СССР
Государственный стандарт от 01 сентября 1990 года № ГОСТ 23061-90
Грунты. Методы радиоизотопных измерений плотности и влажности
- Утвержден
- Государственным комитетом СССР по делам строительства
11 июня 1990 года - Разработан
- Научно-исследовательским институтом оснований и подземных сооружений имени Н. М. Герсеванова
01 сентября 1990 года
-
Дата введения 01.09.90
Настоящий стандарт распространяется на песчаные, глинистые, крупнообломочные, скальные грунты и устанавливает методы радиоизотопных измерений плотности и влажности при исследовании их свойств.
Стандарт не распространяется на крупнообломочные валунные грунты, а также грунты, в которых содержание фракций размером более 100 мм превышает 20 %, фосфоритосодержащие грунты с содержанием фосфоритов более 20 %.
Пояснения к терминам, используемым в настоящем стандарте, приведены в приложении 1.
1.ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
1.1.Методы радиоизотопных измерений плотности и влажности грунтов основаны на использовании закономерностей взаимодействия гамма- и нейтронного излучений с электронами и ядрами атомов вещества среды (грунта).
1.2.Метод радиоизотопного измерения плотности грунтов основан на зависимости между плотностью контролируемого грунта и характеристиками ослабления и рассеяния измеряемого потока энергии гамма-излучения.
1.3.Плотность грунта следует измерять путем детектирования и регистрации плотности потока:
рассеянного первичного гамма-излучения (метод альбедо);
ослабленного первичного гамма-излучения (метод абсорбции);
рассеянного и ослабленного первичного гамма-излучения (альбедно-абсорбционный метод).
1.4.Метод альбедо заключается в детектировании и регистрации плотности потока гамма-квантов, рассеянных на электронах атомов вещества при взаимодействии потока энергии первичного гамма-излучения источника ионизирующего излучения с материалом грунта.
1.5.Метод абсорбции заключается в детектировании и регистрации плотности потока гамма-квантов, прошедших через слой материала между радиоактивным источником и детектором гамма-излучения.
1.6.Альбедо-абсорбционный метод заключается в детектировании и регистрации плотности потока гамма-квантов, рассеянных в объеме грунта и прошедших через слой между источником ионизирующего излучения и детектором гамма-излучения.
1.7.Метод нейтронного измерения влажности основан на зависимости между водосодержанием грунта и плотностью потока замедленных нейтронов в процессе их рассеяния на ядрах атомов водорода. Этим методом измеряют влажность грунта в исследуемом объеме между источником нейтронов и измерительным преобразователем.
1.8.Плотность грунта r следует измерять радиоизотопным плотномером или определять по зарегистрированной плотности потока гамма-излучения с помощью градуировочного графика радиоизотопного плотномера или по специальной формуле.
1.9.Влажность грунта следует измерять нейтронным влагомером или определять по зарегистрированной плотности потока замедленных нейтронов с помощью градуировочного графика нейтронного влагомера или по специальным формулам.
2.СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЯ
2.1.Для измерения плотности грунта применяют радиоизотопные переносные или возимые плотномеры по ГОСТ 25932.
2.2.Для измерения влажности грунта применяют нейтронные переносные или возимые влагомеры по ГОСТ 19611, ГОСТ 21196.
2.3.Для одновременного измерения плотности и влажности грунта применяют переносные влагоплотномеры по ГОСТ 25932.
2.4.Радиоизотопные плотномеры и влагоплотномеры должны обеспечивать возможность измерения плотности грунта от (0,8 ± 0,2) г/см3 до (2,3 ± 0,2) г/см3, от (800 ± 200) кг/м3 до (2300 ± 200) кг/м3.
Для измерения плотности торфа, заторфованных и других рыхлых грунтов допускается применять радиоизотопные плотномеры с нижним пределом измерений плотности менее 0,8 г/см3 (800 кг/м3) и верхним пределом измерений плотности ниже 2,3 г/см3 (2300 кг/м3).
