路基路面强度

长沙理工大学
实验报告
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路基路面强度实验
一、实验目的
本实验包括弯沉、回弹模量、CBR三项实验。

用于评定路基土、基层和路面材料的强度。

主要作用如下：
1.作为结构设计的依据。

2.用于交竣工验收。

3.制定路面维修和养护计划。

二、实验原理
①弯沉实验：首先应对标准车进行校准，然后进行测试，将测试结果按数
理统计方法进行数据出来，得到弯沉代表值，与设计值进行比较，以判断弯沉是否满足设计要求。

②承载板测土基回弹模量实验：应对测力装置测力环（千斤顶）进行标定实验，利用弯沉仪测定在每一级荷载作用下压力--变形曲线，通过计算得到某处回弹模量值。

③承载板CBR实验：首先应进行重型击实实验，得到最佳含水量和最大干密度，在最佳含水量条件根据不同密度制件，泡水测膨胀量再进行贯入实验得到不同密度下的CBR值，通过计算综合分析得到在某一压实度条件下材料的CBR 值。

④基层材料的强度实验：根据设计配合比在室内用锤击法制件，采用无侧限抗压强度试验方法确定基层材料的强度。

三、实验仪器
①弯沉实验:
1.标准轴载车
BZZ-100 BZZ-60
后轴重（KN） 100±1 60±1
轮胎气压（MPa） 0.70±0.05 0.50±0.05
单轮传压面单量
圆的直径（cm2） 21.30±0.5 19.50±0.5
轮隙宽度应能满足自由插入弯沉仪的测头过镑：将前轮开出地镑，只需镑后轴重。

车上的货要装得比较均匀，例如BZZ-100，每侧轮重50KN。

用气压表（计）即可测定轮胎气压。

与单轮接地面积相当的直径为单轮传压面的单量圆直径。

有两种测定方法：
a.用千斤顶将车顶起来，在轮胎与地面之间放上一张格子纸，每一格为1mm，在格子纸上放上一张复写纸，将千斤顶松开，这时轮胎就会压在复写纸与格子纸上，将车再顶起，这时，在格子纸上就会留下一个痕迹，这个痕迹的大小
也就是车轮的接地面积，通过数格子的方法可求出其面积。

b.用千斤顶将车顶起，在轮胎与地面之间放上一张格子纸，将千斤顶松开，轮胎压在纸上，在轮胎四周喷上一层油漆，这时格子纸中间没有油漆区域的面积就是轮胎的接地面积，数格子即可求出。

2.路面弯沉仪：
由贝克曼梁、百分表及表架组成。

贝克曼梁
3.6 2.4, 1.2
5.4 3.6, 1.8
m m m
m m m
⎧⎪
⎨
⎪⎩
前后
前后宜用于半刚性基层,沥青路面及砼路面
贝克曼梁是刚性的杠杆，杠杆比为2：1(前：后)。

3.自动弯沉仪
主要有加载器和测量箱两部分组成。

加载器如图1所示：当落锤下落时通过底板对被试验地面产生一个冲击力。

在此同时底架内的力传感器输出力值信号，而位移传感器则输出一个位移信号。

两个信号送入测量箱后，测量箱上的两个数码显示器，即实时显示出力值（载荷Kg）和位移（μm）两个参数。

4．其它工具：接触式路表温度计、皮尺、口哨、粉笔、指挥旗等。

②承载板测土基回弹模量实验:
1.刚性承载板：一个直径为30厘米的圆形钢板，两侧有立柱，水平尺
2.加载设备：(反力加载)
载重车（后轴重≥60KN）,为了避免后轴变形，在后轴后80cm处设一加劲横梁。

千斤顶（80-100KN）
测力环（校正系数，c=…N/格） 464N/格，每格0.01mm
垫块为了满足高度的要求
3.弯沉仪两台
③承载板CBR实验：
由于在制件的过程中要对材料进行击实，所以要用一些和击实实验相同的仪器。

1.试筒：圆柱形，直径为150mm，高170mm,内有一垫块，垫块高50mm，垫块直径略比150mm小，试筒下有一个配套的底板。

2.圆孔筛: 作用是确定材料的最大粒径。

3.夯锤和导管：夯锤的底面直径为50mm，总质量为
4.5kg，在导管里的行程为450mm，作用与其在击实实验中的作用相同，把材料击实到一定的程度。

原理：夯锤从一定的高度（450mm）自由落下，它的击实功的大小与现场重型压路机压实功能大小相一致。

4.路面材料强度仪：一种用于测定路基路面材料强度的仪器。

仪器上有一贯入杆、直径为50mm，长约100mm。

还有测力环，百分表。

5.泡水用到的仪器设备：多孔底板，多孔顶板。

荷载板百分表，水槽（这是为了考虑一种最不利的情况，如果材料在泡水这种最不利的情况,如果材料在泡水这种最不利的情况下，强度能够满足我们的要求，那么它在其它情况下，强度同样能满足要求。

