核子密度儀法與灌砂法檢測路基壓實度的相關性分析

王亞曉， 王來碩

(1.湖南鑫途工程技術有限公司， 湖南 長沙 410001；2.河南省濮陽市引黃工程管理處， 河南 濮陽 457000)

壓實度反映路基內部密實狀況，壓實度越大，路基強度越高，穩定性越好，承載能力越強。工程上常用壓實度檢測方法包括環刀法、灌砂法、落錘頻譜式快速測定儀法和核子密度儀法等。針對路基壓實度檢測，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計算模型，采用數值擬合方法建立了檢測土石混填路基壓實度的新方法；趙桂娟等采用灌砂法、環刀法、核子密度儀法、落錘頻譜式快速測定儀法對路基壓實度進行檢測和回歸分析，以灌砂法現場測試壓實度為基準，分析了灌砂法與其他3種方法所測壓實度的相關性；周瑞豐等采用核子密度儀法和鉆芯法檢測路基壓實度，結果表明采用核子密度儀法檢測路基壓實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定儀法、環刀法、核子密度儀法與灌砂法的差異及相關性，結果表明核子密度儀法所測結果的相關系數超過0.9，可用作路基施工質量驗收依據。本文采用灌砂法和核子密度儀法檢測路基壓實度，對測試結果進行比較及擬合，分析兩種方法之間的相關性。

1 壓實度現場檢測

結合某公路試驗段，采用灌砂法和核子密度儀法進行壓實度測試。

(1) 灌砂法。該方法是施工現場檢測壓實度最常用的方法，對各類土層均適用，所測結果較準確，可控性強。但該方法對操作要求嚴格，是一種破壞性檢測，且現場不易及時給出測試結果。采用灌砂法檢測的試驗段路基壓實度見表1。

表1 采用灌砂法檢測的路基壓實度

續表1

(2) 核子密度儀法。該方法通過密度儀發射放射性元素檢測路面、路基的密度和含水量。采用該方法進行檢測可快速得到壓實度結果，所需人工較少。但該方法對溫度要求較高，當測試層溫度與試驗段溫度不一致時，測量誤差較大；所用放射性元素會對檢測人員健康帶來傷害；檢測時需對道路鉆孔，會破壞周圍土體，并降低檢測準確性。該方法通常用作對壓實度的施工控制和快速檢測，必要時可與其他方法結合使用。采用核子密度儀法檢測的試驗段路基壓實度見表2。

表2 采用核子密度儀法檢測的路基壓實度

由表1、表2可知：核子密度儀法檢測的路基濕密度、干密度及壓實度均小于灌砂法測試結果，表明核子密度儀法存在一定不足，需結合其他方法使用或對其進行改進換算。兩種方法檢測結果的均值、標準差、變異系數等參數見表3，測試結果比較見圖1～3。

表3 兩種方法檢測壓實度的參數分析

圖1 兩種方法所測密度對比

圖2 兩種方法所測含水率對比

圖3 兩種方法所測壓實度對比

由表3可知：核子密度儀法所測濕密度、含水率、干密度及壓實度均小于現場灌砂法所測結果。由于最大值、最小值、均值和標準差表示的是數據間的絕對值，無法直觀地顯示數據的相對性，選用變異系數進行比較分析。由圖1可知：試驗段路基的濕密度均比干密度大，這是因為干密度是在試樣進行濕密度檢測后通過蒸發水分進行測試的。從變異系數來看，灌砂法檢測的濕密度最大，核子密度儀法檢測的干密度最小。由圖2可知：采用灌砂法檢測含水率的效果最佳，這是由于灌砂法是洞探，檢測厚度包括碾壓層深度。由圖3可知：兩種方法所測路基壓實度基本相同，表明兩種方法在該試驗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量驗收檢測，但核子密度儀法的測試結果略小。

2 相關性分析

鑒于灌砂法適用性強，操作工藝成熟，以灌砂法為基準，擬合回歸分析核子密度儀法與其之間的相關性，并擬合出兩者間的換算公式，從而使核子密度儀檢測的壓實度更加合理、準確。采用最小二乘法對兩種方法的測試數據進行擬合分析，選取指數、線性及二次多項式3種回歸方程對數據進行擬合，分析結果見表4。

表4 灌砂法與核子密度儀法所測壓實度的相關關系

由表4可知：1) 兩種方法所測試驗段路基壓實度具有較高的相關性，3種回歸方程的擬合相關系數R均在0.95以上，核子密度儀法可用于路基質量驗收檢測。二次多項式的擬合效果最好，相關系數為0.964；線性函數次之，指數型最差。2) 從參數分析的角度，相關性擬合效果由好到差依次為濕密度>干密度、壓實度>含水率。濕密度采用線性函數和二次多項式擬合時相關系數最大，為0.969；含水率采用指數函數擬合時相關系數最小，為0.955，表明采用上述兩種方法檢測含水率的相關性較差，這是因為利用核子密度儀法測定含水率時會受現場環境和密度儀設備影響，且需要對其進行轉化才能用于路基壓實度計算，導致兩種方法的相關性存在一定偏差。

兩種方法測試的試驗段路基壓實度具有較高的相關性。在施工現場通常采用挖坑灌砂法測定干密度和濕密度，這是因為灌砂法取出的試樣高度一般是經過碾壓機具壓實后的路基結構層的厚度，該試樣能較好地反映路基壓實狀況。核子密度儀易受現場基層溫度等環境條件影響，其檢測壓實度可能會有較大偏差，相比其他檢測方法，其測試結果偏小，并且根據以往檢測結果，其與灌砂法所得壓實度的相關性較差，這可能是由于鉆洞時損壞了鄰近土層或鉆桿傾斜。因此，選取灌砂法作為壓實度檢測的標準方法。核子密度儀法因其方便、快捷等優點，可在工期加快的情況下快速檢測壓實度，但需先驗證核子密度儀法與灌砂法之間的相關性。

3 結論

本文采用灌砂法和核子密度儀法對試驗段的壓實度進行測試，選用灌砂法作為現場檢測壓實度的標準方法，將兩種方法的測試結果進行擬合，分析兩者的相關性。結論如下：采用核子密度儀法測定的含水量與灌砂法的相關性較差；對兩者檢測結果采用線性、指數、二次多項式回歸方程擬合，相關系數均在0.95以上，核子密度儀法和灌砂法之間的相關性和一致性較高，表明核子密度儀法值得推廣使用。但在大規模施工基層或路基之前，應先驗證核子密度儀法與灌砂法之間的相關性。