核子仪法和灌砂法对路基压实度测定的比对试验研究

核子仪法和灌砂法对路基压实度测定的比对试验研究

王冬明

珠海市金湾区建设工程质量监测站  广东 珠海 519000

摘要：核子仪法能够实现对路基压实度的快速检测，为确保核子仪法的检测精度满足需求，本文通过比对试验的方法对高精度的灌砂法与核子仪法进行对比测试，通过相关性数据分析方法验证利用核子仪法取代灌砂法的可行性。在实际工程案例测试期间，灌砂法与核子仪法两者检测结果的湿密度修正值为0.132g/cm³，绝对含水量修正值-9.5%；利用修正值进行相关性分析确定相关系数为0.9956，求得相关性曲线为Y =0.9808X + 0.0317，验证了利用核子仪法取代灌砂法的可行性。

关键词：核子仪；灌砂法；路基压实度；相关性试验

引言

为满足公路、铁路等众多工程路基压实度检测工作中对检测效率和精度的需求，传统灌砂法通过数小时进行烘干检测分析的方式在工作效率方面存在较大缺陷，通常会对工程进度造成影响。为此，各工程检测单位积极研究能够取代灌砂法的高速测量方法，核子仪法作为快速测量方法的一种，具有研究应用价值，有必要通过比对试验的方式研究核子仪法取代灌砂法的可行性，并对核子仪法检测进行相应修正。

1.研究目的

路基压实度测定的传统检测方法为灌砂法，但该方法测量速度相对较低，本文主要针对测试效率较高的NDH-AⅡ型核子土基密度含水量联合测定仪（核子仪）展开研究，通过对比测试的方式研究核子仪法与灌砂法的检测结果相关性。核子仪的检测原理为通过目标路基中物质与仪器发生的放射线之间的相互作用测定含水率以及密度，虽然核子仪在测试效率方面具有较大优势，但针对不同路基区段，因施工所应用的填料等存在一定差异，仪器发射的射线对路基中物质的相互作用也存在差别，因此通过与灌砂法进行比对试验能够保证在相应路段的检测精度符合工程测量需求[1]。

2.比对试验方法

本文通过在试验段对比测试确定核子仪检测与灌砂法检测结果的相关性，以验证核子仪法测量数据与灌砂法的相关关系，用于后续工程测试结果的修正，相关仪器设备、试验依据和方法如下。

2.1仪器设备

NDH-AⅡ型核子土基密度含水量联合测定仪；灌砂筒；数显温湿度仪；干燥箱；电子天平；电子计量秤等。

2.2试验依据

《公路路基路面现场测试规程》JTG 3450-2019；核子土基密度含水量联合测定仪（NDH-AⅡ型）使用说明书。

2.3核子仪法与灌砂法相关性比对试验步骤

本文主要针对路基施工进行灌砂法与核子仪的比对测试，相关测试要求如下：

第一步，工作人员需要选取适当区域作为试验段开展测试，试验段长度通常不少于200m；第二步针对路基区域，工作人员需要避免在测孔部位设置测点，压实度的测试标准需要参考T0921标准；第三步，为确保测试结果精度满足试验需求，工作人员需要在试验段开展不低于15次的取点测试，计算相应的偏差值，确定两者方法的差距后可对核子仪法进行修正，从而确保后续利用核子仪法快速测试期间的精度符合需求。此外，比对试验期间，工作人员应结合路基不同配比设计、碾压情况、机械组合、松浦厚度、压实度标准等参数进行多个试验段的测试，进一步提升比对试验结果的可靠性[2]。

