膠凝砂礫石壩施工質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)開(kāi)發(fā)及應(yīng)用

賈金生，趙 春，繆 綸，張德全，羅兆坤

（1.中國(guó)水利水電科學(xué)研究院，北京 100038；2.大同市守口堡水庫(kù)工程建設(shè)項(xiàng)目部，山西 大同 037000；3.北京普天通達(dá)科技有限公司，北京 100083）

1 研究背景

膠結(jié)顆粒料壩（Cemented Material Dam，CMD）于2009年提出，是一種介于土石壩和混凝土壩之間的新壩型［1］，其主要特點(diǎn)是：（1）宜構(gòu)適材。通過(guò)將散粒體膠結(jié)起來(lái)筑壩，調(diào)整壩體結(jié)構(gòu)來(lái)適應(yīng)材料特性，強(qiáng)調(diào)充分利用當(dāng)?shù)夭牧?，?shí)現(xiàn)漫頂不潰的目標(biāo)。根據(jù)筑壩材料粒徑的不同可用不同的壩型。包括將土膠結(jié)以后可建膠結(jié)土壩；粒徑150 mm以內(nèi)的材料膠結(jié)可修建膠凝砂礫石壩永久工程（300 mm之內(nèi)的材料膠結(jié)可以修建膠凝砂礫石圍堰工程）；粒徑大于300 mm的材料膠結(jié)以后可以做膠結(jié)堆石壩（堆石混凝土壩）。（2）宜材適構(gòu)?？紤]壩體功能分區(qū)設(shè)置，對(duì)于不同結(jié)構(gòu)分區(qū)的不同要求，選擇合適的材料，實(shí)現(xiàn)安全且不過(guò)度超強(qiáng)的目標(biāo)。（3）壩體斷面形式可以調(diào)整。不局限于對(duì)稱或梯形，目標(biāo)是充分發(fā)揮材料的性能。膠結(jié)顆粒料壩具有安全經(jīng)濟(jì)、環(huán)境友好和漫頂不潰等優(yōu)點(diǎn)，在遇到洪水漫頂或者地震剪切破壞時(shí)，可避免下游地區(qū)發(fā)生大的次生災(zāi)害。水利部已于2014年6月發(fā)布了《膠結(jié)顆粒料筑壩技術(shù)導(dǎo)則》（SL678-2014）［2］，用以指導(dǎo)膠結(jié)顆粒料壩的建設(shè)。

膠凝砂礫石壩（Cemented Sand Gravel and Rock Dam，CSGRD）是膠結(jié)顆粒料壩的一種典型形式，它使用少量的膠凝材料和工程現(xiàn)場(chǎng)不篩分、不水洗的砂、礫、石料，通過(guò)簡(jiǎn)易拌和，經(jīng)攤鋪、振動(dòng)碾壓后形成具備一定強(qiáng)度和抗剪性能的擋水結(jié)構(gòu)。目前，我國(guó)已建成了順江堰膠凝砂礫石壩（H=11.6 m），守口堡膠凝砂礫石壩（H=61.4 m）等工程正在施工中。

膠凝沙礫石壩由于材料級(jí)配變幅寬、用水量波動(dòng)大，尤其是施工中只進(jìn)行粗篩粗拌，為嚴(yán)格拌和與碾壓過(guò)程，需要研究建立施工質(zhì)量控制系流，對(duì)施工過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)控和預(yù)警。鐘登華［3-4］、馬洪琪［5］、陳祖煜［6-7］等在大型土石壩、混凝土壩工程的質(zhì)量監(jiān)控技術(shù)開(kāi)發(fā)方面取得了大量成果，并在糯扎渡心墻堆石壩、黃登碾壓混凝土重力壩、豐滿碾壓混凝土重力壩、出山店土石壩、阿爾塔什土石壩等大型工程中成功應(yīng)用。其他學(xué)者也分別在面板堆石壩、碾壓混凝土壩的碾壓填筑施工方面的質(zhì)量控制進(jìn)行過(guò)研究與應(yīng)用［8-12］。但由于各類大壩施工建設(shè)特點(diǎn)區(qū)別很大，控制要素不盡相同，如膠凝砂礫石壩與碾壓式土石壩最大的不同在于它是剛性壩，筑壩材料中必須加入水泥、粉煤灰等適量的膠凝材料并拌和均勻，各種材料的配合比需要處在嚴(yán)密的監(jiān)控之下；與碾壓混凝土壩最大的不同則是材料無(wú)需篩分、不用水洗，但振動(dòng)碾壓過(guò)程必須嚴(yán)格監(jiān)控，除常規(guī)的碾壓速度、碾壓遍數(shù)外，還增加了振動(dòng)狀態(tài)和倉(cāng)面溫度的監(jiān)控。

