采用HILF法控制現(xiàn)場(chǎng)粘土壓實(shí)度時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題

范 正 春， 施 東 松， 李 四 春

(中國(guó)水利水電第十工程局有限公司， 四川 都江堰 611830)

采用HILF法控制現(xiàn)場(chǎng)粘土壓實(shí)度時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題

范 正 春， 施 東 松， 李 四 春

(中國(guó)水利水電第十工程局有限公司， 四川 都江堰 611830)

介紹了采用HILF法控制現(xiàn)場(chǎng)粘土壓實(shí)度試驗(yàn)過(guò)程中應(yīng)注意的幾個(gè)細(xì)節(jié)問(wèn)題，同時(shí)也是容易疏忽的環(huán)節(jié)。注意這些小環(huán)節(jié)，試驗(yàn)結(jié)果就會(huì)更加準(zhǔn)確。

HILF法；控制；壓實(shí)度；細(xì)節(jié)

1 工程概況

旬陽(yáng)水電站位于陜西旬陽(yáng)縣城南約2 km處，為漢江上游陜西境段干流規(guī)劃中的第五個(gè)梯級(jí)水電站，距上游安康水電站約57 km，下距蜀河水電站、丹江口水電站分別為55 km和255 km。旬陽(yáng)水電站的開(kāi)發(fā)任務(wù)為以發(fā)電為主，兼顧航運(yùn)并促進(jìn)地方經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展。

旬陽(yáng)水電站的施工導(dǎo)流采取兩期導(dǎo)流方式：一期上、下游全年圍堰均采用土石圍堰，堰頂高程分別為239 m、236 m，圍堰軸線長(zhǎng)度分別為249 m、240 m，堰頂寬度為10 m，最大堰高分別為41 m、37 m，迎水側(cè)坡比均為1∶2，背水側(cè)坡比均為1∶1.7。一期上、下游全年圍堰采用粘土心墻防滲，心墻頂寬2 m，兩側(cè)坡比均為1∶0.2，心墻上、下游兩側(cè)為石渣料區(qū)，石渣料外側(cè)為砂礫石料。一期上、下游全年圍堰填筑總量約為75.19萬(wàn)m3。

2 粘土心墻的顆粒級(jí)配要求及壓實(shí)要求

粘土心墻料顆粒級(jí)配組成情況見(jiàn)表1 。

粘土料的填筑層厚控制為25～30 cm，凸塊振動(dòng)碾振動(dòng)碾壓8遍，碾壓后現(xiàn)場(chǎng)壓實(shí)度不小于96%，-2%≤Wo-Wopt≤2% ( 注：Wo為現(xiàn)場(chǎng)含水率；Wopt為最優(yōu)含水率)。

3 HILF法控制壓實(shí)度的試驗(yàn)原理

HILF試驗(yàn)法又稱(chēng)現(xiàn)場(chǎng)快速控制法，用此法進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)時(shí)，不需要測(cè)定現(xiàn)場(chǎng)土樣的含水率，僅在用環(huán)刀測(cè)定其密度后，通過(guò)加水或減水將測(cè)壓實(shí)度試驗(yàn)的土樣作三個(gè)含水率的擊實(shí)試驗(yàn)，測(cè)定三個(gè)擊實(shí)濕密度，直到找到最大的濕密度為止，即可以確定填土的壓實(shí)度(D),最優(yōu)含水率(Wopt)與填土含水率(Wo)的差值(Wf)。該方法的優(yōu)點(diǎn)是適應(yīng)了因填筑土料的材料變化而最大密度和最優(yōu)含水率隨之變化，避免了傳統(tǒng)的普氏擊實(shí)法一個(gè)固定的最大干密度和最優(yōu)含水率的定值。當(dāng)填筑材料的品質(zhì)低于標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)試驗(yàn)時(shí)的土樣品質(zhì)時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)無(wú)論如何壓實(shí)都很難達(dá)到所要求的壓實(shí)度；而當(dāng)填筑材料的品質(zhì)高于做標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)試驗(yàn)時(shí)的土樣品質(zhì)時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)未進(jìn)行壓實(shí)都已經(jīng)達(dá)到要求的壓實(shí)度。對(duì)于填筑料不穩(wěn)定、變化較大的粘性土或礫質(zhì)土宜用該法控制壓實(shí)度。

表1 粘土心墻料顆粒級(jí)配組成

4 采用HILF法控制壓實(shí)度試驗(yàn)過(guò)程中應(yīng)注意的幾個(gè)細(xì)節(jié)

任何一種試驗(yàn)方法都含有很多細(xì)節(jié)，其既是容易疏忽的細(xì)節(jié)，同時(shí)也是影響試驗(yàn)結(jié)果是否準(zhǔn)確的關(guān)鍵細(xì)節(jié)。因此，在采用HILF法控制壓實(shí)度試驗(yàn)過(guò)程中應(yīng)注意以下幾個(gè)細(xì)節(jié)。

