CBR試驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)在公路工程中的應(yīng)用研究

張劍

（蘇交科集團(tuán)檢測(cè)認(rèn)證有限公司，江蘇南京 210000）

1 CBR試驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)的基本概述

1.1 CBR試驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)原理

CBR試驗(yàn)，即承載力比試驗(yàn)（CaliforniaBearing RatioTest），是指通過(guò)對(duì)土壤材料進(jìn)行模擬荷載試驗(yàn)，來(lái)評(píng)估其承載能力和適用性的一種技術(shù)，其既可以用于新建公路工程的設(shè)計(jì)中，也可以用于既有公路的改造和維護(hù)。

該技術(shù)主要采用CBR承載比試驗(yàn)儀（見(jiàn)圖1）測(cè)量土壤樣本在一定荷載下的變形特性和抗剪強(qiáng)度，以此推斷土壤的承載能力和它對(duì)公路工程負(fù)載的響應(yīng)。CBR試驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)的基本原理是通過(guò)將一定尺寸的鋼制圓筒固定在土壤中，施加標(biāo)準(zhǔn)化荷載并測(cè)量在固定深度下的變形，然后根據(jù)塑性指數(shù)得出承載比（CBR）的數(shù)值。CBR試驗(yàn)步驟為：土壤取樣—土壤樣本制備—裝填和壓實(shí)—施加荷載并記錄變形數(shù)據(jù)—根據(jù)實(shí)際的試驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算CBR數(shù)值—結(jié)合相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行結(jié)果評(píng)價(jià)[1]。

圖1 CBR承載比試驗(yàn)儀

1.2 CBR試驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)的準(zhǔn)備工作

1.2.1 試料準(zhǔn)備

首先，清除土樣表面的雜質(zhì)，保證采集到的樣品為代表性的土壤，然后從同一垂直剖面的上、中、下三個(gè)位置等分取樣，以確保試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

其次，根據(jù)規(guī)范要求使用5mm篩孔對(duì)土樣進(jìn)行篩分，考慮到施工現(xiàn)場(chǎng)采樣有時(shí)難以符合標(biāo)準(zhǔn)，因此還需要對(duì)試驗(yàn)樣品進(jìn)行烘干和碾碎，以順利通過(guò)5mm篩孔。同時(shí)，還需要去除樣品中超過(guò)40mm的土顆粒，并做好相應(yīng)的記錄。

最后，考慮到不同含水量對(duì)強(qiáng)度的影響各不相同，因此在試驗(yàn)前一天需要進(jìn)行含水量的測(cè)定，若測(cè)定數(shù)據(jù)偏大，則需要進(jìn)行風(fēng)干處理，以確保取樣質(zhì)量符合要求。此外，在準(zhǔn)備階段應(yīng)提高重視不同土顆粒的土樣質(zhì)量要求（見(jiàn)表1）。

表1 CBR試驗(yàn)的試樣質(zhì)量要求

1.2.2 試件制備

試件制備也是CBR試驗(yàn)中的重要環(huán)節(jié)，工作人員通常需要根據(jù)顆粒粒徑情況合理選擇相應(yīng)的試筒。試筒選擇完畢后需要對(duì)其進(jìn)行合理布置，按順序放入墊塊、濾紙、套環(huán)等部件，并將現(xiàn)場(chǎng)取回的樣品放入金屬盤(pán)中，最后根據(jù)事先計(jì)算好的用水量進(jìn)行噴灑，將土樣噴至濕潤(rùn)狀態(tài)，并確保含水量始終保持在±2%。為避免水分快速蒸發(fā)，往往還需要使用塑料袋對(duì)土樣進(jìn)行密封，以最佳含水量為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行試樣制備，以此確保后續(xù)試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確與可靠[2]。

2 CBR試驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)在公路工程中的應(yīng)用意義

在公路工程中實(shí)施CBR試驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)具有重要意義。

首先，CBR試驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)可以快速準(zhǔn)確地評(píng)估路基土的承載能力。工程師通過(guò)對(duì)不同位置和深度進(jìn)行CBR試驗(yàn)，可確定土壤的強(qiáng)度和固結(jié)性能，并合理設(shè)計(jì)道路的厚度和結(jié)構(gòu)，避免出現(xiàn)過(guò)度設(shè)計(jì)或不足的情況，從而提高公路工程的經(jīng)濟(jì)性和資源利用效率。

