GPS碾壓監(jiān)控系統(tǒng)在土石壩施工質(zhì)量管理中的應(yīng)用

杜 關(guān)，陳 波，楊 洪

(四川二灘國(guó)際工程咨詢有限責(zé)任公司，四川成都 610072)

1 前 言

毛爾蓋水電站大壩采用礫石土直心墻堆石壩，大壩壩底高程1 991.00m，壩頂高程為2 138.00m，壩頂寬12.0m，最大壩高147.00m。為滿足下游壩坡深層抗滑穩(wěn)定，在下游坡腳處設(shè)130.0m長(zhǎng)的棄渣壓重體，上、下游壩坡均采用干砌塊石護(hù)坡。壩體填筑堆石料745.7萬m3，過渡料102萬m3，反濾料54.3萬m3，心墻礫石土163萬 m3，壓重體45萬m3，合計(jì)填筑量約1 110萬m3。

在傳統(tǒng)土石壩施工中，對(duì)碾壓質(zhì)量的施工過程控制，主要憑借監(jiān)理人或承包人的工程經(jīng)驗(yàn)，大部分以目測(cè)和尺測(cè)手段為主，來判斷碾壓過程中行走速度、行走路線、碾壓軌跡、碾壓遍數(shù)、碾壓激振力、攤鋪厚度、壓實(shí)厚度等是否滿足設(shè)計(jì)要求。其間施工和監(jiān)理人員的個(gè)人素質(zhì)和經(jīng)驗(yàn)起到了很大作用，一旦現(xiàn)場(chǎng)施工人員或者監(jiān)理人員經(jīng)驗(yàn)欠缺，容易導(dǎo)致碾壓質(zhì)量不過關(guān)，帶來大量的返工，對(duì)施工進(jìn)度、施工成本、施工質(zhì)量產(chǎn)生不利影響。特別是在大型土石壩施工中，由于場(chǎng)面寬大，施工作業(yè)經(jīng)常是十幾個(gè)片區(qū)同時(shí)攤鋪、碾壓，若采用傳統(tǒng)手段，施工人員和監(jiān)理人員大量在壩面旁站，耗費(fèi)大量的人力，并且質(zhì)量控制效果并不理想。

毛爾蓋水電站通過使用大壩碾壓質(zhì)量GPS監(jiān)控系統(tǒng)，取得了非常好的效果，實(shí)現(xiàn)了規(guī)范化管理，有效降低了施工成本和管理成本。

2 系統(tǒng)的工作原理和特點(diǎn)

2.1 填筑料鋪層厚度控制

填筑料鋪層厚度控制主要是利用安裝在推土機(jī)刀片上的激光高程控制系統(tǒng)，通過顯示屏指引機(jī)械手操控推刀進(jìn)行鋪料平整作業(yè)，精度可達(dá)2～5cm，能達(dá)到每層大面平整，滿足設(shè)計(jì)要求。與傳統(tǒng)法相比，在夜間施工時(shí)，更凸顯這一系統(tǒng)的優(yōu)越性。

2.2 碾壓遍數(shù)控制

利用安裝在振動(dòng)碾碾輪上的GPS壓實(shí)系統(tǒng)實(shí)時(shí)記錄碾壓遍數(shù)，并能用數(shù)字和顏色兩種方式將碾壓遍數(shù)反映在控制顯示屏上，不同的遍數(shù)以不同的顏色表示，明顯直觀，可以避免欠壓、漏壓和超壓。

2.3 行走速度控制

選擇有行走速度控制檔位的振動(dòng)碾，將檔位定在和設(shè)計(jì)規(guī)定的碾壓速度上，通過安裝GPS壓實(shí)系統(tǒng)，可以實(shí)時(shí)記錄行走速度，等于是對(duì)碾壓遍數(shù)和行走速度的雙向控制。

2.4 振動(dòng)碾碾壓錯(cuò)距控制

對(duì)GPS進(jìn)行功能設(shè)定，可以對(duì)振動(dòng)碾實(shí)行等寬錯(cuò)距。這種等寬錯(cuò)距在以往的傳統(tǒng)錯(cuò)距法中單憑肉眼是無法實(shí)現(xiàn)的，可以避免欠壓、漏壓和超壓，特別是用于電站的夜間施工，效果良好。

