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淺談核子密度儀檢測(cè)壓實(shí)度

更新時(shí)間:2009-10-19 15:27:29 來(lái)源:|0 瀏覽0收藏0

淺談核子密度儀檢測(cè)壓實(shí)度

作者:湖南省交通科學(xué)研究院 彭國(guó)建,梅向東

  路基填土施工交通部規(guī)范要求每層壓實(shí)度檢測(cè)頻率2000m28點(diǎn)。底基層與基層施工交通部規(guī)范要求每一層壓實(shí)度檢測(cè)頻率2000m26點(diǎn)。規(guī)范要求檢測(cè)的壓實(shí)度頻率大、工作量大,如果單靠常規(guī)的灌砂法檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)壓實(shí)度,不可能滿(mǎn)足規(guī)范檢測(cè)頻率的要求,影響施工進(jìn)度,造成檢測(cè)壓實(shí)度數(shù)據(jù)的虛假成份。為滿(mǎn)足施工需要和便于控制路基與路面底基層、基層的質(zhì)量,我們?cè)陂L(zhǎng)常高速公路長(zhǎng)益段承擔(dān)施工監(jiān)理任務(wù)中,使用核子密度儀與灌砂法相結(jié)合的方法來(lái)控制路基與路面底基層、基層的壓實(shí)度。在路基精加工層與底基層、基層壓實(shí)度抽檢中達(dá)到了交通部規(guī)范要求的壓實(shí)度檢測(cè)頻率,有效的控制了路基與底基層、基層的工程質(zhì)量,也減輕了試驗(yàn)檢測(cè)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度,加快了施工進(jìn)度。

一、核子密度含水量測(cè)定儀工作原理

  我們?cè)陂L(zhǎng)常高速公路長(zhǎng)益段擔(dān)任施工監(jiān)理工作中使用的表面式核子密度含水量測(cè)定儀型號(hào)為MT-5012C,由湖南省交通科學(xué)研究院長(zhǎng)沙核子儀器公司生產(chǎn)。工作原理如下:

  儀器內(nèi)部有一個(gè)含銫137γ源和镅241-鈹中子源的復(fù)合源。其中,γ源用來(lái)測(cè)量密度,中子源用來(lái)測(cè)量含水量。

  1. 密度測(cè)量的原理是:銫137γ源旗出γ射線(xiàn)進(jìn)入被測(cè)材料中與物質(zhì)原子的外圍電子發(fā)生碰撞而產(chǎn)生康普頓散射,散射后的γ射線(xiàn)能量將減少,方向會(huì)改變。若物質(zhì)的密度越大,康普頓散射的γ射線(xiàn)越多,于是通過(guò)測(cè)量散射后的γ射線(xiàn)的數(shù)量,即可判斷被測(cè)物質(zhì)的密度。

  2. 含水量測(cè)量的原理是:由241Am-Be中子源產(chǎn)生的快中子射入被測(cè)材料中,與料層內(nèi)物質(zhì)發(fā)生碰撞散射,減速、擴(kuò)散,使快中子最后變成熱中子,熱中了被探測(cè)器探測(cè),這個(gè)作用主要是由物質(zhì)中的含氫量決定,而氫主要在水中,若被測(cè)材料中含水量大,熱中子數(shù)就多,反之就少。因此探測(cè)熱中子數(shù)的多少即反映其含水量的大小。

二、核子密度含水量測(cè)定儀的標(biāo)定

  用核子儀帶有的標(biāo)準(zhǔn)塊,檢測(cè)儀器并使其處于工作狀態(tài),在施工現(xiàn)場(chǎng)選擇均勻平坦的測(cè)點(diǎn)進(jìn)行核子密度含水量測(cè)定儀與灌砂法測(cè)得的結(jié)果進(jìn)行比較,求出兩種不同方法測(cè)定的密度的相關(guān)關(guān)系,或兩種不同方法之間的偏差系數(shù)。

