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1、第三章 路基土方工程试验检测 第二节 路基土方工程常规实验与检测方法,在道路建设中，土被广泛地用作建筑材料，如作为路基、路面的构筑物；土也可作为建筑物周围的介质或环境，如隧道、涵洞及地下建筑等。土和建筑是密不可分的，以致人们把建筑行业统称为土木工程。由于土是土粒、空气和水所组成的三相松散体，三相成分的比例不同，所运用的环境不同，使其物理和力学特性变为十分复杂。所以，对土进行试验和检测是道路设计、施工和科研必不可少的工作，某种意义上讲是设计、施工和科研的基础。公路工程中，土工实验项目可以分为下述四个方面。物理性质实验：含水量试验、密度试验、颗粒分析实验、相对密度试验等。水理性质试验：界限含水量试
2、验、天然稠度试验、膨胀试验、收缩试验等。力学性质试验：击实试验、压缩试验、剪切试验等。化学性质试验：酸碱度试验、烧失量试验、有机质含量实验等,本节主要讲述以下五个部分内容 一、含水量试验方法 二、密度试验 三、液塑限实验测定 四、相对密度试验方法 五、击实试验方法,一、含水量试验方法,工程上含水量定义为土中自由水的质量与土粒质量之比的百分数,一般认为在100 105 温度下能将土中自由水蒸发掉。W=mw/ms100 式中：w-含水量，；mw-土中水的质量；ms-干土质量。公路工程中含水量标准的测定方法为酒精燃烧法和烘干法，此外还有红外线照射法、炒干法、实容积法、微波加热法、氯化钙气压法等。,（
3、一）烘干法 烘干法是测定含水量的标准方法，适用于粘质土、粉质土、砂类土和有机质土类。1、仪器设备烘箱：可采用电热烘箱或温度能保持105110的其他能源烘箱，也可用红外线烘箱。天平：感量0.01g。其他：干燥器、称量盒等。2、试验步骤取具有代表性试样，细粒土1530g，砂类土、有机土为50g，放入称量盒内，立即盖好盒盖，称质量。揭开盒盖，将试样和盒放入烘箱内，在温度105110恒温下烘干。烘干时间对细粒土不得少于8h,对砂类土不得少于6h。对含有机质超过5的土，应将温度控制在6570的恒温下烘干。将烘干后的试样和盒取出，放入干燥器内冷却（一般只需0.51h 即可）。冷却后盖好盒盖，称质量，准确至
4、0.01g。3、结果整理 按公式计算含水量，计算至0.1。,4精密度和允许差 本试验须进行二次平行测定，取其算术平均值，允许平行差值应符合下表的规定。对于粗粒土，称量盒可采用铝制饭盒、瓷盘等，相应的土样也应多些。,（二）酒精燃烧法 本法是快速测定法中较准确的一种，现场测试中用的较多。测定时在土样中加入酒精，利用酒精能在土上燃烧，使土中水分蒸发，将土样烘干。一般应烧三次。1、仪器设备 称量盒。天平：感量0.01g。酒精：纯度95。滴管、火柴、调土刀等。2、试验步骤取代表性试样(粘质土510g,砂类土2030g)放入称量盒内,称湿土质量。用滴管将酒精注入放有试样的称量盒中，直至盒中出现自由液面为止
5、。为使酒精在试样中充分混合均匀，可将盒底在桌面上轻轻敲击。点燃盒中酒精，燃至火焰熄灭。将试样冷却数分钟，按第2、3步的方法重新燃烧两次。待第三次火焰熄灭后，盖好盒盖，立即称干土质量，准确至0.01g。其余同烘干法。,（三）含水量的其他测试方法标准烘干法和非标准法的区别在于烘干方式的不同。1红外线照射法 红外线照射法系将土样置于红外线灯光之下烘干，试验证明，用此法所得结果较烘干含水量略大1左右。红外干燥箱体积小，有商业产品。2炒干法 用锅将试样炒干，适用于砂土及含砾较多的土。3实容积法 此法是利用土壤水分速测仪，通过测定土中固相、液相的体积，按土的经验比重值换算出土的含水量，适用于粘性土。对于少
