浅谈承载比（CBR）试验及在高速公路中的应用

蒋小刚

（江苏恒基路桥有限公司 常州 213002）

CBR是路基土和路面材料的强度指标，是柔性路面设计的主要参数之一。在我国的柔性路面设计中，虽以路基土和路面材料的回弹模量值作为设计参数，但在路基路面施工规范中仍将CBR作为一项力学指标。随着国内试验检测技术的完善及对公路工程质量重视程度的逐步增强，CBR试验越来越被设计、监理及施工单位所重视，并已成为设计及施工参数依据之一，现有许多大型公路工程，如徐州至明光高速公路，业主就对此项试验做了文件指示，要求每个取土坑的土源针对每个路基填筑结构层的填料都必须进行CBR试验，以验证设计与规范要求。

1 试验原理

本试验采用采用具有代表性的风干试料（必要时可在50℃烘箱内烘干），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，按四分法备料。先按击实试验的方法求得试料的最大干密度和最佳含水率（击实方法见《JTG E40－2007》（T0131－2007）），再按此最佳含水率制备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。为了模拟材料在使用过程中的最不利状态，加载前饱水浸泡4d，在浸水过程中及贯入试验时，在试件顶面应施加荷载板以模拟路面结构对土基的附加应力，贯入试验中，材料的承载能力越高，对其压入一定贯入深度所需施加的荷载越大。

2 试验设备的选用

《公路土工试验规程》（JTG E40－2007）规定：

（1）试筒。内径152mm，高170mm的金属圆筒；套环，高50mm；筒内垫块，直径151mm，高50 mm；夯击底板，同击实仪。也可用（T0131－2007）击实试验的大击实筒。

（2）夯锤和导管。夯锤的底面直径50mm，总质量4.5kg。夯锤在导管内的总行程为450mm，夯锤的形式和尺寸与重型击实试验所用的相同。

（3）贯入杆。端面直径50mm、长约100mm的金属柱。

（4）路面材料强度仪或其他载荷装置。能量不小于50kN，能调节贯入速度至每分钟贯入1mm，可采用测力计式。

做试验之前应先检查试筒、垫块的尺寸及形状以确定试筒的体积。试筒内壁应光滑无棱角，试筒不得有变形，垫块表面应光滑平整。

3 试验技术要求

（1）试验采用风干试样，按四分法备料。

（2）做击实试验，求得试样的最大干密度和最佳含水率。

（3）按最佳含水率制备9个试件。

（4）试件饱水浸泡4d。

（5）贯入试验时，加荷使贯入杆以1～1.25 mm／min的速度压入试件，同时测记3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是贯入量30×10－2mm左右。

（6）以单位压力（p）为横坐标，贯入量（l）为纵坐标，绘制p－l关系曲线，见图1。必要时进行原点修正，修正时在变曲率点引一切线与纵坐标交于O＇点，O＇即为修正后的原点。

图1 单位压力与贯入量的关系曲线

（7）一般采用贯入量为2.5mm时的单位压力与标准压力之比作为材料的承载比（CBR），即CBR2.5＝（p／7 000）×100%；同时计算贯入量为5mm时的承载比，即CBR5＝（p／10 500）×100%。

如贯入量为5mm时的承载比大于2.5mm时的承载比，则试验应重做。如结果仍然如此，则采用5mm时的承载比。

4 试验操作要点与注意事项

4.1 规范要求

《公路路基施工技术规范》（JTG F10－2006）规定：对不同等级公路、不同填土深度所要求的填料强度和粒径应符合表1的规定。

表1 路基填料最小强度和最大粒径要求

《公路土工试验规程》中未明确表明对不同填土深度的CBR值是在试样压实度相应值时进行试验，但个人认为CBR试验应该得出压实度为93%，94%，96%时相对应的CBR值，才能与实际施工情况相符。在路基实际施工时，压实度按填筑深度分区与CBR值按填筑深度分区是一致的。

4.2 正确求得试样的最大干密度与最佳含水率

按照T0131－2007的规定进行标准击实试验以确定试样的最大干密度与最佳含水率，特别注意的是，由于最大干密度与最佳含水率的确定直接关系到CBR试验的精度，是做好CBR试验的关键与基础，即使是均匀的土壤试样，由于试验误差的原因，一组试验很难如实反映试样的实际情况。因此，标准击实试验必须做平行试验，以平均最大干密度与平均最佳含水率作为制备CBR试件的标准。

4.3 确定路面材料强度仪的测力环校正系数

在选择路面材料强度仪的测力环时应根据不同的土质进行选择：对于黏性土、砂土应选用10，30kN的测力环；对于碎石、砾石应选用30，50 kN的测力环。

路面材料强度仪上的测力环只能读出测力计百分表的读数，需根据测力环的校正系数计算出压力值，计算时不能简单地采用标定的百分表读数与对应的压力数据进行内插，应该首先将测力环的标定数据进行回归方程，在计算时将测力计百分表的读数乘以回归系数得出压力值。

4.4 制备试件

首先将试筒依次编号，并秤取各试筒质量。将试筒固定在击实仪底板上，将垫块放入筒内，垫块应擦拭干净，并在垫块上放一张滤纸，安上套环。有的时候在制作过程会发生试样粘在垫块上，从而造成试件底面凹凸不平的现象，这样的试件将无法测定出准备试样的CBR值，只能作废。为防止这样的现场发生，可以在垫块上放2层滤纸，这样可以有效地减少被粘的可能性。制件前首先需要测定试样的风干含水率，按标准击实试验确定的最佳含水率计算每份试样应加的水量，备料时所加水量一定要精确，试样要充分搅拌均匀，并且按规定时间浸润。浸润时间：重黏土不得少于24h，轻黏土可缩短到12h，砂土可缩短到1h，天然砂砾可缩短到2h左右。