  1. 標(biāo)定步驟

  (1) 先將核子儀預(yù)熱15分鐘。

  (2) 將核子儀放在標(biāo)準(zhǔn)支架上。

  (3) 在預(yù)備狀態(tài)下,按"標(biāo)準(zhǔn)計(jì)數(shù)"鍵,即顯示標(biāo)準(zhǔn)計(jì)數(shù)的當(dāng)前值,再一次按"標(biāo)準(zhǔn)計(jì)數(shù)"鍵,顯示提示信息,儀器進(jìn)行120S標(biāo)準(zhǔn)計(jì)數(shù)測(cè)量,測(cè)量完畢儀器發(fā)出快鳴叫聲,顯示本次測(cè)量結(jié)果。

  (4) 核子儀的修正值置于零,預(yù)置測(cè)量時(shí)間30-60S,選擇壓實(shí)好的平坦測(cè)試點(diǎn),把儀器置于測(cè)試位置,然后進(jìn)行一次測(cè)量,取得讀數(shù),保持中心位置不變,旋轉(zhuǎn)180°再進(jìn)行第二次測(cè)量,記錄讀數(shù),再將儀器在原位轉(zhuǎn)90°測(cè)第三次,記錄讀數(shù),再次儀器的原位轉(zhuǎn)180°測(cè)量第四次,記錄讀數(shù),然后將這四次讀數(shù)的平均值作為核子儀濕密度與含水量的測(cè)得值,計(jì)算干密度。移去核子儀在該點(diǎn)在位置中間打一個(gè)圓洞,并用灌砂法測(cè)定得濕密度,取樣品測(cè)定含水量后,計(jì)算灌砂法測(cè)得的干密度。根據(jù)交通部JTJ059-95《公路路基路面現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試規(guī)程》規(guī)定至少測(cè)定15處,進(jìn)行對(duì)比。國(guó)外工作經(jīng)驗(yàn)至少5處進(jìn)行對(duì)比。計(jì)算兩者的相關(guān)方程或偏差系數(shù)。


 
  2. 灌砂法與核子儀對(duì)比原始資料

  土質(zhì):紅色網(wǎng)狀粘土

測(cè)點(diǎn)編號(hào) 灌砂法 核子儀法
濕密度(g/cm3) 含水量(%) 干密度(g/cm3) 濕密度(g/cm3) 含水量(% 干密度(g/cm3)
1 1.986 27.5 1.558 2.013 24.2 1.621
2 1.977 26.1 1.568 2.016 22.0 1.652
3 1.982 26.4 1.568 2.026 24.3 1.630
4 1.920 26.7 1.515 1.964 24.0 1.583
5 1.928 27.2 1.516 1.995 24.1 1.608
6 1.958 26.2 1.552 2.021 22.6 1.648
7 1.931 26.1 1.531 1.999 24.0 1.612
8 1.996 23.3 1.619 2.021 20.5 1.677
9 2.047 21.7 1.682 2.076 20.5 1.723
10 1.994 25.9 1.584 2.027 21.8 1.664
11 1.998 24.8 1.601 2.054 21.4 1.692
12 1.836 26.9 1.447 1.795 25.7 1.428
13 1.856 25.3 1.481 1.825 23.9 1.473
14 1.988 24.7 1.594 1.983 21.0 1.639
15 1.912 25.2 1.527 1.961 22.0 1.607
16 1.819 24.7 1.459 1.933 21.0 1.598

  3. 灌砂法與核子儀對(duì)比資料分析

  1. 偏差系數(shù)

  (1) 利用下列公式計(jì)算偏差

  濕密度偏差(kg/m3)=灌砂法測(cè)定的濕密度一核子儀測(cè)定溫密度

  絕對(duì)含水量(kg/m3)=濕密度-干密度

  絕對(duì)含水量偏差(kg/m3)=灌砂法測(cè)的絕對(duì)含水量-核子儀測(cè)的絕對(duì)含水量

  (2) 計(jì)算實(shí)例

  ◆濕密度偏差

測(cè)點(diǎn) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
偏差(kg/m3) -27 -39 -44 -44 -67 -63 -68 -25 -29 -33 -56 +41 +31 +5 -49 -114

  利用3倍標(biāo)準(zhǔn)差法分析對(duì)比數(shù)據(jù)

  X=-36.3 S=38.2
  X-3s=-150.9
  X+3s=78.3

  灌砂法與核儀對(duì)比的濕密度偏差,經(jīng)數(shù)據(jù)分析,在試驗(yàn)誤差范圍內(nèi),試驗(yàn)數(shù)據(jù)可靠。