6、量的试样测试快，而对批量试样则操作过于繁杂。4微波加热法 微波加热器可用商业产品家用微波炉，一批土样一般几分钟就可烘干。经试验对比多数土的测试结果与标准烘干法相对误差小于1.5。但对一些含金属矿物质的土不适用，因为一些金属物质本身在微波作用下发热，其温度会超过100，从而损坏微波炉。5碳化钙气压法 将一定量的湿土样和碳化钙置于体积一定的密封容器中，吸水剂与土中的水发生化学反应产生乙炔气体，通过测气体压强可换算出相应的含水量。美国1967 年就将此法列入公路规程，我国现行公路土工试验规程也列入了此法。此法的缺点是要求一种性能稳定的电石粉，而这种要求对试验需求量小，商业社会的今天不易达到。,（四）
7、特殊土的含水量测试方法1、含石膏土和有机质土的含水量测试法 含石膏土和有机质土的烘干温度在110时，对含石膏土会失去结晶水，对含有机质土其有机成分会燃烧，测试结果将与含水量定义不符。这种试样的干燥宜用真空干燥箱在近乎1 个大气压力作用下将土干燥，或将烘箱温度控制在7580,干燥8h以上为好。2、无机结合料稳定土的含水量测试法 无机结合料在国外常称为水硬性结合料。主要指水泥稳定土、石灰稳定土、石灰粉煤灰稳定土等。如水泥与水拌和就要发生水化作用，在较高温度下水化作用发生较快,而烘干法又不能除去已与水泥发生水化作用的水，这样得出的含水量往往偏小，所以应提前将烘箱升温到110，使放入的水泥混合料一开始
8、就能在105110的环境下烘干。另外，烘干后冷却时应用硅胶作干燥剂。,二、密度试验,密度是土的基本物理性质指标之一，无论在室内试验或野外勘查以及施工质量控制中均须测定密度。测定密度常用的方法有环刀法、蜡封法、灌砂法、灌水法等。环刀法操作简便而准确，在室内和野外普遍采用；不能用环刀削的坚硬、易碎、含有粗粒、形状不规则的土，可用蜡封法；灌砂法、灌水法一般在野外应用。土的天然密度定义为：mv 式中：m-土的天然质量；v-与m相应的土体积。在密度测试中，m较易获得，难的是v值。v值的检测操作受人为因素影响很大。,（一）环刀法(坚硬或含大颗粒土的土环刀法无法测定)此法采用一定体积的环刀切削土样，使土按环
9、刀形状充满其中，测环刀中土重，根据已知环刀的体积就可按定义计算土的密度。施工现场检查填土密度时，因每层土压实程度上下不均，而每一层压实厚度达2030cm，环刀容积过小，取土深度稍有变化，所测密度误差较大，为此可选用大容积环刀提高测试精度。1仪器设备环刀：内径68cm,高23cm,壁厚1.52mm。天平：感量0.1g。其他：修土刀、钢丝锯、凡士林等。2试验步骤按工程需要取原状土或制备所需状态的扰动土样，整平两端，环刀内壁涂一薄层凡士林，刀口向下放在土样上。用修土刀或钢丝锯将土样上部削成略大于环刀直径的土柱，然后将环刀垂直下压，边压边削，至土样伸出环刀上部为止。削去两端余土，使与环刀口面齐平，并用
10、剩余土样测定含水量。擦净环刀外壁，称环刀与土合质量m1，准确至0.1g。,3结果整理 按下公式计算湿密度。,4精密度和允许差 本试验须进行二次平行测定，取其算术平均值，其平行差值不得大于0.03g/cm3。,电动取样器,环刀及铝盒,建筑常用100、200立方厘米两种,现场环刀取样（兰青铁路复线青海乐都段路堑边坡）,（二）蜡封法（硬土或岩可以用此法）此法系将不规则的土样（体积不小于500cm3）称其自然质量后，浸入熔化的石蜡中，使土样被石蜡所包裹，而后称其在空气中重与在水中重，并按公式计算土样密度。此法所得密度值恒较其方法大，这是因为在任何情况下难以避免熔蜡浸入土内孔隙中的缘故。1仪器设备 天平
11、：感量0.01g。烧杯、细线、石蜡、针、削土刀等。2试验步骤 用削土刀切取体积大于30cm3试件，削除试件表面的松、浮土以及尖锐棱角，在天平上称量，准确至0.01g。取代表性土样进行含水量测定。将石蜡加热至刚过熔点，用细线系住试件浸入石蜡中，使试件表面覆盖一薄层严密的石蜡，若试件蜡膜上有气泡，需用热针刺破气泡，再用石蜡填充针孔，涂平孔口。待冷却后，将蜡封试件在天平上称量，准确至0.01g。用细线将蜡封试件置于天平一端，使其浸浮在盛有蒸馏水的烧杯中，注意试件不要接触烧杯壁，称蜡封试件的水下质量，准确至0.01g，并测量蒸馏水的温度。将蜡封试件从水中取出，擦干石蜡表面水分，在空气中称其质量，将其与
