基于高精度定位技术的大坝填筑质量控制现状

在国内水电工程建设中应用的典型案例有水布垭面板堆石坝施工质量实时监控系统的实施以及糯扎渡水电站面板堆石坝施工质量控制监测系统。系统集合GPS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,建立主控中心与现场分控站,连续、实时、高精度地对碾压机械进行自动定位,进而进行碾压遍数计算与显示,可应用软件处理方法计算填筑层厚度,由此实现对于面板堆石坝碾压施工参数的实时监控。

水布垭及糯扎渡水电站面板堆石坝碾压施工质量实时监控系统实质上进行的是以高精度定位技术对压实效果的实时监测、计算与反馈。

在国外,Anderegg等分析了土壤压实机振动状态的非线性特性,由此提出以振动碾反映路基刚度联合碾压机GPS定位建立智能压实的反馈控制系统,作为质量控制的手段;在实际应用中,智能压实系统可通过碾压遍数监测与土壤刚度量测保证最小遍数的压实成果与压实能量的自动调整。Minchin等介绍了一种智能沥青压实系统的电脑软硬件组成,此系统布置于沥青碾压机上,可实时地指示沥青密度。文中介绍了该机载沥青密度测量系统中居于重要地位的硬件部分的组成、生产及防热防振保护,同时介绍了软件部分的编写、传感器与机载电脑的通信机理。White等对在土木工程施工与质量控制(保证)中应用的一种压实效果监测技术进行了评估,评估方法为:调查在压实全过程中的压实机械动力,描述在压实过程中机械动力随描述压实效果的一系列参数(土石密度、强度、刚度、含水量等)的变化情况,通过试验数据得到振动力、土石密度及含水量间的关系,以此将振动力数据与压实效果建立联系,并通过某一土石工程验证此压实监测技术的映射能力。Mooney等通过将监测仪器安装于振动压路机上进行实地调研来探索压路机振动参数(碾轮加速度与偏心激振力)与基层土壤属性(刚度)之间的关系,指出压路机振动参数对基层土壤刚度的变化反应十分敏感,由此可动态检验出在静态检测中无法发现的路基压实薄弱地带。Hossain等将ICC(智能压实控制)技术应用于堪萨斯高速公路路基施工项目中;在ICC中,监测设备被安装于碾压机上以测量与土料属性有关的碾压机振幅、振动频率、加速度、转速等参数,以此来定位碾压后土壤刚度不足之处。结果还显示,土料密度随着碾压遍数的增加而提高,刚度计算结果对土料含水量与现场压实比率反应敏感,而与动态圆锥贯入仪的测量结果的校正不好。White等针对凸块碾进行了与Hossain相似的研究,结果显示,机械有效功率随着碾压遍数的增长呈对数关系降低,干容重随着碾压遍数的增长而逐渐提高,而动态圆锥贯入仪的测量结果随着碾压遍数的增长呈多变性降低;压实监测结果可实时地输出至安装于碾压机驾驶室内的电脑屏幕,以帮助驾驶员了解压实状况从而进行碾压操作调节,这是此项研究在实际应用中的一个亮点。Oloufa等采用全球定位技术开发了针对沥青路面材料的压实质量自动监测系统。

在基于高精度定位技术的碾压质量实时监测与控制方面,国内外学者也进行了研究。主要集中在以下方面。

(1)高精度定位技术的实时、动态观测精度的提升。(www.xing528.com)

(2)碾压指标(激振力、碾压遍数、含水量、土料级配等)采集、传输、存储等功能模块的自动化、智能化。

(3)碾压设备的智能化,智能感知、智能操作、智能预警和智能处置等。

(4)碾压资料动态反馈分析方法,大数据、云计算及物联网的压实模型建立及应用。