土石坝填筑碾压质量GPS自动监控系统运用技术

收稿日期：2020－08－06
作者简介：朱相鹏（1983—），男，河南方城人，工程师，从事水利水电工程施工管理工作E-mail ：53611402@qq．com
【工程建设管理】
土石坝填筑碾压质量GPS 自动监控系统运用技术
朱相鹏，张胜强
（中国安能集团第一工程局有限公司，广西南宁530028）
摘
要：苗尾水电站大坝为砾质土心墙土石坝，大坝坝料碾压质量是大坝施工控制的关键点，施工中采用可视化GPS 监控系统实时
监控填筑坝料碾压参数，
有效地控制了大坝填筑碾压过程施工参数，有效减少了人为因素对施工质量的影响，在施工过程中对系统出现的故障、误报、误差等情况持续跟踪、现场对照、总结分析、纠偏完善，苗尾水电站建设的全过程使用表明，该技术具有可靠性、实用性和可推广性。

关键词：GPS ；自动监控；土石坝中图分类号：TV523
文献标志码：B
doi ：10．3969/j．issn．1000－1379．2020．S2．076
1工程概况
苗尾水电站大坝坝顶高程为1414．80m ，坝顶轴线长
576．68m ，坝高131．30m ，坝顶宽12m ，大坝上、下游坝坡坡比均为1ʒ2．0。

心墙砾石土料为天然含砾黏土料，
填筑总量约为151万m 3；大坝堆石料主要为溢洪道开挖石料，填筑总量共约900万m 3，大坝坝料填筑碾压施工过程全部采用GPS 自动监控技术，实现了施工质量过程控制由粗放式向精细化转变。

土石坝填筑施工过程GPS 自动监控系统由天津大学研究开发，在苗尾大坝填筑施工中运用，具有可视化、实时性、连续性、自动化、高精度等特点，该技术对坝料填筑施工过程进行实时监控，并建立反馈及预警机制，确保大坝施工过程始终处于受控状态。

1．1GPS 自动监控系统工作原理
填筑碾压质量过程控制GPS 自动监控系统包括碾压轨迹、
铺层厚度、碾压遍数监测单元和碾压振动设备激振力监测单元，
监测单元通过前期固定安装在碾压设备上的GPS 信号接收、发送机按一定的时间间隔（1s ）接收、发送信息。

信息发送装置将碾压设备的位置坐标信息、定位时间信息、
激振力状态信息和设备标识信息通过网络发送到远程数据中心服务器，完成信息采集、处理，服务器端应用程序对采集的单元和连续数据进行对比、
处理，形成碾压轨迹线，按照行车速度、碾压遍数、压实厚度等压实参数使用不同颜色进行标识，行车速度与预先设置的标准进行对比，
出现偏差时及时进行预警，碾压遍数、压实厚度通过可视化系统进行颜色标记，并发出声控指令反馈至现场指挥中心监控值守人员和操作人员，指导现场及时纠偏。

服务器持续储存信息形成成果图，用于碾压质量的过程实时控制和最终评定参照依据。

1．2GPS 自动监控系统工作内容
全过程连续监测碾压设备运行轨迹和激振力状况，不间断
监测、记录碾压设备在坝面上的运行状态，如碾压遍数、运行速度和激振力状况，
并在坝面施工数字地图上可视化显示。

动态测量大坝各区各层堆石料的铺料厚度，以及压实后的高程，并
在坝面施工数字地图上可视化显示。

根据全过程测量的施工数据，
对大坝填筑过程进行实时可视化监控。

当施工过程中压实层厚度超过设计厚度，或有漏碾、超速时，能够自动醒目地提示监控及现场操作人员，
以便他们及时指示返工或调整，使整个施工过程中的施工质量始终处于受控状态。

数据中心控制室、
现场分控站可对碾压工作面上运行的碾压设备等施工机械进行监控。

在每个施工单元结束后，
形成碾压质量图形报告，包括碾压轨迹图、碾压遍数图、压实厚度图等，作为填筑单元工程质量验收的证明材料。

2GPS 自动监控系统运用技术
GPS 自动监控系统施工步骤：选择监控对象（边界确定）；
确定监控对象的质量指标（如速度、碾压遍数、激振力、压实厚度等）；确定预警指标、质量指标的控制标准或准则（如碾压参数的设计标准）；选定能准确监测质量指标的装置及技术手段；进行实时监测，并做好质量数据记录；分析实测质量数据与标准之间存在差异的原因，
采取相应的纠偏措施，消除产生质量不达标的原因；收集整理数据，为质量评定提供数据支撑。

安装在碾压设备上的信号采集器和信号发射机是实时采集碾压设备的动态坐标、
激振力输出状态的监控终端，也是进行施工过程控制的基础和落脚点。

首先，采集器和信号发射机适应性和机械性能必须安全可靠，
确保数据采集环节准确、连续；其次，服务器储存、记忆功能不可逆，有效降低人为操作的可能；第三，
根据设计要求设定控制标准，数据控制中心的应用程序实时、
连续分析判断碾压机的行车速度、激振力输出是否符合控制标准，并结出判定结果；第四，GPS 现场分控站、数据总控中心的监控终端计算机通过无线网络读取判定结果，做出预警响应；最后，现场分控站指导流动站相关人员做出现场反馈并提出控制措施。

