大壩混凝土振搗質(zhì)量控制系統(tǒng)研究

鄢璞

摘? 要：大壩混凝土的振搗是影響壩體質(zhì)量的關(guān)鍵，根據(jù)目前大壩振搗作業(yè)中經(jīng)驗(yàn)性、隨意性強(qiáng)的現(xiàn)狀，以振搗時(shí)間及振搗路徑為導(dǎo)向，采用UWB定位技術(shù)對(duì)振搗棒的位置實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)與預(yù)設(shè)值進(jìn)行比較、糾偏，并進(jìn)行預(yù)警。該系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)性強(qiáng)、精度高等特點(diǎn)，能較好避免過振、欠振及漏振現(xiàn)象。

關(guān)鍵詞：混凝土;振搗時(shí)間;振搗路徑;實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè);UWB

中圖分類號(hào)：TV544? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2020）34-0044-02

Abstract： The vibration of the dam concrete is the key to affect the quality of the dam. According to the current situation of strong experience and arbitrariness in the dam vibration operation， guided by the vibration time and vibration path， the UWB positioning technology is adopted to monitor the position of the vibration bar in real time， and the real-time data are compared with the preset value， corrected and early warning. The system has the characteristics of strong real-time performance and high precision， and can avoid the phenomena of over-vibration， under-vibration and leakage vibration.

Keywords： concrete; vibration time; vibration path; real-time monitoring; UWB

引言

混凝土壩具有澆筑方量大、施工工期長(zhǎng)、施工質(zhì)量和安全要求高等特點(diǎn)，隨著水利工程建設(shè)的不斷發(fā)展，混凝土壩施工過程精細(xì)化、科學(xué)化管理程度在不斷提高?；炷琳駬v是壩體澆筑的核心環(huán)節(jié)，其工藝是影響壩體質(zhì)量的關(guān)鍵?；炷琳駬v使拌合物組分液化促使內(nèi)部滯留空氣排逸使集料顆粒之間結(jié)合更緊密，從而達(dá)到密實(shí)、堅(jiān)固、耐久的效果。

在工程實(shí)際操作中由于操作人員的經(jīng)驗(yàn)性和隨意性，常出現(xiàn)過振、欠振和漏振等現(xiàn)象，嚴(yán)重過振會(huì)使混凝土產(chǎn)生離析，欠振、漏振會(huì)使混凝土內(nèi)空氣不能充分排逸。過振和欠振屬于振搗時(shí)間的控制問題，漏振則是振搗器的運(yùn)行路徑控制問題。上述現(xiàn)象會(huì)對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不可逆的影響。目前從振搗時(shí)間[1-3]的角度監(jiān)測(cè)振搗質(zhì)量的應(yīng)用較多，對(duì)振搗路徑監(jiān)測(cè)較少。本文從振搗時(shí)間和振搗路徑的角度對(duì)混凝土的振搗狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及判定，從而達(dá)到提高混凝土振搗質(zhì)量的目的。

1 質(zhì)量控制系統(tǒng)工作原理

根據(jù)倉(cāng)面尺寸及混凝土參數(shù)等信息預(yù)設(shè)該倉(cāng)混凝土的振搗時(shí)間及振搗點(diǎn)位信息，在大壩澆筑倉(cāng)面振搗過程中，實(shí)時(shí)獲取振搗點(diǎn)的振搗時(shí)間和振搗機(jī)械的運(yùn)行路徑等信息，將獲取的信息傳輸至數(shù)據(jù)分析模塊并與預(yù)設(shè)值比較分析，實(shí)時(shí)判斷混凝土的振搗密實(shí)狀態(tài)。若發(fā)生過振、欠振或漏振等現(xiàn)象，將激活預(yù)警模塊，并伴隨信號(hào)燈預(yù)警和語(yǔ)音提示，操作人員可根據(jù)預(yù)警提示對(duì)振搗機(jī)械進(jìn)行操作，完成復(fù)振和糾偏。混凝土振搗質(zhì)量控制系統(tǒng)工作流程如圖1所示。

2 系統(tǒng)組成

2.1 振搗模塊

該模塊主要由工人、振搗機(jī)械等組成，是完成振搗作業(yè)的各施工實(shí)體。還集成了施工機(jī)械的各項(xiàng)性能參數(shù)，如振搗機(jī)械的型號(hào)及振搗有效半徑等。

