核子密实度仪在水利堤防填筑中的应用
摘 要：简述了核子仪在检测中的工作原理，就如何正确使用核子密实度仪，充分发挥核子密实度仪在水利堤防填土压实度检测中的自身优势。在被检测土堤填土压实之前，把核子密实度仪与环刀法进行对比试验，建立该段土堤填料的回归方程式，从而有效、快捷、准确地控制土堤的填土质量。
关键词：核子密实度仪 环刀法 回归方程式 对比试验
l概述
传统的环刀法在土堤及大坝填土压实度检测中起到了重要的作用。但由于环刀法需烘干确定土的含水量才能计算出填土的密实度，从试验到结果需几个小时或更长一段时间，既费时又费力，这与目前机械化施工程度高、工期要求紧、防汛要求高的土堤及大坝工程常常发生矛盾。近年来，检测填土压实度质量的仪器和方法随着现代化技术水平的发展而不断的发生变化，总的趋势是快速、准确地满足施工要求。如核子密实度仪就是其中的一种，它是一种将核子无损检测技术与微处理机相结合的机电一体化的便携式现场检测仪器。该仪器广泛应用于水利、电力、交通、铁路、市政等各类工程，是土建基础工程现场碾压施工质量保证与控制的重要手段。
2.核子密实度仪的工作原理
其工作原理如下：仪器内部有一个含铯137γ源和镅241-铍中子源的复合源。其中，γ源用来测量密度，中子源用来测量含水量。（1） 密度测量的原理是：铯137γ源旗出γ射线进入被测材料中与物质原子的外围电子发生碰撞而产生康普顿散射，散射后的γ射线能量将减少，方向会改变。若物质的密度越大，康普顿散射的γ射线越多，于是通过测量散射后的γ射线的数量，即可判断被测物质的密度。（2） 含水量测量的原理是：由241Am-Be中子源产生的快中子射入被测材料中，与料层内物质发生碰撞散射，减速、扩散，使快中子最后变成热中子，热中了被探测器探测，这个作用主要是由物质中的含氢量决定，而氢主要在水中，若被测材料中含水量大，热中子数就多，反之就少。因此探测热中子数的多少即反映其含水量的大小。
3对比试验方法
由于核子密实度仪的工作特性是利用散发放射线与接收放射线的原理得出结果，而在工程施工中会遇到不同类别的土作为填料，干扰射线的散发，影响测量数据的准确性。若是操作测试不当，其结果就不能如实反映工程质量的实际情况。TB/T10217-96《填土密度湿度核子仪测试规程》规定：“当填料不是砂类土或粘性土时，应根据对比试验测得修正值，对测试结果进行修正”。但在实际使用核子仪测试过程中，少数试验人员简化了对比试验程序，直接用核子仪进行现场检测，得出的数据不是偏高就是偏低，不能真实代表实体质量，是不科学的做法。所以，笔者认为：为了减少核子仪测量时的误差，在测定之前，必须对不同填料用核子仪与环刀法进行标定（对比），根据分别测定的密度值，进行回归分析，建立回归方程式加以修正。
3.1试验要求
（1） 对于不同填料的土堤填土压实后应做对比试验；
（2） 核子仪在修正后，选择压实好的平坦测试点，把仪器置于测试位置，然后进行一次测量，取得读数，保持中心位置不变，旋转180°再进行第二次测量，记录读数，再将仪器在原位转90°测第三次，记录读数，再次在仪器的原位转180°测量第四次，记录读数，然后将这四次读数的平均值作为该点的值。
（3）在核子仪测量完毕，立即以核子仪测孔为中心，按照环刀法的方法现场取样，进行室内试验得出该点的值。根据交通部JTJ059-95《公路路基路面现场测试规程》规定至少测定15处，进行对比。
3.2试验方法
核子仪、环刀法的试验方法均按有关试验规程进行，在此不再叙述。
4建立回归方程式
（1）将环刀法和核子仪法分别测得的数值进行数据处理，利用回归方程式：y=b+ax进行回归计算，得出b、a值和相关系数r，r越接近1，说明误差越小。
（2）然后将b、a值代入回归方程式，即：y环=b+ax核，从而得到核子仪与环刀法的对比值。式中：b、a ————回归常数；
r ————相关系数；
x核 —————核子仪的实测干密度；
y环 ———— 环刀法的干密度。
（3）从方程式可以看出：随着x核的改变，y环的值也随之而变。
