級配良好碎石土的壓實度與CBR強度關系研究

蔣玉

摘要：CBR即加州承載比，是評定土基及路面材料承載能力的主要指標之一。雖然CBR值與壓實度都可以用來衡量路基土體的穩定性與強度，但兩者之間的關系一直在探討研究中。通過對文山州某公路路基級配良好碎石土進行試驗，得出級配良好碎石土壓實度與CBR值的正相關性，并提出實際工程中不同級配碎石土其壓實度與CBR強度所存在的參考性結論。

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.

關鍵詞：級配良好碎石土；最優含水率；最大干密度；壓實度；CBR強度

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

中圖分類號：U416.1 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）33-0120-03

0 引言

本次試驗以文山州某公路工程工地試驗作為工程試驗依據，結合之前研究人員對黏土、級配碎石土的壓實度與CBR強度的關系研究[1-2]，從而對公路路基碎石土壓實度與CBR強度的關系進行探討。此次試驗一共取5個試驗區段為試驗點，5個試驗點的試驗名稱分別以A、B、C、D、E來命名。

1 土體試樣性質測試

1.1 各試驗點路基土的級配特點與土樣名稱

根據《公路土工試驗規程JTG E40-2007》[3]試驗分析得出試樣級配參數（表1），A、B、C、D、E，5個試驗點所得出的Cu均大于5，Cc都在1-3之間，結合圖1，5組級配曲線圖可知，5組試樣的級配曲線趨勢比較平緩，說明各粒徑區段含量分布相對良好，再根據土體不同粒組的含量組成，將本次五個試驗點的樣品進行命名（表2），其中A、E兩組為級配良好礫，C、D兩組為含細粒土礫，B組為級配良好砂，綜上可知，五組試驗樣品均為級配良好碎石土。

1.2 液塑限試驗

試驗采用液塑限聯合測定儀來測試土樣的液限和塑限，以確定土的類型，為確保所求液塑限準確，每組確3個平行試樣進行測定，所得液限、塑限以及塑限指數如表3所示。從表中可以看出五組試樣，液限在28～34之間，塑限在19-24之間，所得塑限指數在6～11左右，故可將該土體定名為低液限粉土。

1.3 重型擊實試驗

為了給CBR強度試驗試件的制備提供依據，根據重型擊實試驗得到土體的最大干密度以及對應的最優含水率，根據試驗數據，得出土體干密度與含水率的關系曲線（圖2）。

由于含水率較低時，含水率的增加對土體間起到了一種類似潤滑劑的作用，加大了土粒與土粒間的密實度，隨著水量的繼續增加，過多的水反而使得土粒與土粒相互分離，致使其密實度降低。從而使得土體干密度下降。所以，從圖2可以看出，5組土樣中都表現出土的干密度初期隨著土的含水率的增大而增大，極值點后隨著含水率的增加而減小，中間都存在最大干密度與最優含水率的極值點，結合表4，可知A、B、C、D、E，5組土樣的最優含水率分別為9.1%、10%、9.7%、9.7%、7.7%，其最大干密度分別為2.02g/cm3、1.88g/cm3、1.86g/cm3、1.82g/cm3、2.07g/cm3。E組土樣干密度與含水率的分布曲線最為特殊，最優含水率與最大干密度的關系點在圖中整體偏左，其中最優含水率最小，對應的最大干密度最大。觀察5組土樣，最優含水率與最大干密度并不存在遞增或遞減的關系。

2 CBR強度試驗

2.1 試驗介紹與方法

CBR即加州承載比，是評定土基及路面材料承載能力的指標。根據《公路土工試驗規程（JTG E40-2007）》對土樣CBR進行確定。CBR值通常采用貫入量為2.5mm時的單位壓力與標準碎石壓入相同貫入量時，所得的標準荷載強度的比值，相應計算出貫入量為5mm時的承載比，如果2.5mm時的承載比小于5mm時的承載比，則試驗需重做，若結果仍如此，則采用5mm時的承載比[3]。