膠結(jié)砂礫石壩由于材料級(jí)配變幅寬、用水量波動(dòng)大，為嚴(yán)格拌和與碾壓過(guò)程，需要研究建立施工質(zhì)量控制系統(tǒng)，對(duì)施工過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)監(jiān)控和及時(shí)預(yù)警。

2 質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)需求分析和功能要求

根據(jù)《膠結(jié)顆粒料筑壩技術(shù)導(dǎo)則》（SL678-2014）［2］對(duì)膠結(jié)砂礫石壩質(zhì)量控制的有關(guān)規(guī)定，結(jié)合大壩施工各個(gè)環(huán)節(jié)的實(shí)際情況，系統(tǒng)監(jiān)控的內(nèi)容主要包括原材料檢測(cè)、拌和物質(zhì)量檢測(cè)、施工現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)、施工過(guò)程信息、強(qiáng)度檢驗(yàn)與評(píng)定以及車輛運(yùn)輸?shù)确矫嫘畔ⅰ?/p>

（1）原材料檢測(cè)。包括水泥、粉煤灰、砂礫石一次儲(chǔ)料堆、砂礫石二次儲(chǔ)料堆等原材料的性質(zhì)檢測(cè)錄入數(shù)據(jù)、管理和分析功能。

（2）拌和物質(zhì)量檢測(cè)。包括VC值、出機(jī)口溫度、抗壓強(qiáng)度等，自動(dòng)采集的拌和生產(chǎn)的配合比信息和產(chǎn)量信息，可對(duì)實(shí)際配合比和設(shè)計(jì)配合比進(jìn)行復(fù)核。

（3）施工現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)。包括指標(biāo)性參數(shù)，如VC值、表觀密度、抗壓強(qiáng)度等。

（4）施工過(guò)程信息。包括利用超寬帶定位技術(shù)等對(duì)碾壓車的實(shí)時(shí)位置、溫度、激振力等信息進(jìn)行自動(dòng)采集，并編制專用軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、分析和統(tǒng)計(jì)，來(lái)實(shí)現(xiàn)碾壓軌跡、碾壓遍數(shù)、碾壓速度、壓實(shí)厚度、振動(dòng)狀況、倉(cāng)面溫度、層間間隔時(shí)間等的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

（5）強(qiáng)度檢驗(yàn)與評(píng)定。包括通過(guò)出機(jī)口、倉(cāng)面取樣制取試件進(jìn)行強(qiáng)度檢測(cè)，作為質(zhì)量控制水平評(píng)定和質(zhì)量驗(yàn)收的依據(jù)等。

（6）車輛運(yùn)輸信息。通過(guò)移動(dòng)終端記錄料源地到儲(chǔ)料區(qū)、儲(chǔ)料區(qū)到拌和區(qū)、拌和區(qū)到施工區(qū)之間的裝車、卸車信息，形成完整的物料流動(dòng)鏈條。

根據(jù)上述要求，本文系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)見(jiàn)圖1，自下而上依次分為：輸入層、數(shù)據(jù)層、服務(wù)層、應(yīng)用層、用戶層5個(gè)層次。

圖1 膠結(jié)砂礫石壩質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

從系統(tǒng)功能要求的角度對(duì)各層的簡(jiǎn)述如下。

（1）輸入層。主要指采集各類監(jiān)控信息的設(shè)備或數(shù)據(jù)源。一是各類傳感器設(shè)備，包括對(duì)碾壓車的實(shí)時(shí)位置、溫度、激振力等信息進(jìn)行自動(dòng)化采集的超寬帶定位設(shè)備、遠(yuǎn)紅外測(cè)溫設(shè)備、振動(dòng)監(jiān)測(cè)儀、三維電子羅盤(pán)等，對(duì)運(yùn)輸車輛進(jìn)行定位的車載GPS等，測(cè)量拌和物溫度、倉(cāng)面溫度的溫度傳感器等；二是進(jìn)行人工數(shù)據(jù)采集的輸入終端，包括桌面終端和智能移動(dòng)終端等；三是進(jìn)行視頻采集、圖像采集的視頻監(jiān)控終端、高清攝像機(jī)、照相機(jī)等。

