季凍區(qū)路基土回彈模量與CBR之間關(guān)系的研究

程培峰，姚志英

(東北林業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院，哈爾濱150040)

路基是公路的基礎(chǔ)，路基的質(zhì)量直接影響整個(gè)公路工程質(zhì)量，路基一旦出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題，將使公路出現(xiàn)嚴(yán)重病害。因此，準(zhǔn)確評(píng)價(jià)路基質(zhì)量至關(guān)重要［1］。

我國(guó)現(xiàn)行公路設(shè)計(jì)方法中設(shè)計(jì)參數(shù)選用回彈模量，表示路基土在瞬時(shí)荷載作用下具有的可恢復(fù)變形性質(zhì)。檢驗(yàn)路基土強(qiáng)度則采用現(xiàn)場(chǎng) CBR值，CBR是英文加利福尼亞州承載能力比的縮寫(xiě)，以材料抵抗局部荷載壓入變形的能力表征，并采用高質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)碎石為標(biāo)準(zhǔn)，以他們的相對(duì)比值表示為CBR值。然而，由于路基回彈模量測(cè)定較為困難，因此國(guó)內(nèi)外都曾試圖以路基的承載比CBR值推求路基回彈模量［2］。由于我國(guó)地域廣 闊，路基土的類(lèi)型千差萬(wàn)別，加之實(shí)驗(yàn)條件不同，所以得到的回彈模量與CBR值的關(guān)系也不盡相同，根據(jù)各自的實(shí)測(cè)資料，許多國(guó)家的學(xué)者提出路基回彈模量E0與加州承載比CBR的關(guān)系可以用E0=mCBRn來(lái)表達(dá)，二者的相關(guān)性較好［3-4］，本文就季凍區(qū)路基土回彈模量與CBR兩項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行回歸，得出適合地方使用的關(guān)系式。

1 實(shí)驗(yàn)材料

土的類(lèi)型不同，其回彈模量和CBR會(huì)有很大的差別，根據(jù)我國(guó)公路工程路基土分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)，分別選取了黑龍江省內(nèi)兩種具代表性的土樣——低液限粘土、低液限粉土。通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)，測(cè)得這兩種類(lèi)型土的性質(zhì)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 路基土的性質(zhì)參數(shù)Tab.1 The nature parameters of the subgrade soil

2 試驗(yàn)條件

路基回彈模量和CBR受到土質(zhì)、含水量、壓實(shí)度、測(cè)試方法等諸多因素的影響［5-6］，其中路基土含水量和壓實(shí)度變化對(duì)回彈模量和CBR的影響最為顯著［7］，本文對(duì)季凍區(qū)兩種土樣在不同含水量、壓實(shí)度狀態(tài)下進(jìn)行一系列回彈模量試驗(yàn)和CBR試驗(yàn)，集中揭示季凍區(qū)土基回彈模量與CBR受含水率和壓實(shí)度的影響規(guī)律及回彈模量和CBR之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系。以含水率為12%、15%、18%、21%和24%，壓實(shí)度為90%、93%和96%為控制參數(shù)［8］制備15組不同含水率、壓實(shí)度的試件，每組6個(gè)試件，其含水率和壓實(shí)度完全相同，3個(gè)用來(lái)做回彈模量試驗(yàn)，3個(gè)用來(lái)做室內(nèi)CBR試驗(yàn)，分別取其平均值作為最終試驗(yàn)數(shù)據(jù)，按此方法依次進(jìn)行剩余試件的回彈模量試驗(yàn)和室內(nèi)CBR試驗(yàn)，最后將試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析整理，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和規(guī)律。

3 試驗(yàn)方法

3.1 回彈模量試驗(yàn)

室內(nèi)回彈模量試驗(yàn)按照J(rèn)TG E40-2007《土工試驗(yàn)規(guī)程》［9］T0134-1993方法進(jìn)行，選用儀器為杠桿壓力儀，承載板直徑50 mm，高80 mm，分六級(jí)加載，計(jì)算每級(jí)荷載下的回彈變形l，并繪制單位壓力p與回彈變形l的關(guān)系曲線(xiàn)，計(jì)算每級(jí)荷載下的回彈模量E。每個(gè)試件的回彈模量由p-l曲線(xiàn)上直線(xiàn)段的數(shù)值確定?；貜椖Ａ吭囼?yàn)如圖1所示。

3.2 室內(nèi)CBR試驗(yàn)