12、所称质量相比，若质量增加，表示水分进入试件中；若浸入水分质量超过0.03g，应重做。,3结果整理 按下式计算湿密度：,（三）现场坑试法 含有碎砾石的土层或人工填土层无法用环刀取样，可在现场测点挖一测坑。挖的同时测其挖出土石的质量和含水量，挖出的土质量一般不少于300kg。对不规则的试坑体积测量，可用不透水的薄膜袋放在坑内，然后向袋中灌水并测所灌水的体积，并按定义计算土的密度。也可按灌砂法测定体积。、挖坑灌砂法测定密度试验 本试验法适用于在现场测定基层（或底基层）、砂石路面及路基土的各种材料压实层的密度和压实度，也适用于沥青表面处治、沥青贯入式路面层的密度和压实度检测，但不适用于填石路堤等有大孔
13、洞或大孔隙材料的压实度检测。挖坑灌砂法法测定密度和压实度时，应符合下列规定：当集料的最大粒径小于15mm、测定层的厚度不超过150mm时，宜采用100mm的小型灌砂筒测试。当集料的最大粒径等于或大于15mm，但不大于40mm，测定层的厚度超过 150mm，但不超过200mm时，应用150mm的大型灌砂筒测试。,1、仪具与材料 灌砂筒：有大小两种，根据需要采用。金属标定罐：用薄铁板制作的金属罐，上端周围有一罐缘。基板：用薄铁板制作的金属方盘，盘的中心有一圆孔。玻璃板：边长约500600mm的方形板。试样盘：小筒挖出的试样可用饭盒存放，大筒挖出的试样可用 300mm500mm40mm的搪瓷盘存放。
14、天平或台秤：称量1015kg，感量不大于1g，用于含水量测定的天平精度，对细粒土、中粒土、粗粒土宜分别为0.01g、0.1g、1.0g。含水量测定器具：如铝盒、烘箱等。量砂：粒径0.300.60mm或 0.250.50mm 清洁干燥的均匀砂，约2040kg，使用前须洗净、烘干，并放置足够的时间，使其与空气的湿度达到平衡。盛砂的容器：塑料桶等。其它：凿子、改锥、铁锤、长把勺、长把小簸箕、毛刷等。,注：如集料的最大粒径超过40mm，则应相应地增大灌砂筒和标定罐的尺寸。如集料的最大粒径超过60mm，灌砂筒和现场试洞的直径应为200mm。,2、标定灌砂筒下部圆锥体内砂的质量 在灌砂筒筒口高度上，向灌砂
15、筒内装砂至距离筒顶15mm左右为止。称取装入筒内砂的质量m1，准确至1g。以后每次标定及试验都应该维持装砂高度与质量不变。(为什么？)将开关打开，使灌砂筒筒底的流砂孔、圆锥形漏斗上端开口圆孔及开关铁板中心的圆孔上下对准，让砂自由流出，并使流出砂的体积与工地所挖试坑内的体积相当（或等于标定罐的容积），然后关上开关。不晃动储砂筒的砂，轻轻地将罐砂筒移至玻璃板上，将开关打开，让砂流出，直到筒内砂不再下流时，将开关关上，并细心地取走灌砂筒。收集并称量留在玻璃板上的砂或称量筒内的砂，准确至1g，玻璃板上的砂就是填满筒下部圆锥体的砂(m2)。重复上述测量三次，取其平均值。,3、标定量砂的单位质量S(g/c
16、m3)用水确定标定罐的容积V，准确至1mL。在储砂筒中装入质量为m1的砂，并将灌砂筒放在标定罐上，将开关打开，让砂流出。在整个流砂过程中，不要碰动灌砂筒，直到储砂筒内的砂不再下流时，将开关关闭，取下灌砂筒，称取筒内剩余砂的质量（m3），准确至1g。按下公式计算填满标定罐所需砂的质量ma(g)：ma=m1-m2-m3 重复上述测量三次，取其平均值。按下公式计算量砂的单位质量S：S=ma/V,4、试验步骤 在试验地点，选一块平坦表面，并将其清扫干净，其面积不得小于基板面积。将基板放在平坦表面上，当表面的粗糙度较大时，则将盛有量砂（m5）的灌砂筒放在基板中间的圆孔上，将灌砂筒的开关打开，让砂流入基板
17、的中孔内，直到储砂筒内的砂不再下流时关闭开关。取下灌砂筒，并称量筒内砂的质量（m6），准确至1g。（m5-m6是什么？）取走基板，并将留在试验地点的量砂收回，重新将表面清扫干净。将基板放回清扫干净的表面上（尽量放在原处），沿基板中孔凿洞（洞的直径与灌砂筒一致）。在凿洞过程中，应注意不使凿出的材料丢失，并随时将凿松的的材料取出装入塑料袋中，不使水分蒸发。也可放在大试样盒内，最后将洞内的全部凿松材料取出。对土基或基层，为防止试样盘内材料的水分蒸发，可分几次称取材料的质量。全部取出材料的总质量为mw，准确至1g。,将基板安放在试坑上，将灌砂筒安放在基板中间（储砂筒内放满砂到要求质量m1），使灌砂筒的
