浅谈细粒土承载比的影响因素和工程应用论文
摘要：文章结合在试验过程中发现的一些问题，着重研究了影响细粒土承载比(cBR)数值的主要因素。结合室内试验，从土的颗粒分析、塑性指数、矿物成分和试验操作对土的CBB.值的影响进行了分析，并从工程应用上提出了一些看法和建议，为同行正确理解承载比(CBR)试验和应用提供了一些参考。
关键词：承载比；影响因素；工程应用
承载比(CBR)试验是由美国加利福尼亚州公路局首先提出的，目的是用于评价路基土和路面材料的强度指标。CBR值的大小是反映在进行贯入试验之后，试件中部分土体与整体之间产生相对位移时的剪力。反映到公路路基上则是指路基的抗局部剪切力的能力。该试验就是模拟公路路基填料在满足压实度的情况时，处于受水浸泡时的最不利环境下，颗粒间孔隙被水充填，填料联结强度降低的实际情况。所谓CBR值，是指试料贯入量达2.5mm或5mm时，单位压力对标准碎石压入相同贯入量时标准荷载强度(7MPa或10.5MPa)的比值，用百分数表示。随着高速公路建设的发展，中国现行《公路路基设计规范》(JTGD30—2004)和《公路路基施工技术规范》(JTG F10—2006)已将CBR值作为路基填料选择的依据。
1 试验材料及方案设计
文章通过9种有代表性的土样进行试验，分别做了土的颗粒分析和液塑性试验来进行对比分析，分析影响土的CBR值的各种因素。
2 路基填料CBR值的影响因素
2.1黏粉比对CBR值的影响
在土的塑性指数相同的情况下，CBR值的变化关系见表1。从表1可得出以下结论：
①黏粉比影响CBR值的大小，即使塑性指数相差不大，CBR值有时候相差也很大。1#和2#的黏粉比为0.164和0.217，结果显示二者的CBR值分别为7.6％和4.9％。3#和4#的黏粉比为0.208和0.227，结果显示二者的CBR值分别为9.8％和4.4％。这说明，黏粉比越高，CBR值越小。
②单从黏粉比判定对土的CBR值的影响是不全面的。例如：2#、3#和4#黏粉比虽然相差不大，但是CBR值相差却很大。
2.2土的矿物成分与颗粒分析结果关系及对CBR值的影响
根据《公路土工试验规程》(JTD E40—2007)对土的粒组划分可知，粒组划分图应遵循的原则是：
(1)遵循量变到质变的原则。以2mm为界判断土有没有水连接，大于2mm的土认为没有水连结：以0.075mm判断土有没有水胶连结，大于0.075mm的土认为没有水胶连结，0.002mm～0.075mm的粉粒土有水胶连结，但是失水时，连结力递减，造成尘土飞扬；而小于0.002mm的黏粒土在失水时，连结力递增，变硬。
(2)在粒组划分图中做颗粒分析试验：大于2mm的土采用粗筛分析，0.075mm～2mm的土采用细筛分析，小于0.075mm的黏粒和粉粒采用比重计法或移液管分析。
矿物成分与土的粒组之间的关系：①粒径大于2mm的砾粒组，包括砾石、碎石和卵石等，仍然保留原有矿物的成分和性质，有时是多矿物的，有时是单矿物的。②粒径为2mm～0.075mm的砂粒组，一般是单矿物的，通常由石英组成，有时为长石、云母及其他深色矿物。③粒径为0.074mm～0.002mm的粉粒组，由一些细小的原生矿物，如粉粒状的石英和难溶的方解石、白云石构成。④料径小于0.002mm的黏粒组成，主要是一些不可溶的次生矿物，如粉粒矿物类，由半氧化、难溶岩、次生二氧化硅及有机质构成，主要是高价的铁、铝构成。蒙脱石、伊利石、高岭石是黏粒的主要组成部分。
各种矿物相的硬度见表2。照表，可以得出以下结论：
(1)1#的粉粒含量大于2#的粉粒含量，由于粉粒是由一些细小的原生矿物，如粉粒状的石英和难溶于水的方解石和白云石构成，而1#的黏粒含量小于2#的黏粒含量，蒙脱石、伊利石、高岭石是黏粒的主要组成部分。从表2可以看出，粉粒组成的.矿物要比黏土矿物的硬度大，必然会出现虽然塑性指数相差不大但是CBR值相差挺大，且1#CBR值大于2#的情况。