）
④基层材料的强度实验：
1.击实筒：小型，内径：100mm、高127mm的金属筒，套环高50mm，底座；中型，内径152mm、高170mm的金属圆筒，套环高50mm，直径151mm和高50mm 的筒内垫块，底座。

2.击锤和导管：击锤的底面直径50mm,总质量4.5kg，击锤在导管内的总行程为450mm。

3.天平：感量0.01g。

4.台秤：称量15kg，感5g。

5.圆孔筛：孔径40mm、25mm、或20mm以及5mm的筛各一个。

6.量筒：50ml、100ml、和500ml的量筒各1个。

7.刮刀。

8.拌和工具。

9.脱模器。

10. 路面材料强度仪或压力机。

四、实验方法及步骤
①弯沉实验: 1.准备工作：
⑴检查车况、轮胎充气、刹车性能。

⑵装料，用地镑称量后轴总质量，汽车行驶时，不能掉货。

⑶测定轮胎接地面积。

⑷检查弯沉仪百分表测量灵敏情况。

⑸测定温度。

⑹记录沥青路面修建或改建时的情况。

2.测试步骤
⑴在测试路段上布置测点，其距离随测试需要而定。

有两种方法⎧⎨⎩随机选点
针对性选点,即选薄弱环节
⑵将车停在测点后约3—5cm 处的位置上。

⑶将弯沉仪插入汽车后轮之间的缝隙处，与汽车行驶方向一致，梁臂不能碰到轮胎，将弯沉仪的测头置于测点上，并安装百分表于弯沉仪的测定杆上。

将百分表调零，用手指轻轻叩打弯沉仪，检查百分表是否稳定回零。

弯沉仪可以单侧测定，也可以是双侧同时测定。

⑷测定者吹口哨发令指挥汽车缓缓前进，百分表随路面变形的增加而持续向前转动。

启示录表上指针转动到最大值时，读取初读数1L ，当汽车开离影响区域后，百分表的读数稳定了，读取终读数2L 。

测点的回弹弯沉值为12()2T L L L =-⨯ 2为杆杠比
⑸支点修正：当采用5.4m 的弯沉仪测定时，不需要进行支点修正；当采用3.6m 的弯沉仪时，需修正。

方法：再设一弯沉仪，将测头放在前面弯沉仪的支点处，读取1L 时，读取
3L ,读取2L 时，读取4L ，测5次，取5个（3L -4L ）的平均值。

1231()2()6T L L L L L =-⨯+-⨯ 加上支点的修正值 采用自动弯沉仪进行测定： 1、加载器和测量箱的连接
加载器上的测力传感器和位移传感器的输出信号分别通过两根电缆和插头输出。

在测量箱的左侧有一插座盒，打开插座盒连接对应的插头（四芯和五芯）把钮子开关由“关”（Off ）位置扳到测量位置。

再按一下“复位”按钮即进入待测状态。

2、 测量
（1）在开启“电源开关”之后约1秒的时间，电控箱将显示当前的测点号和单片机所能读到的当前压力和位移值，并不断变化。

（2）试验之前，须按一下测量箱面板上的“复位”按钮。

使数字表示值复位。

按下释放手柄按钮落锤呈自由落体状态下落，通过底板对被测试地面形成冲击，测量箱上的三个数字表则分别当前的测点号、当前压力和位移。

（3）这时，电控箱将显示当前的压力和位移值，按“存储”键储存当前数据，测点号自动加1，进行下一点测量。

（4）数据测量完毕后，按“测量/浏览”键，可以查看测量的各点数据。

（5）插入usb-rs232电缆，打开笔记本的数据传输程序，进行数据传输。

（有关数据传输的内容请参考）
（6）数据传输完毕后，再进行数据格式转换，把各测点数据转换为桩号数据。

（7）打开数据处理软件，进行数据处理，得到弯沉代表值，并打印报表。

r T L L Z S α=+⨯ αμζ
⨯-=
)1(220L
p E P=0.7MPa, ζ=10.65，μ=0.35，a=0.712
3.数据处理：
计算弯沉代表值：r T L L Z S α=+⨯
Z α为保证率系数，对于不同的公路等级，不同的路面层次有所不同。

S 为标准差。

评定r s
r s
L L L L ≤⎧⎪⎨
≥⎪⎩合格满分不合格零分
②承载板测土基回弹模量实验:
1.选点：不能选在坡上，因为承载板底部与地面接触的范围没有均匀受力，而且比较危险。

2.垫平测点，把车停在测点上，后轴对准测点
3.在距离后轴80cm 处加劲横梁下方（用垂球或石子确定位置）放置承载板，用水平尺测定，安装要水平，在底部撒上细砂，再放上垫块，根据高度的情况，放上一或两块。

再放上千斤顶，使它们位置放好。

加劲横梁
测力环
钢板或球座千斤顶垫块
承载板
放上两台弯沉仪，弯沉仪的测头分别对准承载板两边的两个立柱。

4.测试预压
预压0.05MPa 5.逐级加载、缷载
以每级0.05MPa 加载，当变形达到1mm 时，停止加载。

如果土基承载能力较小时，可为0.02MPa 每级。

计录每级回弹变形值。

1级 0.05MPa 2级 0.10MPa …
10级 0.50MPa 6.测影响量
缷去千斤顶，读数1L ,汽车开走后，读数2L ，影响量为两个弯沉仪所测得的回弹变形值的平均值，也就是两侧百分表读数差值之和。

