淺談核子密度儀檢測壓實(shí)度

淺談核子密度儀檢測壓實(shí)度

作者：湖南省交通科學(xué)研究院　彭國建,梅向東

　　路基填土施工交通部規(guī)范要求每層壓實(shí)度檢測頻率2000m28點(diǎn)。底基層與基層施工交通部規(guī)范要求每一層壓實(shí)度檢測頻率2000m26點(diǎn)。規(guī)范要求檢測的壓實(shí)度頻率大、工作量大，如果單靠常規(guī)的灌砂法檢測現(xiàn)場壓實(shí)度，不可能滿足規(guī)范檢測頻率的要求，影響施工進(jìn)度，造成檢測壓實(shí)度數(shù)據(jù)的虛假成份。為滿足施工需要和便于控制路基與路面底基層、基層的質(zhì)量，我們?cè)陂L常高速公路長益段承擔(dān)施工監(jiān)理任務(wù)中，使用核子密度儀與灌砂法相結(jié)合的方法來控制路基與路面底基層、基層的壓實(shí)度。在路基精加工層與底基層、基層壓實(shí)度抽檢中達(dá)到了交通部規(guī)范要求的壓實(shí)度檢測頻率，有效的控制了路基與底基層、基層的工程質(zhì)量，也減輕了試驗(yàn)檢測人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，加快了施工進(jìn)度。

一、核子密度含水量測定儀工作原理

　　我們?cè)陂L常高速公路長益段擔(dān)任施工監(jiān)理工作中使用的表面式核子密度含水量測定儀型號(hào)為MT-5012C，由湖南省交通科學(xué)研究院長沙核子儀器公司生產(chǎn)。工作原理如下：

　　儀器內(nèi)部有一個(gè)含銫137γ源和镅241-鈹中子源的復(fù)合源。其中，γ源用來測量密度，中子源用來測量含水量。

　　1. 密度測量的原理是：銫137γ源旗出γ射線進(jìn)入被測材料中與物質(zhì)原子的外圍電子發(fā)生碰撞而產(chǎn)生康普頓散射，散射后的γ射線能量將減少，方向會(huì)改變。若物質(zhì)的密度越大，康普頓散射的γ射線越多，于是通過測量散射后的γ射線的數(shù)量，即可判斷被測物質(zhì)的密度。

　　2. 含水量測量的原理是：由241Am-Be中子源產(chǎn)生的快中子射入被測材料中，與料層內(nèi)物質(zhì)發(fā)生碰撞散射，減速、擴(kuò)散，使快中子最后變成熱中子，熱中了被探測器探測，這個(gè)作用主要是由物質(zhì)中的含氫量決定，而氫主要在水中，若被測材料中含水量大，熱中子數(shù)就多，反之就少。因此探測熱中子數(shù)的多少即反映其含水量的大小。

二、核子密度含水量測定儀的標(biāo)定

　　用核子儀帶有的標(biāo)準(zhǔn)塊，檢測儀器并使其處于工作狀態(tài)，在施工現(xiàn)場選擇均勻平坦的測點(diǎn)進(jìn)行核子密度含水量測定儀與灌砂法測得的結(jié)果進(jìn)行比較，求出兩種不同方法測定的密度的相關(guān)關(guān)系，或兩種不同方法之間的偏差系數(shù)。

　　1. 標(biāo)定步驟

　　(1) 先將核子儀預(yù)熱15分鐘。

　　(2) 將核子儀放在標(biāo)準(zhǔn)支架上。

　　(3) 在預(yù)備狀態(tài)下，按"標(biāo)準(zhǔn)計(jì)數(shù)"鍵，即顯示標(biāo)準(zhǔn)計(jì)數(shù)的當(dāng)前值，再一次按"標(biāo)準(zhǔn)計(jì)數(shù)"鍵，顯示提示信息，儀器進(jìn)行120S標(biāo)準(zhǔn)計(jì)數(shù)測量，測量完畢儀器發(fā)出快鳴叫聲，顯示本次測量結(jié)果。

　　(4) 核子儀的修正值置于零，預(yù)置測量時(shí)間30-60S，選擇壓實(shí)好的平坦測試點(diǎn)，把儀器置于測試位置，然后進(jìn)行一次測量，取得讀數(shù)，保持中心位置不變，旋轉(zhuǎn)180°再進(jìn)行第二次測量，記錄讀數(shù)，再將儀器在原位轉(zhuǎn)90°測第三次，記錄讀數(shù)，再次儀器的原位轉(zhuǎn)180°測量第四次，記錄讀數(shù)，然后將這四次讀數(shù)的平均值作為核子儀濕密度與含水量的測得值，計(jì)算干密度。移去核子儀在該點(diǎn)在位置中間打一個(gè)圓洞，并用灌砂法測定得濕密度，取樣品測定含水量后，計(jì)算灌砂法測得的干密度。根據(jù)交通部JTJ059-95《公路路基路面現(xiàn)場測試規(guī)程》規(guī)定至少測定15處，進(jìn)行對(duì)比。國外工作經(jīng)驗(yàn)至少5處進(jìn)行對(duì)比。計(jì)算兩者的相關(guān)方程或偏差系數(shù)。

