蘇家駒

（海南省環(huán)境地質(zhì)勘察院，海南 三亞 572000）

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(cè)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。

1 無(wú)核密度儀介紹

無(wú)核密度儀是相對(duì)于核子密度儀來(lái)說(shuō)的多種不使用同位素放射源檢測(cè)土工材料的密度的各種檢測(cè)儀器的統(tǒng)稱。

這種測(cè)試方法用一個(gè)電磁表面接觸儀器裝置來(lái)測(cè)量在壓實(shí)過(guò)程中導(dǎo)致的電磁場(chǎng)的變化。它可以用來(lái)測(cè)定現(xiàn)場(chǎng)的密度以及瀝青混凝土路面鋪筑混合料的相關(guān)壓實(shí)性能。

2 檢測(cè)原理及檢測(cè)方法

一套MDI無(wú)核密度儀主要由基本MDI主機(jī)（MD－2020）及PDA掌上電腦構(gòu)成，其原理是通過(guò)脈沖發(fā)生器發(fā)出的階梯式電磁脈沖在通過(guò)打入土壤中的4根金屬鋼針的傳播時(shí)間和采集到的電壓信號(hào)，經(jīng)過(guò)對(duì)信號(hào)處理和計(jì)算獲得土的電介質(zhì)常數(shù)及土體的電導(dǎo)率值，利用專用的計(jì)算軟件據(jù)此參數(shù)算得所測(cè)土體含水率和密度，結(jié)果顯示在PDA掌上電腦上。

美國(guó)材料和試驗(yàn)學(xué)會(huì)的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試法（ASTM）規(guī)定了兩種現(xiàn)場(chǎng)TDR測(cè)試方法：首先開(kāi)發(fā)的是兩步法，隨后又開(kāi)發(fā)了經(jīng)簡(jiǎn)化后的一步法。

兩步測(cè)試法。包括用MDI密度儀量測(cè)現(xiàn)場(chǎng)土和現(xiàn)場(chǎng)擊實(shí)土的電介質(zhì)常數(shù)。用MDI密度儀在現(xiàn)場(chǎng)確定電介質(zhì)常數(shù)，將現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的土壤挖出來(lái)，在擊實(shí)模內(nèi)壓實(shí)?？繙y(cè)量有土樣的擊實(shí)模的毛重和已知模的毛重和體積，確定擊實(shí)模內(nèi)土壤的濕密度，然后用MDI密度儀測(cè)量擊實(shí)模內(nèi)土壤的電介質(zhì)。擊實(shí)模內(nèi)的土壤含水率是根據(jù)電介質(zhì)常數(shù)、濕度含量和土壤密度之間相聯(lián)關(guān)系確定的?，F(xiàn)場(chǎng)的水含量和擊實(shí)模內(nèi)的水含量一樣，現(xiàn)場(chǎng)土壤的密度可從擊實(shí)模內(nèi)的土壤密度來(lái)確定的，電介質(zhì)常數(shù)是由擊實(shí)模內(nèi)和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試得到的。

一步（簡(jiǎn)化）測(cè)試法。包括現(xiàn)場(chǎng)一步測(cè)定土的電介質(zhì)常數(shù)和土體電導(dǎo)率，一步法試驗(yàn)方法與兩步法現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試方法基本相同。

3 瀝青混合料

無(wú)核密度儀測(cè)量瀝青混合料通常使用反射式測(cè)量方法。對(duì)厚度大于71mm的面層可以使用BS反射法，此法使輻射源位置離開(kāi)地面，阻止光子沿測(cè)試表面行進(jìn)的通路，使表面粗糙度誤差得以減到最小。對(duì)于大于51mm，小于71mm的面層可以使用AC反射法。如果面層厚度小于51mm，必須使用薄層測(cè)試模式。有的核子儀沒(méi)有這種薄層測(cè)試功能。測(cè)試熱瀝青混合料，測(cè)試完成應(yīng)將儀器移至路外冷卻，以免高溫?fù)p壞儀器。

為使測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確，如果瀝青路面有空隙，應(yīng)用細(xì)沙填充。如果已經(jīng)很平整則不必使用填充沙，因?yàn)檫@時(shí)細(xì)沙反而將儀器頂離表面引起密度低的誤差。使用薄層測(cè)試模式時(shí)，需向儀器輸入測(cè)試層的厚度以及其下層材料的密度，儀器會(huì)自動(dòng)計(jì)算被測(cè)試層的密度。

使用核子儀檢測(cè)瀝青混合料時(shí)，國(guó)內(nèi)多用取芯法的測(cè)試結(jié)果為標(biāo)準(zhǔn)值與核子儀的測(cè)試結(jié)果進(jìn)行回歸分析來(lái)校正儀器。在美國(guó)多數(shù)州，核子儀的測(cè)試結(jié)果直接用于質(zhì)量控制和質(zhì)量保證（QC/QA），有些州使用取芯法校正的核子儀法，校正需要的取芯試樣的個(gè)數(shù)為3-12個(gè)。具體校正方法各州都有自己的規(guī)定。亞拉巴馬州交通部（ALDOT）采用的方法比較有代表性。ALDOT現(xiàn)場(chǎng)密度測(cè)試規(guī)程規(guī)定：ALDOT與建筑方的核子儀測(cè)試結(jié)果的差額不能大于2.2個(gè)百分點(diǎn)。每臺(tái)核子儀的測(cè)試結(jié)果與取芯法的差額必須小于取芯法的1.5%。