4.1 取土樣器具的標(biāo)準(zhǔn)化

在取土樣時(shí)，除取樣的規(guī)范化外，其取土樣器具的標(biāo)準(zhǔn)化也相當(dāng)重要。我們?cè)谔钪^(guò)程中加工了一套很合理、標(biāo)準(zhǔn)的取樣器具(圖1)。所采用的環(huán)刀內(nèi)徑為100 mm，外徑為106 mm，高度為100 mm。環(huán)刀帽為φ106×25 mm，內(nèi)側(cè)有10 mm的凈空，環(huán)刀帽的圓心有一個(gè)向內(nèi)凹的U形凹。取土樣筒由一個(gè)內(nèi)徑為110 mm、外徑為230 mm的圓盤(pán)和內(nèi)徑為110 mm，外徑為106 mm，高度為135 mm的圓筒組成(圖2)。取樣器的擊實(shí)部分由擊實(shí)桿與擊實(shí)錘組成。由于環(huán)刀帽向內(nèi)凹的U形受力點(diǎn)位于環(huán)刀帽的圓心，從而決定了整個(gè)環(huán)刀的受力是均勻的。取樣筒的內(nèi)徑與環(huán)刀的外徑只有4 mm的間距，從而決定了環(huán)刀在均勻受力的情況下只能向下傳遞而不可能左右晃動(dòng)影響土樣受剪的準(zhǔn)確性。環(huán)刀帽的內(nèi)側(cè)留有10 mm的凈空就是為了保證取出來(lái)的土樣能夠適當(dāng)?shù)某霏h(huán)刀5～10 mm，在削環(huán)刀的時(shí)候即可以削除環(huán)刀土樣表面受擾動(dòng)的部分，從而做到環(huán)刀的土樣能夠真正反映填筑的實(shí)際情況。由于取樣器具的合理標(biāo)準(zhǔn)化，保證了取出來(lái)的土樣能準(zhǔn)確地反映出現(xiàn)場(chǎng)填筑的實(shí)際情況。

圖1 粘土取樣器

圖2 取樣環(huán)刀和擊實(shí)錘

4.2 對(duì)土樣的保護(hù)與及時(shí)試驗(yàn)

由于陜西漢江旬陽(yáng)水電站工程所處的地理位置，其夏季最高氣溫達(dá)40 ℃。在如此高的氣溫環(huán)境條件下，所取土樣的水分很容易蒸發(fā)散失而影響到土樣的完整性。為了保證土樣的完整性，用塑料袋將所取的環(huán)刀土樣與進(jìn)行HILF試驗(yàn)的土樣及時(shí)進(jìn)行密封、及時(shí)送至試驗(yàn)室進(jìn)行試驗(yàn)。

4.3 對(duì)土樣的加水和減水方法進(jìn)行合理的運(yùn)用

在確保了土樣的均勻性和完整性后，加水與減水后土樣的均勻性也是很重要的，減水和加水后的土樣是否均勻?qū)⒅苯佑绊懙秸麄€(gè)試驗(yàn)的結(jié)果。我們?cè)谝晾仕锔晒こ添?xiàng)目前期試驗(yàn)性試驗(yàn)中找到了合理的處理方法。對(duì)土樣的加水：首先將稱(chēng)量完畢的土樣用不吸水的三角刀快速切碎，然后用不吸水、帶手柄的推板快速將土樣揉推均勻，同時(shí)將采用高精度稱(chēng)量完畢的水均勻地加入揉推至均勻的土樣中，最后用推板快速、用力、均勻地揉推即可。對(duì)土樣的減水：首先將稱(chēng)量完畢的土樣用不吸水的三角刀快速切碎，然后用不吸水、帶手柄的推板快速將土樣揉推均勻(盡可能用大功率、小風(fēng)率的電吹風(fēng)距土樣30 cm高的距離進(jìn)行減水，因?yàn)榇蠊β?、大風(fēng)率的電吹風(fēng)容易將土樣中的細(xì)小顆粒吹走而影響減水的真實(shí)性，吹風(fēng)距土樣的距離太遠(yuǎn)，達(dá)不到減水的目的；太近，同樣容易把土樣中的細(xì)小顆粒吹走而達(dá)不到準(zhǔn)確的減水效果)。減水時(shí)，電吹風(fēng)的位置要時(shí)常變化并用三角刀時(shí)常翻動(dòng)土樣以達(dá)到減水后的土樣是均勻的目的。當(dāng)然，加水和減水的試驗(yàn)過(guò)程都要在一個(gè)適宜的溫度和濕度環(huán)境里進(jìn)行。