总影响量1121112()2()2
()()2
L L L L L L L L α-⨯+-⨯==-+-左右右右左左右右
7.计算
通过总的影响量来计算各级影响量
各级影响量2121()4i
i T T D P T Q παα+=⨯
1T ：车的前后轴距 2T :加劲横梁到后轴距离 2d π：承载板面积 Q:后轴重
i P ：该级荷载作用下的压强
实际的回弹变形值=测的回弹变形值+i α 绘制i i P L -曲线
各级荷载作用下的回弹模量2
0(1)4i
i i
P D E l πμ=
∙-
0μ-土的泊松比⎧⎪
⎨⎪⎩
面层:0.2基层:0.3土基:0.35
代表值：2
0(1)4
i i
P D
E l
πμ
=∙
-∑∑
③承载板CBR 实验：
⑴一个班分为三个组，每一组按一个压实度做三个试件，一共九个试件。

第一组做98次（压实度为100%），第二组做50次，第三组做30次的。

⑵每一组取18kg 土，这里不做击实实验，已知最佳含水量为10%，加入1.8kg 水，拌匀。

⑶将试料装入试筒，分三层，每一层击实98次（第一组），取下套环，将高出试模的那一部分削平。

⑷装上多孔底板、顶板，放上8块荷载板，装上百分表，泡水一个小时， １．测膨胀量： 膨胀量=
100%⨯泡水后试件高度变化
原试件(120mm)
泡水后试件高度的变化——百分表的终读数减初读数
２．测吸水量：
吸水量32a m m ω=-
3m --泡水后试模与试件的质量的和
2m --泡水前试模与试件的质量的和
３．贯入实验
（１）将泡水后的试件放到路面材料强度实验仪的升降台上，使贯入杆与试件顶面接触，在贯入杆周围放置4层荷载板。

（２）先在贯入杆上施加45N 荷载，例如测力环的校正系数为22.5N/格，则预压2格。

在两边装上两个百分表，再把这两个百分表与测力环中的百分表均调零。

（３）加荷使贯入杆以1—1.25mm/min 的速度压入试件，记录测力环内的读数。

在贯入量为20、40、50、100、150、200、250、300、400、500、750、1000时的读数。

在贯入量为250210mm -⨯时，能有5个读数。

４．数据处理
（１）根据测得的数据，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。

对曲线进行修正，从拐点处引一条明线与纵坐标的支点为新的原点O （２）求一个试件的CBR 值
2.5
2.5100%7000P CBR =
⨯ 5.05.0100%10500P
CBR =⨯
如果 2.5 5.0CBR CBR ≥时，取 2.5CBR 做为该试件的CBR 值。

如果 2.5
5.0CBR CBR ，重做，如仍如此，取 5.0CBR
（３）精度要求：
Ⅰ平行三个试件的CBR 值的变异系数Cv 不大于12，取三者平均值做为该压实度条件下的CBR 值。

平行三个试件的CBR 值的变异系数Cv>12,去掉一个偏移大的，取剩下两者的平均值。

Ⅱ平行三个试件的干密度d ρ，相差不大于0.03g/3cm ,去掉偏离大的，取剩下两者的平均值。

Ⅲ求得材料在某一压实度下材料的CBR 值。

绘制
d CBR
ωρ
--曲线
次
次
次
求值
④基层材料的强度试验
1、备料：将具有代表性的风干试料用木锤和木碾捣碎。

分三组，每组取2kg 土，并按最佳含水量进行加水并拌匀加入预定数量的水泥（3%、5%、7%）或石灰，搅拌均匀。

2、将试料装入试筒，分五层，每一层击实59次，取下套环，将高出试模的那一部分削平。

3、试件从试模内脱出并称重并量取高度后，应立即放到密封湿气箱和恒温室内进行保温保湿养生7d，最后一天泡水。

4、将泡水完的试件擦干，称重并量取高度后，进行无侧限抗压强度试验，记录试件破坏时的最大压力P（N）。

5、从试件内部取有代表性的样品测定其含水量。

五、实验记录及数据处理
①弯沉实验：
回弹弯沉实验记录表
路面类型
注：换算公式：y=b+ax
a=-6.3,b=0.235,y为回弹弯沉值，x为归一化位移。

②承载板测土基回弹模量实验:
承载板测定纪录表
③承载板CBR 实验：
承载比（CBR ）实验记录表
试件编号 击实次数
贯入实验记录
2.57.0CBR =
= 2.510.5
CBR ==
试件编号 击实次数
贯入实验记录
2.57.0CBR =
= 2.510.5
CBR ==
试件编号 击实次数
贯入实验记录
2.57.0CBR =
= 2.510.5
CBR ==
七、误差分析及心得体会
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