2.5.При измерении плотности грунта методом альбедо применяют следующие схемы измерений (черт. 1):
глубинную - измерительный преобразователь с источником ионизирующего излучения помещают в скважину по ее центру на глубину более 400 мм для измерения плотности в радиусе до 100 - 250 мм;
поверхностную - измерительный преобразователь и источник ионизирующего излучения помещают на поверхности грунта для измерения плотности грунта в слое толщиной до 120 мм;
поверхностно-глубинную - измерительный преобразователь и источник ионизирующего излучения прижимают к боковой поверхности скважины или обсадной трубы для измерения плотности грунта в слое толщиной до 120 мм.
Схемы измерений радиоизотопными плотномерами методом альбедо
1 - измерительный преобразователь; 2 - детектор; 3 - защитный экран; 4 - радиоизотопный источник; 5 - измерительный прибор; 6 - прижимное устройство
Черт. 1
2.6.При измерении плотности грунта абсорбционным методом применяют схему измерений с расположением источника ионизирующего излучения в одной скважине, а измерительного преобразователя - в другой (черт. 2а) с расстоянием между источником ионизирующего излучения и детектором преобразователя, фиксированным с погрешностью не более ± 0,5 %. Для послойного измерения плотности в объеме грунта между скважинами источник ионизирующего излучения и измерительный преобразователь могут быть размещены в жесткой конструкции (черт. 2б), погружаемой в грунт.
2.7.При измерении плотности грунта альбедо-абсорбционным методом применяют схему измерений (черт. 2в), при которой источник ионизирующего излучения погружают в грунт, а измерительный преобразователь помещают на поверхности грунта - для измерения средней плотности грунта в слое между источником ионизирующего излучения и измерительным преобразователем.
2.8.Нейтронные влагомеры и радиоизотопные влагоплотномеры должны обеспечивать возможность измерения объемной влажности в пределах от 2 до 100 % при глубинных измерениях и от 2 до (40 ± 10) % - в остальных случаях.
Схемы измерений радиоизотопными плотномерами
1 - измерительный преобразователь; 2 - детектор; 3 - радиоизотопный (нуклид) источник; 4 - измерительный прибор
Черт. 2
2.9.При измерениях влажности грунта нейтронным методом применяют следующие схемы измерений (черт. 3):
глубинную (скважинную) - измерительный преобразователь с источником нейтронов помещают в скважину по ее центру для измерения влажности грунта в радиусе вокруг измерительного преобразователя от 200 до 250 мм при объемной влажности (Wоб) 40 - 45 % и в радиусе до 450 мм при Wоб £ 5 %;
поверхностную - измерительный преобразователь и источник нейтронов помещают на поверхности грунта для измерения влажности грунта в слое толщиной до 150 мм под измерительным преобразователем;
поверхностно-глубинную - измерительный преобразователь и источник нейтронов прижимают к боковой поверхности скважины или обсадной трубы для измерения влажности в слое толщиной до 150 мм под измерительным преобразователем;
комбинированную - измерительный преобразователь помещают на поверхности грунта, а источник нейтронов в грунте - для измерения влажности грунта в слое между источником нейтронов и измерительным преобразователем.
2.10.При одновременном измерении плотности и влажности грунта радиоизотопными влагоплотномерами применяют следующие схемы измерений (черт. 4):
глубинную (скважинную) - измерительный преобразователь, содержащий детектор (детекторы) для одновременной или раздельной регистрации плотности потока гамма-излучения и замедленных нейтронов и источники гамма-излучения и медленных нейтронов, помещают в скважину по ее центру для измерения плотности грунта по п. 2.5 и влажности по п. 2.9;
поверхностную - измерительный преобразователь устанавливается на поверхности грунта для измерения плотности и влажности грунта в слое толщиной до 150 - 200 мм под измерительным преобразователем;
поверхностно-глубинную - измерительный преобразователь прижимают к боковой поверхности скважины или обсадной трубы для измерения плотности в слое толщиной до 120 мм и влажности грунта в слое толщиной до 150 мм под измерительным преобразователем;
комбинированную - измерительный преобразователь помещают на поверхности грунта, а источники нейтронов и гамма-излучения погружают поочередно в грунт для измерения плотности и влажности грунта в слое между измерительным преобразователем и источником ионизирующего излучения.
