韩树军 赵宇飞

随着水利水电工程技术的发展，碾压混凝土筑坝技术趋于成熟，但是在碾压混凝土施工过程中，质量监控方面还缺乏简单易行的手段。双峰寺水库工程使用碾压混凝土施工质量监控系统，采集碾压混凝土施工中的各项质量控制参数，通过整理分析用图形直观地显示出来，可重现大坝碾压混凝土施工过程，利用碾压混凝土施工质量监控系统，对碾压混凝土施工进行全程监控，并通过监控系统软件进行质量分析与控制，以保证碾压混凝土的施工质量，取得了较好的质量控制效果。

1.基本情况

1.1 工程概况

双峰寺水库工程位于承德市武烈河下游，坝址在承德避暑山庄上游约8km 处，水库设计总库容 1.373 亿 m3，兴利库容 0.45 亿 m3，控制流域面积2303km2，是一座以防洪为主的大（II）型水利枢纽工程，是水利部172 项重大水利工程之一，其主要建筑物有拦河坝、发电和引水建筑物等；挡水建筑物采用碾压混凝土重力坝，共分为24 个坝段，从右至左依次布置右岸非溢流坝段4 个、溢流坝段5 个、河床非溢流坝段1 个、底孔坝段 2 个、电站坝段 1 个和左岸非溢流坝段11 个，坝高50.1m，坝顶长533m；电站为坝后式，布置在电站坝段的下游，拦河坝是整个枢纽工程的主要建筑物，拦河坝的建设质量关系到整个工程建设与运行安全，是工程质量控制的重点，该工程共浇筑混凝土56.22万 m3，其中碾压混凝土 42.8 万 m3，碾压混凝土施工质量控制是重点中的重点。

1.2 大坝碾压混凝土浇筑方式

1.2.1 分区施工

依据施工导流设计方案，碾压混凝土大坝浇筑分两期施工，1 期施工10#～24#坝段，2 期施工 1#～9#坝段，按照坝体结构特点、拌和楼能力、仓面特性和入仓方式等，共分8 个区；仓面最大面积为7769m2，最大仓面碾压混凝土工程量为91294m3；仓面最小面积为405m2，最小仓面浇筑工程量为5940m3。

1.2.2 分层施工

坝体碾压混凝土施工原则上每仓浇筑高度为3m，层面初凝后采用冲毛处理，保证层面结合良好，上、下游坝面使用翻升钢模板，可断续浇筑上升；结合双峰寺水库大坝工程的结构特性、采取的入仓方式，并考虑浇筑仓面的分区，具体的分层再做适当的调整，采用斜层铺筑碾压工艺，坝体不设纵缝，坝体横缝用切缝机切缝成型。

1.3 大坝碾压混凝土施工过程

1.3.1 碾压混凝土拌制与运输

该工程在大坝下游左岸100m 处布置 1 座 2×4.5m3强制式拌和楼，每小时拌制碾压混凝土240m3，可以满足碾压混凝土月最高浇筑量6.36 万m3和最大浇筑强度200m3/h 要求；混凝土水平运输采用15t 自卸汽车直接入仓，坝体内廊道处采用叠预制块过仓，依据仓面大小设1～2 个过仓口，随碾压层的升高交替上升；自卸汽车在搅拌站采用两次接料，即装车4.5m3后，小车向前行驶约0.5m，在车内形成两点堆垛，降低堆料高度，以减少自卸车装载的集料间距。

1.3.2 卸料摊铺与平仓

碾压混凝土卸料采用后退法以减轻骨料分离，使用SD13S 平仓机平仓，大仓面薄层连续铺设，结合混凝土的拌制及铺筑能力，温控要求，坝体分块尺寸及细部构造等因素，依据压实试验确定铺料厚度为34cm。

1.3.3 碾压作业施工

碾压混凝土施工作业采用通仓薄层铺筑方式，振动碾的行走速度一般在1.0～1.5km/h 范围内；碾压方向平行于坝轴线方向；碾压作业采用搭接法，碾压条带间的搭接宽度为10～20cm，端头部位搭接宽度为100cm 左右，每层碾压作业后按方格点及时测定混凝土的压实容重，连续上升铺筑混凝土施工，经平仓后及时碾压，以保证碾压混凝土从入仓至碾压结束历时不大于2h，碾压混凝土表面应全面泛浆和略有弹性；碾压过程中，机手应实时查看各项参数，确保碾压遍数，碾压沉降值与设定值相同，通过轮迹图像调整碾压部位，确保碾压均匀，并与核子密度仪现场测量的结果相比较，适当调整碾压轨迹和碾压遍数，保证压实质量满足设计要求。伸缩缝采用切缝成型，缝宽为1.0～1.2cm，采用先碾压达到压实容重后切缝，再进行骑缝补碾压。

2.碾压混凝土质量监控系统优点

该系统集合GPS 高精度定位技术、数据通信传输技术等高新科技，现场安装碾压机械移动监测点、网络中继站等硬件设备，在主控中心与现场分控站对碾压机械进行连续、实时、高精度的自动定位从而进行碾压遍数分析与显示，可通过图像传输进行远程监控，与传统施工监控方式相比，施工单位和监理单位现场管理人员大幅减少，一方面节省现场监控人员，提高碾压效率，另一方面可提高碾压混凝土施工作业的安全性，此外，利用该系统可以对平行坝轴线和垂直坝轴线方向进行剖面切割，直观地展示大坝填筑过程中每层的层厚分布以及层与层之间的结合情况，由此实现碾压混凝土施工过程的有效监控，通过后期钻孔取芯对比进行验证，可精确分析每个单元的压实质量。

