程培峰，姚志英

(東北林業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院，哈爾濱150040)

路基是公路的基礎(chǔ)，路基的質(zhì)量直接影響整個公路工程質(zhì)量，路基一旦出現(xiàn)質(zhì)量問題，將使公路出現(xiàn)嚴(yán)重病害。因此，準(zhǔn)確評價路基質(zhì)量至關(guān)重要［1］。

我國現(xiàn)行公路設(shè)計方法中設(shè)計參數(shù)選用回彈模量，表示路基土在瞬時荷載作用下具有的可恢復(fù)變形性質(zhì)。檢驗路基土強度則采用現(xiàn)場 CBR值，CBR是英文加利福尼亞州承載能力比的縮寫，以材料抵抗局部荷載壓入變形的能力表征，并采用高質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)碎石為標(biāo)準(zhǔn)，以他們的相對比值表示為CBR值。然而，由于路基回彈模量測定較為困難，因此國內(nèi)外都曾試圖以路基的承載比CBR值推求路基回彈模量［2］。由于我國地域廣 闊，路基土的類型千差萬別，加之實驗條件不同，所以得到的回彈模量與CBR值的關(guān)系也不盡相同，根據(jù)各自的實測資料，許多國家的學(xué)者提出路基回彈模量E0與加州承載比CBR的關(guān)系可以用E0=mCBRn來表達(dá)，二者的相關(guān)性較好［3-4］，本文就季凍區(qū)路基土回彈模量與CBR兩項指標(biāo)進(jìn)行回歸，得出適合地方使用的關(guān)系式。

1 實驗材料

土的類型不同，其回彈模量和CBR會有很大的差別，根據(jù)我國公路工程路基土分類標(biāo)準(zhǔn)，分別選取了黑龍江省內(nèi)兩種具代表性的土樣——低液限粘土、低液限粉土。通過室內(nèi)試驗，測得這兩種類型土的性質(zhì)參數(shù)見表1。

表1 路基土的性質(zhì)參數(shù)Tab.1 The nature parameters of the subgrade soil

2 試驗條件

路基回彈模量和CBR受到土質(zhì)、含水量、壓實度、測試方法等諸多因素的影響［5-6］，其中路基土含水量和壓實度變化對回彈模量和CBR的影響最為顯著［7］，本文對季凍區(qū)兩種土樣在不同含水量、壓實度狀態(tài)下進(jìn)行一系列回彈模量試驗和CBR試驗，集中揭示季凍區(qū)土基回彈模量與CBR受含水率和壓實度的影響規(guī)律及回彈模量和CBR之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系。以含水率為12%、15%、18%、21%和24%，壓實度為90%、93%和96%為控制參數(shù)［8］制備15組不同含水率、壓實度的試件，每組6個試件，其含水率和壓實度完全相同，3個用來做回彈模量試驗，3個用來做室內(nèi)CBR試驗，分別取其平均值作為最終試驗數(shù)據(jù)，按此方法依次進(jìn)行剩余試件的回彈模量試驗和室內(nèi)CBR試驗，最后將試驗數(shù)據(jù)分析整理，發(fā)現(xiàn)問題和規(guī)律。

3 試驗方法

3.1 回彈模量試驗

室內(nèi)回彈模量試驗按照J(rèn)TG E40-2007《土工試驗規(guī)程》［9］T0134-1993方法進(jìn)行，選用儀器為杠桿壓力儀，承載板直徑50 mm，高80 mm，分六級加載，計算每級荷載下的回彈變形l，并繪制單位壓力p與回彈變形l的關(guān)系曲線，計算每級荷載下的回彈模量E。每個試件的回彈模量由p-l曲線上直線段的數(shù)值確定?；貜椖Ａ吭囼炄鐖D1所示。

3.2 室內(nèi)CBR試驗

室內(nèi)CBR試驗按照J(rèn)TG E40-2007《土工試驗規(guī)程》T0134-1993方法進(jìn)行。CBR試驗試件采用擊實成型，并將試件與試筒和多孔板儀器放入水槽內(nèi)浸泡4晝夜［10-11］，計算膨脹量;然后用此試件進(jìn)行貫入試驗，貫入桿以1～1.25 mm/min的速度壓入試件，同時讀記3個百分表的讀數(shù)，并使貫入量為250×10-2mm時，有5個以上的讀數(shù)。計算貫入量為2.5 mm和5 mm時的CBR值，一般采用貫入量為2.5 mm時的承載比，若兩次試驗均是貫入量為5 mm時的承載比大于貫入量為2.5 mm時的承載比，則采用貫入量為5 mm時的承載比。室內(nèi)CBR試驗如圖2所示。

