连续压实过程控制系统在涔天河水库扩建工程堆石坝填筑中的运用

颜东福

（欧阳海灌区水利水电工程管理局 衡阳市 421800）

1 工程概述

涔天河水库位于湖南省江华瑶族自治县境内，1960年为急于解决潇水两岸的灌溉和木材流放问题，同时控制不淹没江华瑶族自治县原县城所在地水口镇为前提，将规划的高坝方案降为低坝方案，并于1970年9月建成蓄水，大坝正常蓄水位254.26 m，最大坝高46m。涔天河水库扩建工程扩建后最大坝高114m，坝长328m，坝顶宽10m ，大坝上、下游坝坡比1∶1.4，坝顶高程324m，正常蓄水位313 m。大坝工程采用钢筋混凝土面板堆石坝，总土石方工程量为土石方开挖67.6万m3，石方填筑305万m3。填料采用全幅纵向水平分层方法摊铺铺料，厚度80cm，采用26t单钢轮压路机沿平行于坝体轴线进行条带搭接碾压，碾压方式为强振、弱振、静电相结合，最大工作时速不超过3km/h。为保证碾压质量，采用麦斯泰格（北京）工程技术发展有限公司提供的Trimble连续压实过程控制系统。

2 连续压实过程控制系统简介和应用

2.1 连续压实过程控制系统简介

2.2 连续压实过程控制系统与传统施工方式的比较分析

（1）传统碾压施工方式存在的不足。目前，大坝土石坝碾压在压路机作业过程中主要依赖机手的操作经验，所以容易造成漏压、过压的情况出现，压实质量难以得到保证，而且事后的地质勘察点和密度抽检点间距大，无法有效地检测到地下潜在的漏洞。

（2）常规检测方式的缺陷。常规检测点密度小，以点代面，不能准确反映整个作业面的压实度；常规检测是事后检测，不能定时控制碾压过程中的施工质量；常规检测过程中人为误差较大,导致检测结果不能真实反映作业面压实度。

（3）连续压实过程控制系统的特点。连续压实过程控制系统着眼于压实过程控制，实时显示作业道路的压实状况，完全无需凭猜测和施工经验，该系统提供全面的压实信息，降低了核子密度计等传统现场压实工具的使用频率，降低了成本开销。连续压实过程控制系统是第一个为施工单位提供实时道路表面压实信息解决方案的卫星定位系统GPS接收机和强大的天宝机械控制系统软件，将天宝3D机械控制扩展至土壤和材料表面的压实施工作业上。

（4）连续压实过程控制系统与传统施工方式的对比分析（附表）。

附表 连续压实过程控制系统与传统施工方式的对比

2.3 连续压实过程控制系统元件组成

（1）CM310压实传感器。CM310压实传感器测量和记录压轮的振幅和频率。其内部的固态微处理器实时处理钢轮采集的数据信息，生成可以反映压实度值的CMV值，引导机手对大坝压实状况实时监控。安装在压轮的中心位置。

（2）MS990GPS接收机。MS990智能接收机集成GPS、GLDNASS信号接收定位功能于一体，广泛用于GCS900机械控制系统的产品。MS990设计便携、灵活，即使在严酷的施工环境下仍可提供高精度的定位信息。安装在机顶，便于接收GPS信号。

（3）LB400光棒。光棒LED灯泡发出的颜色和个数,对应了实际施工数据与设计数据的偏差。安装的方式表明了相应位置的引导信息，垂直安装的光棒对应了垂直方向上压轮高程偏差信息，水平安装的光棒对应压轮引导点相对于水平引导线的偏差信息。安装在驾驶室内部前挡风玻璃上。

（4）SNR410数传电台。设计坚固耐用，可实现双频段的无线数据通信，将接收基站传递的差分信号传递给控制箱，解算后实现RTK差分定位。安装在机顶、便于电台信号接收。

此轮谈判充分发挥了基本医疗保险集团购买功能，明显提高了医保用药保障水平，降低了患者用药负担，控制了医保基金支出，实现了参保人、医保、企业“三赢”的目标。现在患者已逐步能买到降价后的抗癌药。

（5）CB430控制箱。控制箱配备了强大的应用软件，符合人性化应用的用户界面。实时显示压路机动态位置和路基压实情况，引导驾驶员精准施工。安装在驾驶室是里面、驾驶员的右手边，便于操控。

（6）打印机。为便于施工管理，系统配置了外置打印机（内置可充电电池），每次施工完成后可以将施工区域碾压状况打印到纸上，便于观看。

2.4 连续压实过程控制系统管理和应用流程

（1）流程图。针对碾压数据的管理见流程图（附图）。

流程图可以清楚地了解到施工单位和监理单位在碾压数据管理方面的职责。每个填筑单元碾压完成后，压实系统数据报告和原始数据必须作为单元验收资料之一进行备份。

附图 流程图

（2）单元碾压现场数据采集。工程部人员根据碾压施工设计要求将目标碾压遍数、目标厚度、目标CMV值、行驶速度等参数设置到压实系统中并告知机手；机手严格按照碾压设计参数要求，根据压实系统的引导进行碾压；单元碾压完成后工程部人员现场查看压实系统记录数据是否满足要求，不满足区域要求机手进行补压；单元碾压完成后工程部人员将数据拷贝回来并交给安质部数据处理人员；安质部人员负责数据的备份及处理，并按照业主的要求定期提交数据及处理报告。单元碾压完成后现场监理查看压实系统记录数据是否满足要求，不满足区域要求则施工方进行补压。业主进行单元碾压现场数据抽查。

