核子密度仪在路基压实检测的应用

1关于核子密度仪与灌砂法检测路基压实质量的对比试验近年来，越来越多的路基施工工程把核子密度仪使用在路堤填筑的压实质量检测上，配合高效的机械化施工，使施工进度、施工质量都得到了显著的提高。我们在洛湛铁路永岑段YQ5标的站场和路基填土施工中，学习兄弟局在青藏铁路工程、浙赣铁路提速改造工程的经验，采用美国坎贝尔MC-3核子密度仪和K30平板载荷测试仪作为填筑质量的检测工具。并根据本标段填料的情况，有针对性地对传统的灌砂法和核子密度仪进行对比试验，以此考核使用核子密度仪在本标段路基填筑质量检测适用性和理论性，为今后的检测工作找出依据。1灌砂法和核子密度仪在路基检测的应用范围1.1灌砂法灌砂法是利用均匀颗粒的砂去置换试洞的体积，计算填料的湿密度，用酒精燃烧法测定含水量，然后计算出填料的干密度和压实度，它是当前填土最通用、最常规的检测方法。它的缺点是：需要携带较多量的砂，而且称量次数较多，计算步骤烦琐，因此它的测试速度较慢。常常成为机械化施工的“瓶颈”和“咽喉”工序。1.2核子密度仪法该法是利用放射性元素测量土或路面材料的密度和含水量。这类仪器的特点是测量速度快，需要人员少，测试一个检测点两、三分钟就可以得出结果。我标段使用的MC-3型核子密度仪是美国CPN公司的产品，用于2测定各种土料、土石混合料的密度、含水量。仪器上的液晶显示器可同时显示出湿密度、干密度、含水量、含水率、压实度（输入填料的最大干密度后）、孔隙率（输入填料的比重后）等检测数据及测量条件。它有两种测量方式：一种为反射式无需在被测体上打洞，测量深度达50～70mm；另一种为透射式，需在被测体面上用专用工具打一小洞，测量深度为300～500mm。它的缺点是，放射性物质对人体有害。另外核子密度仪的水份测量是由高能量的快速中子，穿透材料时与水份中的氢原子碰撞，因氢原子与中子的质量几乎相等，碰撞后使中子的能量减速为慢中子反射回来，被仪器接收并与水（H2O）中氢的含量进行比较，计算出含水量。但氢不是光以水的形式存于填料之中，比如水泥、石灰、粉煤灰、有机土、粘性土等材料中都不同程度存在着水以外的氢，因此核子密度仪在监测中，得出的湿密度值比通常用灌砂法检测有所偏高，一定程度上影响测定的准确性。所以，用核子密度仪检测路基的压实质量，需与常规方法比较，找出现用填料的偏移特征，以验证其可靠性。2填料情况我标段施工位置处在广西壮族自治区桂东南地区，属丘陵地带。土质分布以砂岩、泥质粉砂岩、砂质泥岩、页岩风化层、易风化的软石层及黏土层为主。根据建指《洛湛铁路永岑段路基土方调配方案》，本标段共需路基填料97万m3,主要来源是移挖作填，取自路堑挖方及隧道弃渣。首先，我们对沿线各路堑挖方山头摸底，并取样送试验室进行填料的分组试验。在这个基础上选出比较有代表性的两个组别填料进行对比试验。3具体的各项物理指标见表1：表1土工试验报告号填料名称填料组别液限WL％塑限WP％最大干密度g/cm³最佳含水量％比重Gs土粒组成（％）6020520.50.25～～～～～～＜0.07520520.50.250.075TG2005081低液限粉质黏土C组34.621.41.8817.423.62.40.610.8TG2005076土质细角砾B组2.6817.240.310.42.66.6TG2005009细角砾土B组26.718.91.9413.241.911.916.17.916.3注：具体试验结果见附件1、2、33对比试验3.1检测方法：试验选择在标段项目填筑的路段上进行，同一测点分别先用核子密度仪，后用灌砂法检测。灌砂法的含水量采用酒精燃烧法测定。核子密度仪检测以试孔为中心置仪器于路基纵横两个垂直位置分别测试两次，以平均值为测试值，共检测10点，取10组数据进行整理分析，求出密度和水份的修正值。3.2检测依据规程：TB10102-2004《铁路路基施工规范》；TB10102-2004《铁路工程土工试验规程》；TB10001-2005《铁路路基设计规范》；《新建铁路洛阳至湛江线永州至岑溪段路堤试验段施工实施细则》3.3检测设备：核子密度仪为美国CPNMC-3型核子密度仪，测量深度250mm，测量4时间30s；用Wd挡检测填层的压实度，用Av挡检测填层的孔隙率。灌砂仪为标准的灌砂仪，灌砂筒直径150mm；量砂为粒径0.25～0.75mm标准砂，砂的密度事先作好标定；所用案秤、天平、钢直尺等计量器具均检定合格。4细粒土（粉质黏土，土工试验报告编号：TG2005081）的对比试验结果及分析。4.1用3.1的检测方法，我们首先对粉质黏土为填料的路基填层压实质量进行对比试验。结果见表2：表2细粒土灌砂法核子密度仪法对比试验结果汇总测点编号12345678910灌砂法湿密度2.0912.0592.0482.0652.0492.0712.1012.1052.0912.08核子法湿密度2.0782.0522.0512.0582.0452.0672.1062.12.0892.086偏差值0.0130.007-0.0030.0070.0040.004-0.0050.0050.002-0.006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-0.020.080.14-0.06-0.02-0.15-0.140.02-0.14-0.13灌砂法干密度1.7861.7601.7531.7741.7521.7751.7731.7821.7861.772核子法干密度1.7751.7551.7581.7671.7481.7691.7751.7781.7821.776偏差值0.0110.005-0.0050.0070.0040.006-0.0020.0040.004-0.003灌砂法压实度0.9500.9360.9330.9440.9320.9440.9430.9480.9500.943核子法压实度0.9440.9340.9350.9400.9300.9410.9440.9460.9480.944偏差值0.0060.003-0.0020.0040.0020.003-0.0010.0020.002-0.002注：1，偏差值＝灌砂法测值－核子密度仪测值。