可用Qw={Qn/（1+0.01Wn）+ Qc/（1+0.01Wc）}×0.01W-{Qn×0.01 Wn /（1+0.01Wa）+ Qc×0.01 Wc/（1+0.01Wc）}計(jì)算，式中Qw為混合料中應(yīng)加的水量（g）； Qn為混合料中素土（或集料）的重量（g），其含水量為Wn，即風(fēng)干含水量（%）；Qc為混合料中水泥或石灰的重量（g），其原始含水量為Wc（%）。然后采用同擊實(shí)試驗(yàn)相同的方法對(duì)土樣進(jìn)行擊實(shí)，制成三種干密度的試件，三種試件每層的擊實(shí)次數(shù)分別為30、50和98次，即干密度從低于95%到等于100%變化，在通過貫入試驗(yàn)得出材料在不同壓實(shí)度時(shí)的強(qiáng)度值。

（2）靜壓法，它是我在實(shí)踐中總結(jié)出的試驗(yàn)方法。它的配料同上，是把材料配成含最佳含水量的材料后，按式m=2177×ρd×（1+0.01W0）×R計(jì)算每個(gè)試件所需的材料用量，式中W0為混合料的含水量，ρd為試件的最大干密度，由擊實(shí)試驗(yàn)所得。R為壓實(shí)度，即試件成型后，要求達(dá)到的密度，對(duì)路基我們一般分別取90%、93%、95%。按計(jì)算值稱量試料后，將已稱量的試料，全部倒入試筒中，同時(shí)用一鋼棒不斷地插擊，插擊后，將一張濾紙放在試料面上，接著放一塊厚50mm的壓柱，將整套試筒搬到壓力機(jī)上，加壓直到壓柱與套環(huán)頂面齊平，保持壓力作用1分鐘，然后解除荷載，如發(fā)現(xiàn)材料有反彈現(xiàn)象，則應(yīng)再次加壓。壓實(shí)后，除去套環(huán)、壓柱，即可進(jìn)行后面的試驗(yàn)。

2.4 兩種試驗(yàn)方法及結(jié)果的分析比較

（1）承載比試驗(yàn)從操作方面上說，采用靜壓法比擊實(shí)法更方便、快捷。采用擊實(shí)法時(shí)，是將備好的試樣分3～5次倒入筒內(nèi)，每倒入一次均需整平表面，并稍加壓緊，然后按規(guī)定的擊數(shù)進(jìn)行擊實(shí)，擊實(shí)完后，將試樣表面“拉毛”，直到最后一層擊實(shí)完后，用直刮刀沿試筒頂修平擊實(shí)的試件，表面不平整處需用細(xì)料修補(bǔ)。這樣做一組試件需擊實(shí)1600～2670次，3～4小時(shí)才能完成。而采用靜壓法只需將試料一次性裝入試筒，稍加整平后即可放入壓力機(jī)上加壓，壓到試塊與套環(huán)齊平后，穩(wěn)壓一分鐘，卸載即可，做一組試件只需1小時(shí)。

（2）從試驗(yàn)精度的控制上比較，采用靜壓法比擊實(shí)法更容易、精度更高。土工試驗(yàn)規(guī)范對(duì)承載比試驗(yàn)精度要求為：如根據(jù)3個(gè)平行試驗(yàn)結(jié)果計(jì)算得的承載比變異系數(shù)Cv大于12%，則去掉一個(gè)偏大的值，取其余2個(gè)結(jié)果的平均值。如Cv小于12%，且3個(gè)平行試驗(yàn)結(jié)果計(jì)算的干密度偏差小于0.03g/cm3時(shí)，則取3個(gè)結(jié)果的平均值。如3個(gè)平行試驗(yàn)結(jié)果計(jì)算的干密度偏差超過0.03g/cm3，則去掉一個(gè)偏大的值，取其余2個(gè)結(jié)果的平均值。根據(jù)此規(guī)定，由公式G=ρ×V可知，試件成型后，相同含水量的兩試件的質(zhì)量偏差不能大于G=ρ×V=0.03g/cm3×2177cm3=65g。即在單位面積上兩試件的質(zhì)量差不能超過p=（65g×4）/（3.14×15×15）cm2=0.36g/cm2，這對(duì)于非最佳壓實(shí)度的試件，在操作中較難掌握。

表2的數(shù)據(jù)為不同施工單位分別用靜壓法與擊實(shí)法進(jìn)行承載比試驗(yàn)的結(jié)果，從這些數(shù)據(jù)也能較好地說明以上的觀點(diǎn)。

表2

（3）從試驗(yàn)的機(jī)理上來分析評(píng)價(jià)，采用靜壓法比擊實(shí)法更切合施工現(xiàn)場(chǎng)。承載比試驗(yàn)實(shí)際上是模仿路基從施工成型到受到水的最不利侵害后，所具有的強(qiáng)度。在施工現(xiàn)場(chǎng)，壓路機(jī)碾壓路基是靜壓，這與采用靜壓法成型試件很接近，而擊實(shí)法試驗(yàn)有較大的沖擊力，與實(shí)際情況不符。從表2試驗(yàn)結(jié)果的比較來看，靜壓法與擊實(shí)法的試驗(yàn)結(jié)果對(duì)于粘性土偏差不太大，但對(duì)于含一定骨料的礫石土來說，有較大的差別。分析原因就是在試驗(yàn)過程中，采用擊實(shí)法后，使一定數(shù)量的骨料被打碎，在一定程度上改變了原材料的結(jié)構(gòu)，從而引起了兩種試驗(yàn)結(jié)果的偏差。從施工的結(jié)果來看，采用靜壓法的試驗(yàn)結(jié)果較符合實(shí)際情況。

2.5 結(jié)論及建議

2.5.1 通過上面的分析可知，在承載比的試驗(yàn)中，采用靜壓法比使用擊實(shí)法具有更多的優(yōu)點(diǎn)，因此，我認(rèn)為在承載比的試驗(yàn)中應(yīng)優(yōu)先選擇靜壓法。

2.5.2 試驗(yàn)后在進(jìn)行材料含水量的測(cè)定時(shí)，由于試件經(jīng)過了四天的浸水，其上、中、下部的含水量相差很大，且呈非線形變化，為保證含水量測(cè)定的準(zhǔn)確性，建議對(duì)試件的上、中、下部分別取材料進(jìn)行測(cè)定，然后取其平均值作為該土樣的含水量測(cè)值。

2.5.3 在試驗(yàn)中測(cè)定了試件浸水后的膨脹量、密度損失量，但此膨脹量與土質(zhì)的自由膨脹率未建立相應(yīng)的關(guān)系，在規(guī)范中也未明確規(guī)定膨脹量、密度損失量的極限值，如果規(guī)范能對(duì)此作出相應(yīng)的規(guī)定，則在路基填料的選擇上將更加有據(jù)可查，對(duì)保證工程質(zhì)量將起到積極的作用。