王 冰

（山西省水利水電科學(xué)研究院，山西 太原 030002）

0 引言

自密實堆石混凝土（以下簡稱“堆石混凝土”）是采用初步篩選的塊石直接入倉，然后澆筑自密實混凝土，利用自密實混凝土的高流動性能，使其填充到堆石的空隙中，形成完整、密實、有較高強度的混凝土砌石體。由此可見，堆石混凝土的密實性直接影響施工主體的質(zhì)量，是檢測其質(zhì)量的重要指標(biāo)之一。以下就圍灘水電站使用MC-3型核子濕度密度儀檢測堆石混凝土密實性做簡要介紹和可行性分析。

1 核子密度儀工作原理

核子密度儀內(nèi)部有一個含銫137γ源和镅241-鈹中子源的復(fù)合源。其中γ源用于測量密度，中子源用于測量含水量。

1.1 密度測量原理

銫137γ源釋放出γ射線進入被測材料中與物質(zhì)原子的外圍電子發(fā)生碰撞而產(chǎn)生康普頓散射，散射后的γ射線能量減少，方向發(fā)生改變。物質(zhì)的密度越大，康普頓散射的γ射線越多，于是通過測量散射后的γ射線數(shù)量，即可判斷被測物質(zhì)的密度。

1.2 含水量測量原理

由镅241-鈹中子源產(chǎn)生的快中子射入被測材料中，與料層內(nèi)物質(zhì)發(fā)生碰撞、散射、減速、擴散，使快中子變成熱中子，并被探測器探測。上述過程主要是由物質(zhì)中的含氫量決定，而氫主要存在于水中，若被測材料含水量大，熱中子數(shù)就多，反之就少。因此熱中子數(shù)的多少即可反映含水量的大小。

2 核子密度儀檢測方法

對于各種土壤和沒有凝固的水泥混凝土材料，通常采用透射法。該方法是在被檢測材料中用鋼釬鉆一個垂直的檢測孔，然后將儀器的探測桿伸入到被檢測材料中，在各個深度上檢測材料的密度和濕度。

圍灘水電站的堆石混凝土檢測采用透射法。澆筑堆石混凝土?xí)r先將一根6 cm孔徑的PVC管插入測點，混凝土初凝期間，平整預(yù)埋孔周圍，這樣，堆石混凝土終凝后，核子密度儀在檢測時能保證儀器處于平面工作，并保證儀器的探測桿和儀器垂直。

3 堆石混凝土密實度測定

運用核子儀自帶的標(biāo)準(zhǔn)塊來檢測儀器并使其處于工作狀態(tài)。在施工現(xiàn)場選擇預(yù)埋孔的測點之前將核子密度儀與灌水法測得的結(jié)果進行比較，求出兩種不同方法測定的密度的相關(guān)關(guān)系及兩種方法間的偏差系數(shù)。

3.1 偏差系數(shù)

偏差系數(shù)分別采用下列公式計算：

濕密度偏差=灌水法測定的濕密度-核子密度儀測定的濕密度；

絕對含水量=濕密度-干密度；

絕對含水量偏差=灌水法測定的絕對含水量-核子密度儀測定的絕對含水量。

3.2 結(jié)果分析

以壩高15.2 m、樁號0+039.90位置舉例說明：

試坑容重檢測結(jié)果能夠直觀快速地判定堆石混凝土的質(zhì)量，其檢測標(biāo)準(zhǔn)為堆石混凝土干密度大于2 350 kg/m3，該密度即為設(shè)計參數(shù)。由堆石混凝土試坑外觀可知，其內(nèi)部密實、混凝土與塊石黏結(jié)良好。表2給出了堆石混凝土的試坑檢測數(shù)據(jù)。由表1和表2可知，堆石混凝土的干密度能夠滿足設(shè)計要求。

表1 MC-3型核子濕度密度儀測試結(jié)果

表2 堆石混凝土試坑容重檢測數(shù)據(jù)

由表1和表2可知：濕密度偏差=2 650 kg/m3－2 570 kg/m3=80 kg/m3；核子密度儀測定的絕對含水量=2 570 kg/m3－2 449 kg/m3=121 kg/m3；灌水法測定的絕對含水量=2 650 kg/m3－2 506 kg/m3=144 kg/m3；絕對含水量偏差=144 kg/m3－121 kg/m3=23 kg/m3。

3.3 測定結(jié)果評價

第一，MC-3型核子濕度密度儀的探測棒最大探測深度是30 cm。堆石混凝土澆筑時，底部有大塊巖石，在埋置預(yù)測孔時，PVC管無法插入巖石，周圍基本全是堆石混凝土，所測數(shù)據(jù)只能反應(yīng)表層30 cm情況；而挖坑灌水法所測深度達到60 cm，直徑1 m，所測數(shù)據(jù)更具代表性。第二，MC-3型核子濕度密度儀在布置預(yù)留孔時盡可能靠近巖石密集的地方，且盡可能多地布點。根據(jù)測量數(shù)據(jù)可知，測點距巖石越近測量密度越大。在測量過程中基本可以反映出各點的真實情況。如果配料缺少外加劑，混凝土?xí)霈F(xiàn)干裂等情況，檢測數(shù)值會偏低。

4 儀器使用注意事項

第一，堆石混凝土變化大，巖石分布不均勻，被測結(jié)構(gòu)層厚度、材料有變化時需采用灌水法對核子密度儀校正標(biāo)定。第二，在進行核子密度儀標(biāo)定時，要求灌水法所挖試坑深度嚴(yán)格符合標(biāo)準(zhǔn)。第三，利用核子密度儀抽檢堆石混凝土的密實度時，現(xiàn)場情況要與利用灌水法校正核子密度儀時施工現(xiàn)場情況基本相同。第四，MC-3型核子濕度密度儀有放射性，在操作和存放時要注意放射性防護。如操作時應(yīng)離儀器3 m，待工作完成后再讀數(shù)；存放儀器時，離住房盡量遠(yuǎn)一些。只要核子密度儀通過有關(guān)部門的放射性檢查，并且操作得當(dāng)，其使用是安全的。第五，核子密度儀與灌水法配合使用，能收到較好的效果。第六，由于該儀器是表面式核子密度儀，需將被測地面仔細(xì)整平。此外，地表面過濕將影響含水量測定結(jié)果。

5 結(jié)語

堆石混凝土大壩的密實度是工程關(guān)鍵點之一，密實度的好壞關(guān)系到整個大壩質(zhì)量的優(yōu)劣。要控制好大壩的工程質(zhì)量，除控制好堆石混凝土的質(zhì)量外，主要是密實情況。要了解密實情況，主要是抽檢堆石混凝土的密實度，抽檢密實度可以利用核子密度儀進行，只要做好核子密度儀與灌水法的校正標(biāo)定工作，利用核子密度儀抽檢密實度方法是可行的。