级配良好碎石土的压实度与CBR强度关系研究

2018-10-23蒋玉

价值工程 2018年33期

蒋玉

摘要：CBR即加州承载比，是评定土基及路面材料承载能力的主要指标之一。虽然CBR值与压实度都可以用来衡量路基土体的稳定性与强度，但两者之间的关系一直在探讨研究中。通过对文山州某公路路基级配良好碎石土进行试验，得出级配良好碎石土压实度与CBR值的正相关性，并提出实际工程中不同级配碎石土其压实度与CBR强度所存在的参考性结论。

Abstract： CBR， the California bearing ratio， is one of the main indicators for assessing the bearing capacity of soil and pavement materials. Although the CBR value and compaction can be used to measure the stability and strength of the subgrade soil， the relationship between the two has been explored. Through the test of a good gravel soil in a highway subgrade of Wenshan Prefecture， the positive correlation between the compactness of the graded gravel and the CBR value is obtained， and the reference conclusions between the compactness of the different graded gravel soil in the actual project and CBR strength is proposed.

关键词：级配良好碎石土；最优含水率；最大干密度；压实度；CBR强度

Key words： graded fine gravel soil；optimal moisture content；maximum dry density；compactness；CBR strength

中图分类号：U416.1 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）33-0120-03

0 引言

本次试验以文山州某公路工程工地试验作为工程试验依据，结合之前研究人员对黏土、级配碎石土的压实度与CBR强度的关系研究[1-2]，从而对公路路基碎石土压实度与CBR强度的关系进行探讨。此次试验一共取5个试验区段为试验点，5个试验点的试验名称分别以A、B、C、D、E来命名。

1 土体试样性质测试

1.1 各试验点路基土的级配特点与土样名称

根据《公路土工试验规程JTG E40-2007》[3]试验分析得出试样级配参数（表1），A、B、C、D、E，5个试验点所得出的Cu均大于5，Cc都在1-3之间，结合图1，5组级配曲线图可知，5组试样的级配曲线趋势比较平缓，说明各粒径区段含量分布相对良好，再根据土体不同粒组的含量组成，将本次五个试验点的样品进行命名（表2），其中A、E两组为级配良好砾，C、D两组为含细粒土砾，B组為级配良好砂，综上可知，五组试验样品均为级配良好碎石土。

1.2 液塑限试验

试验采用液塑限联合测定仪来测试土样的液限和塑限，以确定土的类型，为确保所求液塑限准确，每组确3个平行试样进行测定，所得液限、塑限以及塑限指数如表3所示。从表中可以看出五组试样，液限在28～34之间，塑限在19-24之间，所得塑限指数在6～11左右，故可将该土体定名为低液限粉土。

1.3 重型击实试验

为了给CBR强度试验试件的制备提供依据，根据重型击实试验得到土体的最大干密度以及对应的最优含水率，根据试验数据，得出土体干密度与含水率的关系曲线（图2）。

由于含水率较低时，含水率的增加对土体间起到了一种类似润滑剂的作用，加大了土粒与土粒间的密实度，随着水量的继续增加，过多的水反而使得土粒与土粒相互分离，致使其密实度降低。从而使得土体干密度下降。所以，从图2可以看出，5组土样中都表现出土的干密度初期随着土的含水率的增大而增大，极值点后随着含水率的增加而减小，中间都存在最大干密度与最优含水率的极值点，结合表4，可知A、B、C、D、E，5组土样的最优含水率分别为9.1%、10%、9.7%、9.7%、7.7%，其最大干密度分别为2.02g/cm3、1.88g/cm3、1.86g/cm3、1.82g/cm3、2.07g/cm3。E组土样干密度与含水率的分布曲线最为特殊，最优含水率与最大干密度的关系点在图中整体偏左，其中最优含水率最小，对应的最大干密度最大。观察5组土样，最优含水率与最大干密度并不存在递增或递减的关系。