（2）數(shù)據(jù)層?；趯?shí)時(shí)監(jiān)控的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)和工程資料的靜態(tài)數(shù)據(jù)，共同構(gòu)成的膠凝砂礫石壩施工質(zhì)量監(jiān)控管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)層，對(duì)采集的各類監(jiān)控信息源的數(shù)據(jù)進(jìn)行分類儲(chǔ)存和管理，以供上層的服務(wù)層和應(yīng)用層調(diào)用。主要包括原材料、拌和物、施工現(xiàn)場(chǎng)的各類檢測(cè)數(shù)據(jù)、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、質(zhì)量評(píng)定數(shù)據(jù)，車輛運(yùn)輸調(diào)配數(shù)據(jù)，各類位置信息，工程基本信息等。

（3）服務(wù)層。封裝數(shù)據(jù)庫(kù)、地圖的調(diào)用接口，向應(yīng)用層提供四類服務(wù)，即監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)采集服務(wù)、后臺(tái)數(shù)據(jù)分析服務(wù)、應(yīng)用數(shù)據(jù)服務(wù)接口、地圖服務(wù)接口等。

（4）應(yīng)用層。根據(jù)應(yīng)用的性質(zhì)，分為采集子系統(tǒng)、監(jiān)控管理子系統(tǒng)和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)維護(hù)子系統(tǒng)。采集子系統(tǒng)包括移動(dòng)端數(shù)據(jù)采集和自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集，因自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集對(duì)于用戶完全透明，故應(yīng)用層呈現(xiàn)的主要為移動(dòng)端數(shù)據(jù)采集，提供各類檢測(cè)數(shù)據(jù)、指標(biāo)數(shù)據(jù)、運(yùn)輸數(shù)據(jù)的錄入管理界面。施工過(guò)程監(jiān)控管理子系統(tǒng)包括原材料拌和物信息管理、料源上壩信息管理、碾壓過(guò)程監(jiān)控分析、運(yùn)輸車輛監(jiān)控管理、過(guò)程模擬和監(jiān)測(cè)反饋、施工現(xiàn)場(chǎng)視頻監(jiān)控等內(nèi)容?；A(chǔ)數(shù)據(jù)維護(hù)子系統(tǒng)提供對(duì)工程基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、工程檔案數(shù)據(jù)、地圖數(shù)據(jù)的管理功能。

（5）用戶層。膠凝砂礫石壩施工質(zhì)量事關(guān)眾多部門(mén)，不同用戶對(duì)系統(tǒng)有不同的需求。依托上述膠凝砂礫石壩施工質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)平臺(tái)，向施工單位、監(jiān)理單位、業(yè)主單位、設(shè)計(jì)單位、勘測(cè)單位、科研單位、以及上級(jí)主管部門(mén)、屬地政府機(jī)構(gòu)、水行政主管部門(mén)等各類存在需求的用戶提供多樣化、個(gè)性化的查詢和決策支持服務(wù)。

根據(jù)實(shí)際工程的需要，上述應(yīng)用層各模塊的開(kāi)發(fā)可有所側(cè)重。如本文應(yīng)用實(shí)例中的守口堡膠凝砂礫石壩施工質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)，開(kāi)發(fā)重點(diǎn)在于拌和生產(chǎn)和碾壓施工的過(guò)程監(jiān)控，下文的重點(diǎn)論述該系統(tǒng)所采用的關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用。

