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淺談細(xì)粒土承載比的影響因素和工程應(yīng)用論文
摘要：文章結(jié)合在試驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)的一些問題，著重研究了影響細(xì)粒土承載比(cBR)數(shù)值的主要因素。結(jié)合室內(nèi)試驗(yàn)，從土的顆粒分析、塑性指數(shù)、礦物成分和試驗(yàn)操作對(duì)土的CBB.值的影響進(jìn)行了分析，并從工程應(yīng)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(yàn)和應(yīng)用提供了一些參考。
關(guān)鍵詞：承載比；影響因素；工程應(yīng)用
承載比(CBR)試驗(yàn)是由美國加利福尼亞州公路局首先提出的，目的是用于評(píng)價(jià)路基土和路面材料的強(qiáng)度指標(biāo)。CBR值的大小是反映在進(jìn)行貫入試驗(yàn)之后，試件中部分土體與整體之間產(chǎn)生相對(duì)位移時(shí)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(yàn)就是模擬公路路基填料在滿足壓實(shí)度的情況時(shí)，處于受水浸泡時(shí)的最不利環(huán)境下，顆粒間孔隙被水充填，填料聯(lián)結(jié)強(qiáng)度降低的實(shí)際情況。所謂CBR值，是指試料貫入量達(dá)2.5mm或5mm時(shí)，單位壓力對(duì)標(biāo)準(zhǔn)碎石壓入相同貫入量時(shí)標(biāo)準(zhǔn)荷載強(qiáng)度(7MPa或10.5MPa)的比值，用百分?jǐn)?shù)表示。隨著高速公路建設(shè)的發(fā)展，中國現(xiàn)行《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTGD30—2004)和《公路路基施工技術(shù)規(guī)范》(JTG F10—2006)已將CBR值作為路基填料選擇的依據(jù)。
1 試驗(yàn)材料及方案設(shè)計(jì)
文章通過9種有代表性的土樣進(jìn)行試驗(yàn)，分別做了土的顆粒分析和液塑性試驗(yàn)來進(jìn)行對(duì)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(duì)CBR值的影響
在土的塑性指數(shù)相同的情況下，CBR值的變化關(guān)系見表1。從表1可得出以下結(jié)論：
�、兖し郾扔绊慍BR值的大小，即使塑性指數(shù)相差不大，CBR值有時(shí)候相差也很大。1#和2#的黏粉比為0.164和0.217，結(jié)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(jié)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▽�(duì)土的CBR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(jié)果關(guān)系及對(duì)CBR值的影響
根據(jù)《公路土工試驗(yàn)規(guī)程》(JTD E40—2007)對(duì)土的粒組劃分可知，粒組劃分圖應(yīng)遵循的原則是：
(1)遵循量變到質(zhì)變的原則。以2mm為界判斷土有沒有水連接，大于2mm的土認(rèn)為沒有水連結(jié)：以0.075mm判斷土有沒有水膠連結(jié)，大于0.075mm的土認(rèn)為沒有水膠連結(jié)，0.002mm～0.075mm的粉粒土有水膠連結(jié)，但是失水時(shí)，連結(jié)力遞減，造成塵土飛揚(yáng)；而小于0.002mm的黏粒土在失水時(shí)，連結(jié)力遞增，變硬。
(2)在粒組劃分圖中做顆粒分析試驗(yàn)：大于2mm的土采用粗篩分析，0.075mm～2mm的土采用細(xì)篩分析，小于0.075mm的黏粒和粉粒采用比重計(jì)法或移液管分析。
礦物成分與土的粒組之間的關(guān)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(zhì)，有時(shí)是多礦物的，有時(shí)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(shí)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(xì)小的原生礦物，如粉粒狀的石英和難溶的方解石、白云石構(gòu)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(jī)質(zhì)構(gòu)成，主要是高價(jià)的鐵、鋁構(gòu)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(jié)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(xì)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(gòu)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(huì)出現(xiàn)雖然塑性指數(shù)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(xiàng)來進(jìn)行分析。要結(jié)合土樣的其他礦物項(xiàng)(例如3#和4#)。