Схемы измерений нейтронными влагомерами
1 - измерительный преобразователь; 2 - детектор; 3 - источник нейтронов; 4 - измерительный прибор; 5 - прижимное устройство
Черт. 3
Схемы измерений радиоизотопными влагоплотномерами
1 - измерительный преобразователь; 2 - источник гамма-излучения; 3 - экран; 4 - источник нейтронов; 5 - детектор гамма-излучения и нейтронов; 6 - измерительный прибор; 7 - детектор гамма-излучения; 8 - детектор нейтронов
Черт. 4
2.11.При глубинных (скважинных) измерениях плотности, влажности в необсаженных скважинах или скважинах с переменным диаметром обсадных труб следует применять индикаторы диаметра (каверномеры и диаметромеры) в составе измерительного преобразователя плотномера, влагомера или влагоплотномера, или в виде отдельных преобразователей. Индикаторы диаметра (каверномеры или диаметромеры) должны обеспечивать возможность измерения диаметра скважин до 90+5 мм с погрешностью не более ± 2 мм при доверительной вероятности 0,95.
2.12.При глубинных измерениях плотности (влажности) в процессе зондирования (пенетрации) следует учитывать требования ГОСТ 25260.
2.13.При поверхностно-глубинных измерениях плотности, влажности в скважинах следует применять прижимные устройства, обеспечивающие надежный контакт измерительного преобразователя со стенкой скважины (обсадной трубы), а также экранирующие устройства в составе измерительного преобразователя, обеспечивающие снижение влияния излучений, рассеянных от стенок скважины (трубы), до постоянных значений.
3.ПОДГОТОВКА И ПРОВЕДЕНИЕ ИЗМЕРЕНИЙ
3.1.Для глубинных (скважинных) измерений плотности и (или) влажности следует пробурить скважину и (или) погрузить трубу. Скважина должна иметь диаметр не более 90 мм и не должна быть заполнена водой. При соединении отрезков труб не допускается применять муфтовые или ниппельные соединения.
Отклонение диаметра скважины от принятого при градуировке прибора не должно быть более 2 мм при измерении плотности и не более 5 мм при измерении влажности. Отклонения толщины стенки от принятого при градуировке для стальных и титановых труб не должны быть более 0,5 мм для дюралевых и керамических труб - не более 1 мм. Трубы, погружаемые в грунт, должны иметь диаметр не более 90 мм, в том числе стальные и титановые со стенкой толщиной не более 6 мм, дюралевые и керамические со стенкой толщиной не более 10 мм. Трубы и их стыки должны быть водонепроницаемыми.
При погружении обсадных труб в скважины труба должна входить в скважину.
При измерениях следует применять обсадные трубы, материал и толщина стенки которых не отличаются от принятых при градуировке приборов. Рекомендуемые типоразмеры обсадных труб приведены в приложении 6.
3.2.При поверхностно-глубинных измерениях в скважинах (обсадных трубах) плотности или влажности диаметр скважины (трубы) должен быть не более 146 мм. Скважины (трубы) не должны быть заполнены водой.
При измерении плотности грунта методами альбедо и альбедо-абсорбционным, а также при поверхностных и комбинированных измерениях влажности измерительный преобразователь, содержащий источник гамма-излучения или замедленных нейтронов, следует устанавливать на расчищенную и выровненную поверхность грунта. Опорная плоскость измерительного преобразователя должна быть плотно прижата (без зазора) к поверхности грунта.