其次，在公路運(yùn)行過(guò)程中，路面承載能力是確保交通安全的重要因素之一，而CBR試驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)可以有效評(píng)估路基土的強(qiáng)度和變形能力，方便工程師采取針對(duì)性的加固措施，確保路面的穩(wěn)定性，提高公路工程的質(zhì)量和使用壽命。

再次，合理的公路設(shè)計(jì)往往還需要考慮土壤的自然環(huán)境特征，而CBR試驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)可以幫助工程師更好地了解土壤的水分、滲透性和排水性等關(guān)鍵參數(shù)，從而優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，減少對(duì)土地和環(huán)境資源的破壞，實(shí)現(xiàn)公路工程的可持續(xù)發(fā)展。

最后，CBR試驗(yàn)作為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化且應(yīng)用廣泛的試驗(yàn)方法，在公路工程的質(zhì)量驗(yàn)收和監(jiān)督中也起著重要作用。尤其是對(duì)于公路監(jiān)管部門(mén)和工程質(zhì)量監(jiān)督單位來(lái)說(shuō)，通過(guò)對(duì)CBR試驗(yàn)結(jié)果的審查和對(duì)比，能夠評(píng)估施工工程的安全性和可靠性。

3 CBR試驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)在公路工程中的具體應(yīng)用

3.1 在公路工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

3.1.1 CBR試驗(yàn)在確定設(shè)計(jì)厚度和材料選擇方面的應(yīng)用

不同的土壤類型和材料具有不同的承載能力，而CBR試驗(yàn)可以通過(guò)評(píng)估不同材料的適用性來(lái)指導(dǎo)設(shè)計(jì)厚度和材料選擇。

首先，設(shè)計(jì)人員通過(guò)CBR試驗(yàn)分析得到CBR數(shù)值，能夠獲取不同材料的抗剪強(qiáng)度和變形特性，并根據(jù)此參數(shù)來(lái)評(píng)估材料在公路工程中的適用性，從而幫助施工單位選擇適合的工程材料，提升道路的承載能力和穩(wěn)定性。

其次，根據(jù)公路工程的功能需求和設(shè)計(jì)要求，不同層次的路面結(jié)構(gòu)所要求的承載能力也會(huì)有所不同，而通過(guò)對(duì)不同材料的CBR數(shù)值進(jìn)行比較和分析，可以根據(jù)需要選取具有合適承載能力和穩(wěn)定性的材料。例如，高CBR值的材料可能更適合作為基層材料，而中等CBR值的材料則可以作為中間層材料或表層材料。

3.1.2 CBR試驗(yàn)在評(píng)估道路結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和耐久性方面的應(yīng)用

在公路工程中，CBR試驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)還可用于評(píng)估道路結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和耐久性。由于不同層次土壤的特點(diǎn)和組成可能存在差異，通過(guò)測(cè)量不同深度處的CBR值，可以獲得土壤承載能力的垂直分布情況，有助于設(shè)計(jì)人員判斷路基層、基底層和表層土壤的強(qiáng)度特征以及其相互作用，較高的CBR值表明土壤的承載能力較好，有利于道路結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性；反之，則意味著土壤的承載能力較差，可能導(dǎo)致路基沉降、塌陷或失穩(wěn)等問(wèn)題。

因此，根據(jù)CBR試驗(yàn)的結(jié)果，設(shè)計(jì)人員可以結(jié)合安全系數(shù)和要求的穩(wěn)定性指標(biāo)，調(diào)整路基層厚度、選擇適當(dāng)?shù)幕A(chǔ)層材料，采取加固措施，以提高道路結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

此外，隨著道路使用和交通荷載的增加，土壤的性質(zhì)和承載能力也可能發(fā)生變化，而通過(guò)定期對(duì)CBR值進(jìn)行監(jiān)測(cè)和比較，可以了解道路結(jié)構(gòu)伴隨時(shí)間的變化情況，并預(yù)測(cè)道路的壽命和維護(hù)周期，從而提前采取必要的維護(hù)和保養(yǎng)措施，以增強(qiáng)道路結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，確保其安全、可靠和持久。