圖1 回彈模量實驗Fig.1 Rebound modulus experiment

4 試驗結(jié)果及分析

不同含水率和壓實度下路基土回彈模量和CBR的試驗結(jié)果見表2。

表2 土樣試驗結(jié)果Tab.2 The test results of soil samples

4.1 含水率對路基土回彈模量和CBR的影響

兩種路基土的回彈模量和CBR在壓實度為96%時隨含水率的變化曲線如圖3所示。

由圖3可以看出:在含水率達(dá)到一定值之前，回彈模量隨含水率的增大而增大，而當(dāng)含水率超過這一值之后，回彈模量隨含水率的增大而減小，經(jīng)過對比分析，這一特定值一般出現(xiàn)在最佳含水率加2%處左右;由上圖同樣可以看出，回彈模量和CBR在最佳含水率附近隨含水率的變化幅度較大。

4.2 壓實度對路基土回彈模量和CBR的影響

兩種路基土的回彈模量和CBR在含水率為15%時隨壓實度的變化曲線如圖4所示。

圖3 低液限黏土、低液限粉土E0、CBR與含水率的關(guān)系圖Fig.3 The relationship between E0，CBR and moisture content for low liquid limit clay and low liquid limit silt

圖4 低液限黏土、低液限粉土E0、CBR與壓實度的關(guān)系圖Fig.4 The relationship between E0，CBR and compaction for low liquid limit clay and low liquid limit silt

由圖4可以看出:壓實度越大，路基承載力越大，強度越高，回彈模量和CBR越大;反之，壓實度越小，路基承載力越小，強度越低，回彈模量和CBR越小。

4.3 路基土回彈模量和CBR關(guān)系研究

對表2中的回彈模量和室內(nèi)CBR試驗結(jié)果進(jìn)行擬合［11-12］后，得到回彈模量E0與CBR之間的關(guān)系，如圖5所示，線性回歸方程見表3。

圖5 低液限粘土、低液限粉土E0與CBR關(guān)系圖Fig.5 The relationship between E0and CBR diagram for low liquid limit clay and low liquid limit silt

表3 線性回歸方程Tab.3 A linear regression equation

5 結(jié)論

通過對黑龍江省內(nèi)具有代表性的兩種土樣進(jìn)行室內(nèi)回彈模量試驗和CBR試驗，根據(jù)大量的試驗數(shù)據(jù)，通過統(tǒng)計分析可以得出以下結(jié)論:

(1)季凍區(qū)路基土回彈模量與CBR隨含水率的增大呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，在含水率大約等于最佳含水率加2%時回彈模量和CBR取得最大值。

(2)季凍區(qū)路基土回彈模量與CBR隨壓實度的增大而增大。

(3)季凍區(qū)路基土回彈模量與CBR之間關(guān)系:低液限黏土E0=6.73CBR0.73;低液限粉土E0=7.40CBR0.70。本研究成果對于季凍區(qū)的路基設(shè)計與施工具有一定的指導(dǎo)作用，研究成果由季凍區(qū)路基土的試驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計得出，其關(guān)系式僅適用于季凍區(qū)的黏土及粉土。

［1］程培峰，陳景龍，韓春鵬，等.季凍區(qū)路基土回彈模量影響因素分析［J］.公路，2013，45(10):174-178.

［2］吳喜榮.山西公路土基強度控制指標(biāo)相互關(guān)系的研究［J］.路基工程，2012:20(6):80-82.

［3］程培峰，呂鵬磊，陳景龍，等.哈大高速公路路基土濕度對CBR的影響［J］.中外公路，2012，32(6):42-44.

［4］凌建明，陳聲凱，曹長偉.路基土回彈模量影響因素分析［J］.建筑材料學(xué)報，2007，10(4):446-451.

［5］覃綺平.土基回彈模量影響因素及其相關(guān)關(guān)系研究［D］.西安:長安大學(xué)，2005.

［6］李雨濃，張喜發(fā)，張冬青.季凍區(qū)公路路基細(xì)粒土凍脹性分類研究［J］.公路交通科技，2007，24(12):50-53.

［7］ SL237O1999，土工試驗規(guī)程［S］.

［8］ GBPT50123O1999，土工試驗方法標(biāo)準(zhǔn)［S］.

［9］肖黎鶴，霍玉霞，邢真真.路基土CBR與回彈模量的關(guān)系研究［J］.西南公路，2013，14(2):62-64+74.

［10］中國科學(xué)院數(shù)學(xué)研究所數(shù)理統(tǒng)計組.回歸分析方法［M］.北京:科學(xué)出版社，1974:36-471.

［11］張玉富，于天來.季冷區(qū)路基土凍賬主要影響因素對凍深的影響規(guī)律［J］.森林工程，2014，30(3):131-133.

［12］張玉富，于天來.季凍區(qū)路基凍脹置換深度的計算方法［J］.公路工程，2014(2):111-114+138.