CBR試驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)在公路工程路基施工中的應(yīng)用

摘要：簡(jiǎn)要敘述了CBR試驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)的背景和基本原理，詳細(xì)闡述了準(zhǔn)備土樣、試件制作要點(diǎn)、浸水測(cè)試膨脹量、貫入試驗(yàn)等方面的CBR試驗(yàn)檢測(cè)流程。將CBR試驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用于路基工程施工實(shí)例，得出公路工程黃土路基最佳生石灰摻入量，對(duì)CBR試驗(yàn)檢測(cè)常見(jiàn)問(wèn)題提出了處理方法，并提出了應(yīng)用時(shí)的注意事項(xiàng)。

關(guān)鍵詞：公路工程；路基施工；CBR技術(shù)；試驗(yàn)檢測(cè)

0 引言

在公路工程施工階段，路基質(zhì)量檢測(cè)工作十分重要。在公路工程路基質(zhì)量檢測(cè)工作中，要采用各種檢測(cè)技術(shù)、使用各種儀器設(shè)備，方可取得精準(zhǔn)的檢測(cè)數(shù)據(jù)。CBR試驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)主要用于公路工程路基材料承載力的檢測(cè)，是一種科學(xué)、有效的檢測(cè)方法。CBR試驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)的專(zhuān)業(yè)性和實(shí)用性較強(qiáng)，對(duì)技術(shù)人員的要求較高，為確保CBR試驗(yàn)檢測(cè)的準(zhǔn)確性，試驗(yàn)人員不僅要了解和掌握CBR試驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)要點(diǎn)，還要以一種嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度對(duì)待試驗(yàn)和檢測(cè)工作，以免試驗(yàn)數(shù)據(jù)發(fā)生誤差，給公路工程施工帶來(lái)不利影響。

1 CBR試驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)

1.1 CBR試驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)的背景

CBR（California Bearing Ration）即加州承載比，最早由美國(guó)加利福尼亞州公路局提出，主要用于評(píng)定路面材料和路基土的強(qiáng)度指標(biāo)和設(shè)計(jì)參數(shù)。CBR試驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)指的是借助CBR對(duì)公路路基的路面材料和土層強(qiáng)度展開(kāi)評(píng)價(jià)，獲得路面材料和路基土在質(zhì)量上是否達(dá)標(biāo)、是否滿足公路工程需要。

1.2 基本原理

路基材料使用過(guò)程中會(huì)受到不良環(huán)境的影響，導(dǎo)致其功能產(chǎn)生變化。為了通過(guò)試驗(yàn)將路基材料的使用性能模擬出來(lái)，需要將路基材料的試件在水中連續(xù)浸泡96h后做貫入試驗(yàn)。做貫入試驗(yàn)時(shí)，需將荷載板的壓力施加到試件頂面。此時(shí)試件的承載力越大，貫入一定深度所需的承載力越大。CBR值就是試件貫入量達(dá)到一定尺寸時(shí)的單位壓力，與標(biāo)準(zhǔn)路基材料壓入相同貫入量時(shí)標(biāo)準(zhǔn)載荷強(qiáng)度的比值。若試件材料的強(qiáng)度越高，其承載力越大，即CBR值越高[1]。

1.3 作用和意義

CBR試驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)是公路工程施工的關(guān)鍵技術(shù)之一，運(yùn)用該技術(shù)可為路基材料的選擇提供依據(jù)，可持續(xù)提高公路工程質(zhì)量。發(fā)揮CBR試驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，可使檢測(cè)人員找到公路工程存在的質(zhì)量問(wèn)題，做出路基強(qiáng)度的精準(zhǔn)判斷[2]。

公路路基工程通過(guò)運(yùn)用CBR測(cè)試檢測(cè)技術(shù)，可準(zhǔn)確了解路基土質(zhì)、粒徑、含水量等指標(biāo)，提高試驗(yàn)檢測(cè)的有效性。我國(guó)已將CBR檢測(cè)指標(biāo)列入《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTJ 013—1995）和《公路路基施工技術(shù)規(guī)范》（JTJ 033—1995），成為公路路基材料選擇的依據(jù)。