通過以上結(jié)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(dāng)土的黏粉比相差不大時(shí)，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(xì)篩和粗篩分析，0.075mm含量可以通過比重計(jì)法或移液管法求得。篩分法只能求出砂粒組、礫粒組和細(xì)粒組的含量，而比重計(jì)法或移液管法可以求出粉粒和黏粒含量。下面通過對(duì)各種有代表性的土進(jìn)行顆粒分析試驗(yàn)來大致求取各種礦物含量，以說明當(dāng)黏粉比相差不大時(shí)。土的礦物成分對(duì)土的CBR值的影響，見表3。
從表3可以得出以下結(jié)論：當(dāng)土的黏粉比相差不大時(shí)，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(duì)CBR值的影響
(1)JTG E40—2007《公路土工試驗(yàn)規(guī)程》規(guī)定，在進(jìn)行土的承載比貫入試驗(yàn)時(shí)，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(yù)壓力，將此荷載作為試驗(yàn)時(shí)的零荷載。在此，規(guī)程中提到的45N的預(yù)壓力，對(duì)于2kN的7.5kN的應(yīng)力環(huán)，可以用回歸方程進(jìn)行計(jì)算45N百分表的讀數(shù)，但是對(duì)于個(gè)別應(yīng)力環(huán)來說，有時(shí)按照回歸方程來進(jìn)行計(jì)算其預(yù)壓力可能會(huì)出現(xiàn)負(fù)數(shù)，比如該室的30kN應(yīng)力環(huán)的校驗(yàn)數(shù)據(jù)見表4。
應(yīng)力環(huán)回歸方程為：Y=-10.109+10.197X，其中X為mm，Y為kN，那么現(xiàn)在把45N代人方程進(jìn)行計(jì)算得X為0.996，那么從表4得知，在0時(shí)為1.000mm，現(xiàn)在如果按照回歸方程進(jìn)行計(jì)算的話就出現(xiàn)了負(fù)數(shù)，沒有辦法加載，如果碰到這種情況，建議采用比例的方法進(jìn)行計(jì)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(yīng)力環(huán)時(shí)百分表走1格為0.01mm，即為預(yù)加45N的力。如果進(jìn)行承載比試驗(yàn)時(shí)，預(yù)壓力加不對(duì)。對(duì)結(jié)果的影響是很大的。
(2)在試件放在路強(qiáng)儀或CBR試驗(yàn)機(jī)之前。試件的底面一定要刮平，尤其是黏性土，我們?cè)谧鲈囼?yàn)操作對(duì)CBR影響試驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)：對(duì)于同種黏性土98擊的試件做了5組，其中3組未進(jìn)行底面處理，結(jié)果分別為：3.6％、4.1％、3.9％。對(duì)其中2組試件進(jìn)行底面刮平處理，結(jié)果分別為：8.1％和7.6％，可見試件的處理對(duì)CBR值是有很大影響的。
(3)我們知道在進(jìn)行CBR試驗(yàn)時(shí)，在試件頂部要放置4塊承載板，在放置承載板時(shí)一定不能造成承載板與貫入桿有摩擦力，因?yàn)檫@種摩擦力會(huì)造成CBR值很大，影響試驗(yàn)結(jié)果，失去試驗(yàn)?zāi)康�，�?yīng)使貫入桿自由下落。
(4)選擇應(yīng)力環(huán)時(shí)應(yīng)該注意，如果試驗(yàn)人員沒有經(jīng)驗(yàn)，那么在做試件時(shí)應(yīng)多做一塊試件，供選擇應(yīng)力環(huán)使用。
3 工程實(shí)例分析
晉城環(huán)城高速公路西北段東板橋東側(cè)K5+650取土場(chǎng)進(jìn)行了CBR試驗(yàn)，在素土CBR值不能滿足要求時(shí)，我們進(jìn)行了對(duì)素土摻加熟石灰進(jìn)行改良，使其CBR值滿足規(guī)范要求，其各項(xiàng)指標(biāo)見表5。
4 結(jié)論
(1)從上述所進(jìn)行的試驗(yàn)對(duì)比過程，我們可以發(fā)現(xiàn)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(shù)相同時(shí)，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(jìn)行路基填筑過程中，由于每個(gè)壓實(shí)區(qū)對(duì)土的CBR值要求不同，我們首先要通過顆粒分析試驗(yàn)和液塑限試驗(yàn)來選擇填料，以使填料的CBR值規(guī)范要求。
(4)在進(jìn)行選擇土場(chǎng)時(shí)，一定要對(duì)土場(chǎng)的CBR值進(jìn)行合理利用，采用提高壓實(shí)度的方法或改良的方法進(jìn)行提高土的CBR，使其能夠滿足規(guī)范要求。
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