RI型貫入儀用于填土質(zhì)量檢測的試驗研究

馬東亮 王慶苗 陳國強 楊業(yè)榮

（中水淮河規(guī)劃設(shè)計研究有限公司 蚌埠 233001）

1 前言

根據(jù) SL260—98《堤防工程施工規(guī)范》和SL239—1999《堤防工程施工質(zhì)量評定與驗收規(guī)程》的相關(guān)規(guī)定，堤防填土的壓實度（干密度）為一項重要質(zhì)量評定指標。目前，常用的堤防填土的干密度檢測方法，主要通過灌砂法、環(huán)刀法取樣進行室內(nèi)試驗，求得土樣含水率并計算出填土干密度，根據(jù)測得的干密度值與設(shè)計干密度進行對比，判斷堤身土填筑質(zhì)量。上述方法存在測試過程多、時間較長、測試點間距較大等問題。

根據(jù)水利部科技推廣計劃，中水淮河規(guī)劃設(shè)計研究有限公司，引進日本 SRE株式會社生產(chǎn)的 RI型貫入式堤防勘測設(shè)備，該設(shè)備主要包括：密度測量單元SRD-1dCP密度計探頭（銫-137、3.7MBq）、含水量測量單元 SRM-1dP含水量探頭（锎-252、1.11MBq）和孔壓靜力觸探儀及數(shù)據(jù)記錄儀器。在保證輻射劑量對人體絕對安全的前提下，通過機械加壓裝置，將含有 ? 射線和中子射線源的探頭貫入土中，實現(xiàn)錐尖阻力（qc）、側(cè)壁摩阻力（fs）、孔隙水壓力（u）、水分、密度等五個參數(shù)的快速同步測量，測得不同深度土體干密度等參數(shù)。為了探討該設(shè)備用于填土質(zhì)量檢測的應(yīng)用效果，本次進行施工現(xiàn)場分層取樣試驗與應(yīng)用 RI型貫入儀測定填土干密度的對比試驗。

2 現(xiàn)場試驗

2.1 施工現(xiàn)場概況

在淮河干流淮北大堤某穿堤建筑物開挖回填段，按設(shè)計要求對堤身進行開挖，穿堤涵洞澆筑完成后，按一級堤防設(shè)計要求進行回填。填筑土料以中、輕粉質(zhì)壤土為主，設(shè)計填筑干密度為1.55g/cm3，填土高度約13m，其中涵洞兩側(cè)填土厚約 3m，以人工和蛙夯碾壓施工為主；涵洞頂以上填土厚約10m，以機械施工碾壓為主。施工中，在涵洞兩側(cè)布置了填筑干密度試驗工作（分層碾壓，每層厚度為 25cm，每層采取原狀土樣進行室內(nèi)土工試驗，取樣位置編號土1、土2）。

2.2 試驗情況

現(xiàn)場填筑施工完成后，在涵洞兩側(cè)采樣試驗位置附近進行 RI型貫入儀對比測試試驗。試驗采用國產(chǎn) WSY15-A型靜探車和地錨作為貫入試驗加壓設(shè)備，采用日本 SRE株式會社提供的SRE-3Ei t、SRM-1dCP探頭和數(shù)據(jù)采集記錄儀進行測試和記錄，每 10cm記錄一次數(shù)據(jù)（包括濕密度、含水量等參數(shù)），RI型貫入儀測試位置與現(xiàn)場施工取樣試驗位置相近（對應(yīng)土1、土2位置為 R1、R2孔）?，F(xiàn)場測試試驗和取樣試驗對比曲線見圖1、圖2。

圖1 土1/R1孔干密度對比圖圖

圖2 土2/R2孔干密度對比圖

3 試驗數(shù)據(jù)分析

3.1 試驗數(shù)據(jù)分布檢驗

根據(jù)現(xiàn)場施工和試驗情況，涵洞洞頂以上的機械施工碾壓部分為第1區(qū)，涵洞洞身兩側(cè)的人工加蛙夯施工碾壓部分為第2區(qū)。土1取樣點和R1貫入孔為第1組（涵洞東側(cè)），土2取樣點和R2貫入孔為第2組（涵洞西側(cè)），涵洞西側(cè)（第2組）填筑土料變化較大，剔除試驗異常值后，采用矩法（動差法）對各填土分組、分區(qū)測試，試驗數(shù)據(jù)總體分布狀態(tài)分析結(jié)果見表1。

