承載比(CBR)是評定路基土和路面材料的強度指標(biāo)。承載比試驗在土工試驗中是一個重要而且相對復(fù)雜的試驗。CBR值的確定對于公路工程的路基路面設(shè)計及施工都有非常重要的意義。
1.CBR又稱加州承載比,是CaliforniaBearing Ratio的縮寫,由美國加利福尼亞公路局首先提出來,用于評定路基土和路面材料的強度指標(biāo)。在國外多采用CBR作為路面材料和路基土的設(shè)計參數(shù)。我國以前路基路面的設(shè)計規(guī)范中,對路面、路基的設(shè)計參數(shù)主要采用回彈模量指標(biāo),近年來,參考了國內(nèi)外的實際情況,將CBR指標(biāo)列入《公路路基設(shè)計規(guī)范》(JTJ 013—95)和《公路路基施工技術(shù)規(guī)范》(JTJ 033—95),作為路基填料選擇的依據(jù)。因此CBR值的確定對于公路工程的路基路面設(shè)計及施工都有著非常重要的意義。
2.CBR值室內(nèi)試驗過程簡介
2.1CBR定義
所謂CBR值就是試料貫入量達到2.5mm或5mm時的單位壓力與標(biāo)準(zhǔn)碎石壓入相同貫入量時的標(biāo)準(zhǔn)荷載(7MPa或l0.5MPa)的比值,用百分?jǐn)?shù)來表示。
2.2 室內(nèi)CBR值試驗原理
試驗時,按路基施工時的*含水量及壓實度要求在試筒內(nèi)制備試件。為了模擬材料在使用過程中的zui不利狀態(tài),加載前飽水四晝夜。在浸水過程中及貫入試驗時,在試件頂面施加荷載板。以模擬路面結(jié)構(gòu)對土基的附加應(yīng)力。需要注意的是,貫入試驗中,材料的承載能力越高,對其壓入一定貫入深度所需施加的荷載越大。
2.3 試驗技術(shù)要求
試驗的技術(shù)要求有如下幾點:
a)備料,試驗采用風(fēng)干試料,按四分法取樣,一次備足擊實CBR試驗所需試樣:
b)通過擊實試驗,求解試料的zui大干密度和*含水量;
C)按擊實所得*含水量制備CBR試件;
d)試件頂面加承載板浸水四晝夜;
e)做貫入試驗,加荷使貫入桿以lmm/min~1.25mm/min的速度壓入試件,記錄不同的貫入量及相應(yīng)的荷載,總貫入量應(yīng)超過7mm;
f)繪制單位壓力p與貫入量L間的關(guān)系曲線,必要時進行原點修正;
g)從P—L關(guān)系曲線上讀取貫人量為2.5mm及 5mm時的單位壓力P2.5 (MPa)、P5(MPa),則 CBR2.5= P2.5/7*100%,CBR5= P5/105*100% ,一般采用CBR2.5 值作為材料承載比,如CBR5 > CBR2.5,則試驗重做;如果結(jié)果仍然如此,則采用 CBR5 值作為材料承載比。
關(guān)于CBR值室內(nèi)試驗的詳細步驟及具體要求可參見《公路土工試驗規(guī)程》(JTJ 051—93)中的“承載比(CBR)試驗(T0134—93)”。較大尺寸的土顆粒會對貫入試驗的結(jié)果有一定的影響。
3.CBR試驗的幾點體會
3.1 試樣的制取應(yīng)有代表性并盡量與施工實際相符《公路土工試驗規(guī)程》(JTJ 051—93)中的“承載比(CBR)試驗(T0134—93)”18.0.1.2中規(guī)定:“試樣的zui大粒徑宜控制在25mm以內(nèi).zui大不得超過38mm”。而在18.0.3中又有以下規(guī)定:“將具有代表性的風(fēng)干試料用木碾搗碎.但應(yīng)盡量注意不使土或粒料的單個顆粒破碎。土團均應(yīng)搗碎到通過5mm的篩孔”。對于以上的這些規(guī)定,容易讓人混淆:既然要過5mm的篩孔,何必要規(guī)定宜控制在25mm以內(nèi),zui大不得超過38mm呢?實際工作中,到底應(yīng)過怎樣的篩才能保證試樣的代表性呢?筆者認(rèn)為,應(yīng)該視材料的具體情況而定。河北省虹宇儀器設(shè)備有限公司首要一點是,不使土的單個顆粒破碎。對于細粒土,應(yīng)按要求過5mm的篩孔,這樣就會使土在取樣拌和時更加均勻。而對于一些含有較大尺寸的土或粒料就要過38mm的篩.超尺寸部分大于5%則進行結(jié)果修正。CBR試驗規(guī)程中雖然允許25mm~38mm直徑的土顆粒存在,但這種尺寸的土顆粒會對貫入試驗的結(jié)果有一定的影響。因此,建議如果試樣中25mm~38mm直徑的土顆??偭吭?%以下時,應(yīng)將其剔除。這樣既考慮了土顆粒對貫入試驗的影響,又能保證試驗與施工實際相*.擊實試驗與CBR試驗試樣的制取也比較統(tǒng)
