核子密實度儀在水利堤防填筑中的應用

黃少華

摘要：簡述了核子儀在檢測中的工作原理，就如何正確使用核子密實度儀，充分發(fā)揮核子密實度儀在水利堤防填土壓實度檢測中的自身優(yōu)勢。在被檢測土堤填土壓實之前，把核子密實度儀與環(huán)刀法進行對比試驗，建立該段土堤填料的回歸方程式，從而有效、快捷、準確地控制土堤的填土質(zhì)量。

關鍵詞：核子密實度儀環(huán)刀法回歸方程式對比試驗

Abstract: briefly nuclear instrument testing in principle of work, how to correctly use nuclear density device, give full play to the nuclear density meter in water conservancy levee filling soil compaction degree testing in their own advantages. In testing soil compaction dam filling before the nuclear density apparatus and ring the comparative tests knife method, set up when the return of soil dam packing equation, thus effectively, quickly and accurately control dam filling soil quality of the soil.

Keywords: nuclear density instrument knife method regression equations ring comparison test

中圖分類號：G424.31 文獻標識碼：A 文章編號

l概述

傳統(tǒng)的環(huán)刀法在土堤及大壩填土壓實度檢測中起到了重要的作用。但由于環(huán)刀法需烘干確定土的含水量才能計算出填土的密實度，從試驗到結果需幾個小時或更長一段時間，既費時又費力，這與目前機械化施工程度高、工期要求緊、防汛要求高的土堤及大壩工程常常發(fā)生矛盾。近年來，檢測填土壓實度質(zhì)量的儀器和方法隨著現(xiàn)代化技術水平的發(fā)展而不斷的發(fā)生變化，總的趨勢是快速、準確地滿足施工要求。如核子密實度儀就是其中的一種，它是一種將核子無損檢測技術與微處理機相結合的機電一體化的便攜式現(xiàn)場檢測儀器。該儀器廣泛應用于水利、電力、交通、鐵路、市政等各類工程，是土建基礎工程現(xiàn)場碾壓施工質(zhì)量保證與控制的重要手段。

2.核子密實度儀的工作原理

其工作原理如下：儀器內(nèi)部有一個含銫137γ源和镅241-鈹中子源的復合源。其中，γ源用來測量密度，中子源用來測量含水量。（1） 密度測量的原理是：銫137γ源旗出γ射線進入被測材料中與物質(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射線能量將減少，方向會改變。若物質(zhì)的密度越大，康普頓散射的γ射線越多，于是通過測量散射后的γ射線的數(shù)量，即可判斷被測物質(zhì)的密度。（2） 含水量測量的原理是：由241Am-Be中子源產(chǎn)生的快中子射入被測材料中，與料層內(nèi)物質(zhì)發(fā)生碰撞散射，減速、擴散，使快中子最后變成熱中子，熱中了被探測器探測，這個作用主要是由物質(zhì)中的含氫量決定，而氫主要在水中，若被測材料中含水量大，熱中子數(shù)就多，反之就少。因此探測熱中子數(shù)的多少即反映其含水量的大小。

3對比試驗方法

由于核子密實度儀的工作特性是利用散發(fā)放射線與接收放射線的原理得出結果，而在工程施工中會遇到不同類別的土作為填料，干擾射線的散發(fā)，影響測量數(shù)據(jù)的準確性。若是操作測試不當，其結果就不能如實反映工程質(zhì)量的實際情況。TB/T10217-96《填土密度濕度核子儀測試規(guī)程》規(guī)定：“當填料不是砂類土或粘性土時，應根據(jù)對比試驗測得修正值，對測試結果進行修正”。但在實際使用核子儀測試過程中，少數(shù)試驗人員簡化了對比試驗程序，直接用核子儀進行現(xiàn)場檢測，得出的數(shù)據(jù)不是偏高就是偏低，不能真實代表實體質(zhì)量，是不科學的做法。所以，筆者認為：為了減少核子儀測量時的誤差，在測定之前，必須對不同填料用核子儀與環(huán)刀法進行標定（對比），根據(jù)分別測定的密度值，進行回歸分析，建立回歸方程式加以修正。

