CBR試驗(yàn)檢測技術(shù)在公路工程中的應(yīng)用

陸林

摘 要：本文先對CBR試驗(yàn)檢測技術(shù)的影響因素、試驗(yàn)步驟以及原理進(jìn)行分析，并以此為基礎(chǔ)，借助實(shí)際工程，通過分析浸水時間、摻灰量以及摻加石灰改性土等內(nèi)容對CBR值得影響效果，得到結(jié)論如下：擊實(shí)功、含水量以及摻灰量都會對路基壓實(shí)度產(chǎn)生影響;通過摻加石灰可以使黃土路基的穩(wěn)定性和強(qiáng)度得以提高;黃土路基施工過程中，當(dāng)摻灰量不改變的時候，擊實(shí)次數(shù)應(yīng)為70次，當(dāng)擊實(shí)次數(shù)相同時，石灰的摻量應(yīng)為3%。

關(guān)鍵詞：摻灰量;試驗(yàn)檢測;CBR;公路工程

中圖分類號：U416.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

0 引言

在我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的過程中，全國各個地區(qū)的公路覆蓋率也不斷增加。我國的地域遼闊且地形復(fù)雜，最典型的為黃土地區(qū)，在該地區(qū)中，路基填料主要為黃土，在雨水浸潤后，其穩(wěn)定性和強(qiáng)度都會下降。美國材料試驗(yàn)協(xié)會（ASTM）提出了CBR（加州承載比）檢測方式，主要用于對路面基層的承載力進(jìn)行檢測。在國外，對路基土和路面設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)的依據(jù)主要為CBR，而我國的設(shè)計(jì)主要以回彈模量為參考，本文在對路基填料進(jìn)行選擇時，主要以CBR試驗(yàn)和指標(biāo)為依據(jù)。由于CBR技術(shù)具有設(shè)備價(jià)格合理、使用簡單等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用越來越廣泛。

1 CBR的基本原理和試驗(yàn)檢測的主要步驟

1.1 基本原理

在進(jìn)行試驗(yàn)過程中，應(yīng)對最不利的環(huán)境進(jìn)行模擬，在試驗(yàn)前，應(yīng)先將材料在水中浸4d，試驗(yàn)環(huán)境模擬最不利的情況，試驗(yàn)前首先將材料浸水4d。為了對室外路基對天然土基的應(yīng)力進(jìn)行模擬，在實(shí)施貫入試驗(yàn)時，應(yīng)將一個荷載板增設(shè)在試件的頂面處，當(dāng)試件材料強(qiáng)度增加時，荷載會隨之增加，這時CBR值也會增加。

1.2 CBR試驗(yàn)檢測的步驟

1.2.1 準(zhǔn)備試料

在實(shí)施試驗(yàn)前，試驗(yàn)人員應(yīng)先進(jìn)行取樣，CBR試驗(yàn)的結(jié)果主要取決于試樣質(zhì)量，因此在取樣過程中，試驗(yàn)人員應(yīng)以規(guī)范要求為基礎(chǔ)，在對表層土清除之后，選擇一個垂直面，分別在上中下三層，取同等質(zhì)量的土樣。按照規(guī)范要求可知，在試驗(yàn)之前，試驗(yàn)人員應(yīng)使用5 mm的篩孔對土樣進(jìn)行處理，通過對以往的施工試驗(yàn)進(jìn)行分析可知，施工現(xiàn)場的土樣基本都不符合要求，還需進(jìn)行烘干搗碎處理才能通過篩孔。除此之外，施工人員還應(yīng)剔除大于40 mm的土顆粒，并對土顆粒的質(zhì)量進(jìn)行記錄。由于含水量不同土樣強(qiáng)度也不同，因此在試驗(yàn)前一天，試驗(yàn)人員應(yīng)對土樣的含水量進(jìn)行測定，當(dāng)含水量較大時，施工人員對其進(jìn)行風(fēng)干處理。

