黃土填料CBR值與壓實度及回彈模量的關(guān)系探討

張玉秀（酒泉職業(yè)技術(shù)學院，甘肅 酒泉735000）

1 前言

路基作為路面結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，它抵抗行車荷載能力的大小，主要是由路基頂面在一定應(yīng)力級位下抵抗變形能力的大小來表征[1]。常用的參數(shù)指標主要是加州承載比(CBR)和回彈模量。CBR值是衡量土基強度和抗永久變形能力的重要指標，是為了有效檢驗路基長期浸泡在水中時土體結(jié)構(gòu)是否有足夠的強度和穩(wěn)定性?；貜椖Ａ勘碚魍粱某休d能力，反映土基在瞬時荷載作用下的可恢復(fù)變形，是我國路面設(shè)計中必不可少的參數(shù)。在國外多采用CBR作為路面材料和路基土的設(shè)計參數(shù)，用來評定路基土和路面材料的強度。而我國現(xiàn)行瀝青和水泥混凝土路面設(shè)計規(guī)范，對路面、路基的設(shè)計參數(shù)系采用回彈模量指標。由于回彈模量試驗較CBR試驗測量繁瑣，為了與國際接軌，可以用CBR值表征路基的力學性質(zhì)。通過室內(nèi)外試驗研究，可以確定回彈模量與CBR之間的關(guān)系，以便由室內(nèi)進行的CBR試驗來確定土基回彈模量用于工程設(shè)計。大量的研究實踐證明，CBR與回彈模量之間存在良好的相關(guān)性[2]，本研究過程中，對生石灰改良黃土填料CBR值和回彈模量的關(guān)系做了初步的分析。

2 室內(nèi)CBR與壓實度、回彈模量的關(guān)系研究

2.1 CBR與壓實度K的關(guān)系

2.1.1 試驗方案

試驗選用甘肅隴西地區(qū)羅定高速公路定西段具有代表性的黃土土樣，測定的土樣基本物理參數(shù)見表1。試驗結(jié)果分析表明，該土樣為濕陷性黃土。

表1 試驗土樣基本工程性質(zhì)

為了提高濕陷性黃土路床的CBR值，本研究對黃土路床0cm—80cm范圍內(nèi)采用磨細生石灰與黃土摻和。鈣質(zhì)生石灰采自蘭州市西固區(qū)岸門村，技術(shù)指標見表2。

表2 石灰技術(shù)指標

2.1.2 CBR試驗

對試驗土樣展開重型擊實試驗，得到該土樣的最佳含水率與最大干密度。利用擊實素土得出的最佳含水量制備不同灰劑量（石灰劑量分別為1%，2%，3%和4%）的石灰土試樣。然后將試樣分別按每層30，50，70次擊實，從而得到三種不同壓實度的試件，平行試驗3個，分析試件不浸水和浸水4天壓實度對CBR值的影響。試驗結(jié)果見圖1、圖2所示。

圖1 土樣CBR值與壓實度的關(guān)系曲線（不浸水）

圖2 土樣CBR值與壓實度的關(guān)系曲線（浸水4天）

2.1.3 試驗結(jié)果分析

根據(jù)圖1、圖2，對CBR值和壓實度進行了數(shù)理統(tǒng)計和分析，可以看出土樣的壓實度和CBR值之間存在良好的相關(guān)性，得出CBR值和壓實度K之間服從冪指數(shù)關(guān)系，即

式中，α，β—回歸系數(shù)；

K—壓實度。

五種土樣在浸水和不浸水時的α，β如表3所示：

2.2 回彈模量與壓實度K的關(guān)系

從式（1）和表3不難看出，由于已知了CBR值和壓實度K的關(guān)系，只要得出壓實度和模擬回彈模量的關(guān)系，便可推出CBR值和回彈模量之間的關(guān)系。

表3 土樣的α，β值

2.2.1 回彈模量試驗

室內(nèi)模擬回彈模量E0的測定采用了按《公路土工試驗規(guī)程》[3]（JTG E40-2007）中的強度儀法(T0136-93)逐級加載卸載測定。首先同時制備兩組試件，均在最佳含水量下采用重型擊實標準，分三層擊實，每層擊實次數(shù)分別為30次、50次、70次，然后將其中一組浸水4天，另一組不浸水。取最大單位壓力200KPa，回彈模量取200KPa之前各級荷載作用下的平均值，測得不同壓實度下的不浸水和浸水4天的回彈模量，其試驗結(jié)果如圖3、圖4所示。

圖3 土樣壓實度和未浸水的回彈模量關(guān)系圖

圖4 土樣壓實度和浸水4天的回彈模量關(guān)系圖

2.2.2 試驗結(jié)果分析

對試驗結(jié)果進行數(shù)理統(tǒng)計后發(fā)現(xiàn)，回彈模量和壓實度K之間服從冪指數(shù)分布[4]，即

其中，回歸系數(shù)m，n如表4所示。

由圖3、圖4可以看出土樣的室內(nèi)模擬回彈模量和壓實度K服從冪指數(shù)關(guān)系，且相關(guān)性良好，當土樣的壓實度由90%增至98%時，土樣未浸水的室內(nèi)回彈模量由33MPa～36MPa增至50MPa～85MPa，土樣浸水4天的室內(nèi)回彈模量由2.7MPa～4.1MPa增加至9.1MPa～10.1MPa。