При измерении плотности альбедо-абсорбционным методом и влажности по комбинированной схеме блок источника ионизирующего излучения помещают (внедряют) в грунт на глубину, фиксируемую с погрешностью не более ± 0,5 мм. Расстояние между измерительным преобразователем плотномера (влагомера) от стенок сооружения или выработки должно быть более 500 мм.
3.3.Градуировку и метрологическую аттестацию радиоизотопных плотномеров, влагомеров и влагоплотномеров проводят в заводских или лабораторных условиях по образцовым мерам (стандартным образцам) плотности и влажности, метрологически аттестованными в установленном порядке, а в полевых условиях - в соответствии с приложением 2.
3.4.При измерениях по глубинной (скважинной) схеме измерений преобразователь плотномера (влагомера, влагоплотномера) помещают в скважину на заданную глубину св. 0,4 м, центрируют по оси скважины и производят отсчеты по табло прибора.
В необсаженной скважине или скважине, обсаженной трубами переменного диаметра, измеряют диаметр на глубине, совпадающей с точкой отсчета радиоизотопного плотномера и нейтронного влагомера, с погрешностью не более ± 10 мм.
3.5.Метрологическую аттестацию радиоизотопных плотномеров, влагомеров и влагоплотномеров как средств измерений осуществляют в соответствии с требованиями ГОСТ 8.009.
Поверку радиоизотопных плотномеров выполняют по соответствующей методической инструкции, а нейтронных влагомеров по ГОСТ 8.442. Периодичность поверки определяют типом применяемого прибора.
3.6.Относительная основная погрешность плотномеров при измерении плотности грунта (в процентах) должна быть не более ± 3 % при доверительной вероятности 0,95.
3.7.Абсолютная основная погрешность влагомеров при измерении объемной влажности грунта (в процентах) должна быть не более ± 3 % при доверительной вероятности 0,95.
4.ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ
4.1.Плотность грунта определяют по градуировочной зависимости радиоизотопного плотномера (влагоплотномера), выраженной в виде графика, таблицы или формулы для принятых условий измерений.
Виды графиков градуировочных зависимостей приведены в приложениях 7 и 8.
Объемную влажность грунта (Wоб) определяют по градуировочной зависимости нейтронного влагомера (радиоизотопного влагоплотномера), построенной с учетом влияния плотности сухого грунта rd.
Методика градуировки радиоизотопного плотномера, нейтронного влагомера, радиоизотопного влагоплотномера приведена в приложении 2.
4.2.При измерении объемной влажности грунтов, содержащих растительные остатки в количестве, превышающем 5 % по массе при определении Wоб по п. 4.1, следует вводить поправку (Wоб.испр), рассчитываемую по формуле
, (1)где Wоб.изм - измеренная объемная влажность грунта, %;
Форг - среднее содержание по массе органического вещества, определяемое по ГОСТ 23740, % вес.;
m - коэффициент, принимаемый равным 5 × 10-4;
rd - плотность сухого грунта, г/см3.
4.3.Результаты измерения плотности и объемной влажности грунта фиксируют в журнале измерений, форма которого указана в приложении 10.
4.4.По результатам измерения плотности и объемной влажности (Wоб, %) вычисляют плотность сухого грунта, rd, г/см3, по формуле
, (2)где rв - плотность воды, равная 1,0 г/см3.
Влажность грунта по массе W в процентах определяют по формуле
. (3)Результаты вычисления W и rd фиксируют в журнале измерений.
4.5.К журналу измерений прилагают схему расположения пунктов измерения или скважин.
5.ТРЕБОВАНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ
При проведении измерений радиоизотопными плотномерами, нейтронными влагомерами, радиоизотопными влагоплотномерами должны соблюдаться «Основные санитарные правила работы с радиоактивными веществами и другими источниками ионизирующих излучений» (ОСН 72/87), утвержденные Минздравом СССР, Нормы радиационной безопасности (НРБ 76/87), «Правила безопасности при транспортировании радиоактивных веществ» (ПБТРВ-73), «Инструкция по эксплуатации приборов».