3.2 做好擊實試驗是CBR試驗中非常關(guān)鍵的一步
準(zhǔn)確地求出土的zui大干密度和*含水量是做CBR試驗的前提和基礎(chǔ),也是整個試驗中非常關(guān)鍵的一步。一旦擊實試驗的結(jié)果出現(xiàn)較大誤差,將直接影響CBR試驗結(jié)果的準(zhǔn)確性,更甚則會導(dǎo)致CBR試驗無法進行。在我站的委托試驗中,委托編號為2005265的CBR試驗就曾出現(xiàn)過以下情況:由某委托單位(施工單位)自行提供的擊實結(jié)果來進行CBR試驗,河北省虹宇儀器設(shè)備有限公司當(dāng)我們試驗室根據(jù)其提供的*含水量悶料后,憑經(jīng)驗發(fā)現(xiàn)土的含水量狀態(tài)與*含水量狀態(tài)有較大偏差。而且在試件成型時,采用96%的壓實度,又出現(xiàn)壓實非常困難的情況。對于正常的試驗來說是很少出現(xiàn)這種情況的,這已經(jīng)在一定程度上證明了該單位提供的*含水量結(jié)果存在較大誤差。結(jié)果,在試件浸水1d后就發(fā)現(xiàn)測量膨脹量的百分表已經(jīng)被土體的膨脹力頂過了極限,CBR值也相當(dāng)?shù)?,僅為3.5%。該種情況的土水穩(wěn)性太差,是不能用作路基填料的。施工單位應(yīng)根據(jù)試驗結(jié)果換土。但事實上,該土的CBR試驗結(jié)果*是由于擊實試驗的結(jié)果不準(zhǔn)確而導(dǎo)致的,所以在進行擊實試驗時一定要格外注意。
3.3 土樣制備中應(yīng)注意的問題
3.3.1 用*含水量進行CBR土樣制備時,用干土法,因為濕土法也要先風(fēng)干土,再取樣測定土的天然含水量,這樣相對干土法的制備多了一步工序,在一定程度上增加了人為誤差。
3.3.2 如果試驗室沒有控制濕度和溫度的條件,要視室內(nèi)的空氣濕度和溫度的情況,如果在溫度很高或者是空氣很干燥的情況下,應(yīng)在悶料的場地周圍進行灑水降溫和增加空氣濕度,不要開風(fēng)扇。而如果是在春天或空氣非常潮濕的情況下,應(yīng)用布擦干器具表面的水珠。
3.3.3 悶料前應(yīng)將悶土的工具先潤濕,避免工具在拌土的過程中帶走應(yīng)加的水分,但應(yīng)掌握好潤濕工具的程度,既不能太濕也不能太干,拌和時用噴霧灑水器,使水分均勻地噴灑在土的表面(對于粘性土尤為重要),從而保證所拌和的土樣水分均勻且不成團。同時應(yīng)掌握好拌和時問,并注意切勿使水分在拌和的過程中散失,確保同組試件含水量的偏差在允許的范圍內(nèi)。
3.4CBR試驗的讀數(shù)
進行貫入試驗時,一般用百分表顯示數(shù)據(jù)。為了使精確度更高,可采用位移傳感器。貫人速度應(yīng)控制為1mm/min~1.25mm/min。為使貫人量為250*10 -2mm時能有5個以上的讀數(shù),測力計內(nèi)的*個讀數(shù)應(yīng)為貫入量30*10-2mm左右。由于不同土樣的CBR值不一樣,測力的百分表達到的幾個定值需要在讀取時臨時決定,試驗員要在試驗中多積累經(jīng)驗。試驗中若出現(xiàn)兩個貫人量百分表的示值不*的情況,應(yīng)分別讀取并取其平均值。如果兩個值偏差比較大則應(yīng)予注明,并查看是否由于灌入桿與試件不垂直造成,以便在數(shù)據(jù)分析時進行考慮。
3.5 原點修正的問題
CBR圖規(guī)定以單位壓力助橫坐標(biāo),貫人量為縱坐標(biāo),繪制P-L關(guān)系曲線。當(dāng)貫人曲線起點處的凹向與主體曲線相反時要進行修正,修正的方法是在變曲率點引一切線與縱坐標(biāo)交于O/點,并以O(shè)/為坐標(biāo)系的原點。要注意的是,原點改變以后,單位壓力應(yīng)平移到新原點(如圖1所示),壓力應(yīng)隨著平移后的原點變化。然而一般試驗員在進行試驗時容易忽略這一點。
