礦質集料承載比(CBR)試驗荷載板厚度的試驗研究

莫石秀,羅立峰,張先念

(1.廣東省路橋建設發展有限公司,廣州 510623;2 華南理工大學廣州學院,廣州 516139)

0 引言

目前在測定礦質集料承載比(CBR)時，主要是參考T 0134—1993土的承載比(CBR)試驗。該試驗的對象是土，而礦質集料承載比(CBR)試驗的對象為礦質集料。前者經擊實后是一個整體，而后者無法擊實，是散體結構。在進行貫入試驗過程中，隨著貫入桿的壓入，整體的土體變化較為均勻穩定，而礦質集料則由于突然滑移而出現“突變”的現象，因此如何減少“突變”的次數或減輕“突變”對CBR的影響，成為礦質集料承載比(CBR)試驗是否成功的關鍵。分析礦質集料承載比(CBR)試驗過程，減少“突變”或減輕“突變”與試件頂部荷載板的重量有關。目前土的承載比(CBR)的荷載板，其作用與之相當，每塊重1.25kg，厚1cm(本文按厚度區分)。

本文在前期大量試驗的基礎上，結合礦質集料承載比(CBR)試驗，繼承T 0134—1993土的承載比(CBR)試驗的部分做法，就荷載板厚度對礦質集料承載比(CBR)的影響，進行試驗研究與分析[1-5]。

1 試驗研究的技術路線

礦質集料承載比(CBR)試驗只有頂面是活動的，即礦質集料處在一個有下限和側限的容器中。當貫入桿下壓時，集料的側移除擠密以外，大的變形主要靠向上的變形發展來消化，于是荷載板的重要性就凸顯出來，因為荷載板的質量大小決定了變形量的大小，且存在反比的關系，當貫入壓力恒定時，荷載板的質量越大，礦質集料的變形越小，反之亦然。考慮極端情況，假如不允許這個變形，那集料勢必處于一個封閉的不變形的空間內，當貫入桿下壓作用時，只有壓密，變形小，可以預測CBR值將會大大提升；相反如果沒有荷載板則頂面在貫入桿作用時很容易發生變形，或者說會出現“無序”變形，從而導致所測的CBR值變異較大，影響到CBR參數的取用。因此，合適的荷載板質量，會使得礦質集料承載比(CBR)試驗中的向上變形由“無序”變為“有序”，使得所測定的CBR值更加穩定。

本文礦質集料承載比(CBR)試驗方法參見文獻[5]。為使得研究更具普遍性，礦質集料選用了當前我國公路路面工程中較為常用的輝綠巖。荷載板采用0cm、1cm、2cm、3cm、4cm、5cm、6cm、7cm八種厚度，其1cm厚大小及式樣同土的承載比(CBR)荷載板，通過八組試驗分析研究荷載板不同厚度時對CBR穩定性的影響。其它試驗組件同T 0134—1993土的承載比(CBR)試驗和參考文獻[5]。

2 原材料

輝綠巖：廣東河源紫金臨江芙蓉石場生產，物理指標及篩分見表1和表2。

表1 輝綠巖(10～20mm)物理指標

表2 輝綠巖(10～20mm)篩分結果

3 試驗結果及分析

3.1 不同荷載板厚度及不同貫入深度時CBR變化趨勢

不同荷載板厚度及不同貫入深度時CBR變化趨勢見表3及圖1所示。

表3 不同荷載板厚度及不同貫入深度時CBR變化趨勢

圖1 不同荷載板厚度及不同貫入深度時CBR變化趨勢

(1)當荷載板厚度小于5cm時，貫入度為2.5mm和5.0mm時的CBR變化波動趨勢趨同。

(2)當荷載板厚度大于5～6cm時，變化波動趨勢相反。這種波動是否具有規律性，還需進一步考察驗證。

(3)當荷載板厚度大于6cm時，變化一致。其后情況由于數據有限，還需進一步考察驗證。

3.2 不同荷載板厚度及不同貫入深度時變異系數變化趨勢

不同荷載板厚度及不同貫入深度時變異系數變化趨勢見表4及圖2所示。

表4 不同荷載板厚度及不同貫入深度時變異系數變化趨勢

圖2 不同荷載板厚度及不同貫入深度時變異系數變化趨勢

(1)兩者之間的變化趨勢一致，但就數據而言，貫入量為2.5mm時數據的波動性明顯較貫入量為5.0mm時劇烈很多。就已有的兩組數據而言，貫入量為2.5mm時的平均變異系數為24.5%，貫入量為5.0mm時的平均變異系數為17.38%，兩者平均變異系數相差7.12%。

