關(guān)于核子密度儀與灌砂法檢測路基壓實質(zhì)量的對比試驗

1、.關(guān)于核子密度儀與灌砂法檢測路基壓實質(zhì)量的對比試驗近年來，越來越多的路基施工工程把核子密度儀使用在路堤填筑的壓實質(zhì)量檢測上，配合高效的機械化施工，使施工進度、施工質(zhì)量都得到了顯著的提高。我們在洛湛鐵路永岑段YQ5標的站場和路基填土施工中，學習兄弟局在青藏鐵路工程、浙贛鐵路提速改造工程的經(jīng)驗，采用美國坎貝爾MC-3核子密度儀和K30平板載荷測試儀作為填筑質(zhì)量的檢測工具。并根據(jù)本標段填料的情況，有針對性地對傳統(tǒng)的灌砂法和核子密度儀進行對比試驗，以此考核使用核子密度儀在本標段路基填筑質(zhì)量檢測適用性和理論性，為今后的檢測工作找出依據(jù)。1 灌砂法和核子密度儀在路基檢測的應用范圍 1.1 灌砂法 灌砂法是

2、利用均勻顆粒的砂去置換試洞的體積，計算填料的濕密度，用酒精燃燒法測定含水量，然后計算出填料的干密度和壓實度，它是當前填土最通用、最常規(guī)的檢測方法。它的缺點是：需要攜帶較多量的砂，而且稱量次數(shù)較多，計算步驟煩瑣，因此它的測試速度較慢。常常成為機械化施工的“瓶頸”和“咽喉”工序。1.2 核子密度儀法該法是利用放射性元素測量土或路面材料的密度和含水量。這類儀器的特點是測量速度快，需要人員少，測試一個檢測點兩、三分鐘就可以得出結(jié)果。我標段使用的MC-3型核子密度儀是美國CPN公司的產(chǎn)品，用于測定各種土料、土石混合料的密度、含水量。儀器上的液晶顯示器可同時顯示出濕密度、干密度、含水量、含水率、壓實度（輸

3、入填料的最大干密度后）、孔隙率（輸入填料的比重后）等檢測數(shù)據(jù)及測量條件。它有兩種測量方式：一種為反射式無需在被測體上打洞，測量深度達5070mm；另一種為透射式，需在被測體面上用專用工具打一小洞，測量深度為300500mm。它的缺點是，放射性物質(zhì)對人體有害。另外核子密度儀的水份測量是由高能量的快速中子，穿透材料時與水份中的氫原子碰撞，因氫原子與中子的質(zhì)量幾乎相等，碰撞后使中子的能量減速為慢中子反射回來，被儀器接收并與水（H2O）中氫的含量進行比較，計算出含水量。但氫不是光以水的形式存于填料之中，比如水泥、石灰、粉煤灰、有機土、粘性土等材料中都不同程度存在著水以外的氫，因此核子密度儀在監(jiān)測中，得

4、出的濕密度值比通常用灌砂法檢測有所偏高，一定程度上影響測定的準確性。所以，用核子密度儀檢測路基的壓實質(zhì)量，需與常規(guī)方法比較，找出現(xiàn)用填料的偏移特征，以驗證其可靠性。2 填料情況我標段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、頁巖風化層、易風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，本標段共需路基填料97萬m3,主要來源是移挖作填，取自路塹挖方及隧道棄渣。首先，我們對沿線各路塹挖方山頭摸底，并取樣送試驗室進行填料的分組試驗。在這個基礎上選出比較有代表性的兩個組別填料進行對比試驗。具體的各項物理指標見表1：表1 土工試驗報告號填料

5、名稱填料組別液限 WL 塑限 WP 最大干密度g/cm³ 最佳含水量比重 Gs 土粒組成（）6020520.50.250.07520520.50.250.075TG2005081低液限粉質(zhì)黏土C組34.621.41.8817.423.62.40.610.8TG2005076土質(zhì)細角礫B組2.6817.240.310.42.66.6TG2005009細角礫土B組26.718.91.9413.241.911.916.17.916.3注：具體試驗結(jié)果見附件1、2、33 對比試驗3.1 檢測方法： 試驗選擇在標段項目填筑的路段上進行，同一測點分別先用核子密度儀，后用灌砂法檢測。灌砂法的含水量

