建筑浅谈室内承载比CBR.docx
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建筑浅谈室内承载比CBR
浅谈室内承载比（CBR）
{摘要}室内加州承载比试验作为一种评定材料承载能力的试验方法，在试验过程中应注意其关键事项，在由设计参考值向工地施工作业控制标准的转化过程，考虑工地试验室的实际工作条件，可采用击实数与压实度关系图法。
1、前言：
随着建筑作业国际化发展，试验检测中国家或部颁最新技术标准、操作规程和有关行业工作规范逐步与国际接轨，室内承载比作为加州承载比试验的一项也逐步由设计参考值转向工地施工作业的控制标准。
2、加州承载比试验的简介
加州承载比（CaliforniaBearingRatio）试验，简称CBR，可分为室内与室外试验两种，是评定材料承载能力的一种试验方法，最早由美国加州公路局提出，国外多采用其作为路面材料和路基土的设计参数，沥青和水泥混凝土路面设计，多考虑采用CBR指标。
参考国内外情况，我国《公路路基设计规范》和《公路路基施工技术规范》已将CBR指标列入其中，作为路基填料选择的依据。
路基填料最小强度要求可见下表
路基填料最小强度和最大粒径要求
项目分类
路面底面下深度
（cm）
填料最小强度CBR（%）
填料最大粒径（mm）
高速、一级公路
其它等级公路
填
方
路
基
上路床
0-30
8
6
10
下路床
30-80
5
4
10
上路堤
80-150
4
3
15
下路堤
150以下
3
2
15
零填及路堑路床
0-30
8
6
10
3、详述加州承载比试验
加州承载比作为一种评定材料承载能力的试验方法，分为室内试验与现场试验两种。
室内承载比是以材料抵抗局部荷载压入变形的能力表征，并采用碎石的承载能力为标准，以相对值来表示。
3.1室内承载比试验工作原理
室内承载比试验是将土样以其最佳含水量，最大干密度为控制值，分别采用30击、50击、90击的不同击数制备不同压实程度的试件。
试件加荷5公斤，泡水4天后，模拟路面的约束作用，仍加荷5公斤，用一端面直径为50毫米，长约有00毫米的金属杆，以1-1.25毫米/分的速度压入该试件，油得荷载压入变形曲线。
分别取压入变形为2.5毫米与5.0毫米的附加压力值（MPa），将该值分别除以标准碎石压入变形为2.5毫米与5.0毫米的承载比值，比较二值，如压入变形5.0毫米的CBR值大于压入变形2.5毫米的CBR值，则试验需要作，如结果仍是如此，则采用压入变形5.0毫米的CBR。
3.2加州承载比试验应注意的事项
1）试样的最大粒径。
2）试件加荷泡水4天。
3）量力环计量标定，确定力环的校正系数。
4）试件加荷贯入变形。
这四项内容是进行加州承载比试验的关键，但目前这些方面仍存在争议，具体情况笔者将就杭金衢高速公路的对比试验，在以下进行详述。
3.2.1试样的最大粒径
现行《公路土工试验规程》（JTJ051-93）规定，CBR试验的代表试样最大粒径为38毫米，而在法国统一技术规程《法国土工试验和地基勘察统一技术规程》（草案）中对试样的容许粒径要求为20毫米。
法国这一有关CBR试验规程虽只用于测定柔性公路结构，其试验结果并不代表土的力学性质，但在试样的规定上，20毫米粒径较38毫米粒径要求合理。
38毫米相对于贯入杆端面50毫米直径来讲，尺寸偏大，因而它能独立地承担贯入杆的加载作用，从而使其周围的细粒土没有参与承载作用，如此所得的CBR值分散性大，变异系数大，且试验结果缺乏代表性，以下是笔者对杭金衢项目就此对岩口渡假村的碎石土所做的对比性试验。
