论文部分内容阅读
【摘 要】本文介绍公路工程中室内CBR试验方法，分析《公路土工试验规程》（JTG E40-2007）中CBR试验步骤的模糊概念及控制要点，总结经验。本文是作者个人对规程的理解和施工过程中的经验总结。如有错误，望大家指正。
【关键词】公路工程；CBR试验；压实度；量力环校正系数；预定贯入量
一、CBR简介
CBR又称加州承载比，是California Beating Ratio的缩写，由美国加利福尼亚州公路局首先提出来，用于评定路基土和路面材料的强度指标。所谓CBR值，是指试料贯入量达2.5mm时，单位压力对标准碎石压入相同贯入量时标准荷载强度的比值。随着公路工程的不断发展，我国已将CBR指标列入《公路路基设计规范》、《公路路基施工技术规范》和《公路沥青路面设计规范》，作为路基填料的选择依据。
二、CBR试验的组成以及需要注意的问题
CBR试验主要由四个试验组成，分别是：土的击实试验，膨胀量试验，吸水量试验和贯入试验，下面将对这四个试验以及试验相关分别阐述个人观点和经验。
（一）备料和土的击实试验
关于备料，《公路土工试验规程》（T 0134-1993）中有几个要求就很容易让人混淆：
1、试样的最大粒径宜控制在20mm以内.最大不得超过40mm且含量不超过5%。
2、将具有代表性的风干试料用木碾捣碎.但应尽量注意不使土或粒料的单个颗粒破碎。土团均应捣碎到通过5mm的筛孔。
3、采取有代表性的试料50Kg，用40mm筛筛除大于40mm的颗粒，并记录超尺寸颗粒的百分数。
4、将试料按表T0134中Ⅱ-2规定的层数和每层击数进行击实，求试料的最大干密度和最佳含水率（也就是要求用重型大筒做击实）。很多试验人员在锤土后就干脆直接取5mm以下的土来做试验，其实这是不准确的。这里面有两个词要区分开来，一个是“单个颗粒”，一个是“土团”。单个颗粒在我们锤土的时候不能人为的硬性把它击碎，如砾粒、砂砾和不易击碎的硬土粒。而土团就必须要捣碎到通过5mm筛。所以这里就要结合土的筛分试验来选择，如果是细粒土中的粉质土或细砂土捣碎后可以直接过5mm筛，这样就会使土在取样拌和时更加均匀。而对于一些含有较大尺寸的土或粒料就要过40mm的筛。当40mm以上和20mm-40mm之间的合含量不大或者不超过总质量5%时可以直接过20mm筛。
5、将以过筛的试料按四分法取出约25Kg，再用四分法将取出的试料分成4份，每份质量6Kg，供击实试验和制试件之用。显然这点土是不够做击实试验和制CBR试件用的。首先说击实试验，《规程》已经规定要用大筒做击实，而且击实是需要做平行试验的，闷一个料要6Kg左右，两次击实至少要闷十个料，所以仅算击实就需要60Kg土样左右。再加上CBR制件需要闷九个料（《规程》上讲的只闷三个），就要54Kg土样。前后加起来至少需要114Kg土样。所以规程上说的是有误的。
《公路土工试验规程》中还有这样一句话“将其余3份试料，按最佳含水率制备3个试件”。也就是说书中只做一种干密度试件。下面又备注了一句：“需要时，可制备三种干密度试件。如每种干密度试件制3个，则共制9个试件，每层击实数分别为30、50和98次，使试件的干密度从低于95%到等于100%的最大干密度”。对于这两句话我个人认为不是“需要时”而是“必须”。只要是做CBR试件就必须制9个试件，分别击实得出三种不同的干密度。依据《公路路基施工技术规范》对路基填料最小强度和最大粒径要求可知，CBR规定值是根据不同的路基填筑部位来规定的，相关规定见下表：