6、采用酒精燃燒法測定。核子密度儀檢測以試孔為中心置儀器于路基縱橫兩個垂直位置分別測試兩次，以平均值為測試值，共檢測10點，取10組數(shù)據(jù)進行整理分析，求出密度和水份的修正值。3.2 檢測依據(jù)規(guī)程：TB10102-2004鐵路路基施工規(guī)范；TB10102-2004鐵路工程土工試驗規(guī)程；TB10001-2005鐵路路基設計規(guī)范；新建鐵路洛陽至湛江線永州至岑溪段路堤試驗段施工實施細則3.3 檢測設備：核子密度儀為美國CPN MC-3型核子密度儀，測量深度250mm，測量時間30s；用Wd擋檢測填層的壓實度，用Av擋檢測填層的孔隙率。灌砂儀為標準的灌砂儀，灌砂筒直徑150mm；量砂為粒徑0.250.75m

7、m標準砂，砂的密度事先作好標定；所用案秤、天平、鋼直尺等計量器具均檢定合格。 4 細粒土（粉質(zhì)黏土，土工試驗報告編號：TG2005081）的對比試驗結(jié)果及分析。 4.1 用 3.1的檢測方法，我們首先對粉質(zhì)黏土為填料的路基填層壓實質(zhì)量進行對比試驗。結(jié)果見表2：表2 細粒土灌砂法核子密度儀法對比試驗結(jié)果匯總測 點 編 號12345678910灌砂法濕密度2.0912.0592.0482.0652.0492.0712.1012.1052.0912.08核子法濕密度2.0782.0522.0512.0582.0452.0672.1062.12.0892.086偏 差 值0.013 0.007 -0.

8、003 0.007 0.004 0.004 -0.005 0.005 0.002 -0.006 灌砂法含水量17.081716.8116.416.9516.718.518.117.0717.35核子法含水量17.116.9216.6716.4616.9716.8518.6418.0817.2117.48偏 差 值-0.02 0.08 0.14 -0.06 -0.02 -0.15 -0.14 0.02 -0.14 -0.13 灌砂法干密度1.786 1.760 1.753 1.774 1.752 1.775 1.773 1.782 1.786 1.772 核子法干密度1.775 1.755 1.

9、758 1.767 1.748 1.769 1.775 1.778 1.782 1.776 偏 差 值0.011 0.005 -0.005 0.007 0.004 0.006 -0.002 0.004 0.004 -0.003 灌砂法壓實度0.950 0.936 0.933 0.944 0.932 0.944 0.943 0.948 0.950 0.943 核子法壓實度0.944 0.934 0.935 0.940 0.930 0.941 0.944 0.946 0.948 0.944 偏 差 值0.006 0.003 -0.002 0.004 0.002 0.003 -0.001 0.002

10、 0.002 -0.002 注：1，偏差值灌砂法測值核子密度儀測值。 2，核子密度儀測值為在同點上兩次平行試驗的平均值。檢測時密度和水份偏移修正值為0。4.2 粉質(zhì)黏土對比試驗結(jié)果的分析從表2匯總的檢測數(shù)據(jù)比較，灌砂法測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；計算出干密度的平均偏差為0.0052這些偏差都在平行試驗的精度范圍之內(nèi)（平行試驗的精度要求：密度0.03g/cm3，水分0.1）。 為了

11、證實對比試驗各項指標的差異性和相關(guān)關(guān)系，我們利用最小二乘法統(tǒng)計原理對試驗數(shù)據(jù)進一步驗證。設： 得： b=Lxy/Lxx； 其中: 式中: 、分別為核子密度儀和灌砂法所測某一點的結(jié)果，n為檢測的組數(shù)，r為相關(guān)系數(shù)。當r0.90時，表明兩種試驗相關(guān)程度很高?？梢酝ㄓ?。表3 對比試驗分析表 公式y(tǒng)a+bx檢測組數(shù)n a b相關(guān)系數(shù) r濕密度對比試驗100.1685 0.9201 0.9616 含水率對比試驗100.8144 0.9503 0.9889 干密度對比試驗10-0.0480 1.0289 0.9183 壓實度對比試驗10-0.0255 1.0289 0.9183 4.3 表3是通過上述公式

