核子密度儀在大壩心墻防滲土料碾壓實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用

許振奎 黃澤孝 郝名揚(yáng)

（四川中水成勘院工程勘察有限責(zé)任公司四川成都610072）

核子密度儀在大壩心墻防滲土料碾壓實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用

許振奎 黃澤孝 郝名揚(yáng)

（四川中水成勘院工程勘察有限責(zé)任公司四川成都610072）

核子密度儀測(cè)定土原位密度和含水量已成為國際上土石方工程碾壓質(zhì)量檢測(cè)和控制的重要手段。利用核子密度儀碾速選擇試驗(yàn)、鋪層厚度與碾壓遍數(shù)選擇試驗(yàn)、加水量試驗(yàn)、復(fù)核場(chǎng)試驗(yàn)進(jìn)行壓實(shí)密度和含水量檢測(cè)，對(duì)檢測(cè)成果進(jìn)行分析和評(píng)價(jià)，得出合理的碾壓參數(shù)和結(jié)論性意見；通過與傳統(tǒng)灌砂法進(jìn)行比較，論證核子密度儀在心墻土料防滲碾壓檢測(cè)的可行性。

核子密度儀；防滲土料；碾壓試驗(yàn)

1 前言

核子密度儀作為一種快速的檢測(cè)土料密度和含水率的方法，已在國內(nèi)很多水電站中得到應(yīng)用[1～2]，與傳統(tǒng)的灌砂法測(cè)定密度和烘烤法測(cè)量含水率相比較，其優(yōu)點(diǎn)為操作簡(jiǎn)單，測(cè)定迅速，使用便捷。為了驗(yàn)證核子密度儀在水電站大壩心墻土料碾壓檢測(cè)中的實(shí)用性，對(duì)某水電站大壩芯墻防滲土料碾壓實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了核子密度儀檢測(cè)。通過碾壓試驗(yàn)質(zhì)量檢測(cè)，對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、分析，建立核子密度儀質(zhì)量檢測(cè)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，通過與傳統(tǒng)灌砂法進(jìn)行比較[3～4]，論證核子密度儀在檢測(cè)中應(yīng)用的可行性；通過核子密度儀碾后壓實(shí)密度、含水量的檢測(cè)成果，分析、評(píng)價(jià)碾壓試驗(yàn)的碾壓效果，給出心墻土料碾壓施工的合理性意見。

本次土料碾壓試驗(yàn)依先后順序進(jìn)行的項(xiàng)目有：碾重選擇試驗(yàn)、碾速選擇試驗(yàn)、鋪層厚度與碾壓遍數(shù)選擇試驗(yàn)、加水量試驗(yàn)、復(fù)核場(chǎng)試驗(yàn)。試驗(yàn)從2013年6月中旬開始至2014年4月中旬結(jié)束，歷時(shí)10個(gè)月。

2 檢測(cè)儀器及方法

碾壓試驗(yàn)核子密度儀檢測(cè)分為表面反射法、鉆孔反射法、單孔透射法和雙孔透射法[5～6]。本次試驗(yàn)選用單孔透射法，檢測(cè)密度為每層3個(gè)檢測(cè)點(diǎn)，共獲得了585個(gè)有效鉆孔透射法成果數(shù)據(jù)。

單孔透射法是用淺層核子密度濕度儀對(duì)材料進(jìn)行透射檢測(cè)的方法，使用儀器為美國CPN公司生產(chǎn)的MC-3C型核子密度濕度儀。檢測(cè)工作前首先用導(dǎo)板確定檢測(cè)點(diǎn)位置，再使用儀器配套專用鈦合金鉆桿、鐵錘在檢測(cè)點(diǎn)處人工錘擊造孔，孔徑為φ18mm、深度為30cm。取出鉆桿并拿走導(dǎo)板，最后將帶有密封源不銹鋼探桿放置在檢測(cè)孔孔底同時(shí)將核子密度儀安置在檢測(cè)點(diǎn)處進(jìn)行壓實(shí)密度、含水量檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)束后記錄數(shù)據(jù)，移動(dòng)復(fù)合放射源至下一點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)。

3 防滲土料碾壓試驗(yàn)