2 CBR試驗(yàn)檢測(cè)流程

2.1 準(zhǔn)備土樣

土樣質(zhì)量關(guān)系到試驗(yàn)結(jié)果，在CBR試驗(yàn)開(kāi)啟之前，要按照相關(guān)規(guī)范完成取樣工作。要按照規(guī)范使用5mm孔篩，對(duì)同一垂直面的3層路基完成取土。根據(jù)以往試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)可知，在施工現(xiàn)場(chǎng)的取樣工作無(wú)法土樣需要，只有把取來(lái)的土樣烘干后才可搗碎過(guò)篩。檢測(cè)人員要將土樣中超出40mm的顆粒清除。

試驗(yàn)開(kāi)展的前一天，應(yīng)測(cè)定土樣的含水量。含水量的不同，會(huì)影響強(qiáng)度檢測(cè)的結(jié)果。若含水量過(guò)多，應(yīng)進(jìn)行風(fēng)干處置。不同土質(zhì)的顆粒大小存在差異，對(duì)土樣的質(zhì)量要求也各不相同。CBR試驗(yàn)對(duì)土樣的質(zhì)量要求如表1所示。

2.2 試件制作要點(diǎn)

在將取來(lái)的土樣制作試件時(shí)，要掌握以下要點(diǎn)：

一是根據(jù)土的顆粒選用合適的試筒，然后將試筒放到底板，依照順序置入墊塊、濾紙以及套環(huán)。

二是采用四分法對(duì)已經(jīng)準(zhǔn)備好的土樣進(jìn)行篩選，然后把土樣放到金屬盤(pán)中，對(duì)其含水量進(jìn)行測(cè)定，最佳的含水量應(yīng)為2％。

三是制作3種試件，試件的干密度要滿足最大數(shù)值要求。使用夯擊法制作試件，每個(gè)試件都要分3層進(jìn)行夯擊，第1、2、3層分別夯擊30次、50次、98次。

四是在制作水泥穩(wěn)定土試件時(shí)，將最佳含水量作為標(biāo)準(zhǔn)控制其含水量，將水泥穩(wěn)定土表面鋪上1層濕布，防止其水分蒸發(fā)。

五是將土樣倒入試筒，清理、平整試筒內(nèi)表層土并擊實(shí)第1層土，合格后分層擊實(shí)第2、3層土。將試件取出，繼續(xù)完成其他試件的制作。

2.3 浸水測(cè)試膨脹量

按照上述方法完成試件制作后，使用百分表讀取并記錄試件數(shù)據(jù)[3]。為保障試件頂面壓力的合理性，可設(shè)置多孔板，并將多孔板和試筒一同放到空水槽中，把模具拉緊。將水注入到水槽當(dāng)中，使水能夠達(dá)到試件的底部和頂部。一般情況下，水槽的水面與試件頂部的距離最好控制在25mm。完成96h浸水試驗(yàn)以后，再次讀取并記錄百分表數(shù)據(jù)，以便掌握試件的膨脹量。將試件表面的積水擦去，等待15min后，測(cè)量試件質(zhì)量。

2.4 試驗(yàn)檢測(cè)儀器設(shè)備

在開(kāi)展CBR試驗(yàn)檢測(cè)工作時(shí)，使用到的儀器設(shè)備中包括測(cè)試裝置、荷載裝置、貫入桿等。其中，荷載裝置為裝有鐵塊或者是集料的載重汽車(chē)，車(chē)輛后軸載重量應(yīng)當(dāng)大于60kN。而測(cè)量裝置是由壓力表、千斤頂?shù)葮?gòu)成，壓力表的量程需要大于土基強(qiáng)度。使用的貫入桿為金屬圓柱體，長(zhǎng)度為200mm、直徑為50mm。除了上述設(shè)備，還有直尺以及天平等。

2.5 貫入試驗(yàn)流程

目前我國(guó)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，試件壓入的速率為1.0～

1.25mm/min，對(duì)貫入桿施加的壓力不可超過(guò)50N。對(duì)試件的貫入試驗(yàn)流程如下：首先，將經(jīng)泡水試驗(yàn)滿足標(biāo)準(zhǔn)要求的試件放入路面材料強(qiáng)度測(cè)試臺(tái)，并在貫入桿四周放置不超過(guò)4塊的荷載板；其次，將貫入桿與試件頂面充分接觸并少許加壓，將百分表的指針調(diào)整到零位；再次，將45N荷載施加給貫入桿，并以1.00～1.25mm/min的速率壓入試件；最后，讀取百分表數(shù)據(jù)并記錄試件的貫入量。

