核子密度儀法與灌砂法檢測(cè)路基壓實(shí)度的相關(guān)性分析

王亞曉， 王來(lái)碩

(1.湖南鑫途工程技術(shù)有限公司， 湖南 長(zhǎng)沙 410001；2.河南省濮陽(yáng)市引黃工程管理處， 河南 濮陽(yáng) 457000)

壓實(shí)度反映路基內(nèi)部密實(shí)狀況，壓實(shí)度越大，路基強(qiáng)度越高，穩(wěn)定性越好，承載能力越強(qiáng)。工程上常用壓實(shí)度檢測(cè)方法包括環(huán)刀法、灌砂法、落錘頻譜式快速測(cè)定儀法和核子密度儀法等。針對(duì)路基壓實(shí)度檢測(cè)，曹文貴等通過建立土石混填路基孔隙比和變形模量的相關(guān)計(jì)算模型，采用數(shù)值擬合方法建立了檢測(cè)土石混填路基壓實(shí)度的新方法；趙桂娟等采用灌砂法、環(huán)刀法、核子密度儀法、落錘頻譜式快速測(cè)定儀法對(duì)路基壓實(shí)度進(jìn)行檢測(cè)和回歸分析，以灌砂法現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試壓實(shí)度為基準(zhǔn)，分析了灌砂法與其他3種方法所測(cè)壓實(shí)度的相關(guān)性；周瑞豐等采用核子密度儀法和鉆芯法檢測(cè)路基壓實(shí)度，結(jié)果表明采用核子密度儀法檢測(cè)路基壓實(shí)度的可靠性和有效性較好；劉金修等分析落錘頻譜式快速測(cè)定儀法、環(huán)刀法、核子密度儀法與灌砂法的差異及相關(guān)性，結(jié)果表明核子密度儀法所測(cè)結(jié)果的相關(guān)系數(shù)超過0.9，可用作路基施工質(zhì)量驗(yàn)收依據(jù)。本文采用灌砂法和核子密度儀法檢測(cè)路基壓實(shí)度，對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行比較及擬合，分析兩種方法之間的相關(guān)性。

1 壓實(shí)度現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)

結(jié)合某公路試驗(yàn)段，采用灌砂法和核子密度儀法進(jìn)行壓實(shí)度測(cè)試。

(1) 灌砂法。該方法是施工現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)壓實(shí)度最常用的方法，對(duì)各類土層均適用，所測(cè)結(jié)果較準(zhǔn)確，可控性強(qiáng)。但該方法對(duì)操作要求嚴(yán)格，是一種破壞性檢測(cè)，且現(xiàn)場(chǎng)不易及時(shí)給出測(cè)試結(jié)果。采用灌砂法檢測(cè)的試驗(yàn)段路基壓實(shí)度見表1。

表1 采用灌砂法檢測(cè)的路基壓實(shí)度

續(xù)表1

(2) 核子密度儀法。該方法通過密度儀發(fā)射放射性元素檢測(cè)路面、路基的密度和含水量。采用該方法進(jìn)行檢測(cè)可快速得到壓實(shí)度結(jié)果，所需人工較少。但該方法對(duì)溫度要求較高，當(dāng)測(cè)試層溫度與試驗(yàn)段溫度不一致時(shí)，測(cè)量誤差較大；所用放射性元素會(huì)對(duì)檢測(cè)人員健康帶來(lái)傷害；檢測(cè)時(shí)需對(duì)道路鉆孔，會(huì)破壞周圍土體，并降低檢測(cè)準(zhǔn)確性。該方法通常用作對(duì)壓實(shí)度的施工控制和快速檢測(cè)，必要時(shí)可與其他方法結(jié)合使用。采用核子密度儀法檢測(cè)的試驗(yàn)段路基壓實(shí)度見表2。

表2 采用核子密度儀法檢測(cè)的路基壓實(shí)度

由表1、表2可知：核子密度儀法檢測(cè)的路基濕密度、干密度及壓實(shí)度均小于灌砂法測(cè)試結(jié)果，表明核子密度儀法存在一定不足，需結(jié)合其他方法使用或?qū)ζ溥M(jìn)行改進(jìn)換算。兩種方法檢測(cè)結(jié)果的均值、標(biāo)準(zhǔn)差、變異系數(shù)等參數(shù)見表3，測(cè)試結(jié)果比較見圖1～3。

