RI型贯入仪用于填土质量检测的试验研究

马东亮 王庆苗 陈国强 杨业荣

（中水淮河规划设计研究有限公司 蚌埠 233001）

1 前言

根据 SL260—98《堤防工程施工规范》和SL239—1999《堤防工程施工质量评定与验收规程》的相关规定，堤防填土的压实度（干密度）为一项重要质量评定指标。目前，常用的堤防填土的干密度检测方法，主要通过灌砂法、环刀法取样进行室内试验，求得土样含水率并计算出填土干密度，根据测得的干密度值与设计干密度进行对比，判断堤身土填筑质量。上述方法存在测试过程多、时间较长、测试点间距较大等问题。

根据水利部科技推广计划，中水淮河规划设计研究有限公司，引进日本 SRE株式会社生产的 RI型贯入式堤防勘测设备，该设备主要包括：密度测量单元SRD-1dCP密度计探头（铯-137、3.7MBq）、含水量测量单元 SRM-1dP含水量探头（锎-252、1.11MBq）和孔压静力触探仪及数据记录仪器。在保证辐射剂量对人体绝对安全的前提下，通过机械加压装置，将含有 ɣ 射线和中子射线源的探头贯入土中，实现锥尖阻力（qc）、侧壁摩阻力（fs）、孔隙水压力（u）、水分、密度等五个参数的快速同步测量，测得不同深度土体干密度等参数。为了探讨该设备用于填土质量检测的应用效果，本次进行施工现场分层取样试验与应用 RI型贯入仪测定填土干密度的对比试验。

2 现场试验

2.1 施工现场概况

在淮河干流淮北大堤某穿堤建筑物开挖回填段，按设计要求对堤身进行开挖，穿堤涵洞浇筑完成后，按一级堤防设计要求进行回填。填筑土料以中、轻粉质壤土为主，设计填筑干密度为1.55g/cm3，填土高度约13m，其中涵洞两侧填土厚约 3m，以人工和蛙夯碾压施工为主；涵洞顶以上填土厚约10m，以机械施工碾压为主。施工中，在涵洞两侧布置了填筑干密度试验工作（分层碾压，每层厚度为 25cm，每层采取原状土样进行室内土工试验，取样位置编号土1、土2）。

2.2 试验情况

现场填筑施工完成后，在涵洞两侧采样试验位置附近进行 RI型贯入仪对比测试试验。试验采用国产 WSY15-A型静探车和地锚作为贯入试验加压设备，采用日本 SRE株式会社提供的SRE-3Ei t、SRM-1dCP探头和数据采集记录仪进行测试和记录，每 10cm记录一次数据（包括湿密度、含水量等参数），RI型贯入仪测试位置与现场施工取样试验位置相近（对应土1、土2位置为 R1、R2孔）。现场测试试验和取样试验对比曲线见图1、图2。

图1 土1/R1孔干密度对比图图

图2 土2/R2孔干密度对比图

3 试验数据分析

3.1 试验数据分布检验

根据现场施工和试验情况，涵洞洞顶以上的机械施工碾压部分为第1区，涵洞洞身两侧的人工加蛙夯施工碾压部分为第2区。土1取样点和R1贯入孔为第1组（涵洞东侧），土2取样点和R2贯入孔为第2组（涵洞西侧），涵洞西侧（第2组）填筑土料变化较大，剔除试验异常值后，采用矩法（动差法）对各填土分组、分区测试，试验数据总体分布状态分析结果见表1。

设置信水平α=0.05，查标准正态分布函数表，得 uα/2=1.96，从表 1可知，除第 1区第 2组外，其它各区组u1、u2均小于1.96，故认为测试数据总体服从正态分布。

3.2 试验数据统计

根据数理统计的相关公式，将研究区填土分组、分区测试试验统计结果列于表2。

从图 1、图 2可看出，使用 RI贯入仪测试结果和现场钻孔取样室内试验所得结果基本相近，由于涵洞西侧（第2组）填筑土料不均，导致测试数据起伏明显。从表1中可以看出，填土干密度基本满足设计要求，测试数据变异系数较小；第一区机械施工碾压均匀性较好，第二区涵洞两侧填土压实存在一定差异，特别是涵洞西侧填土干密度变化较大，压实度偏低。

3.3 两种试验数据总体均值检验

为检验 RI贯入仪测试结果和现场钻孔取样室内试验所得结果总体均值是否相等，采用 U=（X-Y）/SQRT（/n1+/n2），其中，X、Y为两正态样本的均值，、n1、、n2分别为对比样本的均方差和组数，计算结果见表3。

表1 各填土分组、分区干密度测试值总体分布状态分析结果

表2 填土层干密度测试成果对比表

表3 总体均值的假设检验计算结果

设置信水平α=0.05，查标准正态分布函数表，得 uα/2=1.96，从上表可知，除第 1区第 2组外，其它各区组u1、u2均小于1.96，故认用为RI贯入仪测试结果和现场钻孔取样再室内试验所得结果总体均值是相等的。

综上所述，应用 RI贯入仪方法测出的填土层干密度稍低于人工取样试验值（与现场锺击取样方法有关），绝对偏差小于0.03g/cm3，相对偏差一般小于 2%，试验结果符合性较好。使用 RI贯入仪可自上而下连续获取填土层的干密度指标，比分层取样法能更全面反映堤身填土的压实状况，且测试速度快、效果好。

4 结论与建议

（1）应用RI贯入仪方法测出的填土层干密度稍低于人工取样试验值（与现场锺击取样方法有关），绝对偏差小于0.03g/cm3，相对偏差一般小于2%，试验结果符合性较好，且通过RI贯入仪可自上而下连续取得土层测试数据，能够详细反映沿填土深度的填土层干密度变化情况，提高测试和评价精度。

（2）使用RI型贯入仪可以快速获得堤防填土干密度，与常规取样试验方法相比，其优点为使用较方便，能迅速取得原位测试值，减少取样及运输、试验过程中扰动、失水等影响，提高测试试验数据可靠性。

（3）在堤身填土土质复杂多变情况下，测试数据将出现较大波动。建议在进一步积累使用经验的基础上，将 RI型贯入仪列为填土质量检测方法之一。

1 SL237—1999土工程试验规程. 中国水利水电出版社.

2 SL275—2001核子水分—密度仪现场测试规程. 中国水利水电出版社.

3 金光炎等. 工程数据统计分析. 东南大学出版社，2002.

4、黄振平著. 水文统计学. 河海大学出版社，2003.