（3）目标CMV取值。试验室人员进行单元常规检测，指出质量合格区域作为目标CMV取值区域，并提供该区域常规检测值；机手按要求驾驶机器在取值区域碾压一遍采集数据；工程部人员根据压实系统自动计算数值确定目标CMV值；填料发生变化时工程部人员要重新布置目标CMV取值工作。

（4）薄弱区域检测。工程部人员根据压实系统记录的数据找出薄弱区域并记录薄弱区域中心点位置坐标，要求试验室人员首先在薄弱区进行检测；试验室人员对薄弱区域进行检测并提供检测结果给工程部人员；若压实系统显示的薄弱区域经常规检测合格，则说明其他区域也合格。经过多个单元验证后，可分析CMV值并进行目标值调整。

（5）常规检测与CMV值对比数据采集。工程部人员在每个单元常规检测时记录下检测点位置坐标、检测日期等信息；试验室人员完成检测后向工程部人员提供检测结果；工程部人员将检测点位置坐标、检测日期、检测结果等整理成表格后转给安质部数据处理人员；安质部数据处理人员根据表格中检测点的位置等信息在压实系统记录的数据中找出对应的CMV值并添加到表格中；安质部人员负责上述对比数据的备份，并按照业主的要求定期提交。

（6）常规检测与CMV值对比分析。安质部人员将常规检测和CMV值对比数据收集齐后，剔除不合理数据并用数学软件对两组值进行相关性分析，得出结论；经过足够次数的相关性分析后，安质部人员要找到最理想的目标CMV值并将该值告知工程部人员指导现场碾压；安质部人员负责对比分析结果的备份，并按照业主要求定期提交该资料。

（7）单元碾压数据处理。安质部人员按要求及时使用数据处理软件对单元碾压数据进行处理，并制作每个单元数据处理结果报告，将报告作为单元验收资料中的一部分提交给监理和业主；在数据处理过程中，如发现现场碾压有不合格的情况（如漏压、遍数不够等），必须及时通知工程部人员责令现场进行补压；补压完成后工程部人员将补压数据拷回交给数据处理人员与之前数据进行合并处理。监理方根据施工方提交常规检测结果、压实系统记录的碾压原始数据及数据处理报告等单元验收资料对填筑单元的碾压情况进行判定，各参数合格后方可允许下一层填筑。

（8）单元碾压结果的管控。工程部和安质部的人员首先利用压实系统记录的过程信息进行单元碾压结果自检；自检合格后方可向试验室申请常规检测；常规检测合格后向监理提交单元验收资料；如遇到压实系统故障或其他特殊原因造成的数据报告不合格而常规检测合格的情况，施工方需向监理方进行说明，并提交相关证明材料（如压实系统故障单等）。监理方对单元验收资料进行判定，发现数据报告中的问题后，严格监督施工方进行整改；压实系统出现故障或现场遇到其他特殊原因导致压实系统不能正常记录数据时，现场监理要进行现场确认，并对压实系统故障单等证明文件进行签认。

3 各类工程因素对连续压实过程控制系统的影响

（1）大坝填筑料级配要求。通过爆破试验确定复杂条件下溪江石料场钻爆参数，以获取粒径和级配符合设计要求及经济合理的坝体堆石料，以并通过现场碾压试验对原设计的压实密度进行验证，核定设计填筑标准。超径石过多或级配不合格将严重影响大坝填筑压实度。

（2）合理的坝体填筑参数。通过碾压试验,选用合适的压实机械,确定达到设计填筑标准的压实方法及坝体各区(主堆区、次堆区、过渡区、垫层区)经济合理的施工参数（如铺层厚度、碾压遍数、加水量等），完善施工工艺和措施，确保压实质量。

（3）机械操作人员的影响。机械操作人员应选用具有一定文化水平和专业素质的熟练工人，经培训掌握连续压实过程控制系统操作技术，要固定碾压设备的操作机手，同时固定压实机械的碾压责任区域。

（4）压实数据的处理人员的选用。必须选用熟练掌握计算机运用技术的水利工程专业技术人员，及时整理和处理压实数据，并形成合格的数据成果报告。

（5）系统故障的影响。必须确保基准站的供电正常，否则导致碾压数据录入误差。碾压机械必须保证正常运行，出现系统故障、部件损坏、传感器失灵等要及时修复，及时排除故障，正常情况下及时开机、关机和正常使用。

（6）GPS精度和电台频点的影响。选择能满足施工要求的GPS精度，选择需要的频点施工。不同的施工区域、不同的碾压机械要选择使用不同的频段。

（7）复杂边界条件的影响。复杂的边界条件如不规则的岸坡、基坑等要用凿岩机加以修整，大型压路机不能到位的地方要用小型的灵活的碾压机械补压。

（8）天气条件的影响。接收基准站一般要求选建在比较开阔的地带，恶劣的天气条件对GPS定位接收系统有较大的影响。

4 结 论

涔天河水库扩建工程大坝填筑连续压实过程控制系统的引入，解决了坝体填筑的平整度和压实度等问题；过程控制有针对性地进行坑检（过程控制系统只作为补充措施，不替代常规检测），减少了传统检测的盲目性，保证了压实质量的均匀性；保证了大坝填筑质量，降低了高坝变形风险；整个大坝填筑碾压参数全过程记录，可追溯；新技术的引进提高了人机效率，降低了能耗和排放。