馮明偉　張群山

（河南連通路橋有限公司）

核子儀在路基工程檢測(cè)中的使用

馮明偉張群山

（河南連通路橋有限公司）

路基是公路結(jié)構(gòu)的重要組成部分，要求路基路面具有足夠的承載能力，能經(jīng)受重車荷載的反復(fù)作用而不產(chǎn)生結(jié)構(gòu)性的破壞和壓縮變形。核子儀法能提供快速、準(zhǔn)確的檢測(cè)，具有高效和便捷的優(yōu)勢(shì)，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)施工中存在的問(wèn)題，以采取相應(yīng)的措施，使其檢測(cè)結(jié)果滿足規(guī)范要求，以保證路基工程質(zhì)量合格。

路基；核子儀法；高效準(zhǔn)確

1　什么是核子儀

傳統(tǒng)的檢測(cè)壓實(shí)度方法如環(huán)刀法、灌砂法等檢測(cè)速度慢，檢測(cè)頻率受到限制，且由于人為因素影響，導(dǎo)致檢測(cè)結(jié)果誤差大，不適用于快速度、大規(guī)模的施工檢測(cè)。核子儀法與傳統(tǒng)方法相比能提供快速、準(zhǔn)確的檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果一次顯示，具有高效和便捷的優(yōu)勢(shì)，其測(cè)量精確度很高（密度測(cè)量范圍為1.12～2.73g/cm3，測(cè)量誤差不大于±0.3g/cm3，含水率測(cè)量誤差不大于0.015%）。

2　核子儀工作原理

2.1透射法

MC-3核子儀用137Cs作為放射源，通過(guò)中等能量的γ射線來(lái)測(cè)定壓實(shí)度的，這種γ射線透過(guò)建筑材料時(shí)射線的衰減主要為光電效應(yīng)。工作時(shí)，要預(yù)先在壓實(shí)路基中進(jìn)行打孔，然后將放射桿插入孔中所需要的深度，讓?duì)蒙渚€發(fā)射出，隨后安裝儀器底部的檢測(cè)器開(kāi)始接受測(cè)量此時(shí)的射線，γ光量子必須要達(dá)到檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，此時(shí)需要穿過(guò)土壤全部距離，引導(dǎo)光量子和土壤中的電子發(fā)生碰撞，從而減少到達(dá)檢測(cè)器需要的光子數(shù)量，最后由此計(jì)算出材料密度。γ放射源垂直方向時(shí)深度能變，但是探測(cè)器位置不能改變，因?yàn)闇y(cè)量所得的密度是代表放射源源桿深度到探測(cè)器間材料的平均密度。

2.2反射罰

MC-3還有反向散射法測(cè)密度的功能，因其測(cè)量誤差大，一般不用于路基檢測(cè)中。

3　核子儀在路基檢測(cè)中的應(yīng)用

3.1標(biāo)定方法

由于廠家標(biāo)定采用的是模擬密度和水分標(biāo)樣，與工程使用材料有差異，其化學(xué)成分與標(biāo)定材料亦不完全一致，同時(shí)各工程所使用的施工工藝和方法也不完全一致，因此在使用前須對(duì)核子儀進(jìn)行標(biāo)定，以確保檢測(cè)數(shù)據(jù)的可靠性。核子儀的標(biāo)定一般采用常規(guī)比較法（同灌砂法比較），大致有以下步驟：①選擇壓實(shí)好的路基，用核子儀測(cè)定某一深度的濕密度、含水量，可采用幾個(gè)象限測(cè)定該深度的濕密度、含水量，求取平均值作為該點(diǎn)的檢測(cè)數(shù)據(jù)，測(cè)定深度應(yīng)選擇擬挖坑深度一致。②在測(cè)定的同一位置，用灌砂法挖坑取樣，測(cè)定濕密度和含水量。③對(duì)比試驗(yàn)中，核子儀法應(yīng)采用透射法檢測(cè)，水分測(cè)定時(shí)間60s以上，以滿足水分檢測(cè)誤差要求，灌砂法用烘干法測(cè)定其含水量。④對(duì)同一段路基，須測(cè)定40點(diǎn)以上進(jìn)行對(duì)比，求得核子儀法與灌砂法測(cè)定的密度和含水量的相關(guān)關(guān)系。