1.2.2 制備試件

在對試筒進(jìn)行選擇時，應(yīng)以顆粒粒徑為依據(jù)，在底板上放置試筒，并將套環(huán)、濾紙以及墊塊按照相應(yīng)的順序進(jìn)行放置。為了對試件的最大干密度進(jìn)行確定，施工人員應(yīng)對擊實(shí)次數(shù)以及方法進(jìn)行控制。在金屬盤中放置土樣，并使用四分法完成篩分，隨后根據(jù)最佳含水量，對用水量進(jìn)行計(jì)算，并噴灑在試樣上，通常試樣含水量應(yīng)為2%左右。當(dāng)遇到像水泥穩(wěn)定土這種特殊土質(zhì)時，檢測人員應(yīng)先浸濕土再添加水泥實(shí)施攪拌，并按照最佳含水量的標(biāo)準(zhǔn)控制細(xì)粒土含水量，為了減少水分蒸發(fā)，試驗(yàn)人員應(yīng)使用密封塑料袋處理包裹試樣。最后，試驗(yàn)人員應(yīng)在試筒中倒入試料，并整平表面實(shí)施擊實(shí)處理，擊實(shí)第一層土樣后，試驗(yàn)人員應(yīng)對擊實(shí)高度實(shí)施檢驗(yàn)，當(dāng)不符合要求時，應(yīng)對其進(jìn)行調(diào)整，為之后施工奠定基礎(chǔ)。擊實(shí)大試筒后，試樣高度和筒高之差不應(yīng)大于10 mm。當(dāng)其滿足要求時，施工人員應(yīng)將墊塊和套環(huán)取下，再整修試筒的表面，并對試筒和試件的總質(zhì)量進(jìn)行記錄。

1.2.3 對膨脹量進(jìn)行測量

在對素土實(shí)施檢測時，為了使試件結(jié)構(gòu)層壓力和頂面壓力保持一致，可以將5 kg的荷載施加在多孔板上。為了對試件泡水后的膨脹量繼續(xù)測量，施工人員應(yīng)將多孔板和試筒放在干燥的水槽中，拉緊模具并對數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄。向水槽中放水，當(dāng)其超過試件頂部25 mm時，應(yīng)不再注水，并對浸水96 h后的數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄，對膨脹量進(jìn)行計(jì)算。最后，從水槽中取出試件，擦干表面的水后，靜置15 min，將濾紙、底板以及多孔板卸除后對試樣質(zhì)量進(jìn)行稱取，并對濕度變化和試樣密度進(jìn)行計(jì)算。

1.2.4 貫入試驗(yàn)

以規(guī)范要求，按照1 mm/min～1.25 mm/min的速度實(shí)施貫入試驗(yàn)，進(jìn)行試驗(yàn)過程中，應(yīng)將荷載施加再試樣頂部，先將45 N荷載施加在貫入桿上，最后對位移傳感器和測力計(jì)實(shí)施歸零處理。當(dāng)貫入量是2.5 mm時，應(yīng)有5組以上位移和力值讀數(shù)。

1.3 對CBR試驗(yàn)影響因素進(jìn)行分析

分別對表土、山皮土以及碎石土3個類型的土質(zhì)的最大干密度、塑限以及液限等指標(biāo)進(jìn)行檢測，并對CBR值的變化特點(diǎn)進(jìn)行觀察。其特點(diǎn)為：表土主要由淤泥質(zhì)亞粘土組成，其土粒粒徑相對較少，因此其所吸收的水分較多，膨脹量相對較大，CBR值較小;碎石土中幾乎不含黏性土壤，土粒直徑較大，因此其膨脹量相對較小，CBR值較大。

2 工程實(shí)踐

2.1 工程概況

某高速公路在建設(shè)過程中，為了使其路基的穩(wěn)定性和強(qiáng)度進(jìn)一步提高，應(yīng)對其黃土路基實(shí)施改性處理，本文主要使用摻加生石灰的方式進(jìn)行處理，并采用不同的浸水條件、摻灰量和擊實(shí)次數(shù)實(shí)施CBR試驗(yàn)，了解CBR試驗(yàn)結(jié)果與這些因素之間的關(guān)系，本文主要使用重型擊實(shí)法對其進(jìn)行施工。

