核子密度儀在大壩心墻防滲土料碾壓實驗中的應用

許振奎 黃澤孝 郝名揚

（四川中水成勘院工程勘察有限責任公司四川成都610072）

核子密度儀在大壩心墻防滲土料碾壓實驗中的應用

許振奎 黃澤孝 郝名揚

（四川中水成勘院工程勘察有限責任公司四川成都610072）

核子密度儀測定土原位密度和含水量已成為國際上土石方工程碾壓質量檢測和控制的重要手段。利用核子密度儀碾速選擇試驗、鋪層厚度與碾壓遍數(shù)選擇試驗、加水量試驗、復核場試驗進行壓實密度和含水量檢測，對檢測成果進行分析和評價，得出合理的碾壓參數(shù)和結論性意見；通過與傳統(tǒng)灌砂法進行比較，論證核子密度儀在心墻土料防滲碾壓檢測的可行性。

核子密度儀；防滲土料；碾壓試驗

1 前言

核子密度儀作為一種快速的檢測土料密度和含水率的方法，已在國內很多水電站中得到應用[1～2]，與傳統(tǒng)的灌砂法測定密度和烘烤法測量含水率相比較，其優(yōu)點為操作簡單，測定迅速，使用便捷。為了驗證核子密度儀在水電站大壩心墻土料碾壓檢測中的實用性，對某水電站大壩芯墻防滲土料碾壓實驗進行了核子密度儀檢測。通過碾壓試驗質量檢測，對檢測數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計、分析，建立核子密度儀質量檢測的評價標準，通過與傳統(tǒng)灌砂法進行比較[3～4]，論證核子密度儀在檢測中應用的可行性；通過核子密度儀碾后壓實密度、含水量的檢測成果，分析、評價碾壓試驗的碾壓效果，給出心墻土料碾壓施工的合理性意見。

本次土料碾壓試驗依先后順序進行的項目有：碾重選擇試驗、碾速選擇試驗、鋪層厚度與碾壓遍數(shù)選擇試驗、加水量試驗、復核場試驗。試驗從2013年6月中旬開始至2014年4月中旬結束，歷時10個月。

2 檢測儀器及方法

碾壓試驗核子密度儀檢測分為表面反射法、鉆孔反射法、單孔透射法和雙孔透射法[5～6]。本次試驗選用單孔透射法，檢測密度為每層3個檢測點，共獲得了585個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材料進行透射檢測的方法，使用儀器為美國CPN公司生產(chǎn)的MC-3C型核子密度濕度儀。檢測工作前首先用導板確定檢測點位置，再使用儀器配套專用鈦合金鉆桿、鐵錘在檢測點處人工錘擊造孔，孔徑為φ18mm、深度為30cm。取出鉆桿并拿走導板，最后將帶有密封源不銹鋼探桿放置在檢測孔孔底同時將核子密度儀安置在檢測點處進行壓實密度、含水量檢測，檢測結束后記錄數(shù)據(jù)，移動復合放射源至下一點進行檢測。

3 防滲土料碾壓試驗

防滲土料碾壓試驗分為四大場地，碾速選擇試驗、鋪土厚度與碾壓遍數(shù)選擇試驗、含水率比選試驗、復核試驗五大場地進行試驗，數(shù)據(jù)分析對象是壓實干密度（由含水量換算得出）和含水率。

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

3.1 碾速選擇試驗

通過第一場碾重選擇試驗，確定了最優(yōu)碾重機械，為三一重工26t凸碾。本場碾壓試驗是對低速（（1～2km/h）和中速（2～3km/h）碾壓行車速度進行比較選擇，從而確定后期碾壓試驗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。核子密度檢測成果統(tǒng)計見表1。

表1 碾速選擇核子密度檢測成果表

低速、中速壓實干密度分別為2.142g/cm3、2.081g/cm3，低速碾壓壓實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6遍8遍10遍12遍進行碾壓，碾壓速度為1.0～2.0km/h，碾壓機械為三一重工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)的壓實效果，確定最優(yōu)碾壓參數(shù)。

核子密度檢測成果統(tǒng)計見表2。

表2 A區(qū)6：4核子密度檢測成果表【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

為了研究含水率對壓實度的影響，確定含水率和壓實效果的關系，進行變含水率碾壓試驗。通過自然蒸發(fā)和人工加水的方式對碾壓土料含水率進行調整，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個碾壓條塊，每個條塊2層。鋪層厚度為30cm，核子密度檢測成果統(tǒng)計見表3。

表3 普巴絨A區(qū)6：4核子密度檢測成果統(tǒng)計表

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

3.4 復核試驗

為了對前期碾速選擇、層厚與碾壓遍數(shù)選擇、含水率比選試驗所選定的最優(yōu)碾壓參數(shù)進行復核，進行復核場碾壓試驗。

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)場土工試驗需要第一層改為土力學補充試驗碾壓層，故核子密度檢測從第2層開始到第8層，核子密度檢測成果統(tǒng)計見表4。

復核場試驗中，干密度平均值均達到2.0以上，本場復核試驗平均壓實干密度為2.081g/cm3。

表4 A區(qū)6：4核子密度檢測成果統(tǒng)計表

4 快速檢測方法比較分析

選取土料碾壓試驗復核場的檢測數(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值[7～8]，然后統(tǒng)計其在一定范圍內的分布狀況，以表示偏差大小。統(tǒng)計成果見表5。

表5 核子密度檢測與灌砂法數(shù)值統(tǒng)計表

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，且挖坑法-核子密度儀法差值較為接近。在土料碾壓試驗檢測中，兩種方法檢測數(shù)值的離散性相近。

5 結語

（1）核子密度儀作為快速檢測方法之一配合土料碾壓施工進行了大量的現(xiàn)場試驗檢測工作，獲得了豐富的試驗數(shù)據(jù)。通過對試驗數(shù)據(jù)的整理分析并與灌砂法進行了對比、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量快速檢測，通過現(xiàn)場密度和水分檢測對碾壓施工質量進行控制與評價。

（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)試驗表明：當鋪層厚度一定時，10遍或12遍碾壓效果最好；碾壓遍數(shù)一定時，30cm鋪層厚度優(yōu)于40cm或50cm鋪層厚度；含水率比選試驗表明：含水率為wop+2%情況下碾壓干密度平均值達到最大。

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

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

[3]徐忠偉.核子密度儀與灌砂法的對比試驗.青海交通科技，2002，3.

[4]孫俊峰.核子密度儀檢測壓實土密度的應用分析.水利技術監(jiān)督，2016（03）.

[5]李錫祺，倪桂章，張遠震，譚學凱，解達彪.ND-50表面型微機核子密度儀的研制.水利水電施工機械，1989（01）.

[6]趙鑫.核子密度儀在土石壩壓實度檢測中的應用.水利水電施工，2011（6）總第129期.

[7]郝名揚.核子水分/密度儀在碾壓質量檢測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比關系的辨析.山西建筑，2002（07）.

TV543+.8

A

1004-7344（2016）28-0175-02

2016-9-18

許振奎，男，高級工程師，碩士，主要從事水電工程物探檢測及研究工作。