3 CBR試驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用

3.1 工程概況

我國(guó)西南地區(qū)某公路工程的路基土為黃土，不符合技術(shù)要求。經(jīng)過(guò)全方位勘測(cè)和分析，決定使用摻加生石灰的方式和采用CBR試驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)改進(jìn)路基土質(zhì)，以保證該工程路基的強(qiáng)度和穩(wěn)定性[4]。為此，須對(duì)路基土摻加生石灰的摻入量、夯擊次數(shù)、浸水條件等進(jìn)行CBR試驗(yàn)檢測(cè)。

3.2 CBR試驗(yàn)檢測(cè)

3.2.1 試驗(yàn)檢測(cè)方法

該工程路基土的生石灰摻入量，分別按照1.2％、2.4％、3.6％、4.8％的比例進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和檢測(cè)。采用重型夯擊法，對(duì)試件分3層擊實(shí)，每層的夯擊次數(shù)依次為25次、45次、65次、100次。然后將試件分為浸水與不浸水2種，分別進(jìn)行CBR試驗(yàn)和檢測(cè)。

3.2.2 試件浸水時(shí)間和摻灰量試驗(yàn)檢測(cè)

路基土試件分別摻入0%、1.2％、2.4％、3.6％、4.8％的生石灰，在水中分別浸泡0min、50min、100min、150min、200min，對(duì)每個(gè)試件夯擊65次后，檢測(cè)上述試件的CBR數(shù)值并進(jìn)行記錄。試件浸水時(shí)間和摻灰量與CBR值的關(guān)系如表2所示。

由表2可知，路基土中沒(méi)有摻入生石灰時(shí)，CBR值會(huì)伴隨著浸水時(shí)間的增加而變??；浸水時(shí)間為50min時(shí)，CBR值降低幅度最大，然后會(huì)迅速減少。路基土摻入生石灰以后，CBR值會(huì)展現(xiàn)出不同的變化，但是總趨勢(shì)是伴隨浸水時(shí)間的增加，CBR值不斷提升，其原因是灰土出現(xiàn)了離子交換、固結(jié)反應(yīng)等。

3.2.3 試件夯擊次數(shù)和摻灰量試驗(yàn)檢測(cè)

路基土試件分別摻入0%、1.2％、2.4％、3.6％、4.8％生石灰，每個(gè)試件在水中浸泡200min，對(duì)試件分別夯擊25次、45次、65次、100次后，檢測(cè)上述試件的CBR數(shù)值并進(jìn)行記錄。試件夯擊次數(shù)和摻灰量與CBR值的關(guān)系如表3所示。

由表3可知，相同的擊實(shí)次數(shù)，CBR值會(huì)伴隨著摻灰量的增加而增加，但是摻灰量的數(shù)值達(dá)到3.6％時(shí)，CBR值最大，然后隨著摻灰量提高，CBR值會(huì)降低。分析認(rèn)為，較少的灰摻量可發(fā)揮石灰的塑性和膨脹效應(yīng)，由此提高路基土的密度，起到穩(wěn)固路基土的作用；隨著摻灰量的增加，路基土中生石灰分散的均勻性降低，使得路基土的強(qiáng)度降低。綜上所述，公路工程黃土路基最佳的生石灰摻入量為3.6％。

4 CBR試驗(yàn)檢測(cè)常見(jiàn)問(wèn)題

4.1 試件無(wú)法反映路基土真正承載力

在進(jìn)行夯擊試驗(yàn)時(shí)，通常會(huì)使用標(biāo)準(zhǔn)夯擊法。但是該方法計(jì)算出的含水量不準(zhǔn)確，制作的試件無(wú)法反映路基土的真正承載力。其原因是未能篩出大顆粒土，或者沒(méi)有計(jì)算出超粒徑顆粒的百分含量。處理措施：在進(jìn)行擊實(shí)試驗(yàn)之前，根據(jù)試驗(yàn)要求篩出大顆粒土，并確定土樣的類(lèi)型和性質(zhì)。