18、下口对准基板的中孔及试洞，打开灌砂筒的开关，让砂流入试坑内，在此期间，应注意勿碰动灌砂筒。直到储砂筒内的砂不再下流时，关闭开关，仔细取走灌砂筒，并称量筒内剩余砂的质量（m4），准确至1g。如清扫干净的平坦表面的粗糙度不大，可省去和的操作。仔细取出试筒内的量砂，以备下次试验时再用。若量砂的湿度已发生变化或量砂中混有杂质，则应该重新烘干、过筛，并放置一段时间，使其与空气的湿度达到平衡后再用。,5、计算 计算填满试坑所用的砂的质量mb（g）：灌砂时，试坑上放在基板时：mb=m1m4-（m5m6）灌砂时，试坑上不放基板时：mb=m1m4m2,计算试坑材料的湿密度w(g/cm3),注：灌砂法也可以测定路
19、基压实度，其中,、挖坑灌水法测定密度试验 灌水法适用于现场测定粗粒土和巨粒土密度的现场测定。其试验步骤和原理与灌砂法基本相同，详细方法和步骤见课本142143页。,三、液塑限实验测定,细粒土随着土中含水量的不同，分别处于各种不同的状态。1911 年瑞典农学家阿太堡将土从液态过渡到固态的过程分为五个阶段，规定了各个界限含水量，称为阿太堡限度。对工程来说，有实用意义的主要是土的液限、塑限和缩限。液限是黏性土从可塑状态过渡到流动状态时的界限含水率；塑限是黏性土从可塑状态过渡到半固体状态时的界限含水率；缩限是土由半固体状态过渡到固体状态时且体积不再收缩时的界限含水率。事实上，土从粘滞流动状态到可塑状态
20、、从可塑状态到半固体状态的性质和直观变化都是渐变的。因此，在两者之间建立确定的界限都带有一定的任意性。也就是说，土随含水量的变化从一状态到另一状态无明显可见的含水量临界点，这就促使各国、各行业土木工程人员实行行业约定和规范，先后发展了碟式仪法、圆锥仪法、搓条法以及联合测定法来区分和测定土的界限含水量。我国通用圆锥仪法测土的液限含水量，搓条法测土的塑限含水量，或联合法测土的液限和塑限含水量。但各行业间由于历史原因，用同样方式测试时，所采用的仪器的具体尺寸、质量和测试标准不相同，这是测试工作者和应用人员必须注意的问题。,1、仪器设备：（1）液限塑限联合测定仪；锥质量为100g，锥角为30，读数显示
21、形式宜采用光电式、数码式、游标式、百分表式。（2）盛土杯：直径4050mm，深度3040mm。（3）天平：称量200g，感量0.01g。（4）其它：烘箱、筛(孔径0.5mm)、调土刀、称量盒、干燥器、凡士林等。2、试验目的 本试验目的是测定黏性土的液限、塑限和缩限，用于计算塑性指数、液性指数，进行土的分类。3、适用范围 本试验适用于粒径小于0.5mm颗粒组成的土,4、试验步骤：（1）本试验应采用保持天然含水率的土样制备试样。在无法保持土的天然含水率情况下，也可以用风干土制备试样。（2）当采用天然含水率的土样时，应筛除大于0.5mm的颗粒，然后分别按下沉深度为35mm、911mm及1618mm（
22、或分别按接近液限、塑限和二者中间状态）制备不同稠度的土膏，静置湿润。静置时间可根据含水率的大小而定。（3）当采用风干土样时，取过0.5mm的筛的代表性试样约200g，分成3份，分别放入3个盛土器皿中，加入不同数量的纯水，使分别达到上述的3种稠度状态，调成均匀土膏，然后用玻璃和湿布盖住或放在密封的保温器中，静置24h。（4）将制备的土膏充分搅拌均匀，分层装入盛土杯，用力压密，使空气逸出。对于较干的土样，应先充分搓揉，用调土刀反复压实，试杯装满后，刮成与杯边齐平。,（5）用光电式或数码式液限塑限联合测定仪测定时，接通电源，调平机身，打开开关，提上锥体(此时刻度或数码显示应为零)，锥头上涂少许凡士林