3 系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)簡(jiǎn)述

3.1 自主組網(wǎng)的超寬帶三維定位技術(shù)采用自主組網(wǎng)的超寬帶（UWB）定位技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)碾壓車的三維動(dòng)態(tài)定位。超寬帶技術(shù)無(wú)線通信是一種采用時(shí)間間隔極短（小于1ns）的脈沖進(jìn)行通信的方式。利用納秒至微秒級(jí)的非正弦波窄脈沖傳輸數(shù)據(jù)，通過(guò)在較寬的頻譜上傳送極低功率的信號(hào)，UWB能在10 m左右的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)數(shù)百M(fèi)bit/s至數(shù)Gbit/s的數(shù)據(jù)傳輸速率。該技術(shù)抗干擾性能強(qiáng)，傳輸速率高，系統(tǒng)容量大，且發(fā)送功率非常小。UWB通信設(shè)備可以用小于1 mW的發(fā)射功率就能實(shí)現(xiàn)通信，低發(fā)射功率大大延長(zhǎng)系統(tǒng)電源工作時(shí)間，其電磁波輻射對(duì)人體的影響也很小，便于應(yīng)用。本文系統(tǒng)應(yīng)用的超寬帶設(shè)備為美國(guó)TimeZone公司的P440測(cè)距模塊。

超寬帶終端設(shè)備測(cè)距和通訊模塊提供點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、精度為2 cm的測(cè)距能力，測(cè)量室外距離最遠(yuǎn)可達(dá)2～4 km。通過(guò)3個(gè)固定基站和1個(gè)移動(dòng)站之間的距離測(cè)量組合就可以通過(guò)三維定位算法計(jì)算位置坐標(biāo)，見(jiàn)圖2。利用超寬帶定位技術(shù)實(shí)時(shí)定位碾壓車位置，具有原理簡(jiǎn)單直接、定位精度高、數(shù)據(jù)安全性好、抗干擾能力強(qiáng)、受復(fù)雜地形環(huán)境影響較小的特點(diǎn)，且可根據(jù)地理環(huán)境靈活架設(shè)基站，適用范圍廣。與衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GPS、北斗等）相比，后者衛(wèi)星信號(hào)受地形、地貌條件約束較大，特別是位于高山峽谷中的水利工程施工現(xiàn)場(chǎng)，使用衛(wèi)星定位系統(tǒng)受到較大限制。

在整個(gè)三維定位解算過(guò)程中，為減少誤差，需要利用碾壓車行進(jìn)運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)，如速度、運(yùn)動(dòng)方向、倉(cāng)面高程等都應(yīng)該為連續(xù)變化，對(duì)超限點(diǎn)應(yīng)予以剔除；對(duì)連續(xù)求得的多個(gè)數(shù)據(jù)還需進(jìn)行平滑處理。通過(guò)對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行修正，才能得到最終表征碾壓車當(dāng)前位置和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的數(shù)據(jù)。經(jīng)驗(yàn)證，系統(tǒng)三維定位精度指標(biāo)為：水平向、垂直向均在±2～5 cm之內(nèi)，能夠滿足碾壓層厚、碾壓條帶寬度等控制性要求。

圖2 自主組網(wǎng)的超寬帶三維定位技術(shù)基站布設(shè)

3.2 碾壓監(jiān)控分析算法對(duì)碾壓車的監(jiān)控分析包括碾壓軌跡、碾壓速度、碾壓遍數(shù)、碾壓層厚、振動(dòng)狀態(tài)、倉(cāng)面溫度、層間時(shí)間間隔等。在系統(tǒng)中，通過(guò)創(chuàng)建倉(cāng)面、監(jiān)控碾壓運(yùn)動(dòng)軌跡、分析碾壓遍數(shù)、振動(dòng)狀態(tài)等來(lái)監(jiān)控碾壓車施工過(guò)程、施工工藝是否符合《膠結(jié)顆粒料筑壩技術(shù)導(dǎo)則》［2］的要求。

（1）倉(cāng)面的概化。倉(cāng)面施工是壩體澆注最主要的施工環(huán)節(jié)。由于部分膠結(jié)砂礫石壩不設(shè)縱縫，采用通倉(cāng)澆筑等方式，倉(cāng)面劃分存在較大的不確定性。為了適應(yīng)各種情況，本文系統(tǒng)采用封閉的多邊形來(lái)概化開(kāi)倉(cāng)時(shí)的倉(cāng)面邊界，用一個(gè)逆時(shí)針的多邊形頂點(diǎn)坐標(biāo)（包括水平面坐標(biāo)和高程）數(shù)組來(lái)存儲(chǔ)倉(cāng)面信息，并標(biāo)注倉(cāng)號(hào)、開(kāi)倉(cāng)時(shí)間、收倉(cāng)時(shí)間等要素信息。程序?qū)崿F(xiàn)上以此多邊形區(qū)域?yàn)榛A(chǔ)，對(duì)倉(cāng)面范圍內(nèi)的碾壓施工的各類信息進(jìn)行監(jiān)控和分析。