为什么我要说必须制9个试件呢？因为我们通过三种不同的击实数（30、50、98击），可以得出三种不同的干密度，也就是可以得出三种压实度，而且是递增的，30击的最小，50击稍大，98击的最大约接近100%压实度。而这三种压实度也对应着不同大小的CBR值，也是由小到最大递增。那么可以说压实度越大CBR值越大，这两者之间存在的线性关系。我们以CBR值为横坐标，压实度为纵坐标，就可以得出一条曲线，从中就能找出不同压实度对应的CBR值。而每一种击实数对应的CBR值需要三个平行试验来取值，那么一共就需要9个试件。
由上面两个表中的规定可知，上路堤和下路堤要求的压实度分别是大于94%和大于93%。在施工过程中这两个部位的压实度基本都是刚刚够，所以它们对应的CBR值不是最大的。就算是到了路床部分也达不到100%压实度。可以得出结论：一种土的CBR值符不符合规范要求是要根据实际压实度或压实度标准来判断。还有一点就是如果98击的CBR值小于“表一”中某个施工部位的要求那么这种土的CBR肯定是不合格的，如果98击的CBR值大于“表一”中某个施工部位的要求，也不一定是合格的，还要根据压实度来选择。综上所述，制作9个试件3种不同干密度试件是有必要的。也同时反映了土的击实试验求最大干密度和最佳含水率的重要性。最大干密度和最佳含水率不准确将直接导致压实度和CBR不准确。
（二）膨胀量试验和吸水量试验
主要注意几点：
1、百分表安放要牢固且反应灵敏、准确
2、试件的存放位置不能有震动的环境。
3、水槽内的水面应保持在试件顶面以上约25mm。
4、泡水结束后，从水槽中取出试件，倒出试件顶面的水，静置15min，让其水排出，然后卸去附加荷载和多孔板、底板和滤纸，并称量。
（三）贯入量试验及需要注意的问题
关于最后的贯入量试验，首先先来说说量力环的选择。量力环的规格有很多，我们做CBR一般用7.5KN、30KN和60KN的量力环，根据不同的试料选择不同力值的量力环 。一般素土7.5KN的量力环就可以了，灰土或者其他高强度试料就要选择力值较大的量力环。 《公路土工试验规程》用了三句话就叙述的贯入试验的步骤，在这里我要加一步以及对其中三步提出自己的看法。《规程》中的试验步骤是：1、将泡水试验终了的试件放到路面材料强度试验仪的升降台上，调整偏球座，对准、整平并使贯入杆与试件顶面全面接触，在贯入杆周围放置4块荷载板。2、先在贯入杆上施加45N荷载，然后将测力和测变形的百分表指针均调整至整数，并记读起始读书。3、加荷使贯入杆以1～1.25mm/min的速度压入试件，同时测记三个百分表的读数。记录测力计内百分表某些整读数（如20、40、60）时的贯入量，并注意使贯入量为250×10-2mm时，能有5个以上的读数。因此，测力计内的第一个读数应该是贯入量30×10-2mm左右。
第一步没啥好说的，注意好两点就行：使贯入杆与试件顶面全面接触和在贯入杆周围放置4块荷载板。
第二步之前就要加一步了，因为预加45N荷载需要换算成量力环上百分表的读数。那么我们就需要得出量力环百分表读数与力值的线性回归方程。方法是“最小二乘法”和“Excel里面的散点图”，而最小二乘法比较麻烦，我们就用Excel里面的散点图得出自变量（量力环百分表读数）和应变量（力值）的二元一次方程，即y=ax+b。这里就要注意了，量力环百分表读数的单位和力值的单位一定要结合贯入杆面积的单位使最后换算出来的强度单位为Kpa或者Mpa。举个例子来说吧，这里有一组7.5KN量力环的标定数据如下
用调过的数据回归出来的方程y=ax+b，那么a的单位就是KN/0.01mm，b的单位就是KN。再把贯入杆面积单位换算成㎡，那么最后算出的强度单位就是KN/㎡，即Kpa.