  ◆絕對(duì)含水量偏差

測(cè)點(diǎn) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
灌砂法絕對(duì)含水量 428 409 414 405 412 406 400 377 365 410 397 389 375 394 385 360
核子儀絕對(duì)含水量 392 364 396 381 387 373 387 344 353 363 362 367 352 344 354 335
偏差(kg/m3) +36 +45 +18 +24 +25 +33 +13 +33 +12 +47 +35 +22 +23 +50 +31 +25

  利用3倍標(biāo)準(zhǔn)差法分析對(duì)比數(shù)據(jù)

  X=-29.5 S=11.4
  X-3s=4.7
  X+3s=63.7

  灌砂法與核儀對(duì)比的絕對(duì)含水量偏差,經(jīng)數(shù)據(jù)分析,在試驗(yàn)誤差范圍內(nèi),試驗(yàn)數(shù)據(jù)可靠。

  ◆確定核子儀修正值

  根據(jù)濕密度偏差與絕對(duì)含水量偏差的平均值來(lái)確定核子儀的修正系數(shù)值。

  比例修正系數(shù)值為:
  濕密度修正值γ=-36(kg/m3)
   絕對(duì)含水量修正值:n+=+30(kg/m3)

  (3) 相關(guān)方程

  根據(jù)一元線(xiàn)性回歸分析,建立γ=a+bx關(guān)系來(lái)修正核子儀的數(shù)據(jù)與灌砂法數(shù)據(jù)接近。

  Y=0.698X+0.422

  式中:X-核子儀測(cè)的干密度(g/cm3)
     Y-修正后真實(shí)的干密度(g/cm3)

  此例γ=0.857,其相關(guān)系數(shù)小于0.9,由于試驗(yàn)誤差,及土的性質(zhì)要達(dá)到相關(guān)系數(shù)大于0.9比較困難。

三、使用核子儀測(cè)定密度含水量的注意事項(xiàng)

  1. 土質(zhì)變化大,被測(cè)結(jié)構(gòu)層厚度、材料有變化時(shí)進(jìn)行灌砂法與核子儀的校正標(biāo)定。

  2. 在進(jìn)行核子儀標(biāo)定時(shí),灌砂法挖的試坑深度要標(biāo)準(zhǔn)。

  3. 由于我省土質(zhì)變化大,土的顏色,土的性質(zhì)都有變化,影響土的最大干密度的變化,我們?cè)诔闄z壓實(shí)度時(shí)要注意最大干密度的變化情況,正確確定最大干密度,使抽檢的壓實(shí)度能夠正確指導(dǎo)施工。

  4. 利用核子儀抽檢底基層、基層壓實(shí)度時(shí),抽檢時(shí)施工現(xiàn)場(chǎng)情況,如水泥凝結(jié)時(shí)間幾小時(shí)到1天要與利用灌砂法校正核子儀時(shí)施工現(xiàn)場(chǎng)情況要基本相同。

  5. 湖南省交通科研究院長(zhǎng)沙核子儀器公司生產(chǎn)的系列核子儀與美國(guó)生產(chǎn)的儀器放射性要小些。但是,在操作過(guò)程中和存放核子儀時(shí)要注意防護(hù)放射性。如操作時(shí)離儀器2米,等工作完成后再讀數(shù),存放儀器時(shí),離住房盡量遠(yuǎn)些。只要大家操作得當(dāng),核子儀通過(guò)有關(guān)部門(mén)進(jìn)行儀器的放射性檢查,使用核子儀是安全的。

  6. 核子儀與灌砂法配合使用,能收到好效果。

  7. 由于是表面式核子儀,需將被測(cè)地面仔細(xì)整平,地表面過(guò)濕影響所測(cè)含水量結(jié)果。

  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,國(guó)內(nèi)濟(jì)青高速公路,國(guó)外盧旺達(dá)布西公路是使用核子儀抽檢壓實(shí)度,控制路基工程質(zhì)量的成功典范。只要做好核子儀與灌砂法的對(duì)比標(biāo)定工作,利用核子儀抽檢壓實(shí)度是可行的。

 

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