3.2 在公路工程建設(shè)中的應(yīng)用

3.2.1 CBR試驗(yàn)在土壤加固和加筋方案設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

在公路工程建設(shè)中，CBR試驗(yàn)的結(jié)果可以為土壤加固和加筋方案的設(shè)計(jì)提供重要的依據(jù)和指導(dǎo)。

首先，通過(guò)對(duì)不同地段進(jìn)行CBR試驗(yàn)，并根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析和比較，工程師可以了解土壤的強(qiáng)度特性、壓實(shí)性能以及變形特性等信息，從而確定不同地段的加固需求以及最適合的加固方式。

其次，土壤含水量是影響土壤強(qiáng)度和穩(wěn)定性的重要因素，通過(guò)對(duì)不同含水量條件下的土壤進(jìn)行CBR試驗(yàn)，設(shè)計(jì)人員可以了解土壤水分對(duì)其承載能力的影響程度，并根據(jù)CBR試驗(yàn)結(jié)果，調(diào)整土壤含水量，同時(shí)采取有效的土壤加固措施，以提高土壤的承載能力和穩(wěn)定性。

最后，在加固材料和施工方法選擇方面，CBR試驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)也起到關(guān)鍵作用。工程師可以根據(jù)CBR試驗(yàn)分析結(jié)果進(jìn)行合理選擇。比如，對(duì)于CBR值較低的土壤，設(shè)計(jì)人員可以選擇土工合成材料、石子等加固材料，來(lái)增加土壤的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。此外，通過(guò)評(píng)估不同加筋方案下的CBR值，工程師可確定最適合的加筋方式和布置方案，以提高道路的承載能力。

3.2.2 CBR試驗(yàn)在路面修補(bǔ)和維護(hù)中的應(yīng)用

CBR試驗(yàn)在公路工程中還有一個(gè)重要的應(yīng)用領(lǐng)域，即路面修補(bǔ)和維護(hù)。在公路使用過(guò)程中，路面往往會(huì)遭受車輛交通、氣候變化和自然磨損等多種因素的影響，導(dǎo)致出現(xiàn)裂縫、坑洼和損壞等情況，影響行車的舒適度和安全性，因此需要進(jìn)行定期的維護(hù)和修補(bǔ)工作。通過(guò)對(duì)不同路段的CBR值進(jìn)行測(cè)試，工程師可以更好地采取相應(yīng)的修補(bǔ)和維護(hù)措施，從而確保道路的安全和耐久性[3]。

首先，道路表層材料的質(zhì)量和力學(xué)性能對(duì)道路的使用壽命和安全性有著重要影響，通過(guò)對(duì)路面表層材料進(jìn)行CBR試驗(yàn)，可以得到相應(yīng)的CBR值，從而判斷材料的承載能力。較高的CBR值意味著材料的強(qiáng)度和穩(wěn)定性較好，適合長(zhǎng)期受到交通荷載的路段；而較低的CBR值則意味著材料承載能力較差，可能需要盡快進(jìn)行修補(bǔ)和維護(hù)。

其次，根據(jù)CBR試驗(yàn)結(jié)果，還可以確定適當(dāng)?shù)男扪a(bǔ)材料和施工方法，以及為路面維護(hù)計(jì)劃提供參考數(shù)據(jù)，幫助工程師制定維護(hù)周期和策略，確定維護(hù)優(yōu)先級(jí)。例如，對(duì)于CBR值較低的路段，可能需要進(jìn)行補(bǔ)充材料的加固或更換，以提高路面的承載能力和穩(wěn)定性[4]。

3.2.3 CBR試驗(yàn)在工地施工質(zhì)量控制和驗(yàn)收中的應(yīng)用

在公路工程建設(shè)中，CBR試驗(yàn)還可用于工地施工質(zhì)量控制和驗(yàn)收工作。CBR值反映了土壤的承載能力和穩(wěn)定性，如果CBR值低于設(shè)計(jì)要求，可能導(dǎo)致后續(xù)施工過(guò)程中出現(xiàn)沉降、變形和失穩(wěn)等問(wèn)題。而通過(guò)CBR試驗(yàn)的檢測(cè)，施工人員可以檢測(cè)到層與層之間的差異和異常情況，并及時(shí)采取措施進(jìn)行調(diào)整和修復(fù)，以確保施工質(zhì)量達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