23、。将装好土样的试杯放在升降座上，转动升降旋钮，试杯徐徐上升，土样表面和锥尖刚好接触，指示灯亮，停止转动旋钮，锥体立刻自行下沉，5秒时，自动停止下落，读数窗上或数码管显示锥入深度h。试验完毕，按动复位按钮，锥体复位，读数显示为零。（6）改变锥尖与接触位置(锥尖两次锥入位置距离不小于1厘米)，重复上述步骤，得锥入深度h2，h1、h2允许误差为0.5mm，否则，应重作，取h1、h2平均值作为该点的锥入深度h。（7）去掉锥尖入土处的凡士林，取10克以上的土样两个，分别装入称量盒内，称质量(准确至0.01g)，测定其含水率1、2(计算至0.1%)。计算含水量平均值。（8）重复本规程2.4至2.7步骤，对
24、其它两个含水量土样进行试验，测其锥入深度和含水率。,5、结果整理 在二级双对数坐标纸上，以含水量w为横坐标，锥入深度h为纵坐标，点绘a、b、c三点含水量的h-w 图，连此三点，应呈一条直线。在h-w图上，查得纵坐标入土深度h20mm所对应的横坐标的含水量w即为该土样的液限含水量wL。如三点不在同一直线上，要通过a点与b、c两点连成两条直线，在圆锥下沉深度为2mm处可查得相应的两个含水率。当两个含水率的差值小于2%时，以该两点含水率的平均值与a点连成一直线。当两个含水率的差值大于2%时，应重做试验。,含水量与锥入深度关系图,6、塑性指数 塑性指数是指液限和塑限的差值（省去%号），即土处在可塑状态
25、的含水量变化范围。该值越大，表明土的颗粒越细，比表面积越大，土中粘粒或亲水矿物含量越高，是用来对粘性土分类的。式中：IP-塑性指数；WL-液限（%）；WP-塑限（%）。,7、液性指数：对粘性土来说，液性指数是判断土的软硬状态的。液性指数0 坚硬；01 流塑。液性指数与土的类别及含水量有关，同一种土，含水量越大则液性指数越大，土质越软。式中：IL-液性指数，计算至0.01；W-天然含水率（%）。,8、塑限含水量的搓条试验法 搓条法测土的塑限为国内外过去常用的基本方法。虽然其标准不易掌握，人为因素较大，但由于历史原因，用其结果已设计建造了大量工程，积累了许多经验，目前在确定塑限标准时仍以搓条法为基
26、本依据之一。试验按联合测定法备土料，然后取含水量接近塑限的试样一小块，先用手搓成椭圆形，然后用手掌在毛玻璃板上轻轻滚搓。当土条搓至直径为3mm时，其产生裂缝并开始断裂，则这时土条的含水量即为土的塑限含水量，收集35g滚搓后合格的土条测其含水量。,四、相对密度试验方法,土的密实程度通常指单位体积中固体颗粒的含量。土颗粒含量多，土就密实；土颗粒含量少，土就疏松。但对于无粘性土来说这种表示密实度的方法有明显缺点，主要是这种表示方法没有考虑到粒径级配这一重要因素的影响。工程上为了更好地表明粗粒土所处的密实状态，采用将现场土的孔隙比e 与该种土所能达到最密实时的孔隙比emin和最松时的孔隙比emax相对
27、比的办法来表示现场土孔隙比为e 时的密实度。这种度量密实度的指标称为相对密度D r，表示为：Dr（emaxe）（emaxemin）一般认为Dr13 时土属于疏松状态；13 Dr23 时土属于中密状态；而D r23 时土属于密实状态。相对密度的另一种等价表达式为：,公路路基填方工程用击实试验结果控制施工质量，对粘性土来说是很好的，但对于粗粒土，因其理论和实践上不适用于一般粘性土所表示的击实关系曲线，所以用压实度指标控制粗粒土路基的压实质量不尽合理，建议用Dr 作为压实质量控制指标。,1、仪器设备 量筒：容积为500cm3及1000cm3两种，后者内径应大于6cm。长颈漏斗：颈管内径约1.2cm，
28、颈口磨平。锥形塞：直径约1.5cm 的圆锥体镶于铁杆上。砂面拂平器。电动最小孔隙比仪，如无此种仪器，可有下列(6)（8）的设备。金属容器，有以下两种：a)容积250cm3，内径5cm，高度12.7cm。b)容积1000cm3，内径10cm，高度12.7cm。振动仪。击锤：锤重1.25kg，高度150mm，锤座直径50mm。,2、试验步骤、最大孔隙比的测定取代表性试样约1.5kg，充分风干（或烘干），用手搓揉或用圆木棍在橡皮板上碾散，并拌和均匀。将锥形塞杆自漏斗下口穿入，并向上提起，使锥体堵住漏斗管口，一并放入体积1000cm3量筒中，使其下端与量筒底相接。称取试样700g，准确至1g，均匀倒入