2.2 監(jiān)測(cè)模塊

2.2.1 振搗時(shí)間

由于混凝土的大多數(shù)性能指標(biāo)需要達(dá)到一定齡期并通過一定手段才能檢測(cè)出來，而混凝土振搗作業(yè)需要在混凝土初凝前完成，因此在對(duì)混凝土振搗質(zhì)量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)時(shí)對(duì)監(jiān)測(cè)指標(biāo)要求具有時(shí)效性。施工現(xiàn)場(chǎng)常把振搗時(shí)間作為振搗作業(yè)中的一項(xiàng)重要參考指標(biāo)，振搗時(shí)間也是最常用的一項(xiàng)振搗質(zhì)量監(jiān)測(cè)指標(biāo)。

振搗器工作時(shí)間分為純振搗時(shí)間、間隔時(shí)間、輔助時(shí)間，純振搗時(shí)間需要根據(jù)混凝土的級(jí)配和坍落度等因素決定，一般時(shí)間為15～20s，但是在實(shí)際施工中，振搗時(shí)間完全依賴于操作司機(jī)的經(jīng)驗(yàn)，無法精確控制時(shí)間。在已知振搗棒位置四維信息（x，y，z，t）在x、y坐標(biāo)值不發(fā)生變化時(shí)，z坐標(biāo)發(fā)生變化表示振搗棒插入混凝土工作時(shí)間，z方向的值減少、停止變化、上升對(duì)應(yīng)的振搗工作為插入、振搗、提升，通過控制z坐標(biāo)在指定的高程的時(shí)間實(shí)時(shí)監(jiān)控純振搗時(shí)間，振搗深度也可以通過控制z方向上的坐標(biāo)值來量化確定。

影響混凝土振搗時(shí)間的因素有很多，要想確定一種混凝土的振搗時(shí)間，須通過試驗(yàn)獲得最優(yōu)振搗時(shí)間。就大壩整體而言，壩體各部位的功能各不同，其澆筑時(shí)對(duì)混凝土的性能要求也不同，因此混凝土的標(biāo)號(hào)、配合比、骨料集配、含水量、外加劑等參數(shù)也存在差異。壩體在澆筑時(shí)，其高程以澆筑倉(cāng)位單元上升，在同一施工進(jìn)度的每個(gè)澆筑倉(cāng)，其混凝土性能可能各有差異。所以，在確定混凝土振搗時(shí)間時(shí)，不能一概而論，應(yīng)分情況分區(qū)考慮。通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定不同部位混凝土的最優(yōu)振搗時(shí)間，然后通過現(xiàn)場(chǎng)采集的實(shí)際振搗時(shí)間與預(yù)設(shè)的振搗時(shí)間實(shí)時(shí)對(duì)比，判定是否欠振或漏振。

2.2.2 振搗路徑

振搗路線的規(guī)劃與混凝土覆蓋面積、重復(fù)覆蓋面積、振搗時(shí)間、振搗器行走時(shí)間等因素息息相關(guān)?；炷恋臐仓枰ＷC振搗的密實(shí)性，單憑振搗時(shí)間一項(xiàng)指標(biāo)難以對(duì)整個(gè)倉(cāng)面的澆筑質(zhì)量進(jìn)行把控，在施工中，常有振搗棒的插入位置不夠準(zhǔn)確，造成振搗作業(yè)的隨意，混凝土的質(zhì)量無法得到保障，振搗機(jī)械的軌跡的控制對(duì)避免漏振具有重大意義。

混凝土壩澆筑往往是分塊分層進(jìn)行的，每倉(cāng)的高度一般為1.5至4.5米，施工時(shí)會(huì)分為若干混凝土坯層進(jìn)行澆筑，每層層厚約0.5米。搗車沿直線運(yùn)動(dòng)，沿與上上游壩面平行移動(dòng)，與x軸之間的夾角為α，按照“卸一罐、平一罐、振一罐”的原則，振搗機(jī)的運(yùn)行與平倉(cāng)機(jī)運(yùn)行和纜機(jī)吊罐卸料位置息息相關(guān)，施工范圍為扇形區(qū)域，振搗完前進(jìn)？駐S，每次振搗的時(shí)間為？駐t，振搗機(jī)直線運(yùn)動(dòng)的軌跡方程為：

