張 健 王 旭
江巷水庫(kù)樞紐位于安徽省定遠(yuǎn)縣池河上,工程等別為Ⅱ等,樞紐由大壩、溢洪道、東/西灌溉涵、生態(tài)放水涵、魚道等組成,水庫(kù)總庫(kù)容1.30億m3。其中大壩為均質(zhì)土壩,2級(jí)建筑物,大壩全長(zhǎng)約4900m,最大壩高為17.33m,土方填筑總量約130萬(wàn)m3。
大壩全長(zhǎng)4900m,壩段多,填筑工作面長(zhǎng),碾壓層數(shù)多,總填筑單元1000多個(gè),單純靠人力去控制碾壓遍數(shù),施工管理漏洞多、難度大,如控制不到位,可能出現(xiàn)壓實(shí)度達(dá)不到要求而返工等質(zhì)量問(wèn)題。為避免出現(xiàn)人為因素影響大壩填筑質(zhì)量,在該工程初設(shè)階段,就提出利用物聯(lián)網(wǎng)數(shù)字化控制技術(shù)控制大壩碾壓質(zhì)量的措施,在工程實(shí)施階段,江巷水庫(kù)建管處通過(guò)招標(biāo)選擇中國(guó)水科院作為大壩碾壓技術(shù)控制單位。
以施工過(guò)程信息數(shù)字化、標(biāo)準(zhǔn)化、可視化為目標(biāo),利用高精度北斗定位系統(tǒng),對(duì)大壩施工過(guò)程中壩料的鋪料厚度、碾壓遍數(shù)、振動(dòng)情況、碾壓軌跡、碾壓設(shè)備行進(jìn)速度等方面進(jìn)行施工過(guò)程控制,并結(jié)合大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)以及云計(jì)算技術(shù),實(shí)現(xiàn)大壩碾壓施工數(shù)字化展示,并進(jìn)行施工優(yōu)化、反饋分析等。
(1)碾壓試驗(yàn),在一定壓實(shí)功和鋪土厚度、碾壓遍數(shù)、行車速度、含水率等條件下,碾壓遍數(shù)是大壩土料壓實(shí)質(zhì)量控制的關(guān)鍵,而確定碾壓遍數(shù),需進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)碾壓試驗(yàn)。該工程碾壓試驗(yàn)采用淘汰法確定各最優(yōu)參數(shù),根據(jù)碾壓試驗(yàn)結(jié)果,確定碾壓遍數(shù)為8遍,鋪土厚度為35cm,車輛行進(jìn)速度不大于3km/h,并將控制數(shù)據(jù)輸入系統(tǒng),超過(guò)時(shí)系統(tǒng)將自動(dòng)報(bào)警。
(2)對(duì)大壩填筑進(jìn)行分區(qū),根據(jù)溢洪道等過(guò)壩建筑物和2個(gè)河槽位置、填筑順序以及施工導(dǎo)流要求等,將大壩分為9個(gè)壩段,長(zhǎng)度從100~1050m不等,并將壩體分段和壩高等數(shù)據(jù)信息輸入系統(tǒng)。
(3)對(duì)碾壓車輛進(jìn)行編號(hào),該工程用于碾壓的機(jī)械共6輛,編號(hào)依次變?yōu)?#~6#,并將碾壓設(shè)備編號(hào)輸入系統(tǒng)。
(4)建立電臺(tái)和北斗基站,主要用來(lái)對(duì)大壩填筑碾壓施工設(shè)備上安裝的M30型接收機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互,通過(guò)差分?jǐn)?shù)據(jù)精確定位碾壓設(shè)備位置,并通過(guò)電臺(tái)將相關(guān)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)發(fā)送到后臺(tái)系統(tǒng)中。
(5)安裝碾壓機(jī)械車載設(shè)備,主要有車載碾壓控制平板電腦、正反轉(zhuǎn)傳感器、振動(dòng)傳感器、M30型車載GNSS接收機(jī)。
系統(tǒng)目前具有的主要功能有6個(gè)方面:①精確的碾壓遍數(shù)、行進(jìn)速度控制,改善碾壓作業(yè)的精細(xì)度;②作業(yè)面均勻一致的壓實(shí)度,防止漏壓、欠壓、過(guò)壓,保證碾壓質(zhì)量;③智能施工,提高工作效率;④數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集和處理;⑤依靠北斗定位系統(tǒng),兼容國(guó)際三星定位系統(tǒng),定位精度達(dá)到厘米級(jí);⑥專注碾壓控制,兼顧攤鋪厚度,保證大壩施工全過(guò)程有效監(jiān)控。
