RI型貫入儀用于填土質量檢測的試驗研究

馬東亮 王慶苗 陳國強 楊業榮

（中水淮河規劃設計研究有限公司 蚌埠 233001）

1 前言

根據 SL260—98《堤防工程施工規范》和SL239—1999《堤防工程施工質量評定與驗收規程》的相關規定，堤防填土的壓實度（干密度）為一項重要質量評定指標。目前，常用的堤防填土的干密度檢測方法，主要通過灌砂法、環刀法取樣進行室內試驗，求得土樣含水率并計算出填土干密度，根據測得的干密度值與設計干密度進行對比，判斷堤身土填筑質量。上述方法存在測試過程多、時間較長、測試點間距較大等問題。

根據水利部科技推廣計劃，中水淮河規劃設計研究有限公司，引進日本 SRE株式會社生產的 RI型貫入式堤防勘測設備，該設備主要包括：密度測量單元SRD-1dCP密度計探頭（銫-137、3.7MBq）、含水量測量單元 SRM-1dP含水量探頭（锎-252、1.11MBq）和孔壓靜力觸探儀及數據記錄儀器。在保證輻射劑量對人體絕對安全的前提下，通過機械加壓裝置，將含有 ? 射線和中子射線源的探頭貫入土中，實現錐尖阻力（qc）、側壁摩阻力（fs）、孔隙水壓力（u）、水分、密度等五個參數的快速同步測量，測得不同深度土體干密度等參數。為了探討該設備用于填土質量檢測的應用效果，本次進行施工現場分層取樣試驗與應用 RI型貫入儀測定填土干密度的對比試驗。

2 現場試驗

2.1 施工現場概況

在淮河干流淮北大堤某穿堤建筑物開挖回填段，按設計要求對堤身進行開挖，穿堤涵洞澆筑完成后，按一級堤防設計要求進行回填。填筑土料以中、輕粉質壤土為主，設計填筑干密度為1.55g/cm3，填土高度約13m，其中涵洞兩側填土厚約 3m，以人工和蛙夯碾壓施工為主；涵洞頂以上填土厚約10m，以機械施工碾壓為主。施工中，在涵洞兩側布置了填筑干密度試驗工作（分層碾壓，每層厚度為 25cm，每層采取原狀土樣進行室內土工試驗，取樣位置編號土1、土2）。

2.2 試驗情況

現場填筑施工完成后，在涵洞兩側采樣試驗位置附近進行 RI型貫入儀對比測試試驗。試驗采用國產 WSY15-A型靜探車和地錨作為貫入試驗加壓設備，采用日本 SRE株式會社提供的SRE-3Ei t、SRM-1dCP探頭和數據采集記錄儀進行測試和記錄，每 10cm記錄一次數據（包括濕密度、含水量等參數），RI型貫入儀測試位置與現場施工取樣試驗位置相近（對應土1、土2位置為 R1、R2孔）。現場測試試驗和取樣試驗對比曲線見圖1、圖2。

圖1 土1/R1孔干密度對比圖圖

圖2 土2/R2孔干密度對比圖

3 試驗數據分析

3.1 試驗數據分布檢驗

根據現場施工和試驗情況，涵洞洞頂以上的機械施工碾壓部分為第1區，涵洞洞身兩側的人工加蛙夯施工碾壓部分為第2區。土1取樣點和R1貫入孔為第1組（涵洞東側），土2取樣點和R2貫入孔為第2組（涵洞西側），涵洞西側（第2組）填筑土料變化較大，剔除試驗異常值后，采用矩法（動差法）對各填土分組、分區測試，試驗數據總體分布狀態分析結果見表1。

設置信水平α=0.05，查標準正態分布函數表，得 uα/2=1.96，從表 1可知，除第 1區第 2組外，其它各區組u1、u2均小于1.96，故認為測試數據總體服從正態分布。

3.2 試驗數據統計

根據數理統計的相關公式，將研究區填土分組、分區測試試驗統計結果列于表2。

從圖 1、圖 2可看出，使用 RI貫入儀測試結果和現場鉆孔取樣室內試驗所得結果基本相近，由于涵洞西側（第2組）填筑土料不均，導致測試數據起伏明顯。從表1中可以看出，填土干密度基本滿足設計要求，測試數據變異系數較小；第一區機械施工碾壓均勻性較好，第二區涵洞兩側填土壓實存在一定差異，特別是涵洞西側填土干密度變化較大，壓實度偏低。

3.3 兩種試驗數據總體均值檢驗

為檢驗 RI貫入儀測試結果和現場鉆孔取樣室內試驗所得結果總體均值是否相等，采用 U=（X-Y）/SQRT（/n1+/n2），其中，X、Y為兩正態樣本的均值，、n1、、n2分別為對比樣本的均方差和組數，計算結果見表3。

表1 各填土分組、分區干密度測試值總體分布狀態分析結果

表2 填土層干密度測試成果對比表

表3 總體均值的假設檢驗計算結果

設置信水平α=0.05，查標準正態分布函數表，得 uα/2=1.96，從上表可知，除第 1區第 2組外，其它各區組u1、u2均小于1.96，故認用為RI貫入儀測試結果和現場鉆孔取樣再室內試驗所得結果總體均值是相等的。

綜上所述，應用 RI貫入儀方法測出的填土層干密度稍低于人工取樣試驗值（與現場鍾擊取樣方法有關），絕對偏差小于0.03g/cm3，相對偏差一般小于 2%，試驗結果符合性較好。使用 RI貫入儀可自上而下連續獲取填土層的干密度指標，比分層取樣法能更全面反映堤身填土的壓實狀況，且測試速度快、效果好。

4 結論與建議

（1）應用RI貫入儀方法測出的填土層干密度稍低于人工取樣試驗值（與現場鍾擊取樣方法有關），絕對偏差小于0.03g/cm3，相對偏差一般小于2%，試驗結果符合性較好，且通過RI貫入儀可自上而下連續取得土層測試數據，能夠詳細反映沿填土深度的填土層干密度變化情況，提高測試和評價精度。

（2）使用RI型貫入儀可以快速獲得堤防填土干密度，與常規取樣試驗方法相比，其優點為使用較方便，能迅速取得原位測試值，減少取樣及運輸、試驗過程中擾動、失水等影響，提高測試試驗數據可靠性。

（3）在堤身填土土質復雜多變情況下，測試數據將出現較大波動。建議在進一步積累使用經驗的基礎上，將 RI型貫入儀列為填土質量檢測方法之一。

1 SL237—1999土工程試驗規程. 中國水利水電出版社.

2 SL275—2001核子水分—密度儀現場測試規程. 中國水利水電出版社.

3 金光炎等. 工程數據統計分析. 東南大學出版社，2002.

4、黃振平著. 水文統計學. 河海大學出版社，2003.