3.2核子儀的應(yīng)用

核子儀是一種堅(jiān)固的、以微處理器為核心的測(cè)試儀器，其主要功能是檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)土和建筑材料的密度和含水率，它通過(guò)對(duì)路基路堤的每層壓實(shí)度和含水量進(jìn)行測(cè)定，可以完整地建立施工壓實(shí)度質(zhì)量的系統(tǒng)數(shù)據(jù)，通過(guò)對(duì)系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理和分析，及時(shí)發(fā)現(xiàn)施工中存在的問(wèn)題，以采取相應(yīng)的措施，使其檢測(cè)結(jié)果滿足規(guī)范要求，以保證路基工程質(zhì)量合格。每次使用前，首先用標(biāo)準(zhǔn)塊對(duì)核子儀標(biāo)定。使用時(shí)，將路基土的最大干密度及測(cè)定時(shí)間輸入核子儀中，在路基上選擇平整干凈并且有代表性的地方，先在路基上打孔，將放射桿插入所需深度，鎖定后按下開(kāi)始鍵，待測(cè)定完成后讀取干密度、含水量及壓實(shí)度。以下是應(yīng)用實(shí)例：某高速公路K72+000～K72+250段左幅路基核子儀的檢測(cè)數(shù)據(jù)：用核子儀測(cè)定數(shù)據(jù)換算成灌砂法數(shù)據(jù)可更加準(zhǔn)確地反映出路基壓實(shí)度。

4　應(yīng)用中應(yīng)注意的問(wèn)題

必須對(duì)每臺(tái)要使用的核子儀進(jìn)行標(biāo)定，標(biāo)定時(shí)必須認(rèn)真，要嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范進(jìn)行，對(duì)比點(diǎn)數(shù)不能少于40個(gè)。

當(dāng)發(fā)現(xiàn)土質(zhì)發(fā)生變化時(shí)，要重新標(biāo)定。要保證室內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)試驗(yàn)所確定的最大干密度的準(zhǔn)確性；進(jìn)行檢測(cè)時(shí)要選擇表面平整干凈的地點(diǎn)；源桿扳機(jī)一定要在卡槽內(nèi)；每次使用前都要進(jìn)行計(jì)數(shù)標(biāo)定。

必須注意的是：在測(cè)量的過(guò)程中對(duì)所測(cè)數(shù)據(jù)不能隨便舍棄，如果發(fā)現(xiàn)不合理數(shù)據(jù)，做到分析原因后，經(jīng)過(guò)重新檢測(cè)再定取舍。

5　檢測(cè)

路基壓實(shí)質(zhì)量的對(duì)比試驗(yàn)洛湛鐵路永岑段YQ5標(biāo)的站場(chǎng)和路基填土施工中，采用美國(guó)坎貝爾MC-3核子密度儀和K30平板載荷測(cè)試儀作為填筑質(zhì)量的檢測(cè)工具。并根據(jù)本標(biāo)段填料的情況，有針對(duì)性地對(duì)傳統(tǒng)的灌砂法和核子密度儀進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，以此考核使用核子密度儀在本標(biāo)段路基填筑質(zhì)量檢測(cè)適用性和理論性，為今后的檢測(cè)工作找出依據(jù)。

5.1核子密度儀法在路基檢測(cè)的應(yīng)用范圍

（1）核子密度儀法該法是利用放射性元素測(cè)量土或路面材料的密度和含水量。這類儀器的特點(diǎn)是測(cè)量速度快，需要人員少，測(cè)試一個(gè)檢測(cè)點(diǎn)兩三分鐘就可以得出結(jié)果。文中工程標(biāo)段使用的MC-3型核子密度儀是進(jìn)口產(chǎn)品，主要用于測(cè)定土料和土石混合料的密度及含水量。該儀器的顯示器也可同時(shí)顯出濕密度、干密度、含水量、水率、壓實(shí)度（在輸入填料的最大干密度后）、孔隙率（在輸入填料的比重后）等的檢測(cè)數(shù)據(jù)和測(cè)量條件。這種儀器主要有兩種測(cè)量方法：①反射式，即無(wú)需在被測(cè)處打洞，測(cè)量深度大約50～70mm；②透射式，即必須在被測(cè)體上打洞，測(cè)量深度為大約是300～500mm。此種測(cè)量方式的缺點(diǎn)也很大，就是測(cè)量時(shí)產(chǎn)生的放射性物質(zhì)對(duì)人體有害。另外核子密度儀在進(jìn)行水份測(cè)量時(shí)主要是使高能量的快速中子在穿透材料時(shí)與水中的氫原子相碰撞，氫原子與中子質(zhì)量幾乎相等，碰撞后中子能量會(huì)減速為慢中子反射回，然后被儀器接收與水中的氫含量進(jìn)行比較計(jì)算出含水量。但是氫不但以水的形式存在于填料中，在水泥、石灰、粉煤灰、有機(jī)土、粘性土等材料中也都有不同程度的存在著氫，所以核子密度儀在實(shí)際監(jiān)測(cè)中，得到的濕密度值要比常用灌砂法檢測(cè)所得值偏高，一定程度上影響測(cè)定的準(zhǔn)確性。所以，用核子密度儀檢測(cè)路基的壓實(shí)質(zhì)量，需與常規(guī)方法比較，找出現(xiàn)用填料的偏移特征，以驗(yàn)證其可靠性。