防滲土料碾壓試驗(yàn)分為四大場(chǎng)地，碾速選擇試驗(yàn)、鋪土厚度與碾壓遍數(shù)選擇試驗(yàn)、含水率比選試驗(yàn)、復(fù)核試驗(yàn)五大場(chǎng)地進(jìn)行試驗(yàn)，數(shù)據(jù)分析對(duì)象是壓實(shí)干密度（由含水量換算得出）和含水率。

兩河口土料來源較復(fù)雜，現(xiàn)以A區(qū)土料為例來進(jìn)行分析，A區(qū)土石摻合比分別為6：4，碾重選擇三一重工26T振動(dòng)碾進(jìn)行。

3.1 碾速選擇試驗(yàn)

通過第一場(chǎng)碾重選擇試驗(yàn)，確定了最優(yōu)碾重機(jī)械，為三一重工26t凸碾。本場(chǎng)碾壓試驗(yàn)是對(duì)低速（（1～2km/h）和中速（2～3km/h）碾壓行車速度進(jìn)行比較選擇，從而確定后期碾壓試驗(yàn)的最佳碾壓行車車速。鋪層厚度為40cm，碾壓遍數(shù)為8遍，兩層碾壓。核子密度檢測(cè)成果統(tǒng)計(jì)見表1。

表1 碾速選擇核子密度檢測(cè)成果表

低速、中速壓實(shí)干密度分別為2.142g/cm3、2.081g/cm3，低速碾壓壓實(shí)干密度平均值比中速碾壓干密度平均值高2.9%，所以低速碾壓更優(yōu)。

3.2 鋪土厚度和碾壓遍數(shù)選擇

碾壓鋪土厚度分別為30cm、40cm、50cm，每種鋪層厚度按照靜壓2遍+振動(dòng)6遍8遍10遍12遍進(jìn)行碾壓，碾壓速度為1.0～2.0km/h，碾壓機(jī)械為三一重工26t凸碾，碾壓層數(shù)為2層，通過比較不同鋪層厚度，不同碾壓遍數(shù)的壓實(shí)效果，確定最優(yōu)碾壓參數(shù)。

核子密度檢測(cè)成果統(tǒng)計(jì)見表2。

表2 A區(qū)6：4核子密度檢測(cè)成果表【厚度-遍數(shù)】

（1）從鋪層厚度來看，30cm鋪層厚度干密度最大，平均值為2.131g/cm3；40cm鋪層厚度平均干密度次之，為2.109g/cm3；50cm鋪層厚度平均干密度最小，為2.084g/cm3。

（2）從30cm、40cm和50cm鋪層厚度中，10遍和12遍碾壓效果最優(yōu)，且差別不大，12遍碾壓效果略由于10遍的碾壓效果。

3.3 含水率比選試驗(yàn)

為了研究含水率對(duì)壓實(shí)度的影響，確定含水率和壓實(shí)效果的關(guān)系，進(jìn)行變含水率碾壓試驗(yàn)。通過自然蒸發(fā)和人工加水的方式對(duì)碾壓土料含水率進(jìn)行調(diào)整，鋪層厚度選定30cm。碾壓遍數(shù)為10遍，含水率分為-4%、-2%、wop（最優(yōu)）、+2%、+4%，共5個(gè)碾壓條塊，每個(gè)條塊2層。鋪層厚度為30cm，核子密度檢測(cè)成果統(tǒng)計(jì)見表3。

表3 普巴絨A區(qū)6：4核子密度檢測(cè)成果統(tǒng)計(jì)表

在加水量為wop+2%狀態(tài)下壓實(shí)干密度最大，為2.113g/cm3；加水量為wop-4%狀態(tài)下壓實(shí)干密度最小，為1.793g/cm3；加水量為wop%和wop+4%狀態(tài)下壓實(shí)干密度相近，分別為2.091g/cm3，2.094g/cm3。

3.4 復(fù)核試驗(yàn)

為了對(duì)前期碾速選擇、層厚與碾壓遍數(shù)選擇、含水率比選試驗(yàn)所選定的最優(yōu)碾壓參數(shù)進(jìn)行復(fù)核，進(jìn)行復(fù)核場(chǎng)碾壓試驗(yàn)。

