实时监控下土石坝碾压质量全仓面评估

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1、水利学报2010年6月SHUILIXUEBAO第41卷第6期文章编号:0559-9350(2010)06-0720-07实时监控下土石坝碾压质量全仓面评估刘东海，王光烽(天津大学建筑工程学院，天津300072)摘要:采用常规监理旁站方式监控土石坝碾压参数以及事后试坑取样检测的质量管理手段，往往有较大的人工误差。依托土石坝施工质量实时监控技术，获得了施工仓面任意位置处的碾压参数值(碾压速度、激振力、碾压遍数和压实厚度)。在分析碾压参数与压实质量标准(干密度或压实度)之间相关性的基础上，采用三层前向式ANN模型，建立碾压参数和压实质量标准之间的非线性映射关系，并提出了全仓面碾

2、压质量评估的具体流程，获得仓面任意位置处的压实度以及全仓面的碾压质量达标率。该方法可有效避免以有限个试坑检测样本评价整体仓面碾压质量的片面性，为现场施工质量控制提供了新的途径。关键词:土石坝施工;碾压;质量控制;质量评估;实时监控;神经网络模型中图分类号:TV523文献标识码:A加强填筑碾压过程中碾压参数的控制是保证心墙堆石坝施工质量的关键。根据规范要求，在施工过程中，主要通过碾压参数(包括激振力、行进速度、铺料厚度、加水量、碾压遍数等)对碾压质量进行控制;在仓面施工结束后，通过试坑采样检测填筑体的干容重、含水量和级配等，来分析是否满足设计的压［1－2］实质量标准。但是，

3、采用常规的监理旁站方式监控碾压参数以及事后试坑取样检测的质量管理手段，往往有较大的人工误差，而且用有限个离散试坑检测样本也难以全面描述整个仓面的施工质量情况。目前研究尚无涉及土石坝整个施工仓面碾压质量的评估与分析。Thompson和White通过实时监［3］测碾压机械对土层的作用功率(MDP)，来动态估计道路施工中土的压实效果。文献［4－5］针对混凝土面板堆石坝施工特点，开发了混凝土面板堆石坝填筑施工质量的GPS实时监控系统，用于监测堆石体的碾压参数，但不涉及全仓面碾压质量的评估。本文依托于全天候的心墙堆石坝施工质量实时监控［6］技术，获得施工仓面任意位置处的碾压参数值(

4、碾压速度、激振力、碾压遍数和压实厚度)。在此基础上，建立起碾压参数和压实质量标准之间的映射关系，为进一步分析全仓面的碾压质量提供可能。对于［7］这种非线性的映射关系，可采用具有的自组织、自适应、自学习能力的人工神经网络(ANN)来表述。1土石坝碾压质量参数的实时采集与分析为实时自动采集心墙堆石坝填筑碾压的过程参数，采用GPS技术、GPRS技术、自动控制技术和计［6］算机网络技术等，研制开发了心墙堆石坝填筑碾压质量实时监控系统。该系统由GPS基准站、碾压机械监测终端、总控中心、现场分控站和现场PDA终端等部分组成。填筑碾压参数实时采集与分析流程如图1所示，具体如下。(1)通

5、过安装在碾压机械上的监测终端，实时采集碾压机械的动态坐标(经GPS基准站差分，精度可提高至厘米级)和激振力输出状态，经GPRS网络实时发送至远程数据库服务器中。收稿日期:2009-07-02基金项目:国家自然科学基金青年基金项目(50709024);教育部新世纪优秀人才计划资助(NCET-08-0391)作者简介:刘东海(1974.12－)，男，浙江舟山人，博士，副教授，主要从事水利工程系统分析与管理和施工质量实时监控研究。E-mail:liudh@tju.edu.cn—720—(2)根据预先设定的控制标准，服务器端的应用程序实时分析判断碾压机的行车速度、激振力输出是否超

6、标，并通过驾驶室报警器和相关人员的PDA发出相应报警。(3)同时，现场分控站和总控中心的监控终端计算机通过有线网络或无线WiFi网络，读取上述数据，进行进一步的实时计算和分析，包括坝面碾压质量参数(含行车轨迹、碾压遍数、压实高程和压实厚度)的实时计算和分析。(4)再将这些实时计算和分析的结果与预先设定的标准作比较，根据偏差，通过相关人员的PDA以及总控中心和现场分控站的监控计算机发出报警，指导相关人员做出现场反馈与控制措施。(5)将施工仓面任意位置上监测到的碾压机轨迹、行车速度、激振力状态、碾压遍数、压实后高程和厚度保存至数据库，以供查询和后续全仓面质量估算应用。图1土石

7、坝碾压质量参数实时采集与分析流程2碾压参数与压实质量的相关性分析把整个施工仓面划分成0.5m×0.5m的网格，采用心墙堆石坝填筑碾压质量实时监控系统，可采集到每个网格的碾压遍数n、压实厚度h、每次碾压机械通过该网格时的行进速度v(本文采用多次通过的n平均值)以及激振力状态J(有低频高振、高振低频或不振等三种状态，分别赋值2、1、0，J=∑Jt，其中t=1Jt为该网格第t次碾压时激振力状态值)。同时，根据实际工程中的挖坑试验，可确定该试坑位置处的压实质量γ(压实度或干密度)。然后，由试坑位置可确定该点对应的碾压参数(n，h，v，