2 CBR强度试验

2.1 试验介绍与方法

CBR即加州承载比，是评定土基及路面材料承载能力的指标。根据《公路土工试验规程（JTG E40-2007）》对土样CBR进行确定。CBR值通常采用贯入量为2.5mm时的单位压力与标准碎石压入相同贯入量时，所得的标准荷载强度的比值，相应计算出贯入量为5mm时的承载比，如果2.5mm时的承载比小于5mm时的承载比，则试验需重做，若结果仍如此，则采用5mm时的承载比[3]。

根据工程需要，本次试验设计每种土样制备了一种干密度，共制9个试件。每层击数分别为30、50和98次。本次试验还预定了实际工程中常出现的92%、94%和95%的压实度。

基本步骤：

①通过筛分试验与液塑限试验，对土样颗粒进行分析，并确定土样液塑限与名称（表3）；

②根据重型击实试验，求出土样的最优含水率与最大干密度（表4）；

③制备样品，将试样调制成最优含水率后均匀拌和，闷料24h；

④试样分别以每层30、50、98次3种不同击实次数，采用三层击实法进行击实，从而得到压实度为92%、94%和95%的试件，每组试样压实度各制3个平行试件，每组9个试件；

⑤浸泡96小时后测出试样膨胀量和吸水量；

⑥进行CBR试验测定试样承载比CBR值。

2.2 数据处理与分析

结合试验结果，绘制出贯入量L与压力值P的关系曲线，并从P-L关系曲线中读取贯入量2.5mm与5mm时对应的单位压力值P2.5（kPa）与P5.0（kPa）的值，通过公式：

通常采用CBR2.5作为CBR强度值，但如果CBR5.0大于CBR2.5，则要重做试验，若结果仍是一样，则采用CBR5.0值，最后试验结果取三组平行试验的平均值。说明：本次试验五组试样CBR5.0均小于CBR2.5，故以下各变量之间的参数分析，均对CBR2.5进行分析。

2.2.1 击实次数、膨胀量、吸水量、干密度与CBR强度的关系

从表5中可知，五组试样都呈现出一种关系：试样中由于击实次数越多，使得土样颗粒与颗粒之间的空隙越小，土体越密实。浸泡以后，较为密实的土样，吸水能力较差，从而导致土样的膨胀量小；对于干密度来说，因土样击打的越密实，导致土样单位体积的质量越大；对于承载比CBR2.5试验值的分析可见，与其他四个参数存在很清晰的线性变化关系，即土样击实次数越多，其膨胀量越小，吸水量也越小，而土样干密度与CBR值都相应变大。

2.2.2 压实度与CBR值的关系

根据图3可以看出：

5组试样中，同一种压实度对应的CBR值差别较大，如92%的压实度对应CBR的强度范围为17.4～25.4%，之间的跨度值较大，主要是由于土体的颗粒组成含量不同，不同的级配，使得其具有不同的物理力学性质。

土样压实度与CBR值之间存在着很密切的线性关系，压实度越大，CBR值就越大。并且根据关系曲线中的拟合公式可知，5组土样拟合系数R2在0.998～0.9999之间，由此说明该公式与原始数据间有着很好的相关性，这与其他学者结论相符合[1、2、4]。

3 结论

①级配良好碎石土中，其击实次数、膨胀量、吸水量、干密度以及CBR值各参数之间都存在着较好的正相关或负相关的相关性。

②级配良好碎石土的CBR值与压实度之间存在较为密切的关系，具体表现为CBR强度随着压实度的增加而增加，并且具有很高线性关系的拟合度。

③不同级配的土样，其物理力学性质不同，同一种压实度对应不同土样的CBR值也就存在较大的差异，在实际工程中应针对不同土样通过试验来确定其具体参数。

参考文献：

[1]邓露，李向东.路基土的CBR强度与压实度关系的试验研究[J].华中科技大学学报（城市科学版），2005（S1）：109-111，115.

[2]夏得亮，唐建亚，刘运兰.级配碎石基层的压实度与CBR强度关系的试验研究[J].公路工程，2013，38（06）：263-265.

[3]JTG E40—2007，公路土工試验规程[S].