2.2 摻灰量對壓實(shí)度的影響

為了了解摻灰量、擊實(shí)次數(shù)與路基密實(shí)度之間的關(guān)系，保障其他變量不變，改變擊實(shí)次數(shù)、摻灰量并進(jìn)行試驗(yàn)，對壓實(shí)度進(jìn)行測定，表1為試驗(yàn)結(jié)果。

通過對表1進(jìn)行分析可知：

（1）當(dāng)擊實(shí)次數(shù)相同時，與不摻加石灰相比，摻加石灰會使壓實(shí)度明顯降低，當(dāng)石灰摻量增加時，路基壓實(shí)度會隨之降低。這是因?yàn)閾郊邮液螅瑫裹S土顆粒的凝聚力進(jìn)一步降低，從而使石灰土塑性降低，與此同時，由于石灰會與水發(fā)生水化反應(yīng)，會使黃土顆粒的內(nèi)摩擦力增加，從而使壓實(shí)效果受到影響。

（2）當(dāng)摻灰量不變時，隨著擊實(shí)次數(shù)增加，路基壓實(shí)度也會隨之增加，但是變化量不斷減小。

2.3 浸水時間對CBR的影響

保持擊實(shí)次數(shù)為70次，并將摻加石灰后的黃土試樣放在水中浸泡，浸水時間分別為1d、2d、3d、4d，并對CBR值實(shí)施檢測，表2為其結(jié)果。

對表2進(jìn)行分析可知，由表3 可知，不摻加石灰的黃土水穩(wěn)定性較差，隨著時間增加，其CBR值逐漸降低。不摻加黃土?xí)r，當(dāng)浸水時間為1d時，此時的下降幅度最大。當(dāng)摻加黃土后，隨著浸水時間增加，CBR值先降低后升高。這主要是因?yàn)椋瑩郊狱S土后，灰土間會發(fā)生碳酸化結(jié)晶、固結(jié)反應(yīng)、水膠連接作用和離子交換作用等。

2.4 摻灰量對CBR的影響

當(dāng)浸水時間為4d時，改變摻灰量，并對CBR值實(shí)施檢測，表3為其檢測結(jié)果。

對上表進(jìn)行分析可知，隨著摻灰量增加，CBR值也會逐漸提高，當(dāng)摻灰量為3%時，CBR值最大，再繼續(xù)增加灰量，CBR值則會降低。這是因?yàn)椋业呐蛎浡屎退苄缘认鄬^小，石灰土的密度相對較大，當(dāng)石灰摻量較少時，其可以穩(wěn)定黃土。而隨著石灰摻量提高，黃土中石灰的分散均勻性較差，會使路基強(qiáng)度降低，因此黃土路基中石灰的最佳摻量應(yīng)為3%。

3 結(jié)論

本文主要對CBR試驗(yàn)的步驟及檢測原理實(shí)施分析，并以實(shí)際工程為意圖，對黃土地區(qū)的路基CBR值進(jìn)行分析，主要結(jié)論為：

（1）擊實(shí)功、含水量以及摻灰量都會對路基壓實(shí)度產(chǎn)生影響，為了使路基強(qiáng)度提高，施工人員可對這幾個量進(jìn)行控制。

（2）在浸水時間增加的過程中，路基的CBR值會先減小后增加，由此可知，石灰可以使黃土路基的穩(wěn)定性和強(qiáng)度進(jìn)一步提高。

（3）在黃土路基施工過程中，當(dāng)摻灰量不變時，擊實(shí)70次時，CBR值達(dá)到最大;在擊實(shí)次數(shù)不變時，石灰摻量為3%時，CBR值最大。

參考文獻(xiàn)：

[1]李萍，孔江偉，張玉秀，等.生石灰提高黃土路基CBR值的試驗(yàn)與應(yīng)用[J].蘭州理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2010，36（02）：105-109.

[2]曹海伶.CBR試驗(yàn)檢測技術(shù)在公路工程中的應(yīng)用分析[J].交通世界，2019（13）：72-73.