 
　　2. 灌砂法與核子儀對(duì)比原始資料

　　土質(zhì)：紅色網(wǎng)狀粘土

　　1. 偏差系數(shù)

　　(1) 利用下列公式計(jì)算偏差

　　濕密度偏差(kg/m3)=灌砂法測定的濕密度一核子儀測定溫密度

　　絕對(duì)含水量(kg/m3)=濕密度-干密度

　　絕對(duì)含水量偏差(kg/m3)=灌砂法測的絕對(duì)含水量-核子儀測的絕對(duì)含水量

　　(2) 計(jì)算實(shí)例

　　◆濕密度偏差

　　X=-36.3 S=38.2
　　X-3s=-150.9
　　X+3s=78.3

　　灌砂法與核儀對(duì)比的濕密度偏差，經(jīng)數(shù)據(jù)分析，在試驗(yàn)誤差范圍內(nèi)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)可靠。

　　◆絕對(duì)含水量偏差

　　利用3倍標(biāo)準(zhǔn)差法分析對(duì)比數(shù)據(jù)

　　X=-29.5 S=11.4
　　X-3s=4.7
　　X+3s=63.7

　　灌砂法與核儀對(duì)比的絕對(duì)含水量偏差，經(jīng)數(shù)據(jù)分析，在試驗(yàn)誤差范圍內(nèi)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)可靠。

　　◆確定核子儀修正值

　　根據(jù)濕密度偏差與絕對(duì)含水量偏差的平均值來確定核子儀的修正系數(shù)值。

　　比例修正系數(shù)值為：
　　濕密度修正值γ=-36(kg/m3)
　　 絕對(duì)含水量修正值：n+=+30(kg/m3)

　　(3) 相關(guān)方程

　　根據(jù)一元線性回歸分析，建立γ=a+bx關(guān)系來修正核子儀的數(shù)據(jù)與灌砂法數(shù)據(jù)接近。

　　Y=0.698X+0.422

　　式中：X-核子儀測的干密度(g/cm3)
　　　　　Y-修正后真實(shí)的干密度(g/cm3)

　　此例γ=0.857，其相關(guān)系數(shù)小于0.9，由于試驗(yàn)誤差，及土的性質(zhì)要達(dá)到相關(guān)系數(shù)大于0.9比較困難。

三、使用核子儀測定密度含水量的注意事項(xiàng)

　　1. 土質(zhì)變化大，被測結(jié)構(gòu)層厚度、材料有變化時(shí)進(jìn)行灌砂法與核子儀的校正標(biāo)定。

　　2. 在進(jìn)行核子儀標(biāo)定時(shí)，灌砂法挖的試坑深度要標(biāo)準(zhǔn)。

　　3. 由于我省土質(zhì)變化大，土的顏色，土的性質(zhì)都有變化，影響土的最大干密度的變化，我們?cè)诔闄z壓實(shí)度時(shí)要注意最大干密度的變化情況，正確確定最大干密度，使抽檢的壓實(shí)度能夠正確指導(dǎo)施工。

　　4. 利用核子儀抽檢底基層、基層壓實(shí)度時(shí)，抽檢時(shí)施工現(xiàn)場情況，如水泥凝結(jié)時(shí)間幾小時(shí)到1天要與利用灌砂法校正核子儀時(shí)施工現(xiàn)場情況要基本相同。

　　5. 湖南省交通科研究院長沙核子儀器公司生產(chǎn)的系列核子儀與美國生產(chǎn)的儀器放射性要小些。但是，在操作過程中和存放核子儀時(shí)要注意防護(hù)放射性。如操作時(shí)離儀器2米，等工作完成后再讀數(shù)，存放儀器時(shí)，離住房盡量遠(yuǎn)些。只要大家操作得當(dāng)，核子儀通過有關(guān)部門進(jìn)行儀器的放射性檢查，使用核子儀是安全的。

　　6. 核子儀與灌砂法配合使用，能收到好效果。

　　7. 由于是表面式核子儀，需將被測地面仔細(xì)整平，地表面過濕影響所測含水量結(jié)果。

　　公路工程中路基工程是關(guān)鍵工程之一，路基工程的質(zhì)量的好壞，關(guān)系到整條公路質(zhì)量的優(yōu)劣。要控制好路基的工程質(zhì)量，除控制好路基用土的質(zhì)量外，主要是控制路基的壓實(shí)情況，要了解壓實(shí)情況，主要的檢測手段就是抽檢路基的壓實(shí)度，抽檢壓實(shí)度可以利用核子儀進(jìn)行，國內(nèi)濟(jì)青高速公路，國外盧旺達(dá)布西公路是使用核子儀抽檢壓實(shí)度，控制路基工程質(zhì)量的成功典范。只要做好核子儀與灌砂法的對(duì)比標(biāo)定工作，利用核子儀抽檢壓實(shí)度是可行的。