关于混凝土面板堆石坝碾压质量监控系统功能的探讨

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1 问题的提出
混凝土面板堆石坝是以堆石为主体材料，以混凝土面板作为防渗体的一种土石坝型。

与常规的坝型相比，具有投资省、工期短、安全性高、就地取材、施工不受气候影响、导流工程简单和地基适应性强等优点，随着我国水利水电工程建设的发展，混凝土面板堆石坝已经成为一种极具竞争力的坝型。

面板堆石体的施工质量，主要与坝料的级配和填筑密实度有关，因此在堆石坝的施工中，有效控制坝料级配和填筑密实度是保证大坝施工质量的关键。

在传统的施工中，主要依靠人工现场控制碾压参数（如碾压速度与遍数）和人工挖试坑取样的检测方法来控制施工质量，与大规模机械化施工不相适应，也难以达到大坝的施工质量控制要求[1]。

早在2002年，吴晓铭对面板堆石坝填筑施工质量实时监控系统的方案进行研究，并在水布垭水电站混凝土面板堆石坝中成功应用[2-3]。

针对面板堆石坝
关于混凝土面板堆石坝碾压质量
监控系统功能的探讨
陈 平1，刘微微2
（1.中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司，浙江 杭州 311122；
2.杭州超峰市政工程有限公司，浙江 杭州 311199）
摘 要：混凝土面板堆石坝是水利水电工程中极为常见的挡水建筑物，面板堆石坝施工过程具有显著的行业特点，为控制混凝土面板堆石坝施工质量，分析面板堆石坝施工特点，从远程监控系统、车辆实时监控系统、实时报警系统、碾压设备导引系统、数据处理和分析系统等方面对堆石坝碾压质量监控系统的功能进行讨论，并将该系统应用于工程实践，在保障工程质量的同时，大大提高工作效率，节约人力成本。

关键词：混凝土面板堆石坝，碾压质量，监控系统
中图分类号：TV641.43 文献标志码：B 文章编号：1008-701X （2021）02-0076-03DOI ：10.13641/j .cnki .33-1162/tv .2021.02.019
收稿日期：2020-07-28
作者简介：陈 平（1982—），男，高级工程师，硕士，主要从事水利水电工程和房屋建筑工程EPC 工程总承包管理工作。

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施工特点和存在的问题，有必要对面板堆石坝碾压质量监控系统功能进行探讨和研究，以适应面板堆石坝机械化施工质量管理的要求。

2 混凝土面板堆石坝施工特点
2.1 地理位置偏远，露天作业多
混凝土面板堆石坝属于水利工程中的挡水建筑物，多修建于高山河谷地区，距离城市和集镇相对较远，交通不便，路况较差。

同时面板堆石坝以石方开挖和填筑为主，均为露天作业，施工环境相对较差。

2.2 分区填筑施工，料场数量多
混凝土面板堆石坝坝体从下游到上游分别是面板、垫层区、过渡区、主堆石区、次堆石区，每层填料的粒径、级配和孔隙率要求都不同，在填筑施工过程中，需要分区施工，同时受料场存储量和料源质量的限制，同一工程往往选用多个主料场和备用料场，不同料场之间距离相对较远。

2.3 工期要求严格，全天候不间断施工
混凝土面板堆石坝由于填筑方量较大，在水利工程施工过程中，通常位于总工期的关键线路上，
工期相对较长，会存在汛期施工问题。

根据工程的防洪度汛方案，汛前大坝需要填筑到相应的防洪度汛高程，确保工程安全度汛，因此工期要求极为严格。

一旦开始填筑，除了极端天气以外，需要进行
第 2期 总第 234 期
2021 年 3 月
浙江水利科技
Zhejiang Hydrotechnics No . 2 Total No . 234
Mar. 2021
全天候施工，确保完成防洪度汛节点目标，施工压力大。

2.4 填筑方量大，机械设备投入多
混凝土面板堆石坝往往填筑方量较大，如水布娅水电站面板堆石坝坝体调整方量高达1 666.4万m3[3]。

大坝填筑过程中主要机械设备包括挖掘机、自卸汽车、推土机、碾压机械等，由于填筑方量较大，作业面和施工区机械设备数量较多且比较分散，调度和管理难度大。

2.5 影响因素多，填筑质量控制难度大
混凝土面板堆石坝填筑施工过程繁杂。

材料方面，大坝填筑料源级配及含水率等参数的差异性大；设备方面，不同碾压设备之间的参数差异较大，包括设备型号、激振力、行车速等；人员方面，填筑过程中涉及人员较多，包括司机、施工技术人员、监理单位技术人员和业主代表等；管理方面，填筑过程中对机械的管理通常通过人工控制，对碾压遍数、振动频率、行驶轨迹、行车速度等相关参数很难做到精确控制。

3 大坝碾压质量监控系统功能
3.1 远程监控系统
远程监控系统是通过在碾压机械上安装北斗RTK定位监测设备装置、工业显示装置、振动频率采集装置等，对碾压施工机械进行实时自动监控，监控对混凝土质量有影响的相关数据，并通过网络传输到现场监控中心和总监控中心。