根據工程需要，本次試驗設計每種土樣制備了一種干密度，共制9個試件。每層擊數分別為30、50和98次。本次試驗還預定了實際工程中常出現的92%、94%和95%的壓實度。

基本步驟：

①通過篩分試驗與液塑限試驗，對土樣顆粒進行分析，并確定土樣液塑限與名稱（表3）；

②根據重型擊實試驗，求出土樣的最優含水率與最大干密度（表4）；

③制備樣品，將試樣調制成最優含水率后均勻拌和，悶料24h；

④試樣分別以每層30、50、98次3種不同擊實次數，采用三層擊實法進行擊實，從而得到壓實度為92%、94%和95%的試件，每組試樣壓實度各制3個平行試件，每組9個試件；

⑤浸泡96小時后測出試樣膨脹量和吸水量；

⑥進行CBR試驗測定試樣承載比CBR值。

2.2 數據處理與分析

結合試驗結果，繪制出貫入量L與壓力值P的關系曲線，并從P-L關系曲線中讀取貫入量2.5mm與5mm時對應的單位壓力值P2.5（kPa）與P5.0（kPa）的值，通過公式：

通常采用CBR2.5作為CBR強度值，但如果CBR5.0大于CBR2.5，則要重做試驗，若結果仍是一樣，則采用CBR5.0值，最后試驗結果取三組平行試驗的平均值。說明：本次試驗五組試樣CBR5.0均小于CBR2.5，故以下各變量之間的參數分析，均對CBR2.5進行分析。

2.2.1 擊實次數、膨脹量、吸水量、干密度與CBR強度的關系

從表5中可知，五組試樣都呈現出一種關系：試樣中由于擊實次數越多，使得土樣顆粒與顆粒之間的空隙越小，土體越密實。浸泡以后，較為密實的土樣，吸水能力較差，從而導致土樣的膨脹量小；對于干密度來說，因土樣擊打的越密實，導致土樣單位體積的質量越大；對于承載比CBR2.5試驗值的分析可見，與其他四個參數存在很清晰的線性變化關系，即土樣擊實次數越多，其膨脹量越小，吸水量也越小，而土樣干密度與CBR值都相應變大。

2.2.2 壓實度與CBR值的關系

根據圖3可以看出：

5組試樣中，同一種壓實度對應的CBR值差別較大，如92%的壓實度對應CBR的強度范圍為17.4～25.4%，之間的跨度值較大，主要是由于土體的顆粒組成含量不同，不同的級配，使得其具有不同的物理力學性質。

土樣壓實度與CBR值之間存在著很密切的線性關系，壓實度越大，CBR值就越大。并且根據關系曲線中的擬合公式可知，5組土樣擬合系數R2在0.998～0.9999之間，由此說明該公式與原始數據間有著很好的相關性，這與其他學者結論相符合[1、2、4]。

3 結論

①級配良好碎石土中，其擊實次數、膨脹量、吸水量、干密度以及CBR值各參數之間都存在著較好的正相關或負相關的相關性。

②級配良好碎石土的CBR值與壓實度之間存在較為密切的關系，具體表現為CBR強度隨著壓實度的增加而增加，并且具有很高線性關系的擬合度。

③不同級配的土樣，其物理力學性質不同，同一種壓實度對應不同土樣的CBR值也就存在較大的差異，在實際工程中應針對不同土樣通過試驗來確定其具體參數。

參考文獻：

[1]鄧露，李向東.路基土的CBR強度與壓實度關系的試驗研究[J].華中科技大學學報（城市科學版），2005（S1）：109-111，115.

[2]夏得亮，唐建亞，劉運蘭.級配碎石基層的壓實度與CBR強度關系的試驗研究[J].公路工程，2013，38（06）：263-265.

[3]JTG E40—2007，公路土工試驗規程[S].

[4]張新財.探討路基填土CBR值與壓實度、浸水時間的關系[J].北方交通，2008（07）：51-53.