4.4 HILF法試驗(yàn)過(guò)程中每層加土的均勻性以及正確的擊實(shí)方法

在采用HILF法控制壓實(shí)度的擊實(shí)試驗(yàn)過(guò)程中，每層加土的均勻性是很關(guān)鍵的一環(huán)，其將直接影響整個(gè)試驗(yàn)的準(zhǔn)確與否。如果每一層的加土量不同，那么就會(huì)出現(xiàn)每一層的擊實(shí)功率不一樣，就會(huì)出現(xiàn)最終得出的濕容重值不準(zhǔn)確，這個(gè)點(diǎn)的結(jié)果不準(zhǔn)確就會(huì)影響下一步的試驗(yàn)方向。例如：原狀土的HILF試驗(yàn)結(jié)果出來(lái)后，加水(或減水)的點(diǎn)如果出現(xiàn)加土不均勻而造成試驗(yàn)誤差，本來(lái)正常、均勻性的加土是上升的曲線，但由于不均勻性的加土出現(xiàn)了下降的曲線，就會(huì)誤導(dǎo)得出下一個(gè)點(diǎn)的減水(或加水)的錯(cuò)誤試驗(yàn)結(jié)果，就會(huì)造成整個(gè)試驗(yàn)的錯(cuò)誤。在伊朗塔里干大壩粘土心墻填筑現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)試驗(yàn)過(guò)程中，塔里干大壩現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)室采用的是3層、25擊輕型擊實(shí)儀的擊實(shí)方法。將土分3層倒入擊實(shí)筒內(nèi)并將土面整平、分層擊實(shí)，每層土樣的質(zhì)量大約為600到800 g。土樣正確裝入后，要確保擊實(shí)錘自由鉛直落下，同時(shí)錘擊點(diǎn)要均勻地分布在土面上。擊實(shí)后的每層土樣高度應(yīng)大致相同，兩層交接面的土面要刨毛。3層擊實(shí)以后的土樣不應(yīng)超過(guò)擊實(shí)筒頂部高度6 mm，以盡可能地減少試驗(yàn)的誤差，確保試驗(yàn)的準(zhǔn)確性。在實(shí)際的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)試驗(yàn)過(guò)程中還需要注意的是：有時(shí)由于土樣含水率的原因，每一層擊實(shí)完畢應(yīng)觀察擊錘的底部是否粘有土樣，如果有則要用三角刀及時(shí)將土去掉，以保證每一層土樣的擊實(shí)功是相同的；在取護(hù)筒的時(shí)候一定要先水平旋轉(zhuǎn)，以確保擊實(shí)后的土樣不受剪。

4.5 環(huán)刀和擊實(shí)后土樣的修平處理與測(cè)量含水率的處理

對(duì)土樣正確的加水(或減水)、正確的裝土、正確的擊實(shí)后，整個(gè)試驗(yàn)主要的步驟基本完成了，剩下的是土樣的修平與含水率的測(cè)定。在對(duì)環(huán)刀與擊實(shí)筒的土樣進(jìn)行修平時(shí)要注意所使用的修平刀的平整度，由于其長(zhǎng)期使用會(huì)造成修平刀的刀面形成弧形，修出來(lái)的土樣亦會(huì)成弧形，將使整個(gè)試驗(yàn)結(jié)果有偏差而不準(zhǔn)確。為了盡可能地測(cè)準(zhǔn)土樣的含水率，我們?cè)谶x擇土樣的時(shí)候要從每一層(共3層)中選一部分，在選的時(shí)候盡可能地多選一些，以確保含水率的測(cè)定準(zhǔn)確。

4.6 對(duì)取樣器具環(huán)刀的修正

由于取樣頻繁，在取樣過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)環(huán)刀變形與磨損，將會(huì)影響環(huán)刀的體積與重量，直接影響到現(xiàn)場(chǎng)取得土樣的濕密度的準(zhǔn)確性。因此，在檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行壓實(shí)度試驗(yàn)過(guò)程中，要定時(shí)修正環(huán)刀的體積與重量，確?，F(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

5 粘土心墻填筑取得的試驗(yàn)成果

筆者對(duì)已完成的心墻填筑情況進(jìn)行了HILF法與普氏標(biāo)準(zhǔn)法的質(zhì)量統(tǒng)計(jì)，其結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 粘土填筑質(zhì)量統(tǒng)計(jì)表

6 結(jié) 語(yǔ)

在應(yīng)用HILF法快速測(cè)定粘土壓實(shí)度的過(guò)程中，只要注意了以上這些細(xì)節(jié)，不僅能夠做到快速，而且還能夠做到結(jié)果準(zhǔn)確。

[1] 土工試驗(yàn)工程規(guī)程，SL237-1999[S].

[2] 水電水利土工試驗(yàn)規(guī)程，DL/T5355-2006[S].

[3] 水電水利工程土工試驗(yàn)規(guī)程，DL/T5355-2006[S].

TV41;TV52

B

1001-2184(2017)05-0027-03

2017-08-20

范正春(1974-)，男，重慶忠縣人，工程師，從事水利水電工程施工技術(shù)與管理工作；

施東松(1986-)，男，河南南陽(yáng)人，工程師，從事水利水電工程施工技術(shù)與管理工作；

李四春(1973-)，女，四川安岳人，助理工程師，從事水利水電工程施工技術(shù)與管理工作.

(責(zé)任編輯李燕輝)