2.3 回彈模量與CBR的關(guān)系

由式（2.1）和式(2.2)得出：

再將表3、表4的數(shù)值代入式（3）得出CBR和室內(nèi)回彈模量的回歸關(guān)系見表5。

表4 土樣的m，n值

從表5可以看出，土樣的CBR值和室內(nèi)回彈模量服從冪指數(shù)分布。不浸水條件下的回彈模量大于浸水4天的回彈模量。事實上，在實際路基土中，土基不可能達到浸水4天的潮濕狀態(tài)，因而，土基的回彈模量也不會降到太低。

表5 土樣的CBR值和室內(nèi)回彈模量的回歸關(guān)系

3 現(xiàn)場CBR與壓實度、回彈模量的關(guān)系研究

CBR值現(xiàn)場試驗方法基本上與室內(nèi)試驗相同，但其壓入試驗是直接在土基頂面上進行[5]。有時，現(xiàn)場試驗結(jié)果與室內(nèi)試驗結(jié)果不完全相同，這主要是由于土壤含水量不一樣。室內(nèi)試驗時，試件處于飽水狀態(tài)；室外試驗時，土基處于施工時的濕度狀態(tài)。所以對于室外試驗結(jié)果必須加以修正，換算成飽水狀態(tài)的CBR值。

3.1 土基填料的現(xiàn)場CBR值試驗結(jié)果

針對羅定高速公路沿線的路基填料情況，選取有代表性的不同取土場的路基填料，由公路段現(xiàn)場檢測中心測定黃土的土工參數(shù)和CBR值，按照《土的分類標準》(GBJ145-90)屬于低液限粘土，見表6。

表6 羅定高速公路沿線主要土樣試驗結(jié)果

3.2 現(xiàn)場土基回彈模量與CBR的關(guān)系

國內(nèi)外不少專家學者均致力尋求室內(nèi)CBR或野外CBR與回彈模量E0的關(guān)系，做了不少工作，并通過數(shù)值分析或理論研究提出各地區(qū)各類土質(zhì)CBR與E0之間的近似關(guān)系。但由于各自試驗方法的規(guī)定、條件及標準上的差異，尤其是土基回彈模量測定的方法各國很不統(tǒng)一，因此各公式間亦存在較大差異。

現(xiàn)場回彈模量、壓實度與CBR值見圖5。

圖5 現(xiàn)場回彈模量與CBR的關(guān)系

根據(jù)圖5的試驗結(jié)果進行統(tǒng)計分析，得出現(xiàn)場土基回彈模量E0和CBR的關(guān)系為:

土基回彈模量與CBR的回歸有多種方式，其中用二次拋物線回歸要比用冪函數(shù)回歸相關(guān)性要好，其二次拋物線回歸關(guān)系式為:

3.3 現(xiàn)場CBR與壓實度的關(guān)系

根據(jù)圖6的試驗結(jié)果進行統(tǒng)計分析，得出現(xiàn)場CBR和壓實度的關(guān)系為:

圖6 現(xiàn)場CBR與壓實度的關(guān)系

結(jié)果表明，現(xiàn)場CBR與壓實度亦服從冪指數(shù)關(guān)系，相關(guān)性良好，能較好地反映低液限粘土的壓實情況。

以上所有測試均是按我國現(xiàn)行規(guī)范和規(guī)程進行的，因各地土質(zhì)情況不同，因此其結(jié)果對隴西黃土路基的設(shè)計參數(shù)取值有較大的技術(shù)價值。

4 結(jié)語

回彈模量和CBR都是衡量路基強度的力學指標，而壓實度是影響回彈模量和CBR的重要因素。通過室內(nèi)外試驗，建立了CBR、壓實度和回彈模量與之間的回歸關(guān)系：

1）黃土填料的CBR值和壓實度K之間服從冪指數(shù)關(guān)系，且相關(guān)性良好。土基的CBR值隨壓實度的增加呈指數(shù)急劇增大，因此，提高壓實度可以提高路基填料的CBR值。

2）黃土土樣的室內(nèi)回彈模量E0和壓實度K服從冪指數(shù)分布，且相關(guān)性良好。

3）黃土路基的室內(nèi)回彈模量E0和土樣的CBR值之間服從冪指數(shù)分布，浸水4天的回彈模量小于不浸水條件下的回彈模量。

4）現(xiàn)場CBR與壓實度亦服從冪指數(shù)關(guān)系，相關(guān)性良好，能較好地反映低液限粘土的壓實情況。

[1]付麗紅,曹海利.黃土路基強度控制指標試驗研究[J].路基工程.2008.2.98-99

[2]張奎鴻等.上海地區(qū)常用路堤材料CBR值研究[J].上海市政工程,1999年(5).

[3]中華人民共和國行業(yè)標準《公路土工試驗規(guī)程》（JTG E40-2007）.北京:人民交通出版社.2007年. 41-44.

[4]顧偉杰.黃土填料力學控制指標與標準研究[J].長安大學碩士學位論文.2004.04.38-39

[5]鄧學均等.路面設(shè)計原理與方法[M].北京:人民交通出版社,2001年.