GPS碾壓監控系統在土石壩施工質量管理中的應用

杜 關，陳 波，楊 洪

(四川二灘國際工程咨詢有限責任公司，四川成都 610072)

1 前 言

毛爾蓋水電站大壩采用礫石土直心墻堆石壩，大壩壩底高程1 991.00m，壩頂高程為2 138.00m，壩頂寬12.0m，最大壩高147.00m。為滿足下游壩坡深層抗滑穩定，在下游坡腳處設130.0m長的棄渣壓重體，上、下游壩坡均采用干砌塊石護坡。壩體填筑堆石料745.7萬m3，過渡料102萬m3，反濾料54.3萬m3，心墻礫石土163萬 m3，壓重體45萬m3，合計填筑量約1 110萬m3。

在傳統土石壩施工中，對碾壓質量的施工過程控制，主要憑借監理人或承包人的工程經驗，大部分以目測和尺測手段為主，來判斷碾壓過程中行走速度、行走路線、碾壓軌跡、碾壓遍數、碾壓激振力、攤鋪厚度、壓實厚度等是否滿足設計要求。其間施工和監理人員的個人素質和經驗起到了很大作用，一旦現場施工人員或者監理人員經驗欠缺，容易導致碾壓質量不過關，帶來大量的返工，對施工進度、施工成本、施工質量產生不利影響。特別是在大型土石壩施工中，由于場面寬大，施工作業經常是十幾個片區同時攤鋪、碾壓，若采用傳統手段，施工人員和監理人員大量在壩面旁站，耗費大量的人力，并且質量控制效果并不理想。

毛爾蓋水電站通過使用大壩碾壓質量GPS監控系統，取得了非常好的效果，實現了規范化管理，有效降低了施工成本和管理成本。

2 系統的工作原理和特點

2.1 填筑料鋪層厚度控制

填筑料鋪層厚度控制主要是利用安裝在推土機刀片上的激光高程控制系統，通過顯示屏指引機械手操控推刀進行鋪料平整作業，精度可達2～5cm，能達到每層大面平整，滿足設計要求。與傳統法相比，在夜間施工時，更凸顯這一系統的優越性。

2.2 碾壓遍數控制

利用安裝在振動碾碾輪上的GPS壓實系統實時記錄碾壓遍數，并能用數字和顏色兩種方式將碾壓遍數反映在控制顯示屏上，不同的遍數以不同的顏色表示，明顯直觀，可以避免欠壓、漏壓和超壓。

2.3 行走速度控制

選擇有行走速度控制檔位的振動碾，將檔位定在和設計規定的碾壓速度上，通過安裝GPS壓實系統，可以實時記錄行走速度，等于是對碾壓遍數和行走速度的雙向控制。

2.4 振動碾碾壓錯距控制

對GPS進行功能設定，可以對振動碾實行等寬錯距。這種等寬錯距在以往的傳統錯距法中單憑肉眼是無法實現的，可以避免欠壓、漏壓和超壓，特別是用于電站的夜間施工，效果良好。

2.5 振動碾碾壓無縫銜接控制

傳統條帶式進退碾壓時，條帶間重疊搭接20cm左右。當利用GPS壓實系統后，可以做無縫銜接碾壓，省去了20cm碾壓條帶碾壓浪費。大壩壩面填筑是分塊進行的，先后填筑塊間有時往往界限不清，在夜間更甚，交接班時更難于界定，欠壓、漏壓在所難免。為了保證質量，在肉眼不能準確辨別之處，只能搭接重壓，由此造成耗能浪費。GPS壓實系統可以記憶并能識別塊與塊之間的邊界，并以色彩顯示出邊界，指導碾輪做無縫碾壓銜接，既避免了欠壓、漏壓，又減少了能耗。

2.6 對碾壓信息進行分析處理

GPS壓實系統可以將數據傳輸給電腦，對碾壓遍數記錄、行走速度記錄、震動頻率記錄、各點高程記錄、碾壓過程震動是否打開記錄、漏壓過壓記錄等進行分析和處理，形成圖例。

圖1是截取2009年11月21日毛爾蓋水電站大壩堆石區碾壓遍數圖，其中藍色部分為碾壓8遍，灰色部分為超壓部分，彩色部分為漏壓部分。碾壓詳細數據讀取界面見圖2。

圖1 碾壓遍數圖例

圖2 碾壓詳細數據讀取界面

GPS碾壓監控系統不僅能實時、全程記錄碾壓過程，還能記憶和備份。在碾壓過程中或碾壓過程后任何時間都可以查找出壩面某一區、某一層、某一點位碾壓的遍數、行駛速度、碾壓層的沉陷變化和間接壓實密度，為質量監督和大壩安全評價提供條件和依據。

3 監理工作程序和工作內容

由于實施GPS碾壓監控系統的土石壩相對較少，監理工程師如何使用該系統、在該系統的運行過程中需要做哪些工作還是較新的課題。該系統在毛爾蓋水電站土石壩填筑運用中的監理工作程序見圖3。

圖3 GPS碾壓監控系統監理工作流程

4 應用效果

毛爾蓋水電站于2011年3月20日開始蓄水，蓄水至今大壩的各項監測數據正常，滿足設計、規范要求。通過總結，GPS碾壓監控系統應用在毛爾蓋水電站大壩填筑，主要取得了以下效果:

(1)礫石土料、堆石料填筑監控達到了國外倡導的“以控制壓實參數為主、坑檢干密度為輔”的要求。經對填筑完成后的礫石土鋪料厚度統計，厚度控制在30～35cm之間，壓實效果較好;堆石料鋪料厚度控制在80cm左右。以上兩種壩料的各種指標均滿足設計要求。

(2)在施工成本上，經承包人分析統計，推土機、振動碾作業臺班分別減少10%和5%，壩面質檢人員、測量人員、施工管理人員減少10%，大壩填筑成本降低。

(3)GPS碾壓監控系統可保存填筑過程中的參數、數據，可以實時檢查和事后追朔、評估，整個大壩填筑過程變得透明，為大壩的質量驗收與評價奠定了基礎。

(4)GPS碾壓監控系統的嚴密性、規范化及系統化控制使大壩填筑質量得到提高，避免了因欠壓、漏壓或超厚鋪填、行駛速度不規范、激振力不足而導致的質量偏差。