核子密度仪在土石回填压实度质量检测中的应用【论文】

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1、核子密度仪在土石回填压实度质量检测中的应用李克友，孙知贤，杜松（中国水电顾问集团贵阳勘测设计研究院，贵阳，550081）摘要在水电建设工程中，为使大型场平工程高质量、高效率的完成，需要对回填碾压区土石料压实密度进行准确、快速检测。传统挖坑法劳动强度大、效率低，严重影响施工进度，难以满足工程建设的需要，因此，运用先进的密度检测方法十分必要。本文通过核子密度法在贵州某水电站移民搬迁新址的应用实例，研究、总结出了一套行之有效的工作流程和工作方法，进一步验证了该方法在大型场平工程中运用的可行性。关键词：大型场平工

2、程，核子密度法，压实密度，质量检测1引言贵州城镇大多建在靠近河谷的地方，由于构造运动、水流冲刷等原因，这些地方地形地貌变化相当复杂。在水电站建设工程中，由于蓄水后库区水位逐渐上升，会淹没地势低洼的地方，为解决移民搬迁居住问题，需要就近另选场地来进行重建。这些新址往往沟谷交错，需要对新址场地进行回填并加以平整。高效、高质的完成场地平整工程是移民工作的基础和重点。为控制回填过程中的碾压质量，保证新建场址能够满足房屋等基础设施建设的要求，在回填碾压过程中必须对回填土石料压实密度进行检测。当前对密度进行定量检测方

3、法主要有：灌水（沙）法，附加质量法，核子密度法等。灌水（沙）法【1】是在测点处挖坑，并称出所挖出料石的质量(一般采用磅秤作业)，同时用灌水（铺塑料布在坑中灌水）或灌沙法测量所挖坑容积，从而求出相应测点湿密度，然后用酒精燃烧法测定含水量，最后计算出填料的干密度和压实度。该方法需要携带较多的水，需要花费大量的人力、物力，且受堆料粒径的制约，测定速度太慢，严重影响施工进度。另一方面，由于挖坑，原堆石结构被破坏，需将所挖之坑重新填充压实，费工费时，不便布置足够数量的测点，密度数据的代表性受到一定限制。附加质量法【

4、2】【3】是将承压板及以上的附加质量和承压板以下振动范围内的堆石体质量视为单自由度线性振动体系。根据多级附加质量△mi测试出相应的垂向自振频率fi，根据f与△m的关系求得压板下的参振质量m0；将m0的振动动能视为等效于压板下堆石体的振动动能，再通过积分方程解可得到压板下的密度ρ（ρ=m0/Ah0）。附加质量法是一种无损检测方法，需要的劳动强度大，且该方法不能对含水量进行检测。利用核子法【4】【5】测定土石等材料原位密度和含水量是一项迅速发展起来的无损、快速检测新技术。这类仪器的特点是测量速度快，检测精度高

5、，需要人员少，测试一个点只需几分钟就可得出结果。目前，我国已有相当数量的各类进口和国产核子密度仪在各类工程中使用，并成为控制质量和验收的重要工具，其优越性见表1。8表1：密度定量检测方法比较分析检测方法比较内容灌水（沙）法附加质量法核子密度法测量方式直接间接间接检测原理体积置换等效为弹性体放射性检测湿密度能能能检测水分能否能检测干密度能否能采集速度非常慢（平均>30min/点）慢（平均≥25min/点）快（平均<6min/点）仪器重量重很重轻便所需人员多（>4人）多（≥3人）少（2人）工作强度大大小是否有

6、损有损无损无损人为影响大大小其他影响（主要为机械振动）小大无结果显示慢（需要烘烤，计算）慢（需要数据处理）快（立即显示）2检测原理核子密度/湿度测试是利用同位素放射源来测试密度和湿度的。核子密度仪内部装有两种放射源。γ-源用来检测密度，中子源用来检测水分。中子源安在机壳底部位置不变。γ-源装在金属探测杆底部内，位置随检测深度而上下移动。γ射线在被测材料中的穿透、反射和被吸收等行为只与被测材料中的组成成分的所有原子原子核的质量相关。核子仪检测的总密度实际是单位体积土工材料总的原子量。只有当被测材料总的原子量

7、发生变化时核子仪的检测结果才相应地发生变化。检测密度时，γ-源发出γ射线进入被测材料。如果材料密度较低，较多γ射线就会穿过它，装在仪器内的盖革――密勒计数管将会检测到较多透过射线。反之，如果材料密度较高，高密度材料将吸收更多γ射线，起到辐射屏蔽作用，在单位时间内检测管的计数就会较小。根据仪器的射线发出量和透过被测材料的射线计数量，仪器可以精确计算被测材料密度。一个密封的中子源向土壤等被测材料放射高能中子射线，高能中子与氢原子图（1）MC-S-248型核子密度仪工作示意图碰撞后，迅速失去能量而变成低能中子，

8、而其它任何种类的原子都不能像氢原子那样显著减少高能中子的能量。被测材料中的湿度越高，水分含量就越高，氢原子就越多，当中子射线穿过时，将产生更多的低能中子；同样的原因，当被测材料较干时，产生的低能中子数目就较少。仪器中的湿度检测管只能检测到低能中子。低能中子计数越高，表示被测材料的湿度越高；反之，低能中子计数越低，表示湿度越低。土工材料中绝大多数氢原子都来自由水，而且结合水中的氢原子在土壤、岩石等土工材料中基本上是固定的。因此利