韓樹軍 趙宇飛

隨著水利水電工程技術(shù)的發(fā)展，碾壓混凝土筑壩技術(shù)趨于成熟，但是在碾壓混凝土施工過程中，質(zhì)量監(jiān)控方面還缺乏簡單易行的手段。雙峰寺水庫工程使用碾壓混凝土施工質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)，采集碾壓混凝土施工中的各項(xiàng)質(zhì)量控制參數(shù)，通過整理分析用圖形直觀地顯示出來，可重現(xiàn)大壩碾壓混凝土施工過程，利用碾壓混凝土施工質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)，對碾壓混凝土施工進(jìn)行全程監(jiān)控，并通過監(jiān)控系統(tǒng)軟件進(jìn)行質(zhì)量分析與控制，以保證碾壓混凝土的施工質(zhì)量，取得了較好的質(zhì)量控制效果。

1.基本情況

1.1 工程概況

雙峰寺水庫工程位于承德市武烈河下游，壩址在承德避暑山莊上游約8km 處，水庫設(shè)計(jì)總庫容 1.373 億 m3，興利庫容 0.45 億 m3，控制流域面積2303km2，是一座以防洪為主的大（II）型水利樞紐工程，是水利部172 項(xiàng)重大水利工程之一，其主要建筑物有攔河壩、發(fā)電和引水建筑物等；擋水建筑物采用碾壓混凝土重力壩，共分為24 個(gè)壩段，從右至左依次布置右岸非溢流壩段4 個(gè)、溢流壩段5 個(gè)、河床非溢流壩段1 個(gè)、底孔壩段 2 個(gè)、電站壩段 1 個(gè)和左岸非溢流壩段11 個(gè)，壩高50.1m，壩頂長533m；電站為壩后式，布置在電站壩段的下游，攔河壩是整個(gè)樞紐工程的主要建筑物，攔河壩的建設(shè)質(zhì)量關(guān)系到整個(gè)工程建設(shè)與運(yùn)行安全，是工程質(zhì)量控制的重點(diǎn)，該工程共澆筑混凝土56.22萬 m3，其中碾壓混凝土 42.8 萬 m3，碾壓混凝土施工質(zhì)量控制是重點(diǎn)中的重點(diǎn)。

1.2 大壩碾壓混凝土澆筑方式

1.2.1 分區(qū)施工

依據(jù)施工導(dǎo)流設(shè)計(jì)方案，碾壓混凝土大壩澆筑分兩期施工，1 期施工10#～24#壩段，2 期施工 1#～9#壩段，按照壩體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、拌和樓能力、倉面特性和入倉方式等，共分8 個(gè)區(qū)；倉面最大面積為7769m2，最大倉面碾壓混凝土工程量為91294m3；倉面最小面積為405m2，最小倉面澆筑工程量為5940m3。

1.2.2 分層施工

壩體碾壓混凝土施工原則上每倉澆筑高度為3m，層面初凝后采用沖毛處理，保證層面結(jié)合良好，上、下游壩面使用翻升鋼模板，可斷續(xù)澆筑上升；結(jié)合雙峰寺水庫大壩工程的結(jié)構(gòu)特性、采取的入倉方式，并考慮澆筑倉面的分區(qū)，具體的分層再做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，采用斜層鋪筑碾壓工藝，壩體不設(shè)縱縫，壩體橫縫用切縫機(jī)切縫成型。

1.3 大壩碾壓混凝土施工過程

1.3.1 碾壓混凝土拌制與運(yùn)輸

該工程在大壩下游左岸100m 處布置 1 座 2×4.5m3強(qiáng)制式拌和樓，每小時(shí)拌制碾壓混凝土240m3，可以滿足碾壓混凝土月最高澆筑量6.36 萬m3和最大澆筑強(qiáng)度200m3/h 要求；混凝土水平運(yùn)輸采用15t 自卸汽車直接入倉，壩體內(nèi)廊道處采用疊預(yù)制塊過倉，依據(jù)倉面大小設(shè)1～2 個(gè)過倉口，隨碾壓層的升高交替上升；自卸汽車在攪拌站采用兩次接料，即裝車4.5m3后，小車向前行駛約0.5m，在車內(nèi)形成兩點(diǎn)堆垛，降低堆料高度，以減少自卸車裝載的集料間距。

