核子仪在路基工程检测中的使用

冯明伟　张群山

（河南连通路桥有限公司）

核子仪在路基工程检测中的使用

冯明伟张群山

（河南连通路桥有限公司）

路基是公路结构的重要组成部分，要求路基路面具有足够的承载能力，能经受重车荷载的反复作用而不产生结构性的破坏和压缩变形。核子仪法能提供快速、准确的检测，具有高效和便捷的优势，能及时发现施工中存在的问题，以采取相应的措施，使其检测结果满足规范要求，以保证路基工程质量合格。

路基；核子仪法；高效准确

1　什么是核子仪

传统的检测压实度方法如环刀法、灌砂法等检测速度慢，检测频率受到限制，且由于人为因素影响，导致检测结果误差大，不适用于快速度、大规模的施工检测。核子仪法与传统方法相比能提供快速、准确的检测，检测结果一次显示，具有高效和便捷的优势，其测量精确度很高（密度测量范围为1.12～2.73g/cm3，测量误差不大于±0.3g/cm3，含水率测量误差不大于0.015%）。

2　核子仪工作原理

2.1透射法

MC-3核子仪用137Cs作为放射源，通过中等能量的γ射线来测定压实度的，这种γ射线透过建筑材料时射线的衰减主要为光电效应。工作时，要预先在压实路基中进行打孔，然后将放射杆插入孔中所需要的深度，让γ射线发射出，随后安装仪器底部的检测器开始接受测量此时的射线，γ光量子必须要达到检测标准，此时需要穿过土壤全部距离，引导光量子和土壤中的电子发生碰撞，从而减少到达检测器需要的光子数量，最后由此计算出材料密度。γ放射源垂直方向时深度能变，但是探测器位置不能改变，因为测量所得的密度是代表放射源源杆深度到探测器间材料的平均密度。

2.2反射罚

MC-3还有反向散射法测密度的功能，因其测量误差大，一般不用于路基检测中。

3　核子仪在路基检测中的应用

3.1标定方法

由于厂家标定采用的是模拟密度和水分标样，与工程使用材料有差异，其化学成分与标定材料亦不完全一致，同时各工程所使用的施工工艺和方法也不完全一致，因此在使用前须对核子仪进行标定，以确保检测数据的可靠性。核子仪的标定一般采用常规比较法（同灌砂法比较），大致有以下步骤：①选择压实好的路基，用核子仪测定某一深度的湿密度、含水量，可采用几个象限测定该深度的湿密度、含水量，求取平均值作为该点的检测数据，测定深度应选择拟挖坑深度一致。②在测定的同一位置，用灌砂法挖坑取样，测定湿密度和含水量。③对比试验中，核子仪法应采用透射法检测，水分测定时间60s以上，以满足水分检测误差要求，灌砂法用烘干法测定其含水量。④对同一段路基，须测定40点以上进行对比，求得核子仪法与灌砂法测定的密度和含水量的相关关系。

3.2核子仪的应用

核子仪是一种坚固的、以微处理器为核心的测试仪器，其主要功能是检测现场土和建筑材料的密度和含水率，它通过对路基路堤的每层压实度和含水量进行测定，可以完整地建立施工压实度质量的系统数据，通过对系统数据处理和分析，及时发现施工中存在的问题，以采取相应的措施，使其检测结果满足规范要求，以保证路基工程质量合格。每次使用前，首先用标准块对核子仪标定。使用时，将路基土的最大干密度及测定时间输入核子仪中，在路基上选择平整干净并且有代表性的地方，先在路基上打孔，将放射杆插入所需深度，锁定后按下开始键，待测定完成后读取干密度、含水量及压实度。以下是应用实例：某高速公路K72+000～K72+250段左幅路基核子仪的检测数据：用核子仪测定数据换算成灌砂法数据可更加准确地反映出路基压实度。

4　应用中应注意的问题

必须对每台要使用的核子仪进行标定，标定时必须认真，要严格按照相关规范进行，对比点数不能少于40个。

当发现土质发生变化时，要重新标定。要保证室内标准击实试验所确定的最大干密度的准确性；进行检测时要选择表面平整干净的地点；源杆扳机一定要在卡槽内；每次使用前都要进行计数标定。

必须注意的是：在测量的过程中对所测数据不能随便舍弃，如果发现不合理数据，做到分析原因后，经过重新检测再定取舍。

5　检测

路基压实质量的对比试验洛湛铁路永岑段YQ5标的站场和路基填土施工中，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。

5.1核子密度仪法在路基检测的应用范围

（1）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。文中工程标段使用的MC-3型核子密度仪是进口产品，主要用于测定土料和土石混合料的密度及含水量。该仪器的显示器也可同时显出湿密度、干密度、含水量、水率、压实度（在输入填料的最大干密度后）、孔隙率（在输入填料的比重后）等的检测数据和测量条件。这种仪器主要有两种测量方法：①反射式，即无需在被测处打洞，测量深度大约50～70mm；②透射式，即必须在被测体上打洞，测量深度为大约是300～500mm。此种测量方式的缺点也很大，就是测量时产生的放射性物质对人体有害。另外核子密度仪在进行水份测量时主要是使高能量的快速中子在穿透材料时与水中的氢原子相碰撞，氢原子与中子质量几乎相等，碰撞后中子能量会减速为慢中子反射回，然后被仪器接收与水中的氢含量进行比较计算出含水量。但是氢不但以水的形式存在于填料中，在水泥、石灰、粉煤灰、有机土、粘性土等材料中也都有不同程度的存在着氢，所以核子密度仪在实际监测中，得到的湿密度值要比常用灌砂法检测所得值偏高，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、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。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）检测依据规程。《铁路路基施工规范》（TB10102-2004）；《铁路工程土工试验规程》（TB10102-2004）；《铁路路基设计规范》（TB10001-2005）；《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》。

（4）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。灌砂仪是标准的灌砂仪，灌砂筒直径标准是150mm；量砂粒径0.25～0.75mm标准砂，砂密度要事先作好标定；所用案秤、天平、钢直尺等计量器具一定要检定合格后才能使用。

（5）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。

5.2结果分析

对比试验结果进行分析、汇总检测数据相比较，发现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（平行试验的精度要求：密度≯0.03g/cm3，水分≯0.1%）。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核子密核子密度仪在路基压实检测的应用18等内容。

U416.1

A

1673-0038（2015）12-0217-02

2015-2-28