2.5 振動(dòng)碾碾壓無縫銜接控制

傳統(tǒng)條帶式進(jìn)退碾壓時(shí)，條帶間重疊搭接20cm左右。當(dāng)利用GPS壓實(shí)系統(tǒng)后，可以做無縫銜接碾壓，省去了20cm碾壓條帶碾壓浪費(fèi)。大壩壩面填筑是分塊進(jìn)行的，先后填筑塊間有時(shí)往往界限不清，在夜間更甚，交接班時(shí)更難于界定，欠壓、漏壓在所難免。為了保證質(zhì)量，在肉眼不能準(zhǔn)確辨別之處，只能搭接重壓，由此造成耗能浪費(fèi)。GPS壓實(shí)系統(tǒng)可以記憶并能識(shí)別塊與塊之間的邊界，并以色彩顯示出邊界，指導(dǎo)碾輪做無縫碾壓銜接，既避免了欠壓、漏壓，又減少了能耗。

2.6 對(duì)碾壓信息進(jìn)行分析處理

GPS壓實(shí)系統(tǒng)可以將數(shù)據(jù)傳輸給電腦，對(duì)碾壓遍數(shù)記錄、行走速度記錄、震動(dòng)頻率記錄、各點(diǎn)高程記錄、碾壓過程震動(dòng)是否打開記錄、漏壓過壓記錄等進(jìn)行分析和處理，形成圖例。

圖1是截取2009年11月21日毛爾蓋水電站大壩堆石區(qū)碾壓遍數(shù)圖，其中藍(lán)色部分為碾壓8遍，灰色部分為超壓部分，彩色部分為漏壓部分。碾壓詳細(xì)數(shù)據(jù)讀取界面見圖2。

圖1 碾壓遍數(shù)圖例

圖2 碾壓詳細(xì)數(shù)據(jù)讀取界面

GPS碾壓監(jiān)控系統(tǒng)不僅能實(shí)時(shí)、全程記錄碾壓過程，還能記憶和備份。在碾壓過程中或碾壓過程后任何時(shí)間都可以查找出壩面某一區(qū)、某一層、某一點(diǎn)位碾壓的遍數(shù)、行駛速度、碾壓層的沉陷變化和間接壓實(shí)密度，為質(zhì)量監(jiān)督和大壩安全評(píng)價(jià)提供條件和依據(jù)。

3 監(jiān)理工作程序和工作內(nèi)容

由于實(shí)施GPS碾壓監(jiān)控系統(tǒng)的土石壩相對(duì)較少，監(jiān)理工程師如何使用該系統(tǒng)、在該系統(tǒng)的運(yùn)行過程中需要做哪些工作還是較新的課題。該系統(tǒng)在毛爾蓋水電站土石壩填筑運(yùn)用中的監(jiān)理工作程序見圖3。

圖3 GPS碾壓監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)理工作流程

4 應(yīng)用效果

毛爾蓋水電站于2011年3月20日開始蓄水，蓄水至今大壩的各項(xiàng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)正常，滿足設(shè)計(jì)、規(guī)范要求。通過總結(jié)，GPS碾壓監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用在毛爾蓋水電站大壩填筑，主要取得了以下效果:

(1)礫石土料、堆石料填筑監(jiān)控達(dá)到了國(guó)外倡導(dǎo)的“以控制壓實(shí)參數(shù)為主、坑檢干密度為輔”的要求。經(jīng)對(duì)填筑完成后的礫石土鋪料厚度統(tǒng)計(jì)，厚度控制在30～35cm之間，壓實(shí)效果較好;堆石料鋪料厚度控制在80cm左右。以上兩種壩料的各種指標(biāo)均滿足設(shè)計(jì)要求。

(2)在施工成本上，經(jīng)承包人分析統(tǒng)計(jì)，推土機(jī)、振動(dòng)碾作業(yè)臺(tái)班分別減少10%和5%，壩面質(zhì)檢人員、測(cè)量人員、施工管理人員減少10%，大壩填筑成本降低。

(3)GPS碾壓監(jiān)控系統(tǒng)可保存填筑過程中的參數(shù)、數(shù)據(jù)，可以實(shí)時(shí)檢查和事后追朔、評(píng)估，整個(gè)大壩填筑過程變得透明，為大壩的質(zhì)量驗(yàn)收與評(píng)價(jià)奠定了基礎(chǔ)。

(4)GPS碾壓監(jiān)控系統(tǒng)的嚴(yán)密性、規(guī)范化及系統(tǒng)化控制使大壩填筑質(zhì)量得到提高，避免了因欠壓、漏壓或超厚鋪填、行駛速度不規(guī)范、激振力不足而導(dǎo)致的質(zhì)量偏差。