核子密度仪在大坝心墙防渗土料碾压实验中的应用

许振奎 黄泽孝 郝名扬

（四川中水成勘院工程勘察有限责任公司四川成都610072）

核子密度仪在大坝心墙防渗土料碾压实验中的应用

许振奎 黄泽孝 郝名扬

（四川中水成勘院工程勘察有限责任公司四川成都610072）

核子密度仪测定土原位密度和含水量已成为国际上土石方工程碾压质量检测和控制的重要手段。利用核子密度仪碾速选择试验、铺层厚度与碾压遍数选择试验、加水量试验、复核场试验进行压实密度和含水量检测，对检测成果进行分析和评价，得出合理的碾压参数和结论性意见；通过与传统灌砂法进行比较，论证核子密度仪在心墙土料防渗碾压检测的可行性。

核子密度仪；防渗土料；碾压试验

1 前言

核子密度仪作为一种快速的检测土料密度和含水率的方法，已在国内很多水电站中得到应用[1～2]，与传统的灌砂法测定密度和烘烤法测量含水率相比较，其优点为操作简单，测定迅速，使用便捷。为了验证核子密度仪在水电站大坝心墙土料碾压检测中的实用性，对某水电站大坝芯墙防渗土料碾压实验进行了核子密度仪检测。通过碾压试验质量检测，对检测数据进行统计、分析，建立核子密度仪质量检测的评价标准，通过与传统灌砂法进行比较[3～4]，论证核子密度仪在检测中应用的可行性；通过核子密度仪碾后压实密度、含水量的检测成果，分析、评价碾压试验的碾压效果，给出心墙土料碾压施工的合理性意见。

本次土料碾压试验依先后顺序进行的项目有：碾重选择试验、碾速选择试验、铺层厚度与碾压遍数选择试验、加水量试验、复核场试验。试验从2013年6月中旬开始至2014年4月中旬结束，历时10个月。

2 检测仪器及方法

碾压试验核子密度仪检测分为表面反射法、钻孔反射法、单孔透射法和双孔透射法[5～6]。本次试验选用单孔透射法，检测密度为每层3个检测点，共获得了585个有效钻孔透射法成果数据。

单孔透射法是用浅层核子密度湿度仪对材料进行透射检测的方法，使用仪器为美国CPN公司生产的MC-3C型核子密度湿度仪。检测工作前首先用导板确定检测点位置，再使用仪器配套专用钛合金钻杆、铁锤在检测点处人工锤击造孔，孔径为φ18mm、深度为30cm。取出钻杆并拿走导板，最后将带有密封源不锈钢探杆放置在检测孔孔底同时将核子密度仪安置在检测点处进行压实密度、含水量检测，检测结束后记录数据，移动复合放射源至下一点进行检测。

3 防渗土料碾压试验

防渗土料碾压试验分为四大场地，碾速选择试验、铺土厚度与碾压遍数选择试验、含水率比选试验、复核试验五大场地进行试验，数据分析对象是压实干密度（由含水量换算得出）和含水率。

两河口土料来源较复杂，现以A区土料为例来进行分析，A区土石掺合比分别为6：4，碾重选择三一重工26T振动碾进行。

3.1 碾速选择试验

通过第一场碾重选择试验，确定了最优碾重机械，为三一重工26t凸碾。本场碾压试验是对低速（（1～2km/h）和中速（2～3km/h）碾压行车速度进行比较选择，从而确定后期碾压试验的最佳碾压行车车速。铺层厚度为40cm，碾压遍数为8遍，两层碾压。核子密度检测成果统计见表1。

表1 碾速选择核子密度检测成果表

低速、中速压实干密度分别为2.142g/cm3、2.081g/cm3，低速碾压压实干密度平均值比中速碾压干密度平均值高2.9%，所以低速碾压更优。

3.2 铺土厚度和碾压遍数选择

碾压铺土厚度分别为30cm、40cm、50cm，每种铺层厚度按照静压2遍+振动6遍8遍10遍12遍进行碾压，碾压速度为1.0～2.0km/h，碾压机械为三一重工26t凸碾，碾压层数为2层，通过比较不同铺层厚度，不同碾压遍数的压实效果，确定最优碾压参数。

核子密度检测成果统计见表2。

表2 A区6：4核子密度检测成果表【厚度-遍数】

（1）从铺层厚度来看，30cm铺层厚度干密度最大，平均值为2.131g/cm3；40cm铺层厚度平均干密度次之，为2.109g/cm3；50cm铺层厚度平均干密度最小，为2.084g/cm3。