(1)系統(tǒng)信息傳輸途徑及構(gòu)架組成
大壩填筑碾壓施工實(shí)時(shí)智能化監(jiān)控系統(tǒng)綜合了微電子技術(shù)、無(wú)線通訊技術(shù)、GNSS厘米級(jí)高精度定位等現(xiàn)代化技術(shù)于一體,可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)全程連續(xù)可視化跟蹤碾壓過(guò)程,向建設(shè)單位、施工單位、監(jiān)理單位和操作司機(jī)提供及時(shí)精確定位的壓實(shí)信息。系統(tǒng)信息傳遞主要途徑及架構(gòu)如圖1所示。
(2)系統(tǒng)模塊組成
大壩碾壓控制系統(tǒng)主要有10個(gè)模塊組成:基礎(chǔ)信息、數(shù)據(jù)管理、實(shí)時(shí)監(jiān)控、質(zhì)量審核、歷史回放、平面分析、剖面分析、單元報(bào)表、碾壓統(tǒng)計(jì)、系統(tǒng)管理等。
圖1 信息傳遞主要途徑及架構(gòu)示意圖
系統(tǒng)能夠?qū)惭b在碾壓、運(yùn)料設(shè)備上的相關(guān)監(jiān)控儀器中得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、分析并展示,為工程施工過(guò)程質(zhì)量控制提供參考與支撐。
在系統(tǒng)模塊中實(shí)時(shí)監(jiān)控和歷史回放應(yīng)用對(duì)大壩碾壓意義重大。
實(shí)時(shí)監(jiān)控:能在司機(jī)終端顯示器實(shí)時(shí)顯示碾壓軌跡和遍數(shù),實(shí)時(shí)提醒司機(jī)防止漏壓、欠壓和過(guò)壓,也可遠(yuǎn)程監(jiān)控,便于施工單位管理人員、監(jiān)理、業(yè)主實(shí)時(shí)監(jiān)督。
歷史回放:如某個(gè)點(diǎn)檢測(cè)不合格,可以回放該點(diǎn)的碾壓軌跡錄像,可以看出是否漏壓和欠壓。
根據(jù)平面分析和剖面分析截圖展示,從斷面碾壓剖面圖可以看出整個(gè)剖面不同高程的碾壓情況,也可以點(diǎn)擊某個(gè)高程點(diǎn),單獨(dú)顯示不同高程的碾壓遍數(shù),可以直觀判斷哪些高程碾壓遍數(shù)合格,哪些高程欠壓、漏壓、過(guò)壓;從高程碾壓平面圖可以清晰直觀看出碾壓設(shè)備的行駛軌跡,碾壓遍數(shù),平面碾壓范圍,在碾壓過(guò)程中能及時(shí)控制,防止漏壓、欠壓、過(guò)壓。
大壩從2017年6月28日開(kāi)始填筑以來(lái),截至2018年9月底,1003個(gè)碾壓?jiǎn)卧淹瓿?85個(gè)單元,合格率100%,其中優(yōu)良單元工程839個(gè),優(yōu)良率94.8%,沒(méi)有出現(xiàn)因?yàn)閴簩?shí)度和干容重達(dá)不到設(shè)計(jì)要求出現(xiàn)返工的情況,說(shuō)明控制效果顯著,節(jié)省了大量的人力、物力和財(cái)力。
該系統(tǒng)已經(jīng)較為成熟,可以在土石壩、碾壓混凝土壩和堤防填筑中推廣使用。但目前系統(tǒng)只能控制碾壓遍數(shù)、攤鋪厚度及碾壓軌跡,對(duì)土料的含水率和碾壓后的容重(堆石壩的密實(shí)度)這兩項(xiàng)重要指標(biāo)不能進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),還要靠人工檢測(cè),土石壩一般都體量龐大,檢測(cè)工作量大,要耗費(fèi)大量的人力、物力、財(cái)力。下一步改進(jìn)的方向要增加土料含水率和容重(密實(shí)度)的實(shí)時(shí)檢測(cè)能力,真正做到全過(guò)程、全項(xiàng)目智能化控制,既保證工程質(zhì)量,同時(shí)節(jié)省人力、物力和財(cái)力