設(shè)置信水平α=0.05，查標準正態(tài)分布函數(shù)表，得 uα/2=1.96，從表 1可知，除第 1區(qū)第 2組外，其它各區(qū)組u1、u2均小于1.96，故認為測試數(shù)據(jù)總體服從正態(tài)分布。

3.2 試驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計

根據(jù)數(shù)理統(tǒng)計的相關(guān)公式，將研究區(qū)填土分組、分區(qū)測試試驗統(tǒng)計結(jié)果列于表2。

從圖 1、圖 2可看出，使用 RI貫入儀測試結(jié)果和現(xiàn)場鉆孔取樣室內(nèi)試驗所得結(jié)果基本相近，由于涵洞西側(cè)（第2組）填筑土料不均，導(dǎo)致測試數(shù)據(jù)起伏明顯。從表1中可以看出，填土干密度基本滿足設(shè)計要求，測試數(shù)據(jù)變異系數(shù)較??；第一區(qū)機械施工碾壓均勻性較好，第二區(qū)涵洞兩側(cè)填土壓實存在一定差異，特別是涵洞西側(cè)填土干密度變化較大，壓實度偏低。

3.3 兩種試驗數(shù)據(jù)總體均值檢驗

為檢驗 RI貫入儀測試結(jié)果和現(xiàn)場鉆孔取樣室內(nèi)試驗所得結(jié)果總體均值是否相等，采用 U=（X-Y）/SQRT（/n1+/n2），其中，X、Y為兩正態(tài)樣本的均值，、n1、、n2分別為對比樣本的均方差和組數(shù)，計算結(jié)果見表3。

表1 各填土分組、分區(qū)干密度測試值總體分布狀態(tài)分析結(jié)果

表2 填土層干密度測試成果對比表

表3 總體均值的假設(shè)檢驗計算結(jié)果

設(shè)置信水平α=0.05，查標準正態(tài)分布函數(shù)表，得 uα/2=1.96，從上表可知，除第 1區(qū)第 2組外，其它各區(qū)組u1、u2均小于1.96，故認用為RI貫入儀測試結(jié)果和現(xiàn)場鉆孔取樣再室內(nèi)試驗所得結(jié)果總體均值是相等的。

綜上所述，應(yīng)用 RI貫入儀方法測出的填土層干密度稍低于人工取樣試驗值（與現(xiàn)場鍾擊取樣方法有關(guān)），絕對偏差小于0.03g/cm3，相對偏差一般小于 2%，試驗結(jié)果符合性較好。使用 RI貫入儀可自上而下連續(xù)獲取填土層的干密度指標，比分層取樣法能更全面反映堤身填土的壓實狀況，且測試速度快、效果好。

4 結(jié)論與建議

（1）應(yīng)用RI貫入儀方法測出的填土層干密度稍低于人工取樣試驗值（與現(xiàn)場鍾擊取樣方法有關(guān)），絕對偏差小于0.03g/cm3，相對偏差一般小于2%，試驗結(jié)果符合性較好，且通過RI貫入儀可自上而下連續(xù)取得土層測試數(shù)據(jù)，能夠詳細反映沿填土深度的填土層干密度變化情況，提高測試和評價精度。

（2）使用RI型貫入儀可以快速獲得堤防填土干密度，與常規(guī)取樣試驗方法相比，其優(yōu)點為使用較方便，能迅速取得原位測試值，減少取樣及運輸、試驗過程中擾動、失水等影響，提高測試試驗數(shù)據(jù)可靠性。

（3）在堤身填土土質(zhì)復(fù)雜多變情況下，測試數(shù)據(jù)將出現(xiàn)較大波動。建議在進一步積累使用經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，將 RI型貫入儀列為填土質(zhì)量檢測方法之一。

1 SL237—1999土工程試驗規(guī)程. 中國水利水電出版社.

2 SL275—2001核子水分—密度儀現(xiàn)場測試規(guī)程. 中國水利水電出版社.

3 金光炎等. 工程數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析. 東南大學(xué)出版社，2002.

4、黃振平著. 水文統(tǒng)計學(xué). 河海大學(xué)出版社，2003.