（2）碾壓軌跡與碾壓速度。碾壓軌跡是指碾壓車在倉(cāng)面內(nèi)行進(jìn)碾壓時(shí)，碾輪碾壓經(jīng)過(guò)的區(qū)域。一般以碾壓車輪輥與倉(cāng)面切線中點(diǎn)代表碾壓車位置，按照時(shí)間順序依次連接起來(lái)，展現(xiàn)在倉(cāng)面的水平投影面上，就形成碾壓車軌跡線。

若以碾壓軌跡線為軸線、分別以輪輥與倉(cāng)面切線左側(cè)點(diǎn)、右側(cè)點(diǎn)作為碾壓條帶邊界，應(yīng)用移動(dòng)畫(huà)筆法按照碾壓軌跡進(jìn)行繪制，則形成碾壓軌跡條帶。

將碾壓車定位數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)及其時(shí)間信息，據(jù)此可求出碾壓車某時(shí)刻的即時(shí)速度。由于測(cè)量系統(tǒng)存在誤差，也需對(duì)速度進(jìn)行平滑處理。

（3）碾壓遍數(shù)分析。碾壓遍數(shù)是保證碾壓效果的關(guān)鍵因素，規(guī)定的碾壓遍數(shù)需由試驗(yàn)確定。為進(jìn)行碾壓遍數(shù)計(jì)算，需將碾壓倉(cāng)面的水平投影面數(shù)字化網(wǎng)格化，網(wǎng)格越小則計(jì)算精度越高。根據(jù)測(cè)量精度，宜將網(wǎng)格定義為10 cm×10 cm。

3.3 系統(tǒng)開(kāi)發(fā)工具和運(yùn)行環(huán)境膠凝砂礫石壩施工質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)采用Microsoft公司的.NET架構(gòu)的C#語(yǔ)言開(kāi)發(fā)。為了保持與開(kāi)發(fā)語(yǔ)言的兼容，所有的組件（表格、tab、菜單、工具條）都采用Windows Form提供的可視化組件開(kāi)發(fā)。平臺(tái)系統(tǒng)全部采用C/S結(jié)構(gòu)。數(shù)據(jù)庫(kù)選用SQLServer 2008及其以上版本。操作系統(tǒng)采用Windows Server 2008以上版本。

4 應(yīng)用實(shí)例

大同市守口堡水庫(kù)位于山西省陽(yáng)高縣城西北約10 km處的黑水河上游，屬海河流域永定河水系洋河的二級(jí)支流，壩址以上控制流域面積291 km2。水庫(kù)總庫(kù)容980萬(wàn)m3，為?。?）型水庫(kù)，設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為50年一遇洪水，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為500年一遇。工程等別為Ⅳ等，主要建筑物為四級(jí)，工程任務(wù)為工業(yè)供水、農(nóng)業(yè)灌溉及防洪等綜合利用。因水庫(kù)壩址區(qū)砂礫石覆蓋層較厚，河床砂礫石豐富，經(jīng)多方論證，該壩適宜采用膠凝砂礫石新壩型，目前已作為我國(guó)第一座膠結(jié)砂礫石試驗(yàn)壩正在進(jìn)行建設(shè)。該壩最大壩高61.4 m，膠凝砂礫石總方量為43萬(wàn)m3。在建設(shè)過(guò)程中，為保障工程施工質(zhì)量和大壩安全，需進(jìn)行質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用。

4.1 工地系統(tǒng)組成在守口堡施工工地，系統(tǒng)設(shè)有控制中心，在工地現(xiàn)場(chǎng)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)全范圍覆蓋的支持下，集成三維定位、紅外測(cè)溫、振動(dòng)監(jiān)測(cè)、視頻監(jiān)控等自動(dòng)化采集設(shè)備，通過(guò)手持式PAD、筆記本電腦、臺(tái)式機(jī)、大屏幕監(jiān)控等輸入輸出設(shè)備，以倉(cāng)面碾壓施工為監(jiān)控重點(diǎn)，對(duì)料源地、儲(chǔ)料區(qū)、拌和區(qū)、施工區(qū)等4大區(qū)域進(jìn)行施工質(zhì)量監(jiān)控，并對(duì)車輛運(yùn)輸信息、實(shí)驗(yàn)室測(cè)試信息等進(jìn)行管理。系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 膠結(jié)砂礫石壩質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