4.2 計(jì)量貫入量百分表讀數(shù)出現(xiàn)偏差

在實(shí)施CBR貫入試驗(yàn)時(shí)，計(jì)量貫入量的百分表讀數(shù)常出現(xiàn)偏差，造成取值的準(zhǔn)確性受到影響。其原因是試驗(yàn)設(shè)備未能處于水平狀態(tài)，受到重力的影響，使得底座與貫入桿珠未緊密接觸。處理措施：安裝試驗(yàn)設(shè)備時(shí)，要保證其處于水平狀態(tài)?？稍谠囼?yàn)之前使用水平尺，將試驗(yàn)設(shè)備調(diào)平后使用[5]。

4.3 計(jì)算方法不合理

CBR試驗(yàn)過(guò)程中，有的試驗(yàn)檢測(cè)人員使用的計(jì)算方法不合理。處理措施：注重相關(guān)計(jì)算方法的學(xué)習(xí)和合理使用，常用的計(jì)算方法有校正系數(shù)法、最小二乘法等，以此保障獲得精準(zhǔn)的使用檢測(cè)數(shù)據(jù)。

5 &nbs41Cu2ZemfH40QiDy7qUT7A==p;應(yīng)用CBR技術(shù)的注意事項(xiàng)

CBR試驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)對(duì)操作時(shí)間的要求比較嚴(yán)格，且操作過(guò)程中作業(yè)強(qiáng)度大，容易受到多種因素的影響，可造成檢測(cè)階段出現(xiàn)技術(shù)或者是方法上的失誤，降低檢測(cè)的成功率。根據(jù)有關(guān)的數(shù)據(jù)得知，一次性成功的CBR試驗(yàn)幾乎無(wú)法達(dá)到35％，即便進(jìn)行二次試驗(yàn)，成功率也難以達(dá)到65％。反復(fù)的試驗(yàn)操作會(huì)延長(zhǎng)了CBR試驗(yàn)的周期，影響施工進(jìn)度，因此在CBR試驗(yàn)檢測(cè)期間，應(yīng)注意以下事項(xiàng)：

一是參加CBR試驗(yàn)檢測(cè)的技術(shù)人員，應(yīng)當(dāng)具備多年的工作經(jīng)驗(yàn)，要依照ASTM D1883（實(shí)驗(yàn)室壓實(shí)土壤的加州承載比標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試方法）的規(guī)定和ASTM D3740（工程設(shè)計(jì)及建筑中使用的土壤和巖石在試驗(yàn)和/或檢查中所用試劑最低要求的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施規(guī)程）的條款，完成CBR試驗(yàn)檢測(cè)工作。

二是得到CBR試驗(yàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)以后，要設(shè)計(jì)出科學(xué)的數(shù)值，然后使用統(tǒng)計(jì)分析方法以及先進(jìn)的概念，確定好強(qiáng)度值，但是設(shè)計(jì)時(shí)不可采用取平均值的方式。

三是對(duì)于相關(guān)的工作人員要了解，當(dāng)路基的土壤CBR值未能達(dá)成3％之后，應(yīng)判定為不良土壤材料。

四是為了滿足施工規(guī)范和設(shè)計(jì)圖紙要求，在開(kāi)展CBR試驗(yàn)檢測(cè)的夯實(shí)試驗(yàn)過(guò)程中，所使用的夯打機(jī)具應(yīng)保持一致性。

6 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，CBR試驗(yàn)檢測(cè)工作有復(fù)雜、系統(tǒng)化的特點(diǎn)，其中包含的技術(shù)要點(diǎn)眾多。如果某一試驗(yàn)檢測(cè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問(wèn)題，都會(huì)影響試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。為防止上述情況的出現(xiàn)，檢測(cè)人員要了解和掌握CBR試驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)及其要點(diǎn)，合理使用相關(guān)技術(shù)和設(shè)備，以此保障試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性，為公路工程提供可靠、精準(zhǔn)的試驗(yàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)。

參考文獻(xiàn)

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