黑大公路路基土湿度对CBR的影响

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摘要：为研究路基土湿度状况对CBR值的影响，通过设置试验路段，对路基土湿度状况进行了调查，并对路基土CBR值进行了现场贯入试验。根据试验结果建立了路基土CBR值与含水率、稠度的关系式。结果表明：黑大公路路基使用多年后含水率稳定在20%左右，平衡湿度范围为18.4%-23.3%；路基土cbr值与含水率、稠度之间具有良好的相关性。试验结果能够为季冻区公路路基使用状况的评定以及路基养护方案的制定提供科学依据和技术指导。

关键词：路基土；CBR；平衡湿度；可变能量贯入仪

中图分类号：U213.1 文献标识码：A 文章编号：

公路路基土湿度变化具有复杂性，湿度状况对路基土的力学性能影响显著。国内外许多学者对路基土湿度对回弹模量的影响进行了大量的研究。Mohammed认为路基土回弹模量主要取决于土的类型和湿度[1]。武和平分析研究了5条试验路的测试资料，证实路基土的含水率对回弹模量有着显著影响[2]。保卫国通过室内试验研究了路基土吸力与湿度的关系，发现路基土回弹模量的变化与其湿度有关 [3]。但是，国内在路基土湿度对CBR值的影响这一方面研究较少，因而有必要对路基土湿度状况及其对CBR值的影响展开研究。

本文以黑大公路为依托工程，对试验路段路基土湿度状况进行了现场调查，同时对试验点的路基土进行了现场CBR试验，提出了该地区路基平衡湿度范围，建立了含水率、稠度与路基土CBR值之间的关系。为该地区公路路基路基养护方案的制定提供科学依据和技术指导。

试验方案与方法

1.1工程概况：

试验选取黑大公路（G202线）—哈尔滨至青冈段。哈尔滨至青冈段位于黑龙江中部，为一级公路，设计时速100km/h，路面结构层厚度约为70cm，道路沿线两侧地形主要为农田。试验路段所在区域为中温带大陆性气候，夏季短暂，冬季寒冷而又漫长。全年平均降水量为569.1毫米，降水主要集中在7-8月，夏季降水量占全年降水量的60%。夏季7月的平均气温约23℃，冬季1月的平均气温约-19℃；年平均温度为3.6℃。该区每年10月份气温开始明显下降，并出现负温，地温也随之下降，地表开始冻结，平均冻结深度在1.8－2.1m之间。3月末气温明显回升，路基开始解冻，平均封冻期为145天。

1.2试验方案

以黑大公路K465+800～K533+800路段为试验路段，全段范围内大约每间隔10km选择一个路基作为试验桩号，在该断面的中央分隔带布置1个点、土路肩上布设2个试验点，对每个试验点的路基土进行CBR试验；同时对试验点路表面以下60-130cm范围内的路基土进行钻孔取样，测定毎10cm路基土的含水率。如果这4点的数据偏差大于5%，则去掉偏差较大的数据，在其附近50cm处布设另外一点重新试验。

1.3试验方法

（1）路基土湿度状况调查（调查时间为2011年8月份）：在预先布置好的试验点进行钻孔取样，对60—130cm深度范围内的路基土毎10cm进行取样，最大钻探深度为2.1m。按照《公路土工试验规程》[4]规定测定土样含水率，并计算稠度。钻孔取样采用手动钻孔。

（2）CBR试验

路基土CBR试验采用PANDA2可变能量贯入仪[5]。在各桩号预先布置好的试验点处，对路基进行触探试验，触探从路的表面开始，触探最大深度为2.1m。使用PANDA2可变能量贯入仪自身配套的软件，对触探试验数据进行处理，得到各桩号试验点处路基土的CBR值。

试验结果与分析

2.1试验结果

（1）通过对试验段路基土湿度状况的现场调查与路基土CBR触探试验得到了各桩号试验点路基土路基土（60-130cm）范围内的平均含水率、稠度、干湿类型以及CBR值，如表1所示。

表1 路基土含水率、稠度、干湿类型及CBR表

2.2路基土平衡湿度

路基土湿度的表征一般有两种：含水率和张力[6]。含水率的测定简单并且可靠，因而本试验采用含水率来表征路基土湿度。

通过对试验路段路基土湿度进行现场调查后，得到了路基土的湿度状况，及平衡湿度范围（如表2所示）。

表2 路基土湿度状况

由此可知：黑大公路路基在使用多年后，路基土含水率逐渐稳定在20%左右。与初始碾压时路基土控制在最佳含水率15.3%左右相比，增长了约5%，路基土湿度状况变化显著。因此，提出该地区路基平衡湿度范围为：18.4%—23.3%。因而，在进行路面结构设计时，应考虑以平衡湿度状况作为路基设计状态。

2.3路基土CBR值与含水率的关系

路基土湿度状况对路基力学性能影响显著。路基在施工过程中压实标准控制在96%，所以考虑含水率作为变量，由试验数据可得到路基土CBR值与含水率之间关系以及两者之间的关系式如式（1）。（R2=0.9875） （1）

式中：CBR—路基土CBR值，—为（0.6m-1.3m）路基土平均含水率。

由公式（1）计算可知：当含水率为16.4%时，CBR值取得最大值9.5。由此可知：随着含水率的增加，路基土CBR值先增大，而后开始下降，并且在最佳含水率偏右一侧取得最大值。

2.4路基土CBR值与稠度的关系

稠度指标综合反应了土的塑性特性，包含了液限与塑限，全面直观地反映了土的软硬程度[7]。通过对试验数据进行拟合处理，得到了路基土CBR值与稠度之间的变化曲线（如图所示），以及关系式（见式（2））。

路基土CBR与稠度与关系

（R2=0.946）（2）

式中：CBR—路基土CBR值，—为稠度。

由此可知，路基土CBR值在稠度为1.3左右时取得最大值，1.3后增幅逐渐趋于平稳。由公式（2）计算后可知：当稠度为1.38时，路基土CBR值取得最大值。回归公式的相关系数为0.946，相关性良好。

结论

（1）哈大高速路基在使用多年后，路基土含水率逐渐稳定在20%左右。在道路竣工通车3-4年后，达到平衡湿度状况，平衡湿度范围为17.5%—21.2%。

（2）路基土湿度状况对CBR值影响显著。在压实度一定的条件下，路基土CBR值与含水率之间具有良好的相关关系，关系式为：（R2=0.9875），并且路基土CBR值在最佳含水率偏右一侧取得最大值。

（3）在压实度一定的条件下，路基土CBR值与稠度之间存在良好的相关关系，关系式（R2=0.946）。路基土CBR值在稠度大于1.3后增幅逐渐变小，并趋于平稳，并且在稠度为1.38时CBR值取得最大值；

参考资料

[1] Mohammed，baoshan Huang, Aaron J. Allen. A Regression Model for Resilient Modulus of Sub grade Soils.77th Annual Meeting of Transportation Research Board 1998.

[2] ]武和平.高等级公路路面结构设计方法[M].北京:人民交通出版社，1999.

[3]孙晨晴，徐爽.黑龙江省粘性土路基填料CBR值评价[J].公路，2004（5）：14:18.

[4]JTG E40－2007 公路土工试验规程[S].

[5]谢华昌，凌建明.路基土湿度动态变化的测试方法[J].公路交通科技，2007,