2，核子密度仪测值为在同点上两次平行试验的平均值。检测时密度和水份偏移修正值为0。4.2粉质黏土对比试验结果的分析从表2汇总的检测数据比较，灌砂法测出的湿密度普遍比核子密度仪大，属正态偏差；而含水率则属负态偏差。其偏差情况为：湿密度最大偏差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％；计算出干密度的平均偏差为0.0052这些偏差都在平行试验的精度范围之内（平行试验的5精度要求：密度≯0.03g/cm3，水分≯0.1％）。为了证实对比试验各项指标的差异性和相关关系，我们利用最小二乘法统计原理对试验数据进一步验证。设：bxay＝得：b=Lxy/Lxx；XbYaLyyLxxLxyr/其中:))((1YYXXLxyinii21)(XXLxxnii21)(YYLyyniiniiYnY11niiXnX11式中:Xi、Yi分别为核子密度仪和灌砂法所测某一点的结果，n为检测的组数，r为相关系数。当r＞0.90时，表明两种试验相关程度很高。可以通用。表3对比试验分析表公式y＝a+bx检测组数nab相关系数r湿密度对比试验100.16850.92010.9616含水率对比试验100.81440.95030.9889干密度对比试验10-0.04801.02890.9183压实度对比试验10-0.02551.02890.91834.3表3是通过上述公式分析的结果，对比试验的湿密度、含水率、干密度、压实度各项指标相应的相关系数都大于0.90，表明MC-3核子密6度仪适用于在我标段检测细粒土填筑的路基压实度，其检测数据是可靠的。5填料为含砾石类土的压实度对比试验5.1我们对表1中的砾石类土（土工报告编号：TG2005009）为填料的路基填层用上述方法进行了对比试验和分析。试验结果见表4表4砾石类土灌砂法核子密度仪法对比试验结果汇总测点编号12345678910灌砂法湿密度2.1292.1472.0652.0932.0882.0862.0542.1052.0972.069核子法湿密度2.1112.1232.0432.0672.0862.0942.0492.1042.1082.042偏差值0.0180.0240.0220.0260.002-0.0080.0050.001-0.0110.027灌砂法含水量13.6013.0013.3313.2113.5013.0613.3913.2613.2113.29核子法含水量13.7413.0213.3313.2613.4613.3713.4513.2713.3213.24偏差值-0.14-0.020.00-0.050.04-0.31-0.06-0.01-0.110.05灌砂法干密度1.8741.9001.8221.8491.8401.8451.8111.8591.8521.826核子法干密度1.8561.8781.8031.8251.8391.8471.8061.8581.8601.803偏差值0.0180.0220.0190.0240.001-0.0020.0050.001-0.0080.023灌砂法压实度0.9660.9790.9390.9530.9480.9510.9340.9580.9550.941核子法压实度0.9570.9680.9290.9410.9480.9520.9310.9570.9590.930偏差值0.0090.0110.0100.0120.001-0.0010.0030.001-0.0040.012注：1，偏差值＝灌砂法测值－核子密度仪测值。2，核子密度仪测值为在同点上两次平行试验的平均值。检测时密度和水份偏移修正值为0。5.2用4.2方法和公式分析表4的对比试验结果，核子密度仪在同点上测试湿密度普遍小于灌砂法，趋向正态偏差；含水量则普遍大于灌砂法，趋向于负态偏差。各项指标的相关系数r为：湿密度r＝0.8811；含水率r＝0.8350；干密度r＝0.8983。显然，如果用核子密度仪检测该类土填筑的路基压实度，有必要用输入偏移量的方法来修正检测数据，使检测结果和灌砂法接近在允许范围之内。按照《MC-3型核子湿度密度仪使用手册》给出的偏移量计算方法，计算得偏移量为：密度修正值＝0.0106；水的修正值＝-0.061。75.3在核子密度仪中输入密度和水的修正值，然后于表4相对应的各检测点0.5m～1.0m的范围内再进行一次对比试验。结果见表5表5砾石土灌砂法核子密度仪法对比试验结果汇总测点编号12345678910灌砂法湿密度2.1222.1452.0582.0872.0862.1342.0562.0972.1032.066核子法湿密度2.1082.1522.0322.0852.0872.1272.0582.0862.1092.060偏差值0.014-0.0070.0260.002-0.0010.007-0.0020.011-0.0060.006灌砂法含水量13.5713.0313.3514.1813.5013.0613.3913.2613.2113.26核子法含水量13.6313.0713.3214.1613.5013.3713.4513.2713.3213.25偏差值-0.06-0.040.030.020.00-0.31-0.06-0.01-0.110.01灌砂法干密度1.8681.8981.8161.8281.8381.8871.8131.8511.8581.824核子法干密度1.8551.9031.7931.8261.8391.8761.814