CBR值测试方法：土基现场实施

土工试验中通常所指的 CBR 值是土基或基层、底基层材料的加利福尼亚州承载比，是California Beating Ratio的简称，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。在国外大多采用 CBR 作为路面材料和路基土的设计参数。

我国柔性路面设计中，以路基土和路面材料的回弹模量值作为设计参数，但由于 CBR试验过程简捷，还是为许多单位所青睐，不少科研单位对回弹模量和CBR 的关系进行了大量的试验工作，通过数值分析和理论给出了各地区各类土基CBR 与 E0之间的近似关系式（见表 2.3.1）。所谓 CBR 值，是指试件贯入量达 2.5 mm 时，单位压力对标准碎石压入相同贯入量的标准荷载强度的比值。

表2.3.1　土基的 E0与 CBR 的关系

（一）CBR（室内）试验方法

本试验适用于在规定的试筒内制件后，对各种土进行承载比试验。试样的最大粒径宜控制在 20 mm 以内，最大粒径不得超过 40 mm 且粒径在 20～40 mm 的颗粒含量不宜超过 5%。

1.仪器设备

（1）圆孔筛：孔径 40 mm、20 mm、5 mm 筛各一个。

（2）试筒：内径 152 mm、高 170 mm 的金属圆筒；套环，高 50 mm；筒内垫块，直径151 mm、高 50 mm；夯实底板，同击实仪。试筒的形式和主要尺寸如图2.3.1所示。

（3）夯锤和导管：夯锤的底面直径 50 mm，总质量4.5 kg。夯锤在导管内的总行程为450 mm，夯锤的形式和尺寸与重型击实试验法所用的相同。

CBR的定义及仪器设备

图2.3.1　承载比试筒（单位：mm）

1—试筒；2—套环；3—夯击底板；4—拉杆。

（4）贯入杆：端面直径 50 mm、长约 100 mm 的金属柱。

（5）路面材料强度仪或其他荷载装置，如图2.3.2所示。能调节贯入速度至每分钟贯入 1 mm；测力环应包括7.5 kN、15 kN、30 kN、60 kN、100 kN 和 150 kN等型号。

（6）百分表：3 个。

（7）试件顶面上的多孔板（测试件吸水时的膨胀量），如图 2.3.3 所示。

（8）多孔底板（试件放上后浸泡水中）。

（9）测膨胀量时支承百分表的架子，如图 2.3.4所示。

（10）荷载板：直径 150 mm，中心孔眼直径 52 mm，每块质量 1.25 kg，共 4 块，并沿直径分为两个半圆块，如图 2.3.5 所示。

图2.3.2　手摇测力计式荷载装置

1—框架；2—量力环；3—贯入杆；4—百分表；5—试件；6—升降台；7—蜗轮蜗杆箱；8—摇把。

图2.3.3　带调节杆的多孔板（单位：mm）

图2.3.4　膨胀量测定装置（单位：mm）

（11）水槽：浸泡试件用，槽内水面应高出试件顶面 25 mm。

（12）天平：称量2000g，感量0.01g；称量50 kg，感量5 g。

（13）其他：拌和盘、直尺、滤纸、推土器等与击实试验相同。

2.试 样

（1）将具有代表性的风干试样（必要时在50 °C 烘箱烘干），用木碾捣碎，土团均应捣碎到通过 5 mm的筛孔。用 40 mm 筛筛除大于40 mm 的颗粒，并记录超尺寸颗粒的百分数。

（2）采用击实试验方法确定试料的最大干密度和最佳含水率。

3.试验步骤

（1）取代表性的试料测定其风干含水率。按最佳含水率制备3个试件，掺水将试料充分拌匀后装入密闭容器或塑料口袋内浸润。浸润时间：黏性土不得少于 24 h，粉性土可缩短至12 h，砂土可缩短至 6 h，天然砂砾可缩短至 2 h 左右。

