淺談核子密度儀檢測壓實度

淺談核子密度儀檢測壓實度

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)范要求每層壓實度檢測頻率2000m28點。底基層與基層施工交通部規(guī)范要求每一層壓實度檢測頻率2000m26點。規(guī)范要求檢測的壓實度頻率大、工作量大，如果單靠常規(guī)的灌砂法檢測現(xiàn)場壓實度，不可能滿足規(guī)范檢測頻率的要求，影響施工進度，造成檢測壓實度數(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，我們在長常高速公路長益段承擔施工監(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、基層的壓實度。在路基精加工層與底基層、基層壓實度抽檢中達到了交通部規(guī)范要求的壓實度檢測頻率，有效的控制了路基與底基層、基層的工程質(zhì)量，也減輕了試驗檢測人員的勞動強度，加快了施工進度。

一、核子密度含水量測定儀工作原理

　　我們在長常高速公路長益段擔任施工監(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、擴散，使快中子最后變成熱中子，熱中了被探測器探測，這個作用主要是由物質(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定

　　用核子儀帶有的標準塊，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進行核子密度含水量測定儀與灌砂法測得的結(jié)果進行比較，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. 標定步驟

　　(1) 先將核子儀預(yù)熱15分鐘。

　　(2) 將核子儀放在標準支架上。

　　(3) 在預(yù)備狀態(tài)下，按"標準計數(shù)"鍵，即顯示標準計數(shù)的當前值，再一次按"標準計數(shù)"鍵，顯示提示信息，儀器進行120S標準計數(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)置測量時間30-60S，選擇壓實好的平坦測試點，把儀器置于測試位置，然后進行一次測量，取得讀數(shù)，保持中心位置不變，旋轉(zhuǎn)180°再進行第二次測量，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，計算干密度。移去核子儀在該點在位置中間打一個圓洞，并用灌砂法測定得濕密度，取樣品測定含水量后，計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，進行對比。國外工作經(jīng)驗至少5處進行對比。計算兩者的相關(guān)方程或偏差系數(shù)。

 
　　2. 灌砂法與核子儀對比原始資料

　　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

　　絕對含水量(kg/m3)=濕密度-干密度

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

　　(2) 計算實例

　　◆濕密度偏差

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

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

　　◆絕對含水量偏差

　　利用3倍標準差法分析對比數(shù)據(jù)

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

　　灌砂法與核儀對比的絕對含水量偏差，經(jīng)數(shù)據(jù)分析，在試驗誤差范圍內(nèi)，試驗數(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，由于試驗誤差，及土的性質(zhì)要達到相關(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

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

　　2. 在進行核子儀標定時，灌砂法挖的試坑深度要標準。

　　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，我們在抽檢壓實度時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、基層壓實度時，抽檢時施工現(xiàn)場情況，如水泥凝結(jié)時間幾小時到1天要與利用灌砂法校正核子儀時施工現(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要注意防護放射性。如操作時離儀器2米，等工作完成后再讀數(shù)，存放儀器時，離住房盡量遠些。只要大家操作得當，核子儀通過有關(guān)部門進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情況，要了解壓實情況，主要的檢測手段就是抽檢路基的壓實度，抽檢壓實度可以利用核子儀進行，國內(nèi)濟青高速公路，國外盧旺達布西公路是使用核子儀抽檢壓實度，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比標定工作，利用核子儀抽檢壓實度是可行的。