在質(zhì)量驗(yàn)收方面，CBR試驗(yàn)可以作為一個(gè)客觀、可量化的指標(biāo)來(lái)進(jìn)行質(zhì)量的驗(yàn)收和評(píng)估，設(shè)計(jì)人員和監(jiān)理人員通過(guò)對(duì)每個(gè)基礎(chǔ)層的CBR值進(jìn)行分析，可以判斷施工質(zhì)量是否達(dá)到相應(yīng)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。如果CBR值符合或超過(guò)設(shè)計(jì)要求，則表明基礎(chǔ)層的承載能力滿足要求，驗(yàn)收通過(guò)；反之，若CBR值低于要求，則需要進(jìn)一步調(diào)查和采取措施來(lái)糾正和改進(jìn)，確保施工質(zhì)量得到驗(yàn)證和認(rèn)可[5]。

此外，在公路工程建設(shè)中，通過(guò)及時(shí)監(jiān)測(cè)和比較基礎(chǔ)層的CBR值，還有助于發(fā)現(xiàn)并解決施工過(guò)程中的各種問(wèn)題，避免出現(xiàn)嚴(yán)重的施工缺陷和質(zhì)量隱患，提高道路的使用壽命和安全性。

4 CBR試驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)和局限性

通過(guò)分析得知，相較于其他試驗(yàn)方法，CBR試驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)具有諸多優(yōu)勢(shì)，不僅能夠直接反映路基土壤的承載能力，還適用于各種土壤類型和路基層結(jié)構(gòu)的檢測(cè)，操作也相對(duì)簡(jiǎn)單，所需設(shè)備和材料也比較少，因此特別適合應(yīng)用于大規(guī)模的公路工程項(xiàng)目中。但不可忽視的是，CBR試驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)也存在一定的局限性。

第一，CBR試驗(yàn)只能提供土壤的抗剪強(qiáng)度和壓實(shí)性能，對(duì)其他土壤特性如滲透性、膨脹性等無(wú)法評(píng)估。

第二，CBR試驗(yàn)只能針對(duì)某一特定的試驗(yàn)條件進(jìn)行驗(yàn)證，不能完全代表所有實(shí)際使用情況下的路基材料性能。

第三，CBR試驗(yàn)結(jié)果受到試驗(yàn)條件、設(shè)備和操作者技術(shù)水平的影響，存在一定的主觀性和誤差。

第四，CBR試驗(yàn)難以適用于檢測(cè)某些特殊的路基材料，如軟土、淤泥等，需要結(jié)合其他試驗(yàn)方法進(jìn)行綜合分析，以全面評(píng)估土壤的承載能力和工程性能。

隨著科技的發(fā)展，CBR試驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)還有進(jìn)一步改進(jìn)和優(yōu)化空間，需要持續(xù)加強(qiáng)研究，以便更好地應(yīng)用于公路工程中并發(fā)揮作用。

5 結(jié)語(yǔ)

總而言之，CBR試驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)在公路工程中具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。通過(guò)CBR試驗(yàn)，設(shè)計(jì)人員可以評(píng)估路基土壤的承載能力和穩(wěn)定性，確定最佳的材料和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。同時(shí)，CBR試驗(yàn)還可以用于施工質(zhì)量控制、路面修補(bǔ)和維護(hù)等方面，為公路工程的安全性和耐久性提供重要支持。

另外，也要清楚地認(rèn)識(shí)到CBR試驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)的局限性，借鑒工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，并綜合應(yīng)用其他試驗(yàn)方法，提高公路工程的設(shè)計(jì)和施工水平。

未來(lái)，相關(guān)技術(shù)人員還需要進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)CBR試驗(yàn)的研究和應(yīng)用，尤其需要重視在特殊土壤類型和復(fù)雜工況下的適用性研究，通過(guò)積極探索和發(fā)展更加準(zhǔn)確、快速的試驗(yàn)方法，滿足公路工程中快節(jié)奏的建設(shè)要求，并加強(qiáng)信息化技術(shù)在CBR試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理和分析中的應(yīng)用，以期更好地確保公路工程的安全、可靠和經(jīng)濟(jì)，并推動(dòng)我國(guó)公路事業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。