1.3.2 卸料攤鋪與平倉

碾壓混凝土卸料采用后退法以減輕骨料分離，使用SD13S 平倉機(jī)平倉，大倉面薄層連續(xù)鋪設(shè)，結(jié)合混凝土的拌制及鋪筑能力，溫控要求，壩體分塊尺寸及細(xì)部構(gòu)造等因素，依據(jù)壓實(shí)試驗(yàn)確定鋪料厚度為34cm。

1.3.3 碾壓作業(yè)施工

碾壓混凝土施工作業(yè)采用通倉薄層鋪筑方式，振動(dòng)碾的行走速度一般在1.0～1.5km/h 范圍內(nèi)；碾壓方向平行于壩軸線方向；碾壓作業(yè)采用搭接法，碾壓條帶間的搭接寬度為10～20cm，端頭部位搭接寬度為100cm 左右，每層碾壓作業(yè)后按方格點(diǎn)及時(shí)測定混凝土的壓實(shí)容重，連續(xù)上升鋪筑混凝土施工，經(jīng)平倉后及時(shí)碾壓，以保證碾壓混凝土從入倉至碾壓結(jié)束歷時(shí)不大于2h，碾壓混凝土表面應(yīng)全面泛漿和略有彈性；碾壓過程中，機(jī)手應(yīng)實(shí)時(shí)查看各項(xiàng)參數(shù)，確保碾壓遍數(shù)，碾壓沉降值與設(shè)定值相同，通過輪跡圖像調(diào)整碾壓部位，確保碾壓均勻，并與核子密度儀現(xiàn)場測量的結(jié)果相比較，適當(dāng)調(diào)整碾壓軌跡和碾壓遍數(shù)，保證壓實(shí)質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)要求。伸縮縫采用切縫成型，縫寬為1.0～1.2cm，采用先碾壓達(dá)到壓實(shí)容重后切縫，再進(jìn)行騎縫補(bǔ)碾壓。

2.碾壓混凝土質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)

該系統(tǒng)集合GPS 高精度定位技術(shù)、數(shù)據(jù)通信傳輸技術(shù)等高新科技，現(xiàn)場安裝碾壓機(jī)械移動(dòng)監(jiān)測點(diǎn)、網(wǎng)絡(luò)中繼站等硬件設(shè)備，在主控中心與現(xiàn)場分控站對碾壓機(jī)械進(jìn)行連續(xù)、實(shí)時(shí)、高精度的自動(dòng)定位從而進(jìn)行碾壓遍數(shù)分析與顯示，可通過圖像傳輸進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，與傳統(tǒng)施工監(jiān)控方式相比，施工單位和監(jiān)理單位現(xiàn)場管理人員大幅減少，一方面節(jié)省現(xiàn)場監(jiān)控人員，提高碾壓效率，另一方面可提高碾壓混凝土施工作業(yè)的安全性，此外，利用該系統(tǒng)可以對平行壩軸線和垂直壩軸線方向進(jìn)行剖面切割，直觀地展示大壩填筑過程中每層的層厚分布以及層與層之間的結(jié)合情況，由此實(shí)現(xiàn)碾壓混凝土施工過程的有效監(jiān)控，通過后期鉆孔取芯對比進(jìn)行驗(yàn)證，可精確分析每個(gè)單元的壓實(shí)質(zhì)量。