12、分析的結(jié)果，對比試驗的濕密度、含水率、干密度、壓實度各項指標相應的相關(guān)系數(shù)都大于0.90，表明MC-3核子密度儀適用于在我標段檢測細粒土填筑的路基壓實度，其檢測數(shù)據(jù)是可靠的。5 填料為含礫石類土的壓實度對比試驗5.1 我們對表1中的礫石類土（土工報告編號：TG2005009）為填料的路基填層用上述方法進行了對比試驗和分析。試驗結(jié)果見表4表4 礫石類土灌砂法核子密度儀法對比試驗結(jié)果匯總測 點 編 號12345678910灌砂法濕密度2.129 2.147 2.065 2.093 2.088 2.086 2.054 2.105 2.097 2.069 核子法濕密度2.111 2.123 2.043

13、 2.067 2.086 2.094 2.049 2.104 2.108 2.042 偏 差 值0.018 0.024 0.022 0.026 0.002 -0.008 0.005 0.001 -0.011 0.027 灌砂法含水量13.60 13.00 13.33 13.21 13.50 13.06 13.39 13.26 13.21 13.29 核子法含水量13.74 13.02 13.33 13.26 13.46 13.37 13.45 13.27 13.32 13.24 偏 差 值-0.14 -0.02 0.00 -0.05 0.04 -0.31 -0.06 -0.01 -0.11 0

14、.05 灌砂法干密度1.874 1.900 1.822 1.849 1.840 1.845 1.811 1.859 1.852 1.826 核子法干密度1.856 1.878 1.803 1.825 1.839 1.847 1.806 1.858 1.860 1.803 偏 差 值0.018 0.022 0.019 0.024 0.001 -0.002 0.005 0.001 -0.008 0.023 灌砂法壓實度0.966 0.979 0.939 0.953 0.948 0.951 0.934 0.958 0.955 0.941 核子法壓實度0.957 0.968 0.929 0.941 0

15、.948 0.952 0.931 0.957 0.959 0.930 偏 差 值0.009 0.011 0.010 0.012 0.001 -0.001 0.003 0.001 -0.004 0.012 注：1，偏差值灌砂法測值核子密度儀測值。 2，核子密度儀測值為在同點上兩次平行試驗的平均值。檢測時密度和水份偏移修正值為0。 5.2 用4.2方法和公式分析表4的對比試驗結(jié)果，核子密度儀在同點上測試濕密度普遍小于灌砂法，趨向正態(tài)偏差；含水量則普遍大于灌砂法，趨向于負態(tài)偏差。各項指標的相關(guān)系數(shù)r為：濕密度r0.8811；含 水 率r0.8350；干密度r0.8983。顯然，如果用核子密度儀檢測該

16、類土填筑的路基壓實度，有必要用輸入偏移量的方法來修正檢測數(shù)據(jù)，使檢測結(jié)果和灌砂法接近在允許范圍之內(nèi)。按照MC-3型核子濕度密度儀使用手冊給出的偏移量計算方法，計算得偏移量為：密度修正值0.0106；水的修正值-0.061。5.3 在核子密度儀中輸入密度和水的修正值，然后于表4相對應的各檢測點0.5m1.0m的范圍內(nèi)再進行一次對比試驗。結(jié)果見表5表5 礫石土灌砂法核子密度儀法對比試驗結(jié)果匯總測 點 編 號12345678910灌砂法濕密度2.122 2.145 2.058 2.087 2.086 2.134 2.056 2.097 2.103 2.066 核子法濕密度2.108 2.152 2.

17、032 2.085 2.087 2.127 2.058 2.086 2.109 2.060 偏 差 值0.014 -0.007 0.026 0.002 -0.001 0.007 -0.002 0.011 -0.006 0.006 灌砂法含水量13.57 13.03 13.35 14.18 13.50 13.06 13.39 13.26 13.21 13.26 核子法含水量13.63 13.07 13.32 14.16 13.50 13.37 13.45 13.27 13.32 13.25 偏 差 值-0.06 -0.04 0.03 0.02 0.00 -0.31 -0.06 -0.01 -0.