（2）从30cm、40cm和50cm铺层厚度中，10遍和12遍碾压效果最优，且差别不大，12遍碾压效果略由于10遍的碾压效果。

3.3 含水率比选试验

为了研究含水率对压实度的影响，确定含水率和压实效果的关系，进行变含水率碾压试验。通过自然蒸发和人工加水的方式对碾压土料含水率进行调整，铺层厚度选定30cm。碾压遍数为10遍，含水率分为-4%、-2%、wop（最优）、+2%、+4%，共5个碾压条块，每个条块2层。铺层厚度为30cm，核子密度检测成果统计见表3。

表3 普巴绒A区6：4核子密度检测成果统计表

在加水量为wop+2%状态下压实干密度最大，为2.113g/cm3；加水量为wop-4%状态下压实干密度最小，为1.793g/cm3；加水量为wop%和wop+4%状态下压实干密度相近，分别为2.091g/cm3，2.094g/cm3。

3.4 复核试验

为了对前期碾速选择、层厚与碾压遍数选择、含水率比选试验所选定的最优碾压参数进行复核，进行复核场碾压试验。

选定的铺层厚度为30cm，碾重为26t，碾速为中速（1～2km/h），碾压遍数为10遍，含水率为wop+2%，共碾压8层，根据现场土工试验需要第一层改为土力学补充试验碾压层，故核子密度检测从第2层开始到第8层，核子密度检测成果统计见表4。

复核场试验中，干密度平均值均达到2.0以上，本场复核试验平均压实干密度为2.081g/cm3。

表4 A区6：4核子密度检测成果统计表

4 快速检测方法比较分析

选取土料碾压试验复核场的检测数据作为样本，先求得核子密度仪法和灌砂法干密度差值的绝对值[7～8]，然后统计其在一定范围内的分布状况，以表示偏差大小。统计成果见表5。

表5 核子密度检测与灌砂法数值统计表

核子密度仪干密度平均值为2.14g/cm3，含水率平均值为7.3%。灌砂法干密度平均值为2.13g/cm3，含水率平均值为9.2%。

从干密度差值分布的集中程度可以看出：两种方法的差值主要集中分布在0～0.1g/cm3范围内，且挖坑法-核子密度仪法差值较为接近。在土料碾压试验检测中，两种方法检测数值的离散性相近。

5 结语

（1）核子密度仪作为快速检测方法之一配合土料碾压施工进行了大量的现场试验检测工作，获得了丰富的试验数据。通过对试验数据的整理分析并与灌砂法进行了对比、研究表明：核子密度仪能够适用于大坝填筑土料施工碾压质量快速检测，通过现场密度和水分检测对碾压施工质量进行控制与评价。

（2）在相同碾重条件下，30cm碾后效果优于40cm；低速（1～2km/h）碾压效果优于中速（2～3km/h）碾压效果；铺层厚度与碾压遍数试验表明：当铺层厚度一定时，10遍或12遍碾压效果最好；碾压遍数一定时，30cm铺层厚度优于40cm或50cm铺层厚度；含水率比选试验表明：含水率为wop+2%情况下碾压干密度平均值达到最大。

[1]吴中伟，窦燕，等.小浪底大坝防渗体填筑质量检测与控制.水利建设与管理，2002（1）：38～40.

[2]马志远，赵荣，娄立军，陈运涛，宋广文.核子水分密度仪在水利工程建设中的应用.人民黄河，2000，22（5）.

[3]徐忠伟.核子密度仪与灌砂法的对比试验.青海交通科技，2002，3.

[4]孙俊峰.核子密度仪检测压实土密度的应用分析.水利技术监督，2016（03）.

[5]李锡祺，倪桂章，张远震，谭学凯，解达彪.ND-50表面型微机核子密度仪的研制.水利水电施工机械，1989（01）.

[6]赵鑫.核子密度仪在土石坝压实度检测中的应用.水利水电施工，2011（6）总第129期.

[7]郝名扬.核子水分/密度仪在碾压质量检测中替代挖坑法的可行性.地球（CN11-1467/P），2015（11）.

[8]汪泳.核子密度仪与灌砂法对比关系的辨析.山西建筑，2002（07）.

TV543+.8

A

1004-7344（2016）28-0175-02

2016-9-18

许振奎，男，高级工程师，硕士，主要从事水电工程物探检测及研究工作。