29、漏斗中，将漏斗与塞杆同时提高，移动塞杆使锥体略离开管口，管口应经常保持高出砂面约12cm，使试样缓缓且均匀分布地落入量筒中。试样全部落入量筒后取出漏斗与锥形塞，用砂面拂平器将砂面拂平，勿使量筒振动，然后测读砂样体积，估读至5cm3。以手掌或橡皮塞堵住量筒口，将量筒倒转，缓慢地转动量筒内的试样，并回到原来位置，如此重复几次，记下体积的最大值，估读至5cm3。取上述两种方法测得较大体积值，计算最大孔隙比。,、最小孔隙比的测定取代表性试样约4kg，按最大孔隙比测定的步骤处理。分三次倒入容器进行振击，先取上述试样600800g（其数量应使振击后的体积略大于容器容积的13）倒入1000cm3容器内，用振
30、动仪以各（150200）次min 的速度敲打容器两侧，并在同一时间内，用击锤于试样表面锤击（3060）次min，直至砂样体积不变为止（一般约510 min时）。敲打时要用足够的力量使试样处于振动状态。振击时，粗砂可用较少击数，细砂应用较多击数。如用电动最小孔隙比试验仪时，当试样同上法装入容器后，开动电机，进行振击试验。按上述方法进行后两次加土的振动和锤击，第三次加土时应先在容器口上安装套环。最后一次振毕，取下套环，用修土刀齐容器顶面削去多余试样，称量，准确至1g，计算其最小孔隙比。,3、结果整理按下列公式计算最小与最大干密度：,按下列公式计算最大与最小孔隙比：,4、精密度和允许差 最小与最大干
31、密度，均须进行两次平行测定，取其算术平均值，其平行差值不得超过0.03gcm3。上述方法适用于颗粒直径小于5mm的土，且粒径25mm 的试样质量不大于试样总质量的15。,五、击实试验方法,（一）概述 土作为筑路材料时，需要在模拟现场施工条件下，获得路基土压实的最大干密度和相应的最佳含水量，击实试验就是为了这种目的。利用标准化的击实仪具进行的击实试验是控制路基压实质量不可缺少的重要试验项目。用击实试验模拟现场土的压实，这是一种半经验方法。由于土的现场填筑碾压和室内击实试验具有不同的工作条件，两者之间的关系是根据工程实践经验求得的，但要求室内试验的击实功应相当于现场施工的压实功，因此很多国家以及一
32、个国家的不同部门就可能有其自用的击实试验方法和仪器。(铁路、建筑行业尺寸一致，公路行业有自己的尺寸),怎样选择试验方法（GB、SL、JTG）,（三）试验方法1试样制备 试样制备分干法和湿法两种，对一般土，干法制样和湿法制样所得击实结果有一定差异，对于具体试验应根据工程性质选择制备方法。（1）干法制样：将代表性土样风干或在低于50温度下烘干，放在橡皮板上用木碾碾散，过筛（筛号视粒径大小而定）拌匀备用。测定土样风干含水量w0，按土的塑限估计最佳含水量，并依次按相差约2的含水量制备一组试样（不少于5个），其中有两个大于和两个小于最佳含水量，需加水量mw可按下式计算：,按确定含水量制备试样。将称好的m
33、0质量的土平铺于不吸水的平板上，用喷水设备往土样上均匀喷洒预定mw的水量，静置一段时间后，装入塑料袋内静置备用。静置时间对高液限粘土不得少于24h，对低液限粘土不得少于12h。（2）湿法制样：对天然含水量的土样过筛（筛孔视粒径大小而定），并分别风干到所需的几组不同含水量备用。,第三节 承载比（CBR）试验方法一、概述 CBR又称加州承载比，是California Bearing Ratio的缩写，由美国加利福尼亚州公路局首先提出来，用于评定路基土和路面材料的强度指标。在国外多采用CBR作为路面材料和路基土的设计参数。我国现行沥青和水泥混凝土路面设计规范，对路面、路基的设计参数均采用回弹模量指标