本系統(tǒng)在振搗軌跡監(jiān)測(cè)中采用UWB定位技術(shù)[4-5]，UWB（Ultra-WideBand）定位技術(shù)又稱為超寬帶無線定位技術(shù)，它是一種使用1GHz以上大頻率寬帶和低頻譜功率密度的先進(jìn)無線通信技術(shù)。UWB系統(tǒng)無線通信速度快，可達(dá)幾百M(fèi)bps以上;而且通信系統(tǒng)的體積小、成本低，非常適合于民用定位;同時(shí)，因?yàn)槠涔β首V密度可以達(dá)到很低，所以UWB無線通信可以和其他無線通信系統(tǒng)共存，一般不會(huì)相互產(chǎn)生干擾，被各領(lǐng)域所需求的高精度定位廣泛關(guān)注。整個(gè)系統(tǒng)由基站、同步控制器、服務(wù)器、定位標(biāo)簽組成，基站之間通過廣信連接，已知基站位置，標(biāo)簽向基站發(fā)送脈沖數(shù)據(jù)包，實(shí)時(shí)獲取標(biāo)簽的位置。UWB定位系統(tǒng)組成如圖2所示。

圖2 UWB定位系統(tǒng)組成

定位標(biāo)簽向基站天線發(fā)出脈沖數(shù)據(jù)，基站接受到信息后，通過光纖將定位標(biāo)簽的位置傳輸至同步控制器，同步控制器在接收到信號(hào)后將定位標(biāo)簽的位置信息進(jìn)行計(jì)算，最后通過有線以太網(wǎng)傳輸給服務(wù)器，服務(wù)器獲取各個(gè)定位標(biāo)簽在不同時(shí)刻的位置信息，實(shí)現(xiàn)去移動(dòng)目標(biāo)的定位跟蹤。位標(biāo)簽發(fā)出的脈沖信號(hào)寬度極小，因此具有以下兩方面的優(yōu)勢(shì)：（1）定位精度高，理論上具備厘米及甚至更高的測(cè)距精度;（2）時(shí)間分辨率高，能適應(yīng)復(fù)雜多徑的環(huán)境。將UWB定位標(biāo)簽裝在振搗棒上，可實(shí)時(shí)獲取振搗的位置信息。

2.3 預(yù)警模塊

在實(shí)際操作中，當(dāng)實(shí)測(cè)指標(biāo)與預(yù)設(shè)值存在偏差是就會(huì)激活預(yù)警模塊。針對(duì)振搗過程中可能遇到的過振三種不利影響，對(duì)應(yīng)三種預(yù)警方式。正常振搗作業(yè)時(shí)，伴隨綠色指示燈閃爍，當(dāng)越接近預(yù)設(shè)振搗時(shí)間閃爍頻率越快，達(dá)到預(yù)設(shè)振搗時(shí)綠燈長(zhǎng)亮，并語(yǔ)音提示“振搗完成”;當(dāng)在提示“振搗完成”后還未拔出振搗棒時(shí)，有可能產(chǎn)生過振，此時(shí)會(huì)采用紅色指示燈提醒操作人員并伴隨語(yǔ)音提示“已過振”;當(dāng)未達(dá)到預(yù)設(shè)振搗時(shí)間就拔出振搗棒時(shí)，采用紅色指示燈提醒操作人員，并伴隨語(yǔ)音提示“此處欠振”。當(dāng)振搗機(jī)完成一處振搗進(jìn)入下一振搗點(diǎn)位時(shí)，若監(jiān)測(cè)到振搗棒的位置與預(yù)設(shè)振搗點(diǎn)位的距離超過了振搗棒的有效振搗半徑，說明在該振搗點(diǎn)位有可能產(chǎn)生漏振，此時(shí)采用紅色指示燈提醒操作人員并伴隨語(yǔ)音提示“漏振”。

3 結(jié)束語(yǔ)

基于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的壩體混凝土振搗質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，較好地解決了振搗過程中因人為操作的隨意性產(chǎn)生的混凝土質(zhì)量問題，并從振搗時(shí)間和振搗路徑的角度針對(duì)過振、欠振和漏振制定了一一對(duì)應(yīng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)機(jī)制及預(yù)警方法，能較好指導(dǎo)工程人員進(jìn)行振搗作業(yè)。

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