4.2 拌和生產(chǎn)監(jiān)控《膠結(jié)顆粒料筑壩技術(shù)導(dǎo)則》［2］對(duì)膠結(jié)砂礫石拌和配料稱量的允許誤差有明確規(guī)定，膠凝材料和砂石料的動(dòng)態(tài)精度要求分別在±2%和±4%之內(nèi)。本文系統(tǒng)拌和生產(chǎn)監(jiān)控的主要功能為監(jiān)控拌和生產(chǎn)產(chǎn)量和配合比誤差情況。通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸，系統(tǒng)以一定時(shí)間間隔（一般為5 min）從拌和生產(chǎn)控制系統(tǒng)中獲取各種配料的實(shí)時(shí)重量值，計(jì)算當(dāng)前實(shí)際配比和設(shè)定配比之間的誤差，當(dāng)發(fā)生誤差值超過(guò)規(guī)定值或其他異常情況時(shí)進(jìn)行報(bào)警，并反饋至拌和生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行故障檢查和排除。實(shí)時(shí)監(jiān)控畫(huà)面見(jiàn)圖4。

圖4 守口堡水庫(kù)工程實(shí)時(shí)監(jiān)控圖

根據(jù)系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)，截至2016年10月15日，守口堡水庫(kù)工程2016年度膠凝砂礫石拌和生產(chǎn)累計(jì)方量共21.62萬(wàn)m3。通過(guò)系統(tǒng)可隨時(shí)生成實(shí)際生產(chǎn)配比與設(shè)定配比的誤差比較表，如2016年10月14日下午拌和生產(chǎn)的配比誤差情況見(jiàn)表1。

表1 設(shè)定配比與實(shí)際配比對(duì)比情況

4.3 碾壓施工監(jiān)控守口堡水庫(kù)采用超寬帶自主組網(wǎng)技術(shù)，建立了碾壓施工監(jiān)控系統(tǒng)和視頻監(jiān)控系統(tǒng)，并在工地配備專業(yè)技術(shù)人員和運(yùn)行維護(hù)人員，對(duì)倉(cāng)面碾壓全過(guò)程進(jìn)行監(jiān)控，對(duì)超速、漏碾、欠碾及不規(guī)范的碾壓行為及時(shí)進(jìn)行預(yù)警，保障了工程施工順利進(jìn)行。

截至2016年10月15日，通過(guò)系統(tǒng)，守口堡水庫(kù)2016年度共建立了361個(gè)倉(cāng)面（層面）。圖5為第358#倉(cāng)面碾壓軌跡監(jiān)控畫(huà)面，經(jīng)過(guò)計(jì)算，碾壓車速度主要在1.9～3.7 km/h之間。系統(tǒng)既提供實(shí)時(shí)監(jiān)控功能，也可進(jìn)行軌跡回放，并能與視頻監(jiān)控錄像對(duì)照分析詳細(xì)的碾壓過(guò)程。圖6為倉(cāng)面振動(dòng)碾壓遍數(shù)分析畫(huà)面，可以看出絕大多數(shù)區(qū)域振動(dòng)碾壓都在8遍以上，其余少數(shù)區(qū)域碾壓遍數(shù)也在6遍以上，振動(dòng)碾壓條帶清晰，主體部分未發(fā)現(xiàn)有漏碾和欠碾現(xiàn)象，振動(dòng)碾壓條帶之間搭接符合要求。施工結(jié)束后的畫(huà)面見(jiàn)圖7。

