皖东地区膨胀土的承载比试验研究

梁冠军，尤 超，黄展华，林祖宏

（1.滁州职业技术学院土木工程系，安徽滁州2390000；2.滁州市扬帆新型建材有限公司，安徽滁州239000）

加州承载比（California Bearing Ratio，CBR）是美国加利福尼亚公路局在1928年对沥青混凝土路面破损状况进行评估时所采用的技术指标［1］。在进行土体贯入试验后，CBR值反映了局部土体产生剪切变形时在剪切面上的抗剪强度大小。而在道路工程领域内，测试土体CBR值的主要目的在于评价路基抵抗局部剪力的能力。我国现行《公路路基设计规范》（JTG D30-2015）［2］把CBR值作为路基填料选择的依据。

皖东地区膨胀土的天然含水率一般很高，考虑到土体的最大干密度和最优含水率，所以路基或基层压实后的抗剪强度指标也不能达到理想值。因此探讨皖东地区膨胀土加州承载比特征对路基填筑的影响具有很现实的指导意义和潜在的学术价值。

1 试验过程

加州承载比试验所用承载比仪及相关试验过程如图1所示，具体试验过程如下：

（1）材料准备：孔径5 mm、20 mm及40 mm圆孔筛各一个，用电动摇筛机筛除粒径大于40 mm的膨胀土颗粒，按土样粒径大小分9份相同试样。

（2）击实试验：按照《公路土工试验规程》（JTG E40-2007）［3］（以下简称《规程》），取 30击试样 3份、50击试样3份以及98击试样3份，制备9个膨胀土CBR标准试件。

（3）浸水试验：将试件保持顶面距水面25 mm并浸水4个日夜。

（4）贯入试验［4］：根据《规程》，贯入杆以1～1.5 mm/min的速度压入上述制备的试件中，首先，在贯入杆上施加45 N荷载，将测力计和百分表调零，然后记录下百分表读数和测力环变形量。

图1 承载比仪及相关试验过程

2 CBR值的影响因素分析

2.1 粒径控制

根据《规程》的规定，CBR试件的土体最大粒径不宜超过20 mm，最大粒径不得超过40 mm［5］。在试验过程中，为了减轻偏压效应对CBR值的影响，需对试验加以控制，一方面保证击实过程颗粒之间的挤压效应尽量均匀，另一方面，控制贯入杆与试件的接触面均匀贯入。

需要指出的是，由于《规程》中并没有对偏压现象做出解释和判定，因此在材料准备时应严格控制试样粒径的大小，以免影响膨胀土CBR值的试验结果。

2.2 击实试验

《规程》规定，在进行击实试验时，每层击实后的试样高度控制在41～42 mm之间，所以，试验时应反复观察加料厚度［4］。另外，在膨胀土CBR试件成型时，无法预知经过30击、50击和98击后，试件能够达到的密实度，实际操作时往往通过修土或者补土的方法制作试件。

2.3 贯入试验

贯入试验前，首先选择合适量程的测力环，如：7.5 kN、30 kN和100 kN；其次，使贯入杆与膨胀土CBR试件顶面全面接触，最后，将3个百分表指针均调整为初始读数并记录，接通电源开始进行贯入试验，另外，应保证承台能够以1～1.5 mm/min的速度匀速上升。

图2是98击时膨胀土CBR试件的单位压力与贯入量之间关系曲线。从图中曲线可以看出，试验初始阶段采用的读数间隔约为110 kPa，初始曲线相对平滑顺直，与《规程》描述的理想曲线一致；试验后期曲线曲率变化较大，读数间隔加密，随着单位压力增大，贯入量急剧变大，判断出试件土体已发生剪切破坏。

图2 贯入量与单位压力的关系

3 试验结果分析

《工程地质手册》给出了CBR值的计算公式［6］

式中，CBR为承载比；P为贯入深度2.5 mm或5 mm时的单位压力，kPa；7 000、10 500分别对应贯入深度为2.5 mm或5 mm时的标准荷载强度，kPa；Δδ为浸水时的吸水膨胀量，%；Δh为浸水后试样的高度变化，mm；h0为试样初始高度，mm。

表1是膨胀土贯入试验记录表，从表中可以看出随着单位压力的增大，贯入量也逐渐增大，通过插值公式可以得出贯入量为2.5 mm时的单位压力

从表中规律得到贯入量为5 mm时的单位压力P5=684 kPa，

表1 贯入试验记录

取贯入杆（ø50×100 mm）贯入深度达到2.5 mm时的CBR值作为膨胀土的承载比，当CBR5（%）＞CBR2.5（%）时，试验不满足实际情况，应重做，加入第2次CBR试验结果仍然如此，则采用CBR5（%）作为最终结果。

表2是膨胀土的相关物理力学指标汇总，其中试件编号30-1#到98-3#是按膨胀土粒径从小到大排列制作的。

表2 各膨胀土样的物理力学指标统计

从表2不难看出：随着颗粒粒径的增大，最优含水率在降低，而最大干密度和土的CBR值同时增大；需要指出的是，土的液塑限和塑性指数相对独立，对膨胀土CBR值的影响水平并不显著。

4 结论

在施工过程中保证质量控制的前提下，粒径较小的膨胀土CBR值可以按照国家规范采用，粒径较大的膨胀土直接取和两种贯入量的较大值。

参考文献：

［1］李少康.建筑垃圾在公路路基中的应用研究［D］.西安:长安大学,2014.

［2］中交第二公路勘察设计研究院有限公司.JTGD30-2015公路路基设计规范［S］.北京:人民交通出版社股份有限公司,2015.

［3］交通部公路科学研究院.JTGE40-2007公路土工试验规程［S］.北京:人民交通出版社,2007.

［4］彭仁琛.路基填土承载比（CBR）试验研究［J］.福建建材,2014（8）:31-33.

［5］石彦军.承载比（CBR）试验中常见问题浅谈［J］.甘肃科技纵横,2012（4）:100-101.

［6］工程地质手册编委会.工程地质手册［M］.北京:中国建筑工业出版社,2012.