4. 關(guān)于CBR試驗的探討
現(xiàn)行的《公路土工試驗規(guī)程》(JTJ 051—93)有關(guān)“承載比(CBR)試驗(T 0134—93)”一節(jié)中所規(guī)定的一些條款不夠具體,在實際試驗中經(jīng)過多次反復(fù)的操作,證明有些規(guī)定是值得探討的。
4.1 儀器設(shè)備方面
規(guī)程第18.0.2.5一節(jié)中規(guī)定:“路面材料強度儀或其他荷載裝置:能量不小于50kN,能調(diào)節(jié)貫入速度至每分鐘貫人lmm,可采用測力計式.. ”;第l8.0.4.7(3)一節(jié)中規(guī)定“.. 注意使貫人量達到250x10-2mm時.能有5個以上的讀數(shù)..”。而在實際試驗中.當(dāng)參照規(guī)范用50kN的測力計進行試驗時.貫入量到250*10-2mm時,測力環(huán)的指針一點反應(yīng)都沒有,我們依次用30kN、10kN的測力環(huán)進行試驗而結(jié)果都一樣,直至換上7.5kN的測力環(huán),才能正常試驗。究其原因有以下幾點:a)由于規(guī)程所規(guī)定用能量不小于50kN的測力環(huán)裝置.考慮的可能是路面材料所達到的承載力較大所致;b)由于路基材料大多數(shù)是土,而土體本身承載力相對較小,故用大量程的測力環(huán)在壓力過小時無法顯示。因此,在路基土的CBR試驗中用7.5kN的測力環(huán)進行試驗是比較合適的。
4.2 試驗步驟方面
規(guī)程的第18.0.4.4一節(jié)中規(guī)定,用三層法或五層法的擊實試驗來進行試樣的制件,而沒有指出其他制件方法。在實際試驗中,用擊實法制件,很難在控制試件高度的同時,還要達到路基對壓實度的要求。因為施工中路基的壓實度是不可能達到100%的,且在《公路工程質(zhì)量評定標(biāo)準(zhǔn)》中,對路基壓實度根據(jù)公路等級、填、挖方及路基深度等有不同程度的規(guī)定。河北省虹宇儀器設(shè)備有限公司CBR試驗中應(yīng)該按土方路基中各層要求的壓實度進行制件。那么在CBR試樣的制件時,建議采用靜壓法。引用的原則是根據(jù)《無機結(jié)合料的試驗規(guī)程》(JTJ 057—94)中的規(guī)定,對無側(cè)限抗壓試驗的制件要求用靜壓法。該方法成型的準(zhǔn)確度達98%以上,在操作上比擊實法更簡單、方便、快捷,水分不易損失,壓實度的要求容易控制。所以,實際操作中還是靜壓法比較*,且不與試驗原理相違背。
4.3 堆積中有個別規(guī)定不明確
規(guī)程的18.0.4.6中第(3)點要求:“……槽內(nèi)水面應(yīng)保持在試件頂面以上大約25mm..”。這從字面上理解有兩種意思:a)試件中土樣表面的頂面,離水面的高度應(yīng)保持在大約25mm以上:b)試件加了承載板以后試筒的頂面,離水面的高度應(yīng)保持在大約25mm以上。*種理解使規(guī)程中的這項要求毫無意義,因為水面連承載板頂面都沒有浸過。對試件的吸水膨脹會有很大影響,故第二種理解才有道理,因為這個高度的規(guī)定是從水壓力對土吸入水分后會產(chǎn)生一定的影響所考慮的。
承載比CBR試驗裝置相關(guān) 路面試驗儀器經(jīng)典展示:
LFG-K型EVD動態(tài)模量測定儀,PDJ-S型EV2靜態(tài)模量測定儀,LMBP-1路面平整度測定儀,CBR-1型承載比試驗儀,CBR試驗附件,野外承載板測定儀,TLD-127路面材料強度試驗儀,JM-II型加速磨光機,MH-II自動數(shù)顯擱板式磨耗試驗機,路面彎沉儀3.6米,路面彎沉儀5.4米,路面構(gòu)造深度儀STGZ-2型,LD-138型電動鋪砂儀,路面滲水儀HDSS-2型,高鐵滲水儀(灌入法測定儀),SDY-2205型靜態(tài)電阻應(yīng)變儀,BM-1擺式摩擦系數(shù)測定儀,BM-II新標(biāo)準(zhǔn)擺式摩擦,錨桿拉力計15KN型,錨桿拉力計20KN型,錨桿拉力計30KN型
路面試驗儀器縱觀歷史,剖析現(xiàn)狀,展望未來,為了建全健康、合理、有序的儀器市場,在科技突破的浪花中,真正找到屬于自己的一片藍海。讓儀器與您攜手搭建雙贏平臺