5 結(jié)論

經(jīng)過(guò)研究、開(kāi)發(fā)，膠凝砂礫石壩施工質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)已在施工中發(fā)揮了重要的作用，主要特點(diǎn)總結(jié)如下：（1）膠凝砂礫石壩施工有其自身特點(diǎn)。相比碾壓式土石壩，對(duì)筑壩材料中膠凝材料配合比需要嚴(yán)密監(jiān)控；相比碾壓混凝土壩，振動(dòng)碾壓過(guò)程監(jiān)控更為嚴(yán)格，記錄情況更全面，包括碾壓速度、碾壓遍數(shù)、振動(dòng)狀態(tài)、倉(cāng)面溫度以及層面碾壓時(shí)的狀態(tài)（初凝、終凝等）情況。系統(tǒng)通過(guò)對(duì)施工全過(guò)程的監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)對(duì)壩體任何部位的每方膠凝砂礫石均可追溯碾壓、拌和過(guò)程。（2）膠凝砂礫石壩目前多用于中小工程，碾壓施工場(chǎng)地一般GPS信號(hào)強(qiáng)度和穩(wěn)定性不夠，現(xiàn)有基于GPS定位的碾壓施工監(jiān)控技術(shù)難以發(fā)揮作用。通過(guò)研發(fā)自主組網(wǎng)超寬帶三維定位技術(shù)，可不受地形限制，在有效監(jiān)控范圍內(nèi)具有信號(hào)穩(wěn)定、反應(yīng)靈敏、定位準(zhǔn)確、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。（3）系統(tǒng)在四川順江堰和山西守口堡膠凝砂礫石壩工程的成功應(yīng)用，表明該系統(tǒng)既適合于中小工程，也可應(yīng)用于大型工程。

圖5 倉(cāng)面碾壓軌跡監(jiān)控

圖6 倉(cāng)面碾壓遍數(shù)分析（振動(dòng)碾）

圖7 視頻監(jiān)控顯示的施工結(jié)束后畫(huà)面示例

［1］賈金生，Michel Lino，金峰，等 .膠結(jié)顆粒料壩——環(huán)境友好的新壩型［J］.Engineering（水利水電工程特刊），2016（2）：73-80.

［2］SL678-2014，膠結(jié)顆粒料筑壩技術(shù)導(dǎo)則［S］.北京：中華人民共和國(guó)水利部，2014.

［3］鐘登華，劉東海，崔博.高心墻堆石壩碾壓質(zhì)量實(shí)時(shí)監(jiān)控技術(shù)及應(yīng)用［J］.中國(guó)科學(xué)（技術(shù)科學(xué)），2011，41（8）：1027-1034.

［4］鐘登華，任炳昱，李明超，等.高拱壩施工質(zhì)量與進(jìn)度實(shí)時(shí)控制理論及應(yīng)用［J］.中國(guó)科學(xué)（技術(shù)科學(xué)），2010，40（12）：1389-1397.

［5］馬洪琪，鐘登華，張宗亮，等.重大水利水電工程施工實(shí)時(shí)控制關(guān)鍵技術(shù)及其工程應(yīng)用［J］.中國(guó)工程科學(xué)，2011，13（12）：20-27.

［6］陳祖煜，程耿東，楊春和 .關(guān)于我國(guó)重大基礎(chǔ)設(shè)施工程安全相關(guān)科研工作的思考［J］.土木工程學(xué)報(bào)，2016，49（3）：1-5.

［7］陳祖煜.水利水電工程建設(shè)信息化期待云計(jì)算［C］//中國(guó)大壩協(xié)會(huì)2013學(xué)術(shù)年會(huì)暨第三屆堆石壩國(guó)際研討會(huì)論文集.2013.

［8］吳曉銘，黃聲享.水布埡水電站大壩填筑碾壓施工質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)［J］.水力發(fā)電，2008，34（3）：47-49.

［9］燕喬，畢明亮，王立彬.碾壓混凝土壩施工質(zhì)量實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)［J］.三峽大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2009，31（4）：5-8.

［10］盧吉，崔博，吳斌平，等.龍開(kāi)口大壩澆筑碾壓施工質(zhì)量實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用［J］.水力發(fā)電，2013，39（2）：53-56.

［11］苗延強(qiáng)，錢啟立，韓國(guó)印.梨園水電站數(shù)字大壩填筑質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用分析［J］.水利水電技術(shù)，2013，44（5）：34.

［12］李斌，楊斌，韋國(guó)虎，等.碾壓施工質(zhì)量實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)在南水北調(diào)工程中的應(yīng)用［J］.南水北調(diào)與水利科技，2012，10（2）：30-33.