大量實(shí)踐證明，經(jīng)過(guò)合格檢定的核子儀的測(cè)試結(jié)果與取芯法非常接近。Sanders等對(duì)3524個(gè)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行計(jì)算后發(fā)現(xiàn)，取芯法與核子法的測(cè)試結(jié)果平均相差14.42kg/m3。但取芯法的成本比核子儀法高出很多。達(dá)到相當(dāng)?shù)臋z測(cè)滿意度，取芯法的費(fèi)用比核子儀法高5倍。

4 碾壓混凝土

根據(jù)碾壓混凝土（RCC）路面的特點(diǎn)，碾壓混凝土路面的壓實(shí)度可用灌砂法和核子密度儀等方法測(cè)定。灌砂法測(cè)試速度慢、對(duì)路面結(jié)構(gòu)有破壞作用，只適用于少量的監(jiān)測(cè)或標(biāo)定。

采用核子儀測(cè)試碾壓混凝土，最好的辦法是采用雙桿核子儀分層測(cè)量 。在沒(méi)有雙桿核子儀時(shí)，采用淺層核子儀透射法也能間接地反應(yīng)出不同深度的壓實(shí)度變化 。三峽大壩、龍灘大壩等都在大規(guī)模地澆筑RCC混合料時(shí)，使用了淺層核子儀的透射法成功地控制了的現(xiàn)場(chǎng)壓實(shí)質(zhì)量。

對(duì)于壓實(shí)度已經(jīng)接近或達(dá)到預(yù)定壓實(shí)度的RCC，打孔非常困難，BS反射法和透射法的測(cè)值的對(duì)比研究發(fā)現(xiàn)BS法的測(cè)值與5cm、10cm源桿深度時(shí)的測(cè)值接近，與20cm時(shí)的測(cè)值相差約2%.從試驗(yàn)路上鉆取的芯樣用鋸石機(jī)從中間鋸開(kāi)，分別測(cè)定了上、下兩部分密度，測(cè)定結(jié)果表明，上下層混凝土的壓實(shí)度約差2%～3%，平均相差2.5%，與核子儀測(cè)定結(jié)果比較接近。核子儀測(cè)定的源桿深度20cm的路面壓實(shí)度與鉆芯壓實(shí)度的比較，從大量的測(cè)試數(shù)據(jù)可以看出，平均值僅相差0.6個(gè)百分點(diǎn)。

此外，核子儀還在水泥穩(wěn)定土、軟土路基、軟質(zhì)紅層泥巖，風(fēng)積砂、過(guò)濕土和水泥穩(wěn)定碎石基層等土工材料的壓實(shí)度檢測(cè)中得到了研究和應(yīng)用。

5 與傳統(tǒng)方法的對(duì)比

任何一種測(cè)試方法都有誤差，傳統(tǒng)方法與核子儀法的測(cè)試結(jié)果的差值應(yīng)該至少是兩種方法的誤差的和。

如果測(cè)試的試樣或其它條件不一樣，兩種測(cè)試方法的測(cè)試結(jié)果也會(huì)存在差距。

即使取芯法被認(rèn)為是最準(zhǔn)確的密度測(cè)試方法，也有很多因素造成誤差。有人認(rèn)為取芯法和核子儀法兩種方法測(cè)定的密度不完全相同。進(jìn)行對(duì)比測(cè)試時(shí)，必須盡量保證兩種方法檢測(cè)的是相同的材料試樣。若要材料試樣用于核子儀與其它密度測(cè)試方法做比較，方法應(yīng)該是：從放射源和探測(cè)器之間的連線的中點(diǎn)正下方，取一直徑為200mm的圓柱體作為對(duì)比試樣。如果使用透射法，試樣高度等于探測(cè)桿的深度；用散射法，為75mm。如果試樣用于濕度比較，圓柱體的高度為12.5～15cm。

Schmitt等 和M.Buchanan研究發(fā)現(xiàn)密度低時(shí)核子法低估取芯密度，當(dāng)密度高時(shí)，核子法高估取芯密度。M.Buchanan分析認(rèn)為當(dāng)密度較低時(shí)，取芯試樣的空隙更加開(kāi)放，空隙之間的連接程度更大。試樣因此會(huì)吸收更多的水分，使試樣體積偏低，從而導(dǎo)致測(cè)試的密度結(jié)果比真實(shí)值偏高。M.Buchanan認(rèn)為如果這種情況屬實(shí)的話，那么核子密度儀就是一種比取芯法更接近真實(shí)密度值的測(cè)試方法。用真空法測(cè)試的取芯試樣密度應(yīng)該與核子儀更加接近。

6 結(jié)論

6.1 無(wú)核密度儀作為一種先進(jìn)的元損檢測(cè)方法，可以進(jìn)行瀝青路面施工過(guò)程的質(zhì)量控制。

6.2 通過(guò)無(wú)核密度儀檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)路面壓實(shí)過(guò)程中早期壓實(shí)度增加明顯，后期隨著溫度的降低提高并不明顯。由此，建議施工過(guò)程中加強(qiáng)攤鋪、初壓、復(fù)壓的連續(xù)性，以獲得足夠的壓實(shí)度。

6.3 無(wú)核密度儀檢測(cè)技術(shù)以其無(wú)損性、安全性將在高速公路施工過(guò)程中得到更進(jìn)一步的應(yīng)用。

[1]陳少幸.PQI在瀝青路面壓實(shí)度檢測(cè)中的應(yīng)用[J].壓實(shí)機(jī)械與施工技術(shù)，2005，(7):54-56.

[2]張蓓元.核密度儀PQI在瀝青路面施工質(zhì)量控制中的應(yīng)用[JJ.公路交通科技應(yīng)用技術(shù)版，2006，(4):16-18.

[3]沈金安.瀝青及瀝青淚合料路用性能[MJ.北京:人民交通出版社，2001.