（2）称试筒本身质量（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。

CBR试验原理及试样制备

图 2.3.5 荷载板（单位：mm）

CBR测定路基强度试验步骤

（3）取备好的试样分3次倒入筒内（每层约需试样 1 500～1 700 g，其量应使击实后的试样高出1/3筒高 1～2 mm）。整平表面，并稍加压紧，然后按规定的击数进行第一层试样的击实，击实时锤应自由垂直落下，锤迹必须均匀分布于试样面上。每一层击实完后，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 10 mm。

（4）每击实3筒试件，取代表性试样进行含水率试验。

（5）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，称量筒和试件的质量（m2）。

（6）CBR试样制件采用静压成型制件时，根据确定的压实度计算所需的试样量，一次静压成型。

（7）泡水测膨胀量的步骤如下：

① 在试件制成后，取下试件顶面的破残滤纸，放好一张滤纸，并在其上安装附有调节杆的多孔板，在多孔板上加4块如图2.3.5所示的荷载板。

② 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。

③ 向水槽内注水，使水漫过试筒顶部。在泡水期间，槽内水面应保持在试筒顶面以上大约 25 mm。通常试件要泡水4昼夜。

④ 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：

式中 eδ——试件泡水后的膨胀率，计算至0.1%；

H0——试件初始高度，mm；

H1——试件泡水终了的高度，mm。

⑤ 从水槽中取出试件，倒出试件顶面的水，静置 15 min，让其排水，然后卸去附加荷载和多孔板、底板和滤纸，并称其质量（m3），以计算试件的湿度和密度的变化。

（8）贯入试验：

① 应选用合适吨位的测力环，贯入结束时测力环读数宜占其量程的1/3以上。

② 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，对准、整平并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。

③ 先在贯入杆上施加少许荷载，以便试样与图样紧密接触，然后将测力和测变形的百分表的指针均调整至整数，并记读初始读数。

④ 加荷使贯入杆以 1～1.25 mm/min 的速度压入试件，同时测记 3 个百分表的读数。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250×10－2mm时，能有5个以上的读数。因此，测力计内的第一个读数应是贯入量 30×10－2mm 左右。

4.结果整理

（1）绘制单位压力-贯入量曲线。

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2.3.6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′点即为修正后的原点。

（2）计算承载比。

一般采用贯入量为 2.5 mm 时的压力与标准压力之比作为材料的承载比（CBR），即

CBR试验结果整理(www.xing528.com)

式中 p——贯入量为 2.5 mm 时的单位压力，kPa；

CBR——承载比，计算至0.1，%。

同时计算贯入量为 5 mm 时的承载比，即

图 2.3.6 单位压力-贯入量曲线

式中 p——贯入量为 5 mm 时的单位压力，kPa；

CBR——承载比，计算至0.1，%。

取两者的较大值作为该材料的承载比（CBR）。

（3）计算试件的湿密度。

试件的湿密度用下式计算：

式中 ρ——试件的湿密度，g/cm3；

m2——试筒和试件的合计质量，g；

m1——试筒的质量，g；

2 177——试筒的体积，cm3。

（4）计算试件的干密度。

试件的干密度用下式计算：

式中 ρd——试样的干密度，g/cm3；

ρ——试样的湿密度，g/cm3；

ω——试件的含水率，%。

（5）计算泡水后试件的吸水量：

式中 Wa——泡水后试件的吸水量，g；

m3——泡水后试筒和试件的合计质量，g；

m2——试筒和试件的合计质量，g。

5.精度要求

计算3个平行试验的变异系数CV。如CV小于12%，且3个平行试验结果的平均值；如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。

CBR（%）与膨胀量（%）取小数点后一位。

（二）土基现场 CBR 值测试方法

本方法适用于在现场测试各种土基材料的现场 CBR 值，也适合于基层、底基层砂性土、天然砂砾、级配碎石等材料现场 CBR 值的试验，用于评价材料的承载能力。不适用于填料粒径超过 31.5 mm 的土基现场 CBR 值测试。