34、，而在境外修建的公路工程多采用CBR指标。为了进一步积累经验用于实际，以促进国际学术交流，参考了国内外的情况，将CBR指标列入公路路基设计规范和公路路基施工技术规范，作为路基填料选择的依据。路基填料最小强度要求见下表。,注：当路床填料CBR值达不到表列要求时，可采取掺石灰或其它稳定材料等措施进行处理。其他公路铺筑高级路面时，应采用高速公路、一级公路的规定值。,一、CBR值现场测试技术（一）、土基现场CBR值测试方法,1主要仪器（1）荷载装置：设有加劲横梁的载重汽车，后轴重不小于60KN。（2）现场测试装置：由千斤顶、测力计、球座、贯入杆、荷载板及百分表等组成，如下图所示。2测试原理在公路路基施
35、工现场，用载重汽车作为反力架，通过千斤顶连续加载，使贯入杆匀速压入土基。为了模拟路面结构对土基的附加应力，在贯入杆位置安放荷载板。路基强度越高，贯入量为2.5mm或5.0mm的荷载越大即CBR值越大。,1、加载千斤顶；2、手柄；3、测力计；4、百分表；5、百分表夹持具；6、贯入杆；7、平台；8、承载板；9、球座。,3测试技术要点（1）将测点约直径30cm范围的表面找平。（2）安装现场测试装置，使贯入杆与土基表面紧密接触。（3）起动千斤顶，使贯入杆以1mm/min 的速度压入土基，记录不同贯入量及相应荷载。贯入量达7.5mm或12.5mm时结束试验。（4）卸载后在测点取样，测定材料含水量。（5）
36、在测点旁用灌砂法或环刀法等测定土基的密度。（6）绘制荷载压强贯入量曲线，必要时进行原点修正。应当注意，公路现场条件下测定的CBR值，因土基的含水量和压实度与室内试验条件不同，也未经泡水，故与室内试验CBR值不一样。应通过试验，寻找两者之间的关系，换算为室内试验CBR值后，再用于路基施工强度检验或评定。关于土基现场CBR值测试方法可详见课本271-272页。,（二）、落球仪快速测定土基现场CBR值试验方法,本方法适用细粒土路基施工现场CBR值的测定，试验精度较高，方法可靠，快速简便，能满足路基施工现场检验的要求。,1、主要仪器1）底座；2）球体；3）立柱；4）导杆；5）下顶板；6）刻度标尺；7）
37、上顶板；8）调平气泡；9）提手；10）卡口开关,2试验原理 一定质量的球从一定高度自由下落到土基表面，陷入深度越小，表明路基强度越高。根据落球在一定高度自由下落陷入土面所做的功与室内标准试验贯人深度所做的功相等的原理，推导得出由落球陷痕直径D值计算现场CBR值的公式。3试验技术要点（1）将测点土基表面刮平。（2）将落球仪置于测点，使球体自由落下，用卡尺量落球陷痕直径D值。（3）计算现场CBR值：应当指出，落球仪测定的现场CBR值，因土基的含水量和压实度与室内CBR试验标准条件不同也未经泡水，所测结果与前述“土基现场CBR值测试方法”所得现场CBR值相近。同样，应通过对比试验，建立落球仪CBR值
38、与室内CBR值相关关系，换算为室内CBR值后，再用于评定路基强度。关于落球仪快速测定土基现场CBR值试验方法详见课本272-273页。,二 承载比（CBR）室内试验方法,本试验方法只适用于在规定的试筒内制件后，对各种土和路面基层、底基层材料进行承载比试验。试样的最大粒径宜控制在25mm以内，最大不得超过38mm。1、仪器设备圆孔筛：孔径38mm、25mm、20mm及5mm筛各1个。试筒：内径152mm、高170mm的金属圆筒；套环，高50mm；筒内垫块，直径151mm、高50mm；夯击底板，同击实仪。试筒的型式和主要尺寸如图所示，也可用击实试验的大击实筒。夯锤和导管：夯锤的底面直径50mm，总
39、质量4.5kg。夯锤在导管内的总行程为450mm，夯锤的形式和尺寸与重型击实试验法所用的相同。贯入杆：端面直径50mm、长约100mm的金属柱。路面材料强度仪或其他载荷装置：能量不小于50kN，能调节贯入速度至每分钟贯入1mm，可采用测力计式，如图所示。百分表：3个。,试件顶面上的多孔板（测试件吸水时的膨胀量），如图18.0.2-3 所示。多孔底板（试件放上后浸泡水中）。测膨胀量时支承百分表的架子，如图18.0.2-4 所示。荷载板：直径150mm，中心孔眼直径52mm，每块质量1.25kg，共4 块，并沿直径分为两个半圆块，如图18.0.2-5 所示。(为了模拟路面结构对土基的附加应力)水槽