(2)貫入量2.5mm時的變異系數整體比貫入量5.0mm時的大。

(3)兩個貫入量下的變異系數均存在最小值，位于3～5cm之間。就最小值而言，貫入量為5.0mm的變異系數小于貫入量2.5mm時的變異系數，差值在4%左右。

(4)對比兩組數據的平均變異系數，貫入量為5.0mm的平均變異系數遠小于貫入量為2.5mm時的平均變異系數。對比兩組數據變異系數最小值，貫入量為5.0mm時的最小變異系數為6.0%，貫入量為2.5mm時的最小變異系數為10%，由此可以看出，貫入量為5.0mm時試驗的穩定性明顯優于貫入量為2.5mm時的試驗穩定性。

(5)鑒于以上成果，推薦礦質集料承載比(CBR)試驗采用貫入量為5.0mm。

3.3 貫入量為2.5mm時CBR及變異系數隨荷載板厚的變化

貫入量為2.5mm時CBR及變異系數隨荷載板厚的變化見表5及圖3。

表5 貫入量為2.5mm時CBR及變異系數隨荷載板厚的變化

圖3 貫入量為2.5mm時CBR及變異系數隨荷載板厚的變化

(1)CBR和變異系數均起伏較大。CBR2.5的平均值為48.44%，變異系數平均值為24.5%。

(2)變異系數在荷載板厚為3cm時最小，達到10%，與變異系數均值相差14.5%。此點所對應的CBR2.5為41.58%，與CBR2.5的均值相差6.86%，約平均值的14%。

3.4 貫入量為5.0mm時CBR及變異系數隨荷載板厚的變化

貫入量為5.0mm時CBR及變異系數隨荷載板厚的變化見表6及圖4所示。

表6 貫入量為5.0mm時CBR及變異系數隨荷載板厚的變化

圖4 貫入量為5.0mm時CBR及變異系數隨荷載板厚的變化

(1)CBR和變異系數起伏平緩。CBR5.0的平均值為76.59%，變異系數平均值為17.37%。

(2)變異系數在荷載板厚為4cm時最小，達到6%，與變異系數均值相差11.37%。此點所對應的CBR5.0為85.3%，與CBR5.0的均值相差8.71%,約平均值的11.37%。

(3)貫入量為5.0mm時的CBR5.0和變異系數的穩定性均優于貫入量為2.5mm時的。

3.5 不同貫入量2.5mm/5.0mm變異系數隨荷載板厚的變化

不同貫入量2.5mm/5.0mm變異系數隨荷載板厚的變化見表7及圖5所示。

表7 不同貫入量2.5mm/5.0mm變異系數隨荷載板厚的變化

圖5 不同貫入量2.5mm/5.0mm變異系數隨荷載板厚的變化

(1)貫入量為5.0mm時變異系數隨荷載板厚的變化比較平緩，貫入量為2.5mm時變異系數隨荷載板厚度的變化起伏較大。

(2)兩者均存在最小值，位于3～4cm之間。貫入量為2.5mm的變異系數的最小值為10%，貫入量為5.0mm的變異系數的最小值為6%，相差約4%。

4 結論及建議

通過上述試驗研究，可以得出以下結論：

(1)隨著荷載板厚度的變化，CBR及其變異系數隨之變化。

(2)隨著荷載板厚度的變化，貫入量為2.5mm時的CBR和變異系數均相比貫入量為5.0mm時的CBR和變異系數變化起伏較大，可見采用貫入量為5.0mm時的CBR和變異系數較為穩定。

(3)當貫入量為5.0mm，荷載板為3～4cm時，變異系數存在最小值為6%。

土的承載比(CBR)試驗(T 0134—1993)規定的精密度和允許差CV≤12%。本文試驗研究表明：貫入量2.5mm、荷載板為3～4cm和貫入量為5.0mm、荷載板為3～4cm時的變異系數分別為10%和6%，均能滿足CV≤12%的要求。但考慮到貫入量5.0mm時CBR和變異系數較為穩定，建議改進性的集料CBR試驗荷載板采用4cm厚，與原土的承載比(CBR)試驗(T 0134—1993)一致。