3.碾壓混凝土質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)配置

3.1 硬件系統(tǒng)配置

通過在碾壓機(jī)上安裝機(jī)載GPS 高精度定位設(shè)備，采用RTK 差分定位方式，其定位精度達(dá)到厘米級(jí)，滿足碾壓遍數(shù)與壓實(shí)厚度監(jiān)控的精度要求，采用實(shí)時(shí)快速定位技術(shù)進(jìn)行監(jiān)控；在碾壓設(shè)備的操縱室中，安裝平板控制臺(tái)，以方便機(jī)手實(shí)時(shí)查看工作面的碾壓遍數(shù)、碾壓沉降值等施工過程信息；在碾壓設(shè)備的碾壓輥?zhàn)虞S心處安裝相關(guān)傳感器，能夠?qū)崟r(shí)將碾壓設(shè)備的振動(dòng)頻率及壩料壓實(shí)情況進(jìn)行采集，并實(shí)時(shí)顯示在駕駛室內(nèi)安裝的平板控制臺(tái)上，便于機(jī)手實(shí)時(shí)對碾壓設(shè)備施工參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，保證工程碾壓質(zhì)量；在碾壓設(shè)備上同時(shí)安裝了視頻設(shè)備，以便對碾壓設(shè)備前方的施工狀態(tài)以及混凝土攤鋪狀態(tài)進(jìn)行整體了解，另外,在駕駛室內(nèi)安裝了語音報(bào)警器，當(dāng)車輛在碾壓速度等方面超限時(shí)，系統(tǒng)會(huì)通過報(bào)警器提示駕駛員并進(jìn)行實(shí)時(shí)反饋。

3.2 大壩混凝土碾壓施工過程控制指標(biāo)的確定

根據(jù)以往碾壓混凝土大壩施工過程質(zhì)量控制經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合雙峰寺水庫大壩結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及施工組織設(shè)計(jì)，以及所建立的大壩碾壓施工過程質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)軟硬件特性，選擇碾壓速度、碾壓遍數(shù)、鋪層厚度、碾壓設(shè)備振動(dòng)狀態(tài)等方面參數(shù)，為雙峰寺水庫大壩碾壓施工過程質(zhì)量控制指標(biāo)。

3.3 軟件系統(tǒng)

軟件系統(tǒng)是基于云計(jì)算與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)基礎(chǔ)上，通過B/S 體系結(jié)構(gòu)以及中間件技術(shù)構(gòu)架而建立起來的，實(shí)現(xiàn)大壩填筑施工過程管理業(yè)務(wù)與數(shù)據(jù)的集中管理，以壩體填筑碾壓施工過程信息采集數(shù)字化、標(biāo)準(zhǔn)化、可視化為基礎(chǔ)，對碾壓混凝土施工過程中的鋪料厚度、碾壓遍數(shù)、碾壓軌跡、激振力、碾壓設(shè)備行走速度等方面進(jìn)行施工過程控制，并結(jié)合大數(shù)據(jù)，物聯(lián)網(wǎng)以及云計(jì)算技術(shù)，在系統(tǒng)平臺(tái)上開發(fā)了數(shù)據(jù)整理分析模塊，并利用圖形直觀的顯示出來，輸出圖形圖案等結(jié)果，通過網(wǎng)絡(luò)在計(jì)算機(jī)等數(shù)據(jù)終端中打開網(wǎng)頁瀏覽器，輸入雙峰寺水庫碾壓混凝土大壩施工過程監(jiān)控系統(tǒng)地址，就可以了解目前大壩施工過程信息，以及對采集到的混凝土大壩碾壓施工過程數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，保證大壩填筑施工過程能夠滿足設(shè)計(jì)要求。

