淺談細粒土承載比的影響因素和工程應用論文
摘要：文章結合在試驗過程中發現的一些問題，著重研究了影響細粒土承載比(cBR)數值的主要因素。結合室內試驗，從土的顆粒分析、塑性指數、礦物成分和試驗操作對土的CBB.值的影響進行了分析，并從工程應用上提出了一些看法和建議，為同行正確理解承載比(CBR)試驗和應用提供了一些參考。
關鍵詞：承載比；影響因素；工程應用
承載比(CBR)試驗是由美國加利福尼亞州公路局首先提出的，目的是用于評價路基土和路面材料的強度指標。CBR值的大小是反映在進行貫入試驗之后，試件中部分土體與整體之間產生相對位移時的剪力。反映到公路路基上則是指路基的抗局部剪切力的能力。該試驗就是模擬公路路基填料在滿足壓實度的情況時，處于受水浸泡時的最不利環境下，顆粒間孔隙被水充填，填料聯結強度降低的實際情況。所謂CBR值，是指試料貫入量達2.5mm或5mm時，單位壓力對標準碎石壓入相同貫入量時標準荷載強度(7MPa或10.5MPa)的比值，用百分數表示。隨著高速公路建設的發展，中國現行《公路路基設計規范》(JTGD30—2004)和《公路路基施工技術規范》(JTG F10—2006)已將CBR值作為路基填料選擇的依據。
1 試驗材料及方案設計
文章通過9種有代表性的土樣進行試驗，分別做了土的顆粒分析和液塑性試驗來進行對比分析，分析影響土的CBR值的各種因素。
2 路基填料CBR值的影響因素
2.1黏粉比對CBR值的影響
在土的塑性指數相同的情況下，CBR值的變化關系見表1。從表1可得出以下結論：
�、兖し郾扔绊慍BR值的大小，即使塑性指數相差不大，CBR值有時候相差也很大。1#和2#的黏粉比為0.164和0.217，結果顯示二者的CBR值分別為7.6％和4.9％。3#和4#的黏粉比為0.208和0.227，結果顯示二者的CBR值分別為9.8％和4.4％。這說明，黏粉比越高，CBR值越小。
�、趩螐酿し郾扰卸▽ν恋腃BR值的影響是不全面的。例如：2#、3#和4#黏粉比雖然相差不大，但是CBR值相差卻很大。
2.2土的礦物成分與顆粒分析結果關系及對CBR值的影響
根據《公路土工試驗規程》(JTD E40—2007)對土的粒組劃分可知，粒組劃分圖應遵循的原則是：
(1)遵循量變到質變的原則。以2mm為界判斷土有沒有水連接，大于2mm的土認為沒有水連結：以0.075mm判斷土有沒有水膠連結，大于0.075mm的土認為沒有水膠連結，0.002mm～0.075mm的粉粒土有水膠連結，但是失水時，連結力遞減，造成塵土飛揚；而小于0.002mm的黏粒土在失水時，連結力遞增，變硬。
(2)在粒組劃分圖中做顆粒分析試驗：大于2mm的土采用粗篩分析，0.075mm～2mm的土采用細篩分析，小于0.075mm的黏粒和粉粒采用比重計法或移液管分析。
礦物成分與土的粒組之間的關系：①粒徑大于2mm的礫粒組，包括礫石、碎石和卵石等，仍然保留原有礦物的成分和性質，有時是多礦物的，有時是單礦物的。②粒徑為2mm～0.075mm的砂粒組，一般是單礦物的，通常由石英組成，有時為長石、云母及其他深色礦物。③粒徑為0.074mm～0.002mm的粉粒組，由一些細小的原生礦物，如粉粒狀的石英和難溶的方解石、白云石構成。④料徑小于0.002mm的黏粒組成，主要是一些不可溶的次生礦物，如粉粒礦物類，由半氧化、難溶巖、次生二氧化硅及有機質構成，主要是高價的鐵、鋁構成。蒙脫石、伊利石、高嶺石是黏粒的主要組成部分。
各種礦物相的硬度見表2。照表，可以得出以下結論：
(1)1#的粉粒含量大于2#的粉粒含量，由于粉粒是由一些細小的原生礦物，如粉粒狀的石英和難溶于水的方解石和白云石構成，而1#的黏粒含量小于2#的黏粒含量，蒙脫石、伊利石、高嶺石是黏粒的主要組成部分。從表2可以看出，粉粒組成的.礦物要比黏土礦物的硬度大，必然會出現雖然塑性指數相差不大但是CBR值相差挺大，且1#CBR值大于2#的情況。
