采用HILF法控制現場粘土壓實度時應注意的問題

范 正 春， 施 東 松， 李 四 春

(中國水利水電第十工程局有限公司， 四川 都江堰 611830)

采用HILF法控制現場粘土壓實度時應注意的問題

范 正 春， 施 東 松， 李 四 春

(中國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法控制現場粘土壓實度試驗過程中應注意的幾個細節問題，同時也是容易疏忽的環節。注意這些小環節，試驗結果就會更加準確。

HILF法；控制；壓實度；細節

1 工程概況

旬陽水電站位于陜西旬陽縣城南約2 km處，為漢江上游陜西境段干流規劃中的第五個梯級水電站，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。旬陽水電站的開發任務為以發電為主，兼顧航運并促進地方經濟社會發展。

旬陽水電站的施工導流采取兩期導流方式：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，迎水側坡比均為1∶2，背水側坡比均為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，兩側坡比均為1∶0.2，心墻上、下游兩側為石渣料區，石渣料外側為砂礫石料。一期上、下游全年圍堰填筑總量約為75.19萬m3。

2 粘土心墻的顆粒級配要求及壓實要求

粘土心墻料顆粒級配組成情況見表1 。

粘土料的填筑層厚控制為25～30 cm，凸塊振動碾振動碾壓8遍，碾壓后現場壓實度不小于96%，-2%≤Wo-Wopt≤2% ( 注：Wo為現場含水率；Wopt為最優含水率)。

3 HILF法控制壓實度的試驗原理

HILF試驗法又稱現場快速控制法，用此法進行現場檢驗時，不需要測定現場土樣的含水率，僅在用環刀測定其密度后，通過加水或減水將測壓實度試驗的土樣作三個含水率的擊實試驗，測定三個擊實濕密度，直到找到最大的濕密度為止，即可以確定填土的壓實度(D),最優含水率(Wopt)與填土含水率(Wo)的差值(Wf)。該方法的優點是適應了因填筑土料的材料變化而最大密度和最優含水率隨之變化，避免了傳統的普氏擊實法一個固定的最大干密度和最優含水率的定值。當填筑材料的品質低于標準擊實試驗時的土樣品質時，現場無論如何壓實都很難達到所要求的壓實度；而當填筑材料的品質高于做標準擊實試驗時的土樣品質時，現場未進行壓實都已經達到要求的壓實度。對于填筑料不穩定、變化較大的粘性土或礫質土宜用該法控制壓實度。

表1 粘土心墻料顆粒級配組成

4 采用HILF法控制壓實度試驗過程中應注意的幾個細節

任何一種試驗方法都含有很多細節，其既是容易疏忽的細節，同時也是影響試驗結果是否準確的關鍵細節。因此，在采用HILF法控制壓實度試驗過程中應注意以下幾個細節。

4.1 取土樣器具的標準化

在取土樣時，除取樣的規范化外，其取土樣器具的標準化也相當重要。我們在填筑過程中加工了一套很合理、標準的取樣器具(圖1)。所采用的環刀內徑為100 mm，外徑為106 mm，高度為100 mm。環刀帽為φ106×25 mm，內側有10 mm的凈空，環刀帽的圓心有一個向內凹的U形凹。取土樣筒由一個內徑為110 mm、外徑為230 mm的圓盤和內徑為110 mm，外徑為106 mm，高度為135 mm的圓筒組成(圖2)。取樣器的擊實部分由擊實桿與擊實錘組成。由于環刀帽向內凹的U形受力點位于環刀帽的圓心，從而決定了整個環刀的受力是均勻的。取樣筒的內徑與環刀的外徑只有4 mm的間距，從而決定了環刀在均勻受力的情況下只能向下傳遞而不可能左右晃動影響土樣受剪的準確性。環刀帽的內側留有10 mm的凈空就是為了保證取出來的土樣能夠適當的超出環刀5～10 mm，在削環刀的時候即可以削除環刀土樣表面受擾動的部分，從而做到環刀的土樣能夠真正反映填筑的實際情況。由于取樣器具的合理標準化，保證了取出來的土樣能準確地反映出現場填筑的實際情況。