3.比对试验案例

3.1核子仪法相对灌砂法的检测结果数据对比

通过对比灌砂法与核子仪检测结构的数据差值，能够求得核子仪法的含水率与湿密度补偿值，用于进行相关性系数的求取，相关检测要求如下。

本次试验所选试验段为金湾区双湖路南段一期道路工程约300m长一段已经碾好粗粒土均匀的土路基，该路基面平整密实，设计压实度93%，回填层厚度30cm，符合检测条件；在该路段选定15处作为检测点，并依次标上序号。将核子仪中的初始量设置为：测量时间60s；最大干密度值设置为2.000；湿密度修正值=0.000；绝对含水量修正值=0.000。在测点1处先用核子仪测量4次，测量方位分别为0°、90°、180°、270°，将每个检测点测得的4个湿密度值和4个绝对含水量值分别记录在原始记录表中，并计算出其平均值，此平均值即为核子仪在测点1处测得的湿密度值和绝对含水量值。在各测点处用灌沙法测出该点的湿密度值和绝对含水量值，并记录；将每个每各检测点上用核子仪法检测得到的湿密度值和绝对含水量值分别减去对应点用灌砂法检测得到的湿密度值和绝对含水量值，即得到上述15个检测点的采用核子仪法和灌砂法两种测量方法的对应偏差值。将上述15组对偏差值再取平均值，即将15个湿密度偏差值和15个绝对含水率值再取平均值，所得到的两个偏差平均值即为仪器在该类土质上的湿密度修正值和绝对含水量修正值[3]。

通过上述测量和计算，详见表1，核子仪测量该类土路基的湿度修正值=0.132g/cm³，绝对含水量修正值=-9.5%。

表1 核子仪法与灌砂法测量数据结果对比

3.2核子仪法与灌砂法测试密度的相关性公式和相关系数

3.2.1数据处理方法

为计算两种测试方法的相关性，可通过最小二乘法进行线性回归分析，公式如下：

Y=AX+B,C=xmin~xmax

其中，A为斜率，B为截距，C为测量范围，X、Y为不同测量方法检测结果，xmin与xmax为检测数据的最大、最小值[4]。

A、B及相关系数R计算公式如下（x，y分别为灌砂法和核子仪法检测数据）：

3.2.2试验内容及结果

从在建项目已经碾好的土质材料均匀的土路基中，分别选取4个长约200m，回填层厚度均为30cm，不同压实度标准的土路基作为测试路段。将核子仪中的初始量设置为：测量时间60s；最大干密度值设置为该测试路段回填土通过土工击实试验得到的最大干密度；湿密度修正值=0.132g/cm³；绝对含水量修正值=-9.5%。

在第一个测试路段，选取10个测试点，在每个测试点分别用核子仪法和灌砂法得到该点的湿密度值和绝对含水量值，分别记录在核子仪法和灌砂法测试密度比对试验原始记录表中，并计算出两种方法测得的干密度值，如表2所示。重复上述操作，得出两种方法测得其余三个测试路段的湿密度值、绝对含水率值、干密度值，分别记录在原始记录表中。

表2灌砂法与核子仪法干密度数据表

根据3.2.1中数据处理方法计算出核子仪法和灌砂法测试土路基密度的相关性公式和相关系数，形成数据曲线如图1所示，Y =0.9808X + 0.0317 ；R=0.9956。

图1 灌砂法与核子仪法比对试验相关性曲线

4. 结语

综上所述，《公路路基路面现场测试规程》中要求在路基压实度比对试验时应针对多个试验段选取每试验段不少于10处点位进行测试，不同检测方法的相关系数应在0.95以上。本文在对比测试灌砂法与核子仪法期间，选择了15个测试点求取了湿度与绝对含水量修正值，并选取4个试验段各10个测点求取相应的干密度进行了相关性计算，求得相关系数为0.9956远高于标准值0.95，结果表明核子仪法与灌砂法相关性良好，通过修正能够保证核子仪法的检测精度符合需求。

另外，核子仪采用通过241Am-Be中子源产生高能中子与被测物体发生散射，减速扩散后转变为低能中子，被仪器探测到，而这个过程主要由物质内部的含氢量决定，但被测物质除了游离态的水以外，结合水中也含有氢原子，因回填土中的氢含量主要由水提供，将最终导致核子仪法最终测定含水量与灌砂法的检测结果存在差异。试验中绝对含水量修正值达到-9.5%，表明对于均质的路基回填土除游离态的水以外存在一定量的结合水，因此对于土质存在明显差异的回填土的压实度检测不宜采用核子仪法。

参考文献：

[1]黄泽群,肖梓莹.道路工程中压实度的检测方法及比较分析[J].广东建材,2022,38(11):51-53.

[2]熊万希.影响土方路基压实度因素与检测技术分析[J].河南科技,2022,41(11):93-96.

[3]姚保才.核子密度仪在路基压实度检测中的应用[J].交通世界(建养.机械),2015(06):84-85.

[4]王亚晓,王来硕.核子密度仪法与灌砂法检测路基压实度的相关性分析[J].公路与汽运,2022(06):68-70+74.