181第42卷S2人民黄河Vol ．42，Sup．2
2020年12月YELLOW ＲIVEＲ
Dec．，2020
3GPS自动监控系统建设
现场分控站设置在生产指挥中心，设三个控制端，值班员现场值守，负责指挥现场流动站纠偏及调度。

现场设置流动站，流动站设备安置于碾压机上，每台设备为一个流动站。

4过程监控及效果
当施工过程中压实层厚度超过控制标准或有漏碾条带、超速条带时，通过颜色、声音能够实时自动地提醒现场操作人员，以便他们及时指示现场采取纠偏措施，保证填筑质量在整个施工过程中始终处于受控状态。

自大坝填筑开始至填筑结束，共监控上游堆石区施工仓面237个，下游堆石区施工仓面292个，砾质土心墙区施工仓面987个，上游反滤区施工仓面361个，下游反滤区施工仓面369个，上游过渡料区施工仓面125个，下游过渡料区施工仓面120个，近坝库岸压重区32个。

根据碾压成果，各区碾压遍数均达到控制标准，碾压质量处于受控状态，见表1。

表1各区仓面碾压遍数统计
分区控制标准/%仓面个数
碾压遍数达标率/%
最小值最大值平均值
施工评价
上游堆石区9023790．1499．9897．84合格下游堆石区9029290．4799．8697．50合格砾质土心墙区9598795．00100．0098．80合格上游反滤区9036190．32100．0098．24合格下游反滤区9036990．0399．9797．67合格上游过渡料区9012591．5199．9597．66合格下游过渡料区9012093．2999．7597．60合格近坝库岸压重区903291．9099．9697．34合格
各大坝分区碾压遍数面积比率都符合设计要求，其中心墙区各仓面碾压遍数达标率都在控制标准95%以上，堆石区、反滤区和过渡区各仓面碾压遍数达标率都在控制标准90%以上。

5结语
自大坝开始填筑以来，现场测量检测、试验检测数据反映，大坝体型、填筑坝料碾压质量均满足设计要求，与GPS自动监控系统监测结果完全吻合，过程中系统反馈的漏碾、超速、震动不达标等情况真实存在，局部预警误报多为边角、路口、设备转场、监测仪器周边等部位施工。

根据该系统技术运用情况，下一步该系统可持续开发无人驾驶、自动校正的模式，更加有效地提高大坝填筑施工质量监控的水平和效率，为大坝填筑施工质量的高标准控制提供更有力保障。

【责任编辑吕艳梅】
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（6）六棱块铺设。

六棱块装车后，一次性运至渠底，一次性吊装至作业面，减少中间吊装转运次数。

吊放至渠底的基面坚实平整，吊放至坡面要放置在木质三脚架上。

靠近齿墙、框格梁位置六棱块高度必须一致，可对建基面高程适当调整；六棱块铺设由人工持专用夹具搬运，一次放置到位，安排专人利用砂浆垫块随时调整，保证3cm的缝宽均匀，大面平整度控制在2m靠尺误差1cm范围内，缺棱掉角严重的六棱块禁止使用。

（7）六棱块砂浆勾缝。

勾缝砂浆标号为M10，采用砂浆搅拌机搅拌，搅拌时间不少于2min，砂浆拌和均匀，一次拌料在初凝之前使用完毕。

勾缝前，用鼓风机将缝内杂物全部清理干净，洒水湿润缝面，根据现场实际情况，采用人工填缝或砂浆注浆机灌缝；为保证填缝砂浆密实，要分层填入插捣，并随时调整砖缝和平整度；填缝要与预制块顶面平齐，最后用小抹刀压光成凹缝，保证灰缝略低于板面1 2mm；填缝后及时清理污染的砖面，3h后喷雾养护。

（8）框格梁浇筑。

框格梁断面尺寸20cmˑ20cm，钢筋在加工厂制作好后运至作业面安装；格梁混凝土采用泵送配合人工从下往上逐层入仓，采用30型插入式振捣棒逐层振捣密实，快插慢拔，不可漏振，最后采用水平振动板提浆振实，收面压光；浇筑完成后，及时覆盖棉毡养护；格梁养护时间28d。

该工程采取先铺设六棱块、后浇筑框格梁的施工工艺，减少了先浇筑框格梁需要安装模板的工序，即降低了成本，又提高了施工效率。

3结语
南水北调东线一期工程北延应急供水工程七一河渠道衬砌段自开工以来，通过调整土方开挖顺序，优化齿槽开挖工艺，采取先铺设六棱块、后浇筑框格梁的方式，大大提高了施工效率；通过严控建基面开挖高程、六棱块铺设平整度，衬砌外观形象满足设计要求；通过控制材料损耗、改变混凝土入仓方式，节约了项目成本。

【责任编辑吕艳梅】
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人民黄河2020年S2。