便于现场管理人员和其他管理人员通过电脑和手机进行访问，及时了解现场碾压施工质量，克服面板堆石坝地理位置偏远和露天作业多的困难。

该系统通过北斗/GPS双模，定位差分构建实时动态控制系统可以实现平面精度±1 cm、垂直精度±2 mm的高精度定位，满足碾压质量监控系统的需要。

3.2 车辆运输实时监控系统
车辆运输实时监控系统是对上坝运输车辆安装车辆自动定位设备和自动监测卸料装置，从而实现上坝运输车辆从料场到坝面的全程监控，解决面板堆石坝由于分区施工、料场分散、施工车辆多而导致的管理难度大的问题。

该系统主要包括料场料源匹配动态监测及报警，各分区和不同来源的各种性质料源的上坝强度统计、上坝方量统计，道路行车密度统计，各工作面车辆优化调度、车辆信息及空满载监视和车辆运输上坝三维动态监视等。

3.3 实时报警系统
实时报警系统可以对碾压机械的运行速度、振动状态等进行动态监测。

当相关参数达不到系统设置的参数要求时，自动发送报警信息给车辆司机、施工技术人员和监理人员，提示不达标的详细内容以及所在空间位置等，并在电脑监控终端进行醒目提示，同时把该报警信息写入施工异常数据库备查。

该系统可以使一线作业人员和管理人员动态掌握碾压机械的运行状态，及时纠偏，确保碾压设备运行满足碾压试验报告的要求。

3.4 碾压机械指引系统
碾压机械指引系统是通过车载GPS对车辆轨迹和碾压遍数进行记录与分析。

在碾压机械施工时，引导司机进行碾压施工操作，避免漏碾或错碾，导航指引碾压未达工艺指标的区域和路线，确保全面积、全过程无遗留，同时指引雨天（材料不受影响时）及夜间施工。

实现对同一施工单元内不同碾压机械的碾压参数动态实施监控和数据叠加分析，在满足面板堆石坝全天候施工要求的同时，保证施工质量。

3.5 数据处理和分析系统
数据处理和分析系统主要通过平台对采集端的数据进行处理与分析，实现碾压遍数、压实厚度、压实后高程等信息自动计算和统计，根据碾压参数实测值和系统设计值以及统计单元的面积，计算各碾压指标的合格率，并实时可视化显示，同时自动生成实时、每天、每月碾压界面数据并自动记录存档，方便后期质量追查，提供报表、图像等数据材料。

在每仓施工结束后，输出碾压质量图形报表，包括碾压轨迹图、碾压遍数图、压实厚度图和压实后高程图等，作为仓面质量验收的辅助材料。

确保碾压质量具有可追溯性，为各参建单位验收提供参考依据。

3.6 数据共享
为了实现数据共享，完成单元碾压施工时，在碾压监控端点击“结束施工”，系统自动生成该单元碾压报告并回传至服务器。

该功能系统分为2个部分：碾压监控端和文件服务器，请求的通讯协议为http。

其他管理平台可以通过访问服务器调用报
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告实现数据共享。

数据分析和共享流程见图1。

图1 大坝碾压质量监控系统数据分析和共享流程图
4 工程案例
黄南水库工程位于浙江省松阳县境内，工程任务以供水、灌溉、防洪为主，结合改善水生态环境兼顾发电等综合利用，水库总库容9 196万m3。

拦河坝采用混凝土面板堆石坝，最大坝高97 m，总填筑方量约170万m3。

在大坝施工过程中，采用面板堆石坝碾压质量监控系统，系统功能主要包括远程监控、实时报警、碾压机械引导、碾压数据处理和分析、数据共享等，系统典型界面见图2~3。

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图2 振动碾压遍数输出报告图
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图3 压实厚度统计输出报告图
通过该系统的应用，对面板堆石坝碾压质量进行远程动态监控，减少现场施工管理人员、总承包管理人员、监理单位管理人员和业主管理人员的投入，节约人力成本，对碾压机械司机进行定向引导，减少无用功，提高工作效率。

同时对主要碾压参数进行动态监控，提高大坝填筑质量的合格率和优良率，本项目填筑单元总体优良率达到98.0%，合格率达到99.8%。

5 结 语
目前不同行业关于碾压质量监控系统的研究和应用较多，混凝土面板堆石坝碾压质量监控系统的功能需要结合面板堆石坝的施工特点进行研究。

该系统主要对施工过程中的人、料、机进行动态控制，为管理者提供信息，及时采取纠偏措施，做好坝体填筑质量过程控制。

通过系统的研究和应用，管理者可以根据系统数据输出结果，选取最不利单元（主要为碾压参数合格率最低）进行“挖坑”试验。

如果各项指标满足设计和规范要求，即可认为其它单元填筑质量也满足要求，从而减少“挖坑”试验的数量。

但需要结合更多工程案例，进行系统的统计、分析和研究，对现行行业规范进行调整，才能充分发挥碾压质量监控系统在混凝土面板堆石坝施工质量控制过程中的作用。

参考文献：
[1]曹先升,王飞. 面板堆石坝填筑质量实时监控系统研究与应用 [J].人民黄河，2013，35（11）：101-103.
[2]吴晓铭. 面板堆石坝填筑施工质量实时监控系统方案研究[J]. 水力发电，2002（10）：30-32.
[3]吴晓铭.水布娅大坝填筑碾压施工质量监控系统研究[J].湖北 水力发电，2002（1）：27-28.
[4]苗延强,钱启立，韩国印. 梨园水电站数字大坝填筑质量监控 系统的应用分析[J].水力水电施工，2013（4）：63-66.
（责任编辑黄 超）
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