3.1試驗要求

對于不同填料的土堤填土壓實后應做對比試驗；

（2） 核子儀在修正后，選擇壓實好的平坦測試點，把儀器置于測試位置，然后進行一次測量，取得讀數(shù)，保持中心位置不變，旋轉180°再進行第二次測量，記錄讀數(shù)，再將儀器在原位轉90°測第三次，記錄讀數(shù)，再次在儀器的原位轉180°測量第四次，記錄讀數(shù)，然后將這四次讀數(shù)的平均值作為該點的值。

（3）在核子儀測量完畢，立即以核子儀測孔為中心，按照環(huán)刀法的方法現(xiàn)場取樣，進行室內(nèi)試驗得出該點的值。根據(jù)交通部JTJ059-95《公路路基路面現(xiàn)場測試規(guī)程》規(guī)定至少測定15處，進行對比。

3.2試驗方法

核子儀、環(huán)刀法的試驗方法均按有關試驗規(guī)程進行，在此不再敘述。

4建立回歸方程式

（1）將環(huán)刀法和核子儀法分別測得的數(shù)值進行數(shù)據(jù)處理，利用回歸方程式：y=b+ax進行回歸計算，得出b、a值和相關系數(shù)r，r越接近1，說明誤差越小。

（2）然后將b、a值代入回歸方程式，即：y環(huán)=b+ax核，從而得到核子儀與環(huán)刀法的對比值。式中：b、a————回歸常數(shù)；

r————相關系數(shù)；

x核—————核子儀的實測干密度；

y環(huán)———— 環(huán)刀法的干密度。

（3）從方程式可以看出：隨著x核的改變，y環(huán)的值也隨之而變。

（4）在實際測量中，只需得到核子儀測量的干密度，即可得出該填料的對比干密度。

5對比試驗實例

5.1試驗實例

在某水利堤防除險加固工程中，由于工期緊、填土方量大、機械化施工程度高、防汛任務重。填料主要為天然粉質(zhì)粘土，局部夾碎、礫石。施工采用核子儀作為該堤防填土的主要檢測工具，在對填料測試之前，首先進行了核子儀與環(huán)刀法的對比試驗，分別建立回歸方程式，然后對核子儀測試結果加以修正，得到了滿意的效果。現(xiàn)將用核子儀快速檢測壓實密度與環(huán)刀法標準檢測壓實密度的線性關系實測數(shù)據(jù)及整理結果列于表1。

核子儀在現(xiàn)場檢測堤防填土壓實密度質(zhì)量效率很高，約為傳統(tǒng)的環(huán)刀法的數(shù)十倍，是施工單位提高填土質(zhì)量和施工速度的理想工具。

該對比試驗建立的回歸方程式，在該堤防填土壓實度檢測中發(fā)揮了積極的作用。保證了每層土填筑的壓實質(zhì)量，按期完成了堤防填土的施工任務，確保了安全渡訊。

6.結論及建議

（1）由于是表面式核子儀，需將被測地面仔細整平，地表面過濕影響所測含水量的結果。

（2）在核子儀的操作過程中和存放核子儀時要注意防護放射性。操作時離儀器2米以上，等工作完成后再讀數(shù)，存放儀器時，離住房盡量遠些。

（3）針對不同的填土料，要建立不同的回歸方程式，絕不能套用其他工程的回歸方程式。

（4）對比試驗必須是在相同條件下進行，才有可比性。一般對比試驗組數(shù)應≥15組。

參考文獻：

[1] 土工試驗規(guī)程（SL237-1999）中華人民共和國水利部發(fā)布

[2] 填土密度濕度核子儀測試規(guī)程（TB／T12017-96）

注：文章內(nèi)所有公式及圖表請以PDF形式查看。