(2)分析土樣CBR值不能僅從粉粒和黏粒的礦物項來進行分析。要結合土樣的其他礦物項(例如3#和4#)。
通過以上結果可以知道，土的CBR不僅要受到黏粉比的影響，而且受到礦物成分的影響。下面列舉當土的黏粉比相差不大時，土的CBR值受到礦物成分的影響而相差較大的原因。我們知道，土的顆粒成分可以通過細篩和粗篩分析，0.075mm含量可以通過比重計法或移液管法求得。篩分法只能求出砂粒組、礫粒組和細粒組的含量，而比重計法或移液管法可以求出粉粒和黏粒含量。下面通過對各種有代表性的土進行顆粒分析試驗來大致求取各種礦物含量，以說明當黏粉比相差不大時。土的礦物成分對土的CBR值的影響，見表3。
從表3可以得出以下結論：當土的黏粉比相差不大時，隨著原生礦物的增加，CBR值增加；隨著原生礦物顆粒的增大，CBR值增大且最大干密度也增大。
2.3操作過程對CBR值的影響
(1)JTG E40—2007《公路土工試驗規程》規定，在進行土的承載比貫入試驗時，為使貫入桿端面與試樣表面充分接觸，在貫入桿上施加45N的預壓力，將此荷載作為試驗時的零荷載。在此，規程中提到的45N的預壓力，對于2kN的7.5kN的應力環，可以用回歸方程進行計算45N百分表的讀數，但是對于個別應力環來說，有時按照回歸方程來進行計算其預壓力可能會出現負數，比如該室的30kN應力環的校驗數據見表4。
應力環回歸方程為：Y=-10.109+10.197X，其中X為mm，Y為kN，那么現在把45N代人方程進行計算得X為0.996，那么從表4得知，在0時為1.000mm，現在如果按照回歸方程進行計算的話就出現了負數，沒有辦法加載，如果碰到這種情況，建議采用比例的方法進行計算：(1.292／3 000+1.482／5 000+1.961／10000+2.452／15000+2.947／20000+3.442／25000+3.946／30000)／7×45=0.01mm，那么百分表走1小格為0.01mm，也就是如果用這種應力環時百分表走1格為0.01mm，即為預加45N的力。如果進行承載比試驗時，預壓力加不對。對結果的影響是很大的。
(2)在試件放在路強儀或CBR試驗機之前。試件的底面一定要刮平，尤其是黏性土，我們在做試驗操作對CBR影響試驗時發現：對于同種黏性土98擊的試件做了5組，其中3組未進行底面處理，結果分別為：3.6％、4.1％、3.9％。對其中2組試件進行底面刮平處理，結果分別為：8.1％和7.6％，可見試件的處理對CBR值是有很大影響的。
(3)我們知道在進行CBR試驗時，在試件頂部要放置4塊承載板，在放置承載板時一定不能造成承載板與貫入桿有摩擦力，因為這種摩擦力會造成CBR值很大，影響試驗結果，失去試驗目的，應使貫入桿自由下落。
(4)選擇應力環時應該注意，如果試驗人員沒有經驗，那么在做試件時應多做一塊試件，供選擇應力環使用。
3 工程實例分析
晉城環城高速公路西北段東板橋東側K5+650取土場進行了CBR試驗，在素土CBR值不能滿足要求時，我們進行了對素土摻加熟石灰進行改良，使其CBR值滿足規范要求，其各項指標見表5。
4 結論
(1)從上述所進行的試驗對比過程，我們可以發現土體的承載比(CBR)受到各種因素的影響，在土的名稱和塑性指數相同時，CBR值不相同。
(2)土的CBR值受到土的礦物成分的影響，土含有原生礦物越多，原生礦物粒徑越大，土的CBR值越大。
(3)在進行路基填筑過程中，由于每個壓實區對土的CBR值要求不同，我們首先要通過顆粒分析試驗和液塑限試驗來選擇填料，以使填料的CBR值規范要求。
(4)在進行選擇土場時，一定要對土場的CBR值進行合理利用，采用提高壓實度的方法或改良的方法進行提高土的CBR，使其能夠滿足規范要求。
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