对于第三步，我想引入一个名词“预定贯入量”，所谓预定贯入量，就是在我们测贯入深度的两个百分表中预定一连串的贯入量，当指针转到预定的那个数时，同时记录另外一块百分表和量力环百分表的读数。这样既可以保证测力计内的第一个读数应该是贯入量30×10-2mm左右，又可以保证贯入量为250×10-2mm时，能有5个以上的读数。比如我们预定左表的预定贯入量读数为30、50、100、150、200、250、300、350、400、450、500、550等，以左表为基准，读另外两表的数。而规程中则是以量力环百分表整读数为基准，再读另外两个百分表的读数，这种读法很难把握，如当试料强度值很小的时候，或测30击试件CBR的时候，会导致CBR图出不来，或多读数，或少读数。
三、总结
1、备料之前通过筛分试验和液塑限试验确定土的分类是粗粒土或是细粒土，各类土中是高液限还是低液限，从而确定备料土的过筛孔径和闷料时间。
2、严格按照规范要求做土的击实试验，且必须做平行试验，准确的求出土的最大干密度和最佳含水率。
3、量力环的回归方程一定要准确，单位换算清楚，保证CBR值的准确
4、必须做三种干密度试件，每种三个。规范上面推荐30、50、98击，在实际工作中需要根据土质和公路压实度要求确定我们的击实数。98击达到100%必须有，其他两个根据压实度需要调整。
5、作CBR值与压实度的坐标曲线图，得出不同压实度要求所对应的CBR值，准确控制路基填料强度。
【关键词】公路工程；CBR试验；压实度；量力环校正系数；预定贯入量
一、CBR简介
CBR又称加州承载比，是California Beating Ratio的缩写，由美国加利福尼亚州公路局首先提出来，用于评定路基土和路面材料的强度指标。所谓CBR值，是指试料贯入量达2.5mm时，单位压力对标准碎石压入相同贯入量时标准荷载强度的比值。随着公路工程的不断发展，我国已将CBR指标列入《公路路基设计规范》、《公路路基施工技术规范》和《公路沥青路面设计规范》，作为路基填料的选择依据。
二、CBR试验的组成以及需要注意的问题
CBR试验主要由四个试验组成，分别是：土的击实试验，膨胀量试验，吸水量试验和贯入试验，下面将对这四个试验以及试验相关分别阐述个人观点和经验。
（一）备料和土的击实试验
关于备料，《公路土工试验规程》（T 0134-1993）中有几个要求就很容易让人混淆：
1、试样的最大粒径宜控制在20mm以内.最大不得超过40mm且含量不超过5%。
2、将具有代表性的风干试料用木碾捣碎.但应尽量注意不使土或粒料的单个颗粒破碎。土团均应捣碎到通过5mm的筛孔。
3、采取有代表性的试料50Kg，用40mm筛筛除大于40mm的颗粒，并记录超尺寸颗粒的百分数。
4、将试料按表T0134中Ⅱ-2规定的层数和每层击数进行击实，求试料的最大干密度和最佳含水率（也就是要求用重型大筒做击实）。很多试验人员在锤土后就干脆直接取5mm以下的土来做试验，其实这是不准确的。这里面有两个词要区分开来，一个是“单个颗粒”，一个是“土团”。单个颗粒在我们锤土的时候不能人为的硬性把它击碎，如砾粒、砂砾和不易击碎的硬土粒。而土团就必须要捣碎到通过5mm筛。所以这里就要结合土的筛分试验来选择，如果是细粒土中的粉质土或细砂土捣碎后可以直接过5mm筛，这样就会使土在取样拌和时更加均匀。而对于一些含有较大尺寸的土或粒料就要过40mm的筛。当40mm以上和20mm-40mm之间的合含量不大或者不超过总质量5%时可以直接过20mm筛。
5、将以过筛的试料按四分法取出约25Kg，再用四分法将取出的试料分成4份，每份质量6Kg，供击实试验和制试件之用。显然这点土是不够做击实试验和制CBR试件用的。首先说击实试验，《规程》已经规定要用大筒做击实，而且击实是需要做平行试验的，闷一个料要6Kg左右，两次击实至少要闷十个料，所以仅算击实就需要60Kg土样左右。再加上CBR制件需要闷九个料（《规程》上讲的只闷三个），就要54Kg土样。前后加起来至少需要114Kg土样。所以规程上说的是有误的。
《公路土工试验规程》中还有这样一句话“将其余3份试料，按最佳含水率制备3个试件”。也就是说书中只做一种干密度试件。下面又备注了一句：“需要时，可制备三种干密度试件。如每种干密度试件制3个，则共制9个试件，每层击实数分别为30、50和98次，使试件的干密度从低于95%到等于100%的最大干密度”。对于这两句话我个人认为不是“需要时”而是“必须”。只要是做CBR试件就必须制9个试件，分别击实得出三种不同的干密度。依据《公路路基施工技术规范》对路基填料最小强度和最大粒径要求可知，CBR规定值是根据不同的路基填筑部位来规定的，相关规定见下表：