3.碾压混凝土质量监控系统配置

3.1 硬件系统配置

通过在碾压机上安装机载GPS 高精度定位设备，采用RTK 差分定位方式，其定位精度达到厘米级，满足碾压遍数与压实厚度监控的精度要求，采用实时快速定位技术进行监控；在碾压设备的操纵室中，安装平板控制台，以方便机手实时查看工作面的碾压遍数、碾压沉降值等施工过程信息；在碾压设备的碾压辊子轴心处安装相关传感器，能够实时将碾压设备的振动频率及坝料压实情况进行采集，并实时显示在驾驶室内安装的平板控制台上，便于机手实时对碾压设备施工参数进行调整，保证工程碾压质量；在碾压设备上同时安装了视频设备，以便对碾压设备前方的施工状态以及混凝土摊铺状态进行整体了解，另外,在驾驶室内安装了语音报警器，当车辆在碾压速度等方面超限时，系统会通过报警器提示驾驶员并进行实时反馈。

3.2 大坝混凝土碾压施工过程控制指标的确定

根据以往碾压混凝土大坝施工过程质量控制经验，结合双峰寺水库大坝结构设计及施工组织设计，以及所建立的大坝碾压施工过程质量监控系统软硬件特性，选择碾压速度、碾压遍数、铺层厚度、碾压设备振动状态等方面参数，为双峰寺水库大坝碾压施工过程质量控制指标。

3.3 软件系统

软件系统是基于云计算与物联网技术基础上，通过B/S 体系结构以及中间件技术构架而建立起来的，实现大坝填筑施工过程管理业务与数据的集中管理，以坝体填筑碾压施工过程信息采集数字化、标准化、可视化为基础，对碾压混凝土施工过程中的铺料厚度、碾压遍数、碾压轨迹、激振力、碾压设备行走速度等方面进行施工过程控制，并结合大数据，物联网以及云计算技术，在系统平台上开发了数据整理分析模块，并利用图形直观的显示出来，输出图形图案等结果，通过网络在计算机等数据终端中打开网页浏览器，输入双峰寺水库碾压混凝土大坝施工过程监控系统地址，就可以了解目前大坝施工过程信息，以及对采集到的混凝土大坝碾压施工过程数据进行分析，保证大坝填筑施工过程能够满足设计要求。

4.碾压混凝土质量监控系统主要管理模块功能

4.1 工程信息管理与展示

依据双峰寺水库工程实施中对大坝碾压混凝土工程的单元划分情况，可按照大坝分区，大坝分段、碾压混凝土分仓、分层以及大坝中相应的混凝土单元工程信息进行采集与处理，这样就可以对不同区域和施工部位的碾压混凝土施工过程中采集到的数据进行归纳与分析，确定碾压施工参数，为数据整理与现场检测分析提供基础信息，还可根据大坝施工组织计划以及碾压试验后确定的最终施工过程参数进行碾压施工参数设置，是大坝施工质量分析中重要的评价标准。

4.2 数据管理与分析

按照单元工程项目划分对每个单元的碾压施工过程中采集到的数据进行系统整理与分析，提取相对应的信息对数据文件进行归类和判别，主要判别的指标有：机车代码，碾压开始与结束时间，以及数据采集点的空间位置，这样就可以将数据文件精确的归集到确定的单元工程中去，便于数据管理与分析。

4.3 质量控制与分析

通过该系统，可以对施工过程中的碾压遍数，碾压超限次数，碾压设备行走速度均值、最终值，碾压设备激振力超限次数，激振力均值、最终值，压实层厚度以及行车轨迹这些重要指标进行监控并分析，可以重演碾压混凝土施工实际过程，这对于施工优化以及后期工程检测有着重要意义。

5.碾压混凝土质量监控效果分析

碾压混凝土达到设计龄期后，选择具有典型特征的5 个部位进行钻孔取芯试验，钻孔取芯176.5m，制作试件64个，分别检测了试件的抗压强度、表观密度、轴心抗压强度、抗压弹性模量、轴心抗压强度、极限拉伸值、抗渗指标、抗冻性能等，各项指标全部达到设计指标，通过芯样的外观和断裂的部位与监控系统对应的模块和图形进行比对，能够高度吻合，表明混凝土碾压监控系统各项参数的采集和处理形成的图形模块，与碾压实际情况相符，通过碾压混凝土监控系统输出的图形和各项参数，可复核混凝土碾压质量，能有效监控碾压混凝土施工过程和质量。

6.结语

碾压混凝土施工质量控制的关键环节是碾压工序质量控制，有针对性地对碾压混凝土施工碾压工序进行科学控制可以确保碾压混凝土的工程质量，碾压监控系统可以对碾压混凝土施工过程进行模拟试验，通过对碾压混凝土质量控制指标数据的采集、分析、监控，总结出符合工程实际的施工状态，可以优化后期施工方案。碾压监控系统可以同时让施工方、监理方和建设方以及其他各方在各自的监控室内及时了解施工状况，并通过监控系统分析碾压状态，保证碾压混凝土的施工质量，可为类似碾压填筑工程施工质量控制提供借鉴。