4.5 试验方法及CBR求取方法

按照每层击数分别为30，50，98次进行制备试件，测出不同击数下的干密度及相应的CBR值，以CBR值为X轴、干密度为Y轴，画出干密度与CBR值之间的关系曲线，从曲线上可以得到所需压实度相对应的CBR值。见图2。

图2 对应于所需压实度的CBR求取方法

5 试验常见问题分析

（1）标准击实试验求得的最大干密度与最佳含水率不准确，导致所制备的试件不能如实反映试料的真正承载力。主要表现在：对于含大颗粒的土、超粒径颗粒未筛出或是没有计算超粒径颗粒的百分含量；对于粘性土，闷料洒水不均或是浸润时间不够；对于击实试件，含水率间隔不均或试样数量不足，以至找不出最佳含水率。解决方法：击实试验前通过筛分试验和液塑限试验确定土的分类是巨粒土、粗粒土、细粒土还是特殊土，各类土中是高液限或是低液限，从而依据规范要求，严格按试验规范操作。

（2）CBR贯入试验中，出现贯入量的2个百分表读数相差较大，致使取值因难，产生此问题的原因较多，主要有以下几点：①试验仪未水平，由于重力作用，贯入杆钢珠与座未紧密接触，在荷载作用下，钢珠的轻微移动，都会引起百分表的极大变化。解决方法：放置仪器的试验台砌筑时应基本水平，每次试验前，试验仪也应用水平尺调平，低的一端用铁片垫起，调整至水平为止；②贯入杆与试件顶面未完全接触，在荷载作用下，必然导致贯入杆局部受力，使贯入杆深度不均，反映在百分表读数相差较大。解决方法：将备好的试样放在升降台上，调整偏球座，使贯入杆与试件顶面完全接触，同时我们还应注意，读数前必须在贯入杆上施加一定荷载约45N左右，使贯入杆不能在试件表面左右移动，然后将测力和测变形的百分表指针调零；③试料的土质分类对读数的影响，经过多次试验发现，对于细粒土试件，大颗粒含量少，贯入杆贯入过程中受力较均匀，相对而言，其百分表读数相差较少，对于粗粒土或巨粒土试件，由于大颗粒含量多，贯入杆贯入过程中，其外缘极易遇到较大颗粒，从而影响贯入深度，导致百分表读数有较大差异。解决方法：针对大颗粒较多的试件，做试件时，应多做出一组，这样测试中读数相差较大时，可多测几个试件的读数，从而找出读数较均匀的一组作为测试值。

（3）数值计算。数值计算是CBR试验中重要一环，试验中发现多数人对测力环单位读数对应的值计算不准，或是计算方法不当，针对这一点，一般有2种试验中常用的方法：①校正系数法。②最小二乘法。对这2种方法进行验算，看其精度是否符合要求。

6 工程实例数据分析

笔者所参建的是徐明高速公路路基工程某合同段，此标段范围内设计有2个取土坑，分别取土进行了CBR试验，在素土CBR值不能满足规范要求的情况下，参照设计图纸对素土掺加消石灰和粉煤灰进行改良，使其CBR值满足规范要求，其各项指标见表2。

表2 各取土坑CBR试验数据表

（1）由表2可见，填料的CBR主要受到掺和料因素的影响，对土的塑性比例的掺和料进行改性后，CBR值差异较大。

（2）填料的CBR值受混合料改性成分影响，混合料改性成分越多，填料CBR值越大。

（3）在进行路基填筑过程中，由于每个压实区对填料的CBR值要求不同，首先要通过颗粒分析和液塑限试验来选择填料，以使填料的CBR值符合规范要求。

（4）在进行选择取土坑时，一定要对取土坑的CBR值进行合理利用，采用提高压实度的方法或改变掺和料的方法进行提高填料的CBR，使其能够满足设计与规范要求。

（5）CBR试验数据反映了路基填筑材料的水稳定性和整体强度的大小，也是填料承载能力的反映。因此也可以从侧面反映路基按规定的压实度成型后的施工不均匀沉降情况。

7 CBR值技术指标的应用及建议

随着高速公路建设的发展，CBR值已成为路基填料选择的依据，当路基填料达不到要求时，可采用掺石灰、粉煤灰、水泥或其他稳定材料处理。一般情况下，可按泡水4d作为设计状态。但是，在干燥地区，如能结合地区、地形、排水、路面排水结构和路面结构等因素，论证土基潮湿程度和试件泡水4d的含水量有明显差异时，建议适当改变试件饱水方法和饱水时间，使CBR试验更符合实际状况。有时因检测需要也在公路现场条件下测定CBR值。但应注意因土基的含水量和压实度与室内试验条件不同，也未经泡水，故与室内试验CBR值不一样。应通过试验，寻找两者之间的关系，换算为室内试验CBR值后，再用于现场路基施工强度检测或评定。

8 结语

如今合同段部分段落的路基中掺4%石灰＋4%粉煤灰、5%石灰＋5%粉煤灰路床填筑已经完工，经实际检测，压实度和弯沉全部合格。特别需要注意的是承载比试验应尽量模拟实际施工状况，充分考虑施工条件，做到施工与室内试验相结合。这样，试验指导施工才有实际意义，质量控制才能落到实处。

［1］ JTG E40－2007公路土工试验规程［S］.北京：人民交通出版社，2007.

［2］ JTG F10－2006公路路基施工技术规范［S］.北京：人民交通出版社，2006.

［3］ 孙忠义，王建华.公路工程试验工程师手册［M］.北京：人民交通出版社，2005.