1.仪具与材料技术要求

（1）反力装置：载重汽车后轴重不小于 60 kN，在汽车大梁的后轴之后设有一加劲横梁作反力架用。

（2）荷载装置：由千斤顶、测力计（测力环或压力表）及球座组成，如图 2.3.7 所示。千斤顶可使贯入杆的贯入速度调节成 1 mm/min。测力计的量程不小于土基强度，测试精度不小于测力计量程的 1%。

（3）贯入杆：直径 φ50 mm，长约 200 mm 的金属圆柱体。

（4）承载板：直径 φ150 mm，中心孔眼直径 φ52 mm，共 4 块，并沿直径分为两个半圆块。

（5）贯入量测定装置：由图 2.3.7 中所示的刚性平台及百分表组成。百分表量程 20 mm，精度 0.01 mm，数量 2 个，对称固定于贯入杆上，端部与刚性平台接触，平台跨度不小于500 mm。此设备也可用两台贝克曼梁弯沉仪代替。

（6）细砂：洁净干燥的细砂，粒径 0.3～0.6 mm。

（7）其他：铁铲、盘、直尺、毛刷、天平等。

2.方法与步骤

（1）准备工作：

① 将试验地点约直径 φ300 mm 范围的表面找平，用毛刷刷净浮土，如表面为粗粒土时，应撒布少许洁净的干砂填平，但不能覆盖全部土基避免形成夹层。

② 按图 2.3.7 设置贯入杆及千斤顶，千斤顶顶在加劲横梁上且调节至高度适中。贯入杆应与土基表面紧密接触。

③ 将支架平台、百分表（或两台贝克曼梁弯沉仪）按图 2.3.7 安装好。

（2）测试步骤：

① 在贯入杆位置安放 4 块 1.25 kg 的分开成半圆的承载板，共 5 kg。

② 试验贯入前，先在贯入杆上施加 45 N 荷载后，将测力计及贯入量百分表调零，记录初始读数。

图 2.3.7 CBR 现场测试装置

1—球座；2—手柄；3—测力计；4—百分表夹具；5—贯入杆；6—承载板；7—平台；8—百分表；9—千斤顶。

③ 用千斤顶连续加载，使贯入杆以 1 mm/min 的速度压入土基，分别记录贯入量为0.5 mm，1.0 mm，1.5 mm，2.0 mm，2.5 mm，3.0 mm，4.0 mm，5.0 mm，7.5 mm，10.0 mm及 12.5 mm 时的测力计和百分表读数。根据情况，也可在贯入量达 7.5 mm时结束试验。

④ 卸除荷载，移去测定装置。

⑤ 在试验点下取样，测定材料含水率。取样数量如下：

a.最大粒径不大于 4.75 mm，试样数量约 120 g；

b.最大粒径不大于 19.0 mm，试样数量约 250 g；

c.最大粒径不大于 31.5 mm，试样数量约 500 g。

⑥ 在紧靠试验点旁边的适当位置，用灌砂法或环刀法等测定土基的密度。

3.计 算

（1）绘制荷载压强-贯入量曲线。

用贯入试验得到的等级荷重数除以贯入断面积（1 963.5 mm2），得到各级压强（MPa），绘制荷载压强-贯入量曲线，如图 2.3.8 所示。图上曲线1不需要修正，曲线2在起点处有明显凹凸，需要进行修正。修正时在拐点引一切线，与纵坐标交于O′点，O′即为修正后的原点。

图 2.3.8 荷载压强-贯入量关系曲线

（2）计算现场 CBR 值。

从荷载压强-贯入量曲线上读取贯入量为 2.5 mm 及 5.0 mm 时的荷载压强p1，按下式计算现场CBR值。CBR一般以贯入量 2.5 mm时的测定值为准，当贯入量5.0 mm时的CBR大于2.5 mm时的CBR时，应重新试验，如重新试验仍然如此时，则以贯入量5.0 mm时的CBR为准。

式中 CBR现场——承载比，准确至0.1%；

p1——荷载压强，MPa；

p0——标准压强，当贯入量为 2.5 mm 时为 7 MPa，当贯入量为 5.0 mm 时为 10.5 MPa。