圖1 粘土取樣器

圖2 取樣環刀和擊實錘

4.2 對土樣的保護與及時試驗

由于陜西漢江旬陽水電站工程所處的地理位置，其夏季最高氣溫達40 ℃。在如此高的氣溫環境條件下，所取土樣的水分很容易蒸發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刀土樣與進行HILF試驗的土樣及時進行密封、及時送至試驗室進行試驗。

4.3 對土樣的加水和減水方法進行合理的運用

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將直接影響到整個試驗的結果。我們在伊朗塔里干工程項目前期試驗性試驗中找到了合理的處理方法。對土樣的加水：首先將稱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，同時將采用高精度稱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。對土樣的減水：首先將稱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、小風率的電吹風距土樣30 cm高的距離進行減水，因為大功率、大風率的電吹風容易將土樣中的細小顆粒吹走而影響減水的真實性，吹風距土樣的距離太遠，達不到減水的目的；太近，同樣容易把土樣中的細小顆粒吹走而達不到準確的減水效果)。減水時，電吹風的位置要時常變化并用三角刀時常翻動土樣以達到減水后的土樣是均勻的目的。當然，加水和減水的試驗過程都要在一個適宜的溫度和濕度環境里進行。

4.4 HILF法試驗過程中每層加土的均勻性以及正確的擊實方法

在采用HILF法控制壓實度的擊實試驗過程中，每層加土的均勻性是很關鍵的一環，其將直接影響整個試驗的準確與否。如果每一層的加土量不同，那么就會出現每一層的擊實功率不一樣，就會出現最終得出的濕容重值不準確，這個點的結果不準確就會影響下一步的試驗方向。例如：原狀土的HILF試驗結果出來后，加水(或減水)的點如果出現加土不均勻而造成試驗誤差，本來正常、均勻性的加土是上升的曲線，但由于不均勻性的加土出現了下降的曲線，就會誤導得出下一個點的減水(或加水)的錯誤試驗結果，就會造成整個試驗的錯誤。在伊朗塔里干大壩粘土心墻填筑現場檢測試驗過程中，塔里干大壩現場試驗室采用的是3層、25擊輕型擊實儀的擊實方法。將土分3層倒入擊實筒內并將土面整平、分層擊實，每層土樣的質量大約為600到800 g。土樣正確裝入后，要確保擊實錘自由鉛直落下，同時錘擊點要均勻地分布在土面上。擊實后的每層土樣高度應大致相同，兩層交接面的土面要刨毛。3層擊實以后的土樣不應超過擊實筒頂部高度6 mm，以盡可能地減少試驗的誤差，確保試驗的準確性。在實際的現場檢測試驗過程中還需要注意的是：有時由于土樣含水率的原因，每一層擊實完畢應觀察擊錘的底部是否粘有土樣，如果有則要用三角刀及時將土去掉，以保證每一層土樣的擊實功是相同的；在取護筒的時候一定要先水平旋轉，以確保擊實后的土樣不受剪。

4.5 環刀和擊實后土樣的修平處理與測量含水率的處理

對土樣正確的加水(或減水)、正確的裝土、正確的擊實后，整個試驗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定。在對環刀與擊實筒的土樣進行修平時要注意所使用的修平刀的平整度，由于其長期使用會造成修平刀的刀面形成弧形，修出來的土樣亦會成弧形，將使整個試驗結果有偏差而不準確。為了盡可能地測準土樣的含水率，我們在選擇土樣的時候要從每一層(共3層)中選一部分，在選的時候盡可能地多選一些，以確保含水率的測定準確。

4.6 對取樣器具環刀的修正

由于取樣頻繁，在取樣過程中會出現環刀變形與磨損，將會影響環刀的體積與重量，直接影響到現場取得土樣的濕密度的準確性。因此，在檢測現場進行壓實度試驗過程中，要定時修正環刀的體積與重量，確保現場檢測試驗結果的準確性。

5 粘土心墻填筑取得的試驗成果

筆者對已完成的心墻填筑情況進行了HILF法與普氏標準法的質量統計，其結果見表2。

表2 粘土填筑質量統計表

6 結 語

在應用HILF法快速測定粘土壓實度的過程中，只要注意了以上這些細節，不僅能夠做到快速，而且還能夠做到結果準確。

[1] 土工試驗工程規程，SL237-1999[S].

[2] 水電水利土工試驗規程，DL/T5355-2006[S].

[3] 水電水利工程土工試驗規程，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與管理工作；

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

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與管理工作.

(責任編輯李燕輝)