4.碾壓混凝土質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)主要管理模塊功能

4.1 工程信息管理與展示

依據(jù)雙峰寺水庫工程實(shí)施中對大壩碾壓混凝土工程的單元?jiǎng)澐智闆r，可按照大壩分區(qū)，大壩分段、碾壓混凝土分倉、分層以及大壩中相應(yīng)的混凝土單元工程信息進(jìn)行采集與處理，這樣就可以對不同區(qū)域和施工部位的碾壓混凝土施工過程中采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行歸納與分析，確定碾壓施工參數(shù)，為數(shù)據(jù)整理與現(xiàn)場檢測分析提供基礎(chǔ)信息，還可根據(jù)大壩施工組織計(jì)劃以及碾壓試驗(yàn)后確定的最終施工過程參數(shù)進(jìn)行碾壓施工參數(shù)設(shè)置，是大壩施工質(zhì)量分析中重要的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

4.2 數(shù)據(jù)管理與分析

按照單元工程項(xiàng)目劃分對每個(gè)單元的碾壓施工過程中采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)整理與分析，提取相對應(yīng)的信息對數(shù)據(jù)文件進(jìn)行歸類和判別，主要判別的指標(biāo)有：機(jī)車代碼，碾壓開始與結(jié)束時(shí)間，以及數(shù)據(jù)采集點(diǎn)的空間位置，這樣就可以將數(shù)據(jù)文件精確的歸集到確定的單元工程中去，便于數(shù)據(jù)管理與分析。

4.3 質(zhì)量控制與分析

通過該系統(tǒng)，可以對施工過程中的碾壓遍數(shù)，碾壓超限次數(shù)，碾壓設(shè)備行走速度均值、最終值，碾壓設(shè)備激振力超限次數(shù)，激振力均值、最終值，壓實(shí)層厚度以及行車軌跡這些重要指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)控并分析，可以重演碾壓混凝土施工實(shí)際過程，這對于施工優(yōu)化以及后期工程檢測有著重要意義。

5.碾壓混凝土質(zhì)量監(jiān)控效果分析

碾壓混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)齡期后，選擇具有典型特征的5 個(gè)部位進(jìn)行鉆孔取芯試驗(yàn)，鉆孔取芯176.5m，制作試件64個(gè)，分別檢測了試件的抗壓強(qiáng)度、表觀密度、軸心抗壓強(qiáng)度、抗壓彈性模量、軸心抗壓強(qiáng)度、極限拉伸值、抗?jié)B指標(biāo)、抗凍性能等，各項(xiàng)指標(biāo)全部達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)，通過芯樣的外觀和斷裂的部位與監(jiān)控系統(tǒng)對應(yīng)的模塊和圖形進(jìn)行比對，能夠高度吻合，表明混凝土碾壓監(jiān)控系統(tǒng)各項(xiàng)參數(shù)的采集和處理形成的圖形模塊，與碾壓實(shí)際情況相符，通過碾壓混凝土監(jiān)控系統(tǒng)輸出的圖形和各項(xiàng)參數(shù)，可復(fù)核混凝土碾壓質(zhì)量，能有效監(jiān)控碾壓混凝土施工過程和質(zhì)量。

6.結(jié)語

碾壓混凝土施工質(zhì)量控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)是碾壓工序質(zhì)量控制，有針對性地對碾壓混凝土施工碾壓工序進(jìn)行科學(xué)控制可以確保碾壓混凝土的工程質(zhì)量，碾壓監(jiān)控系統(tǒng)可以對碾壓混凝土施工過程進(jìn)行模擬試驗(yàn)，通過對碾壓混凝土質(zhì)量控制指標(biāo)數(shù)據(jù)的采集、分析、監(jiān)控，總結(jié)出符合工程實(shí)際的施工狀態(tài)，可以優(yōu)化后期施工方案。碾壓監(jiān)控系統(tǒng)可以同時(shí)讓施工方、監(jiān)理方和建設(shè)方以及其他各方在各自的監(jiān)控室內(nèi)及時(shí)了解施工狀況，并通過監(jiān)控系統(tǒng)分析碾壓狀態(tài)，保證碾壓混凝土的施工質(zhì)量，可為類似碾壓填筑工程施工質(zhì)量控制提供借鑒。