18、11 0.01 灌砂法干密度1.868 1.898 1.816 1.828 1.838 1.887 1.813 1.851 1.858 1.824 核子法干密度1.855 1.903 1.793 1.826 1.839 1.876 1.814 1.842 1.861 1.819 偏 差 值0.013 -0.006 0.022 0.001 -0.001 0.011 -0.001 0.010 -0.003 0.005 灌砂法壓實度0.963 0.978 0.936 0.942 0.947 0.973 0.935 0.954 0.958 0.940 核子法壓實度0.956 0.981 0.924 0

19、.941 0.948 0.967 0.935 0.949 0.959 0.938 偏 差 值0.007 -0.003 0.012 0.001 0.000 0.006 0.000 0.005 -0.002 0.003 注：1，偏差值灌砂法測值核子密度儀測值。 2，檢測時密度偏移修正值為0.0106；水份修正值為-0.061；3，核子密度儀測值為在同點上兩次平行試驗的平均值。用經(jīng)修正后的核子密度儀檢測礫石類土的壓實度，與灌砂法檢測結(jié)果的偏差明顯降低。用4.2所列公式計算出它們的相關(guān)系數(shù)見表6：表6 對比試驗分析表 公式y(tǒng)a+bx檢測組數(shù)n a b相關(guān)系數(shù) r濕密度對比試驗100.3273 0.84

20、58 0.9616 含水率對比試驗10-0.8169 1.0569 0.9538 干密度對比試驗100.2217 0.8825 0.9631 壓實度對比試驗100.1143 0.8825 0.9631 經(jīng)過修正，核子密度儀檢測得出的各項結(jié)果與灌砂法檢測結(jié)果的相關(guān)系數(shù)均大于0.90。由此證明，核子密度儀在檢測礫石類土為填料的路基壓實度，在檢測中應進行必要的修正。6 孔隙率檢測的對比試驗及結(jié)果分析用上述試驗方法我們對用表1中的粗粒土（土工試驗報告：2005076）填筑的路基孔隙率檢測也進行了對比試驗和分析。6.1 按照新的驗收標準，粗粒土作為路基填料，其壓實指標用孔隙率指標控制。灌砂法在計算出干密

21、度值后，用公式計算。（式中：n孔隙率；干密度；Gs最大顆粒比重。注：由試驗室土工試驗給出） MC-3核子密度儀檢測孔隙率的方法是在儀器的AV擋輸入最大顆粒比重值，直接用透射法檢測，檢測結(jié)束，儀器顯示該測點的濕密度、干密度、含水率、及孔隙率。6.2 我們在利用該填料的同一填筑段上隨機選出10個檢測點進行對比試驗。檢測結(jié)果如表7：表7 粗粒土灌砂法核子密度儀法對比試驗結(jié)果匯總測 點 編 號12345678910灌砂法濕密度2.195 2.169 2.210 2.162 2.196 2.219 2.176 2.162 2.214 2.173 核子法濕密度2.188 2.176 2.214 2.159

22、 2.201 2.228 2.173 2.159 2.208 2.158 偏 差 值0.007 -0.007 -0.004 0.003 -0.005 -0.009 0.003 0.003 0.006 0.015 灌砂法含水量15.21 14.65 15.20 15.04 16.28 15.20 15.07 14.84 15.00 14.87 核子法含水量15.22 14.72 15.24 14.96 16.58 15.19 15.28 15.04 15.07 14.98 偏 差 值-0.01 -0.07 -0.04 0.08 -0.30 0.01 -0.21 -0.20 -0.07 -0.11

23、 灌砂法干密度1.905 1.892 1.918 1.879 1.889 1.926 1.891 1.883 1.925 1.892 核子法干密度1.899 1.897 1.921 1.878 1.888 1.934 1.885 1.877 1.919 1.877 偏 差 值0.006 -0.005 -0.003 0.001 0.001 -0.008 0.006 0.006 0.006 0.015 灌砂法孔隙率28.91 29.41 28.42 29.88 29.53 28.13 29.44 29.75 28.16 29.41 核子法孔隙率29.14 29.22 28.31 29.92 29.55 27.83 29.67 29.97 28.40 29.97 偏 差 值-0.23 0.18 0.10 -0.05 -0.02 0.30 -0.23 -0.22 -0.24 -0.55 注： 1，此段路基用B組填料，模擬路基基床底層填筑，孔隙率標準n31%。 2，偏差值灌砂法測值核子密度儀測值。 3，核子密度儀測值為在同點上兩次平行試驗的平均值，檢測時密度和水份偏移修正值為0。 兩種試驗對比，它們的平均偏差為：濕密度0.008g/cm3 ；含水量0.1；干密度0.0072 g/cm3；處于平行試驗