(2)分析土样CBR值不能仅从粉粒和黏粒的矿物项来进行分析。要结合土样的其他矿物项(例如3#和4#)。
通过以上结果可以知道，土的CBR不仅要受到黏粉比的影响，而且受到矿物成分的影响。下面列举当土的黏粉比相差不大时，土的CBR值受到矿物成分的影响而相差较大的原因。我们知道，土的颗粒成分可以通过细筛和粗筛分析，0.075mm含量可以通过比重计法或移液管法求得。筛分法只能求出砂粒组、砾粒组和细粒组的含量，而比重计法或移液管法可以求出粉粒和黏粒含量。下面通过对各种有代表性的土进行颗粒分析试验来大致求取各种矿物含量，以说明当黏粉比相差不大时。土的矿物成分对土的CBR值的影响，见表3。
从表3可以得出以下结论：当土的黏粉比相差不大时，随着原生矿物的增加，CBR值增加；随着原生矿物颗粒的增大，CBR值增大且最大干密度也增大。
2.3操作过程对CBR值的影响
(1)JTG E40—2007《公路土工试验规程》规定，在进行土的承载比贯入试验时，为使贯入杆端面与试样表面充分接触，在贯入杆上施加45N的预压力，将此荷载作为试验时的零荷载。在此，规程中提到的45N的预压力，对于2kN的7.5kN的应力环，可以用回归方程进行计算45N百分表的读数，但是对于个别应力环来说，有时按照回归方程来进行计算其预压力可能会出现负数，比如该室的30kN应力环的校验数据见表4。
应力环回归方程为：Y=-10.109+10.197X，其中X为mm，Y为kN，那么现在把45N代人方程进行计算得X为0.996，那么从表4得知，在0时为1.000mm，现在如果按照回归方程进行计算的话就出现了负数，没有办法加载，如果碰到这种情况，建议采用比例的方法进行计算：(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小格为0.01mm，也就是如果用这种应力环时百分表走1格为0.01mm，即为预加45N的力。如果进行承载比试验时，预压力加不对。对结果的影响是很大的。
(2)在试件放在路强仪或CBR试验机之前。试件的底面一定要刮平，尤其是黏性土，我们在做试验操作对CBR影响试验时发现：对于同种黏性土98击的试件做了5组，其中3组未进行底面处理，结果分别为：3.6％、4.1％、3.9％。对其中2组试件进行底面刮平处理，结果分别为：8.1％和7.6％，可见试件的处理对CBR值是有很大影响的。
(3)我们知道在进行CBR试验时，在试件顶部要放置4块承载板，在放置承载板时一定不能造成承载板与贯入杆有摩擦力，因为这种摩擦力会造成CBR值很大，影响试验结果，失去试验目的，应使贯入杆自由下落。
(4)选择应力环时应该注意，如果试验人员没有经验，那么在做试件时应多做一块试件，供选择应力环使用。
3 工程实例分析
晋城环城高速公路西北段东板桥东侧K5+650取土场进行了CBR试验，在素土CBR值不能满足要求时，我们进行了对素土掺加熟石灰进行改良，使其CBR值满足规范要求，其各项指标见表5。
4 结论
(1)从上述所进行的试验对比过程，我们可以发现土体的承载比(CBR)受到各种因素的影响，在土的名称和塑性指数相同时，CBR值不相同。
(2)土的CBR值受到土的矿物成分的影响，土含有原生矿物越多，原生矿物粒径越大，土的CBR值越大。
(3)在进行路基填筑过程中，由于每个压实区对土的CBR值要求不同，我们首先要通过颗粒分析试验和液塑限试验来选择填料，以使填料的CBR值规范要求。
(4)在进行选择土场时，一定要对土场的CBR值进行合理利用，采用提高压实度的方法或改良的方法进行提高土的CBR，使其能够满足规范要求。
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