選定的鋪層厚度為30cm，碾重為26t，碾速為中速（1～2km/h），碾壓遍數(shù)為10遍，含水率為wop+2%，共碾壓8層，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)土工試驗(yàn)需要第一層改為土力學(xué)補(bǔ)充試驗(yàn)?zāi)雺簩樱屎俗用芏葯z測(cè)從第2層開始到第8層，核子密度檢測(cè)成果統(tǒng)計(jì)見表4。

復(fù)核場(chǎng)試驗(yàn)中，干密度平均值均達(dá)到2.0以上，本場(chǎng)復(fù)核試驗(yàn)平均壓實(shí)干密度為2.081g/cm3。

表4 A區(qū)6：4核子密度檢測(cè)成果統(tǒng)計(jì)表

4 快速檢測(cè)方法比較分析

選取土料碾壓試驗(yàn)復(fù)核場(chǎng)的檢測(cè)數(shù)據(jù)作為樣本，先求得核子密度儀法和灌砂法干密度差值的絕對(duì)值[7～8]，然后統(tǒng)計(jì)其在一定范圍內(nèi)的分布狀況，以表示偏差大小。統(tǒng)計(jì)成果見表5。

表5 核子密度檢測(cè)與灌砂法數(shù)值統(tǒng)計(jì)表

核子密度儀干密度平均值為2.14g/cm3，含水率平均值為7.3%。灌砂法干密度平均值為2.13g/cm3，含水率平均值為9.2%。

從干密度差值分布的集中程度可以看出：兩種方法的差值主要集中分布在0～0.1g/cm3范圍內(nèi)，且挖坑法-核子密度儀法差值較為接近。在土料碾壓試驗(yàn)檢測(cè)中，兩種方法檢測(cè)數(shù)值的離散性相近。

5 結(jié)語

（1）核子密度儀作為快速檢測(cè)方法之一配合土料碾壓施工進(jìn)行了大量的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)檢測(cè)工作，獲得了豐富的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。通過對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的整理分析并與灌砂法進(jìn)行了對(duì)比、研究表明：核子密度儀能夠適用于大壩填筑土料施工碾壓質(zhì)量快速檢測(cè)，通過現(xiàn)場(chǎng)密度和水分檢測(cè)對(duì)碾壓施工質(zhì)量進(jìn)行控制與評(píng)價(jià)。

（2）在相同碾重條件下，30cm碾后效果優(yōu)于40cm；低速（1～2km/h）碾壓效果優(yōu)于中速（2～3km/h）碾壓效果；鋪層厚度與碾壓遍數(shù)試驗(yàn)表明：當(dāng)鋪層厚度一定時(shí)，10遍或12遍碾壓效果最好；碾壓遍數(shù)一定時(shí)，30cm鋪層厚度優(yōu)于40cm或50cm鋪層厚度；含水率比選試驗(yàn)表明：含水率為wop+2%情況下碾壓干密度平均值達(dá)到最大。

[1]吳中偉，竇燕，等.小浪底大壩防滲體填筑質(zhì)量檢測(cè)與控制.水利建設(shè)與管理，2002（1）：38～40.

[2]馬志遠(yuǎn)，趙榮，婁立軍，陳運(yùn)濤，宋廣文.核子水分密度儀在水利工程建設(shè)中的應(yīng)用.人民黃河，2000，22（5）.

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[5]李錫祺，倪桂章，張遠(yuǎn)震，譚學(xué)凱，解達(dá)彪.ND-50表面型微機(jī)核子密度儀的研制.水利水電施工機(jī)械，1989（01）.

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[7]郝名揚(yáng).核子水分/密度儀在碾壓質(zhì)量檢測(cè)中替代挖坑法的可行性.地球（CN11-1467/P），2015（11）.

[8]汪泳.核子密度儀與灌砂法對(duì)比關(guān)系的辨析.山西建筑，2002（07）.

TV543+.8

A

1004-7344（2016）28-0175-02

2016-9-18

許振奎，男，高級(jí)工程師，碩士，主要從事水電工程物探檢測(cè)及研究工作。