表3 兩種方法檢測(cè)壓實(shí)度的參數(shù)分析

圖1 兩種方法所測(cè)密度對(duì)比

圖2 兩種方法所測(cè)含水率對(duì)比

圖3 兩種方法所測(cè)壓實(shí)度對(duì)比

由表3可知：核子密度儀法所測(cè)濕密度、含水率、干密度及壓實(shí)度均小于現(xiàn)場(chǎng)灌砂法所測(cè)結(jié)果。由于最大值、最小值、均值和標(biāo)準(zhǔn)差表示的是數(shù)據(jù)間的絕對(duì)值，無(wú)法直觀地顯示數(shù)據(jù)的相對(duì)性，選用變異系數(shù)進(jìn)行比較分析。由圖1可知：試驗(yàn)段路基的濕密度均比干密度大，這是因?yàn)楦擅芏仁窃谠嚇舆M(jìn)行濕密度檢測(cè)后通過蒸發(fā)水分進(jìn)行測(cè)試的。從變異系數(shù)來(lái)看，灌砂法檢測(cè)的濕密度最大，核子密度儀法檢測(cè)的干密度最小。由圖2可知：采用灌砂法檢測(cè)含水率的效果最佳，這是由于灌砂法是洞探，檢測(cè)厚度包括碾壓層深度。由圖3可知：兩種方法所測(cè)路基壓實(shí)度基本相同，表明兩種方法在該試驗(yàn)段路基下具有很好的一致性。核子密度儀法與灌砂法均可用于路基質(zhì)量驗(yàn)收檢測(cè)，但核子密度儀法的測(cè)試結(jié)果略小。

2 相關(guān)性分析

鑒于灌砂法適用性強(qiáng)，操作工藝成熟，以灌砂法為基準(zhǔn)，擬合回歸分析核子密度儀法與其之間的相關(guān)性，并擬合出兩者間的換算公式，從而使核子密度儀檢測(cè)的壓實(shí)度更加合理、準(zhǔn)確。采用最小二乘法對(duì)兩種方法的測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合分析，選取指數(shù)、線性及二次多項(xiàng)式3種回歸方程對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，分析結(jié)果見表4。

表4 灌砂法與核子密度儀法所測(cè)壓實(shí)度的相關(guān)關(guān)系

由表4可知：1) 兩種方法所測(cè)試驗(yàn)段路基壓實(shí)度具有較高的相關(guān)性，3種回歸方程的擬合相關(guān)系數(shù)R均在0.95以上，核子密度儀法可用于路基質(zhì)量驗(yàn)收檢測(cè)。二次多項(xiàng)式的擬合效果最好，相關(guān)系數(shù)為0.964；線性函數(shù)次之，指數(shù)型最差。2) 從參數(shù)分析的角度，相關(guān)性擬合效果由好到差依次為濕密度>干密度、壓實(shí)度>含水率。濕密度采用線性函數(shù)和二次多項(xiàng)式擬合時(shí)相關(guān)系數(shù)最大，為0.969；含水率采用指數(shù)函數(shù)擬合時(shí)相關(guān)系數(shù)最小，為0.955，表明采用上述兩種方法檢測(cè)含水率的相關(guān)性較差，這是因?yàn)槔煤俗用芏葍x法測(cè)定含水率時(shí)會(huì)受現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境和密度儀設(shè)備影響，且需要對(duì)其進(jìn)行轉(zhuǎn)化才能用于路基壓實(shí)度計(jì)算，導(dǎo)致兩種方法的相關(guān)性存在一定偏差。

兩種方法測(cè)試的試驗(yàn)段路基壓實(shí)度具有較高的相關(guān)性。在施工現(xiàn)場(chǎng)通常采用挖坑灌砂法測(cè)定干密度和濕密度，這是因?yàn)楣嗌胺ㄈ〕龅脑嚇痈叨纫话闶墙?jīng)過碾壓機(jī)具壓實(shí)后的路基結(jié)構(gòu)層的厚度，該試樣能較好地反映路基壓實(shí)狀況。核子密度儀易受現(xiàn)場(chǎng)基層溫度等環(huán)境條件影響，其檢測(cè)壓實(shí)度可能會(huì)有較大偏差，相比其他檢測(cè)方法，其測(cè)試結(jié)果偏小，并且根據(jù)以往檢測(cè)結(jié)果，其與灌砂法所得壓實(shí)度的相關(guān)性較差，這可能是由于鉆洞時(shí)損壞了鄰近土層或鉆桿傾斜。因此，選取灌砂法作為壓實(shí)度檢測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)方法。核子密度儀法因其方便、快捷等優(yōu)點(diǎn)，可在工期加快的情況下快速檢測(cè)壓實(shí)度，但需先驗(yàn)證核子密度儀法與灌砂法之間的相關(guān)性。

3 結(jié)論

本文采用灌砂法和核子密度儀法對(duì)試驗(yàn)段的壓實(shí)度進(jìn)行測(cè)試，選用灌砂法作為現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)壓實(shí)度的標(biāo)準(zhǔn)方法，將兩種方法的測(cè)試結(jié)果進(jìn)行擬合，分析兩者的相關(guān)性。結(jié)論如下：采用核子密度儀法測(cè)定的含水量與灌砂法的相關(guān)性較差；對(duì)兩者檢測(cè)結(jié)果采用線性、指數(shù)、二次多項(xiàng)式回歸方程擬合，相關(guān)系數(shù)均在0.95以上，核子密度儀法和灌砂法之間的相關(guān)性和一致性較高，表明核子密度儀法值得推廣使用。但在大規(guī)模施工基層或路基之前，應(yīng)先驗(yàn)證核子密度儀法與灌砂法之間的相關(guān)性。