为什么我要说必须制9个试件呢？因为我们通过三种不同的击实数（30、50、98击），可以得出三种不同的干密度，也就是可以得出三种压实度，而且是递增的，30击的最小，50击稍大，98击的最大约接近100%压实度。而这三种压实度也对应着不同大小的CBR值，也是由小到最大递增。那么可以说压实度越大CBR值越大，这两者之间存在的线性关系。我们以CBR值为横坐标，压实度为纵坐标，就可以得出一条曲线，从中就能找出不同压实度对应的CBR值。而每一种击实数对应的CBR值需要三个平行试验来取值，那么一共就需要9个试件。
由上面两个表中的规定可知，上路堤和下路堤要求的压实度分别是大于94%和大于93%。在施工过程中这两个部位的压实度基本都是刚刚够，所以它们对应的CBR值不是最大的。就算是到了路床部分也达不到100%压实度。可以得出结论：一种土的CBR值符不符合规范要求是要根据实际压实度或压实度标准来判断。还有一点就是如果98击的CBR值小于“表一”中某个施工部位的要求那么这种土的CBR肯定是不合格的，如果98击的CBR值大于“表一”中某个施工部位的要求，也不一定是合格的，还要根据压实度来选择。综上所述，制作9个试件3种不同干密度试件是有必要的。也同时反映了土的击实试验求最大干密度和最佳含水率的重要性。最大干密度和最佳含水率不准确将直接导致压实度和CBR不准确。
（二）膨胀量试验和吸水量试验
主要注意几点：
1、百分表安放要牢固且反应灵敏、准确
2、试件的存放位置不能有震动的环境。
3、水槽内的水面应保持在试件顶面以上约25mm。
4、泡水结束后，从水槽中取出试件，倒出试件顶面的水，静置15min，让其水排出，然后卸去附加荷载和多孔板、底板和滤纸，并称量。
（三）贯入量试验及需要注意的问题
关于最后的贯入量试验，首先先来说说量力环的选择。量力环的规格有很多，我们做CBR一般用7.5KN、30KN和60KN的量力环，根据不同的试料选择不同力值的量力环 。一般素土7.5KN的量力环就可以了，灰土或者其他高强度试料就要选择力值较大的量力环。 《公路土工试验规程》用了三句话就叙述的贯入试验的步骤，在这里我要加一步以及对其中三步提出自己的看法。《规程》中的试验步骤是：1、将泡水试验终了的试件放到路面材料强度试验仪的升降台上，调整偏球座，对准、整平并使贯入杆与试件顶面全面接触，在贯入杆周围放置4块荷载板。2、先在贯入杆上施加45N荷载，然后将测力和测变形的百分表指针均调整至整数，并记读起始读书。3、加荷使贯入杆以1～1.25mm/min的速度压入试件，同时测记三个百分表的读数。记录测力计内百分表某些整读数（如20、40、60）时的贯入量，并注意使贯入量为250×10-2mm时，能有5个以上的读数。因此，测力计内的第一个读数应该是贯入量30×10-2mm左右。
第一步没啥好说的，注意好两点就行：使贯入杆与试件顶面全面接触和在贯入杆周围放置4块荷载板。
第二步之前就要加一步了，因为预加45N荷载需要换算成量力环上百分表的读数。那么我们就需要得出量力环百分表读数与力值的线性回归方程。方法是“最小二乘法”和“Excel里面的散点图”，而最小二乘法比较麻烦，我们就用Excel里面的散点图得出自变量（量力环百分表读数）和应变量（力值）的二元一次方程，即y=ax+b。这里就要注意了，量力环百分表读数的单位和力值的单位一定要结合贯入杆面积的单位使最后换算出来的强度单位为Kpa或者Mpa。举个例子来说吧，这里有一组7.5KN量力环的标定数据如下
用调过的数据回归出来的方程y=ax+b，那么a的单位就是KN/0.01mm，b的单位就是KN。再把贯入杆面积单位换算成㎡，那么最后算出的强度单位就是KN/㎡，即Kpa.
对于第三步，我想引入一个名词“预定贯入量”，所谓预定贯入量，就是在我们测贯入深度的两个百分表中预定一连串的贯入量，当指针转到预定的那个数时，同时记录另外一块百分表和量力环百分表的读数。这样既可以保证测力计内的第一个读数应该是贯入量30×10-2mm左右，又可以保证贯入量为250×10-2mm时，能有5个以上的读数。比如我们预定左表的预定贯入量读数为30、50、100、150、200、250、300、350、400、450、500、550等，以左表为基准，读另外两表的数。而规程中则是以量力环百分表整读数为基准，再读另外两个百分表的读数，这种读法很难把握，如当试料强度值很小的时候，或测30击试件CBR的时候，会导致CBR图出不来，或多读数，或少读数。
三、总结
1、备料之前通过筛分试验和液塑限试验确定土的分类是粗粒土或是细粒土，各类土中是高液限还是低液限，从而确定备料土的过筛孔径和闷料时间。
2、严格按照规范要求做土的击实试验，且必须做平行试验，准确的求出土的最大干密度和最佳含水率。
3、量力环的回归方程一定要准确，单位换算清楚，保证CBR值的准确
4、必须做三种干密度试件，每种三个。规范上面推荐30、50、98击，在实际工作中需要根据土质和公路压实度要求确定我们的击实数。98击达到100%必须有，其他两个根据压实度需要调整。
5、作CBR值与压实度的坐标曲线图，得出不同压实度要求所对应的CBR值，准确控制路基填料强度。