（4）在实际测量中，只需得到核子仪测量的干密度，即可得出该填料的对比干密度。
5对比试验实例
5.1试验实例
在某水利堤防除险加固工程中，由于工期紧、填土方量大、机械化施工程度高、防汛任务重。填料主要为天然粉质粘土，局部夹碎、砾石。施工采用核子仪作为该堤防填土的主要检测工具，在对填料测试之前，首先进行了核子仪与环刀法的对比试验，分别建立回归方程式，然后对核子仪测试结果加以修正，得到了满意的效果。现将用核子仪快速检测压实密度与环刀法标准检测压实密度的线性关系实测数据及整理结果列于表1。
表1 核子仪与环刀法实测密度值结果计算表
ny(环刀法)x（核子仪法）y2x2xy11.5451.5632.3872.4432.41521.6701.6762.7892.8092.79931.6351.6442.6732.7032.68841.6001.6222.5602.6312.59551.6101.6222.5922.6312.61161.6251.6222.6412.6312.63671.6801.6722.8222.7962.80981.6501.6792.7232.8192.77091.5701.5982.4652.5542.509101.6451.6852.7062.8392.772111.6901.6822.8562.8292.843121.6151.6412.6082.6932.650131.6951.7512.8733.0662.968141.6651.7162.7722.9452.857151.7651.8163.1153.2983.205∑24.66024.98940.58241.68541.127回归方程式：
即：y环=0.28+0.819x核 （将核子仪快速检测每点压实密度值代入此公式，即可得出环刀法的标准压实密度）。其相关系数r为：
5.2对比试验结果表明
（1）相关系数r=0.9453>0.9,因此，该对比试验的相关性好，可用于该堤防填土压实质量施工监控。
（2）将表1中核子仪测量的密度值代入上述方程式，修正结果接近环刀法实测值，其误差在允许范围内（核子仪测定误差的允许范围为≤±0.03g/cm3）。
表2 核子仪与环刀法修正值结果比较
nx核实测y环实测y环计算误差=计算值-实测值11.5631.5451.560-0.00321.6761.6701.652-0.02431.6441.6351.626-0.01841.6221.6001.608-0.01451.6221.6101.608-0.01461.6221.6251.608-0.01471.6721.6801.649-0.02381.6791.6501.655-0.02491.5981.5701.588-0.010101.6851.6451.660
-0.025111.6821.6901.657-0.025121.6411.6151.624-0.017131.7511.6951.714*-0.037141.7161.6651.686-0.030151.8161.7651.767*-0.049 (3) 核子仪在现场检测堤防填土压实密度质量效率很高，约为传统的环刀法的数十倍，是施工单位提高填土质量和施工速度的理想工具。
(4) 该对比试验建立的回归方程式，在该堤防填土压实度检测中发挥了积极的作用。保证了每层土填筑的压实质量，按期完成了堤防填土的施工任务，确保了安全渡讯。
6.结论及建议
（1）由于是表面式核子仪，需将被测地面仔细整平，地表面过湿影响所测含水量的结果。
（2）在核子仪的操作过程中和存放核子仪时要注意防护放射性。操作时离仪器2米以上，等工作完成后再读数，存放仪器时，离住房尽量远些。
（3）针对不同的填土料，要建立不同的回归方程式，绝不能套用其他工程的回归方程式。
（4）对比试验必须是在相同条件下进行，才有可比性。一般对比试验组数应≥15组。
参考文献：
[1] 土工试验规程（SL237-1999） 中华人民共和国水利部发布
[2] 填土密度湿度核子仪测试规程（TB／T12017-96）