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，具有高效和便捷的優(yōu)勢，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)施工中存在的問題，以采取相應(yīng)的措施，使其檢測結(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)的檢測壓實(shí)度方法如環(huán)刀法、灌砂法等檢測速度慢，檢測頻率受到限制，且由于人為因素影響，導(dǎo)致檢測結(jié)果誤差大，不適用于快速度、大規(guī)模的施工檢測。核子儀法與傳統(tǒng)方法相比能提供快速、準(zhǔn)確的檢測，檢測結(jié)果一次顯示，具有高效和便捷的優(yōu)勢，其測量精確度很高（密度測量范圍為1.12～2.73g/cm3，測量誤差不大于±0.3g/cm3，含水率測量誤差不大于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，通過中等能量的γ射線來測定壓實(shí)度的，這種γ射線透過建筑材料時(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γ射線發(fā)射出，隨后安裝儀器底部的檢測器開始接受測量此時(shí)的射線，γ光量子必須要達(dá)到檢測標(biāo)準(zhǔn)，此時(shí)需要穿過土壤全部距離，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，但是探測器位置不能改變，因?yàn)闇y量所得的密度是代表放射源源桿深度到探測器間材料的平均密度。

2.2反射罰

MC-3還有反向散射法測密度的功能，因其測量誤差大，一般不用于路基檢測中。

3　核子儀在路基檢測中的應(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，因此在使用前須對核子儀進(jìn)行標(biāo)定，以確保檢測數(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，用核子儀測定某一深度的濕密度、含水量，可采用幾個(gè)象限測定該深度的濕密度、含水量，求取平均值作為該點(diǎn)的檢測數(shù)據(jù)，測定深度應(yīng)選擇擬挖坑深度一致。②在測定的同一位置，用灌砂法挖坑取樣，測定濕密度和含水量。③對比試驗(yàn)中，核子儀法應(yīng)采用透射法檢測，水分測定時(shí)間60s以上，以滿足水分檢測誤差要求，灌砂法用烘干法測定其含水量。④對同一段路基，須測定40點(diǎn)以上進(jìn)行對比，求得核子儀法與灌砂法測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試儀器，其主要功能是檢測現(xiàn)場土和建筑材料的密度和含水率，它通過對路基路堤的每層壓實(shí)度和含水量進(jìn)行測定，可以完整地建立施工壓實(shí)度質(zhì)量的系統(tǒng)數(shù)據(jù)，通過對系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理和分析，及時(shí)發(fā)現(xiàn)施工中存在的問題，以采取相應(yīng)的措施，使其檢測結(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)塊對核子儀標(biāo)定。使用時(shí)，將路基土的最大干密度及測定時(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，鎖定后按下開始鍵，待測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數(shù)據(jù)：用核子儀測定數(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)注意的問題

必須對每臺要使用的核子儀進(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：在測量的過程中對所測數(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)過重新檢測再定取舍。

5　檢測

路基壓實(shí)質(zhì)量的對比試驗(yàn)洛湛鐵路永岑段YQ5標(biāo)的站場和路基填土施工中，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(biāo)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(jìn)行對比試驗(yàn)，以此考核使用核子密度儀在本標(biāo)段路基填筑質(zhì)量檢測適用性和理論性，為今后的檢測工作找出依據(jù)。

5.1核子密度儀法在路基檢測的應(yīng)用范圍

（1）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(diǎn)是測量速度快，需要人員少，測試一個(gè)檢測點(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）等的檢測數(shù)據(jù)和測量條件。這種儀器主要有兩種測量方法：①反射式，即無需在被測處打洞，測量深度大約50～70mm；②透射式，即必須在被測體上打洞，測量深度為大約是300～500mm。此種測量方式的缺點(diǎn)也很大，就是測量時(shí)產(chǎn)生的放射性物質(zhì)對人體有害。另外核子密度儀在進(jìn)行水份測量時(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)測中，得到的濕密度值要比常用灌砂法檢測所得值偏高，一定程度上影響測定的準(zhǔn)確性。所以，用核子密度儀檢測路基的壓實(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(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，同一測點(diǎn)分別先用核子密度儀，后用灌砂法檢測。灌砂法的含水量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(gè)垂直位置分別測試兩次，以平均值為測試值，共檢測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）檢測設(shè)備。核子密度儀為美國CPNMC-3型核子密度儀，測量深度250mm，測量時(shí)間30s；用Wd擋檢測填層的壓實(shí)度，用Av擋檢測填層的孔隙率。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：TG2005081）的對比試驗(yàn)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(shí)質(zhì)量進(jìn)行對比試驗(yàn)。

5.2結(jié)果分析

對比試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析、匯總檢測數(shù)據(jù)相比較，發(fā)現(xiàn)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(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%）。通過上述公式分析的結(jié)果，對比試驗(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)檢測的應(yīng)用18等內(nèi)容。

U416.1

A

1673-0038（2015）12-0217-02

2015-2-28