一试样取粒径大于20毫米颗粒占据0%，粒径小于20毫米颗粒占领市场60%，另一试样取粒径小于20毫米颗粒占100%。
具体数据如下
试验编号
试件编号
L=2.5mm
CBR（%）
L=2.5mm时变异系数Cv（%）
L=2.5mm
CBR（%）
L=5.0mm
CBR（%）
L=5.0mm时CBR变异系数（%）
L=5.0mm
CBR（%）
I
1
115.9
13.2
123.6
140.1
15.0
155.4
2
131.4
127.1*
3
150.9*
170.7
II
4
48.4
5.2
46.0
58.8
5.7
55.7
5
44.8
55.7
6
44.5
52.5
注：
L=压入变形值
I：
大于20毫米颗粒40%，小于20毫米占60%的试样
II：
小于20毫米颗粒上100%
*：
在变异系数大于12%的数组中，该数值由于偏离值最大而剔除
由一表不难看出，当试件的代表试样颗粒尺寸大于20毫米时，试件CBR变异系数均大于12%，且对于同一种土源，不同颗粒尺寸对CBR值影响很大，大颗粒的存在，CBR值增加179.0%。
因此，就笔者认为，试样颗粒尺寸应控制在20毫米以内。
3.2.2试件泡水天数
各国对CBR试件加荷泡水4天的要求是一致的，其目的是模拟材料在使用过程中处于最不利状况进行试验的。
试件泡水4天，其饱和度一般可达75-95%,即能满足设计要求。
但由于各种因素影响，如当地干湿状况、地形、排水、填筑状况等因素不一致，路基填筑材料潮湿程度与试件泡水四昼夜有明显差异。
杭金衢高速公路途经江渐一带的第四系沉积带，土质为高液限粘土，笔者对该土做了试件不泡水与泡水四昼夜的对比试验，结果如下：
试验编号
试件编号
L=2.5mm
CBR（%）
L=2.5mm时变异系数Cv（%）
L=2.5mm
CBR（%）
L=5.0mm
CBR（%）
L=5.0mm时CBR变异系数（%）
L=5.0mm
CBR（%）
I
1
50.5
10.3
47.4
44.5
10.6
41.9
2
49.9
44.5
3
41.8
36.8
II
4
8.0*
12.2
6.5
7.5
6.5
7.1
5
6.3
6.6
6
6.9
7.2
注：
L=压入变形值
I：
不泡水试件
II：
泡水四昼夜试件
*：
在变异系数大于12%的数组中，该数值由于偏离值最大而剔除
由上表知，不泡水试件的CBR值较泡水四昼夜的CBR值增长近567.6%。
可见，如果路基填土使用状态的不利因素并没有达到最不利情况，那么根据不同填筑区域的CBR要求，强调没有可能出现的最不利状况，就有可能浪费可利用的填筑土资源，造成经济上的浪费。
因此在填筑材料的使用过程中，应适当考虑与实际情况相符合，遵照现场情况对试件的泡水时间进行相应的调整。
3.2.3量力环计量标定
量力玩具是CBR试验结果准确的必要环节，它的应力应变是计量施加荷载大小的关键。
就工程金属材料来说，宏观上，我们可认为其性质是均匀的，连续的，且是各向同性的，因而钢环在不超过其使用范围的的外力作用下将产生的变形，是弹性变形，它的应力应变关系是线性的。
我们可直接利用该环标定值，根据试验过程的变形值计算力的大小。
因而试验员应在试验前预计土的反力值来选用不同量程的量力环，以名材料的反力值超出量力玩具的量程，造成试验数据的偏差。
量力环在标定中，可能存在的材料不均值性以及工作条件的限制，其标定的值不是线性，在条件有限的情况下，可采用内差法进行取值计算。
故在使用应力环之前，必须请有关计量部门对应力环进行计量和校对，以保证试验结果的准确性。
3.2.4试件加荷贯入变形
在试验过程中，试验员往往会忽略加荷贯入，而直接对贯入杆压入试土中进行力的测试，这无形中降低了土样的承载力值。