（2）填料情況、施工位置處在廣西壯族自治區(qū)桂東南地區(qū)，屬丘陵地帶。土質(zhì)分布以砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、砂質(zhì)泥巖、頁(yè)巖風(fēng)化層、易風(fēng)化的軟石層及黏土層為主。根據(jù)建指《洛湛鐵路永岑段路基土方調(diào)配方案》，本標(biāo)段共需路基填料97萬(wàn)m3，主要來(lái)源是移挖作填，取自路塹挖方及隧道棄渣。首先，我們對(duì)沿線各路塹挖方山頭摸底，并取樣送試驗(yàn)室進(jìn)行填料的分組試驗(yàn)。試驗(yàn)選擇在標(biāo)段項(xiàng)目填筑的路段上進(jìn)行，同一測(cè)點(diǎn)分別先用核子密度儀，后用灌砂法檢測(cè)。灌砂法的含水量采用酒精燃燒法測(cè)定。核子密度儀檢測(cè)以試孔為中心置儀器于路基縱橫兩個(gè)垂直位置分別測(cè)試兩次，以平均值為測(cè)試值，共檢測(cè)10點(diǎn)，取10組數(shù)據(jù)進(jìn)行整理分析，求出密度和水份的修正值。

（3）檢測(cè)依據(jù)規(guī)程?！惰F路路基施工規(guī)范》（TB10102-2004）；《鐵路工程土工試驗(yàn)規(guī)程》（TB10102-2004）；《鐵路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》（TB10001-2005）；《新建鐵路洛陽(yáng)至湛江線永州至岑溪段路堤試驗(yàn)段施工實(shí)施細(xì)則》。

（4）檢測(cè)設(shè)備。核子密度儀為美國(guó)CPNMC-3型核子密度儀，測(cè)量深度250mm，測(cè)量時(shí)間30s；用Wd擋檢測(cè)填層的壓實(shí)度，用Av擋檢測(cè)填層的孔隙率。灌砂儀是標(biāo)準(zhǔn)的灌砂儀，灌砂筒直徑標(biāo)準(zhǔn)是150mm；量砂粒徑0.25～0.75mm標(biāo)準(zhǔn)砂，砂密度要事先作好標(biāo)定；所用案秤、天平、鋼直尺等計(jì)量器具一定要檢定合格后才能使用。

（5）細(xì)粒土（粉質(zhì)黏土，土工試驗(yàn)報(bào)告編號(hào)：TG2005081）的對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果及分析。4.1用3.1的檢測(cè)方法，我們首先對(duì)粉質(zhì)黏土為填料的路基填層壓實(shí)質(zhì)量進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)。

5.2結(jié)果分析

對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析、匯總檢測(cè)數(shù)據(jù)相比較，發(fā)現(xiàn)灌砂法測(cè)出的濕密度普遍比核子密度儀大，屬正態(tài)偏差；而含水率則屬負(fù)態(tài)偏差。其偏差情況為：濕密度最大偏差0.013g/cm3，最小偏差0.002g/cm3，平均偏差0.0056/g/cm3；含水量最大偏差0.15%，最小偏差0.02%，平均偏差0.09%；計(jì)算出干密度的平均偏差為0.0052這些偏差都在平行試驗(yàn)的精度范圍之內(nèi)（平行試驗(yàn)的精度要求：密度≯0.03g/cm3，水分≯0.1%）。通過(guò)上述公式分析的結(jié)果，對(duì)比試驗(yàn)的濕密度、含水率、干密度、壓實(shí)度各項(xiàng)指標(biāo)相應(yīng)的相關(guān)系數(shù)都大于0.90，表明MC-3核子密核子密度儀在路基壓實(shí)檢測(cè)的應(yīng)用18等內(nèi)容。

U416.1

A

1673-0038（2015）12-0217-02

2015-2-28