室內(nèi)CBR試驗(yàn)按照J(rèn)TG E40-2007《土工試驗(yàn)規(guī)程》T0134-1993方法進(jìn)行。CBR試驗(yàn)試件采用擊實(shí)成型，并將試件與試筒和多孔板儀器放入水槽內(nèi)浸泡4晝夜［10-11］，計(jì)算膨脹量;然后用此試件進(jìn)行貫入試驗(yàn)，貫入桿以1～1.25 mm/min的速度壓入試件，同時(shí)讀記3個(gè)百分表的讀數(shù)，并使貫入量為250×10-2mm時(shí)，有5個(gè)以上的讀數(shù)。計(jì)算貫入量為2.5 mm和5 mm時(shí)的CBR值，一般采用貫入量為2.5 mm時(shí)的承載比，若兩次試驗(yàn)均是貫入量為5 mm時(shí)的承載比大于貫入量為2.5 mm時(shí)的承載比，則采用貫入量為5 mm時(shí)的承載比。室內(nèi)CBR試驗(yàn)如圖2所示。

圖1 回彈模量實(shí)驗(yàn)Fig.1 Rebound modulus experiment

4 試驗(yàn)結(jié)果及分析

不同含水率和壓實(shí)度下路基土回彈模量和CBR的試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 土樣試驗(yàn)結(jié)果Tab.2 The test results of soil samples

4.1 含水率對(duì)路基土回彈模量和CBR的影響

兩種路基土的回彈模量和CBR在壓實(shí)度為96%時(shí)隨含水率的變化曲線(xiàn)如圖3所示。

由圖3可以看出:在含水率達(dá)到一定值之前，回彈模量隨含水率的增大而增大，而當(dāng)含水率超過(guò)這一值之后，回彈模量隨含水率的增大而減小，經(jīng)過(guò)對(duì)比分析，這一特定值一般出現(xiàn)在最佳含水率加2%處左右;由上圖同樣可以看出，回彈模量和CBR在最佳含水率附近隨含水率的變化幅度較大。

4.2 壓實(shí)度對(duì)路基土回彈模量和CBR的影響

兩種路基土的回彈模量和CBR在含水率為15%時(shí)隨壓實(shí)度的變化曲線(xiàn)如圖4所示。

圖3 低液限黏土、低液限粉土E0、CBR與含水率的關(guān)系圖Fig.3 The relationship between E0，CBR and moisture content for low liquid limit clay and low liquid limit silt

圖4 低液限黏土、低液限粉土E0、CBR與壓實(shí)度的關(guān)系圖Fig.4 The relationship between E0，CBR and compaction for low liquid limit clay and low liquid limit silt

由圖4可以看出:壓實(shí)度越大，路基承載力越大，強(qiáng)度越高，回彈模量和CBR越大;反之，壓實(shí)度越小，路基承載力越小，強(qiáng)度越低，回彈模量和CBR越小。

4.3 路基土回彈模量和CBR關(guān)系研究

對(duì)表2中的回彈模量和室內(nèi)CBR試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行擬合［11-12］后，得到回彈模量E0與CBR之間的關(guān)系，如圖5所示，線(xiàn)性回歸方程見(jiàn)表3。

圖5 低液限粘土、低液限粉土E0與CBR關(guān)系圖Fig.5 The relationship between E0and CBR diagram for low liquid limit clay and low liquid limit silt

表3 線(xiàn)性回歸方程Tab.3 A linear regression equation

5 結(jié)論

通過(guò)對(duì)黑龍江省內(nèi)具有代表性的兩種土樣進(jìn)行室內(nèi)回彈模量試驗(yàn)和CBR試驗(yàn)，根據(jù)大量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析可以得出以下結(jié)論:

(1)季凍區(qū)路基土回彈模量與CBR隨含水率的增大呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)，在含水率大約等于最佳含水率加2%時(shí)回彈模量和CBR取得最大值。

(2)季凍區(qū)路基土回彈模量與CBR隨壓實(shí)度的增大而增大。

(3)季凍區(qū)路基土回彈模量與CBR之間關(guān)系:低液限黏土E0=6.73CBR0.73;低液限粉土E0=7.40CBR0.70。本研究成果對(duì)于季凍區(qū)的路基設(shè)計(jì)與施工具有一定的指導(dǎo)作用，研究成果由季凍區(qū)路基土的試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)得出，其關(guān)系式僅適用于季凍區(qū)的黏土及粉土。

［1］程培峰，陳景龍，韓春鵬，等.季凍區(qū)路基土回彈模量影響因素分析［J］.公路，2013，45(10):174-178.

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