以下是砂类土在加荷贯入过程中，施加荷载板和未施加荷载板的试验数据。
试验编号
试件编号
L=2.5mm
CBR（%）
L=2.5mm时变异系数Cv（%）
L=2.5mm
CBR（%）
L=5.0mm
CBR（%）
L=5.0mm时CBR变异系数（%）
L=5.0mm
CBR（%）
I
1
114.5
96
103.5
114.5
3.9
111.4
2
101.0
113.2
3
95.0
106.4
II
4
92.3
5.5
87.1
106.4
5.0
100.6
5
82.9
98.4
6
86.2
97.0
注：
L=压入变形值
I：
试验过程中加荷载板
II：
试验过程中不加荷载板
对比以上数据进行分析，不难看出，该土样施加荷载板比未施加荷载板的CBR值增加10.7%。
考虑到路基成型后，填筑材料各颗粒间存在或大或小的联结能力，形成了板体结构，因而其具备整体受力性能，故在进行土样的室内承载比试验时，应注意加荷兰贯入过程施加荷载板。
4、工地试验室的CBR试验法
4.1工地试验室进行规范的CBR试验存在困难
CBR试验用于评定填筑材料的承载力，其目标是判定该材料在某一填筑区域能否满足不利状态的要求。
按照《公路土工试验规程》中介绍CBR试验以30击、50击、90击的击数制备不同压实程度的试件进行承载比试验，然后绘制击数密实度和击数承载比的关系图，从而确定填筑材料的不同密实程度的CBR值，即承盏能力值。
此做法是可行的，但考虑到工地试验室作为施工过程的质量控制质检机构，应从便捷快速的角度出发，及时满足工地的实际需要。
按照试验规程的试验步骤进行，在试验器具数量有限的情况下，无疑会使试验时间拖长。
假设试验室内只有一套CBR试模，一组CBR试验泡水4天，则其整套试验包括击实、备料至少需18天。
如工地上多种填筑土样须进行该项试验，则无法满足需求。
4.2工地试验室CBR试验方法---击数与程度关系图法
4.2.1工地试验室CBR试验方法—击数与压实程度关系图法工作原理。
工地试验室CBR试验方法---击数与压实程度关系图法，即是试验区在施工前期进行准备工作，绘制尤其是不同土质的击数与压实程度关系图，在进行CBR试验时，根据所需的压实程度确定击数制件。
试验步骤如下：
1、对施工过程可能需要的填筑材料进行大量的击实试验。
不同土质的填筑材料均以30击、50击、90击（也可以经验击数）的击数为横坐标，以其击出的压实程度值为纵坐标，绘制击数与压实程度的关系图。
2、施工过程可根据填筑材料将用于的填筑区域所要求的压实度值，由该种土质的击数与压实程度关系图查得相应的击数值略降下5次，进行CBR试验的试件制备。
在试验器材有限的情况下，只需7天就能提供数据结果。
4.2.2工地试验室CBR试验方法---击数与压实程度关系图法可行性探讨
CBR试验目的在于判定该材料在某一填筑区域能否满足不利状态的要求。
为满足工地工程进度的需要。
在有限的工作条件下，简略其试验，也能达到其规范要求。
假设某一红色粘性土在其击数与压实程度关系图查得93%压实度的相应击数值为75击，则可以70击进行该土样的CBR试验的试件制作。
使其击实程度≤93%，该试件进行的CBR值若仍能满足技术规范要求，则其能用于93区路基填筑。
此方法所得结果偏保守。
结论：
随着科学技术的不断发展，试验手段的不断提高，各种试验方法不断地改进。
室内加州承域比（CBR）试验作为一种评定材料承载能力的试验方法，正经历着由设计参考值向工地施工作业控制标准的转化过程。
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