40、：浸泡试件用，槽内水面应高出试件顶面25mm。其他：台称，感量为试件用量的0.1；拌和盘；直尺；滤纸；脱模器等与击实试验相同。,2、试样 将具有代表性的风干试料（必要时可在50烘箱内烘干），用木碾捣碎，但应尽量注意不使土或粒料的单个颗粒破碎。土团均应捣碎到通过5mm的筛孔。采取有代表性的试料50kg，用38mm筛筛除大于38mm的颗料，并记录超尺寸颗粒的百分数。将已过筛的试料按四分法取出约25kg。再用四分法将取出的试料分成4份，每份质量6kg，供击实试验和制试件之用。在预定做击实试验的前一天，取有代表性的试料测定其风干含水量。测定含水量用的试样数量可参照击实试验采取。,3、试验步骤称试筒本身
41、质量m1，将试筒固定在底板上，将垫块放入筒内，并在垫块上放一张滤纸，安上套环。将1份试料，按击实实验中规定的层数和每层击数，求试料的最大干密度和最佳含水量。将其余3份试料，按最佳含水量制备3个试件。将一份试料平铺于金属盘内，按事先计算得的该份试料应加的水量均匀地喷洒在试料上。用小铲将试料充分拌和到均匀状态，然后装入密闭容器或塑料口袋内浸润备用。浸润时间：重粘土不得少于24h，轻粘土可缩短到12h，砂土可缩短到1h，天然砂砾可缩短到2h左右。制每个试件时，都要取样测定试料的含水量。将试筒放在坚硬的地面上，取备好的试样分35次倒入筒内（视最大料径而定）。整平表面，并稍加压紧，然后按规定的击数进行第
42、一层试样的击实，击实时锤应自由垂直落下，锤迹必须均匀分布于试样面上。第一层击实完后，将试样层面“拉毛”，然后再装入套筒，重复上述方法进行其余每层试样的击实。大试筒击实后，试样不宜高出筒高10mm。,卸下套环，用直刮刀沿试筒顶修平击实的试件，表面不平整处用细料修补。取出垫块，称试筒和试件的质量m2。泡水膨胀量测量 在试件制成后，取下试件顶面的破残滤纸，放一张好滤纸，并在上安装附有调节杆的多孔板，在多孔板上加4块荷载板。将试筒与多孔板一起放入槽内（先不放水），并用拉杆将模具拉紧，安装百分表，并读取初读数。向水槽内放水，使水自由进到试件的顶部和底部。在泡水期间，槽内水面应保持在试件顶面以上大约25m
43、m。通常试件要泡水4昼夜。泡水终了时，读取试件上百分表的终读数，并用下式计算膨胀量：,从水槽中取出试件，倒出试件顶面的水，静置15min，让其排水，然后卸去附加荷载和多孔板、底板和滤纸，并称量m3，以计算试件的湿度和密度的变化。,贯入试验将泡水试验终了的试件放到路面材料强度试验仪的升降台上，调整偏球座，使贯入杆与试件顶面全面接触，在贯入杆周围放置4块荷载板。先在贯入杆上施加45N荷载，然后将测力和测变形的百分表的指针都调整至零点。加荷使贯入杆以11.25mmmin 的速度压入试件，记录测力计内百分表某些整读数（如20、40、60）时的贯入量，并注意使贯入量为25010-2mm时，能有5个以上的
44、读数。因此，测力计内的第一个读数应是贯入量3010-2mm左右。,4、结果整理以单位压力（p）为横坐标，贯入量（l）为纵坐标，绘制p-l 关系曲线，如图所示。图上曲线1是合适的。曲线2开始段是凹曲线，需要进行修正。修正时，在变曲率点引一切线，与纵坐标交于O点，O即为修正后的原点。一般采用贯入量为2.5mm时的单位压力与标准压力之比作为材料的承载比(CBR)，即：,如贯入量为5mm时的承载比大于2.5mm时的承载比，则试验要重作。如结果仍然如此，则采用5mm时的承载比。,5、精度要求 如根据3个平行试验结果计算得的承载比变异系数Cv大于12，则去掉一个偏离大的值，取其余2个结果的平均值。如Cv小于12，且3个平行试验结果计算的干密度偏差小于0.03gcm3，则取3个结果的平均值。如3个试验结果计算的干密度偏差超过0.03gcm3，则去掉一个偏离大的值，取其2个结果的平均值。,6、报告材料的颗粒组成，最佳含水量（）和最大干密度（gcm3）。材料的承载比（），承载比小于100，准确到5；承载比大于100，准确到1。材料的膨胀量（）。,
