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摘要：碾压机械输出的激振性态（包括激振频率和激振力）作为土石坝碾压施工过程中重要的碾压参数，不仅直接影响碾压机的作业效率，而且影响被压土石坝料的压实效果。土石坝施工质量的常规控制方式由于管理粗放、受到人为干扰的因素大，所以很难实现对碾压质量的精准监控。针对土石坝填筑碾压的监控要求和特点，规划了土石坝填筑碾压实时监控系统的功能，设计了土石坝填筑碾压实时监控系统的构成，提出了土石坝填筑碾压实时监控方法，以及碾压数据实时采集和传输技术、碾压过程相关可视化监控的图形算法等关键技术，实现了对土石坝坝体碾压施工质量全天候、自动、实时、远程监控，确保了土石坝填筑碾压的施工质量。
关键词：碾压机械;土石坝;压实质量;影响
引言
碾压机械输出的激振性态（包括激振频率和激振力）作为土石坝碾压施工过程中重要的碾压参数，不仅直接影响碾压机的作业效率，而且影响被压土石坝料的压实效果。根据现行《碾压式土石坝施工规范》规定，应定期检查碾压机的工作性能，保证碾压机的激振频率和激振力在合格范围之内。但在实际应用中，由于碾压机液压泵效率低、起振阀失效、发动机转速不稳、振动轮内润滑油过多或过少等设备老化原因，以及碾压机操作手人为控制失误等，往往会使碾压机激振频率和激振力出现异常现象，达不到设计和规范的要求。
1碾压机械对压实质量控制的影响
①碾压机械对堆石坝设计的影响。考察土石坝发展的历史，可以看出碾压施工机械的应用对土石坝发展的重要作用。在重型振动碾压机械发明之前，高坝建设对填筑标准要求较高，原有的抛填式筑坝由于缺乏对填筑层的有效压实，坝体变形较大导致发生严重渗漏，修建更高的堆石坝，则发生更严重的渗漏问题。因此，抛投式筑坝难以适应高坝建设对变形控制的要求。②碾压机械对堆石坝变形控制水平的影响。堆石坝沉降受坝料性质、填筑标准、施工碾压参数等诸多因素的影响。当振动碾压机械出现之前，抛投式面板堆石坝孔隙率可达31%-36%，随着重型振动碾压机械的使用，压实后坝体孔隙率大幅度减小。③压实方法的影响.土体由于外力的作用，克服颗粒间摩阻力，颗粒互相填充而变得密实。压实方法不同，施加于土体上的作用力的大小以及作用原理不同，压实效果也不同。采用夯实法时，土体承受的是冲击力;当采用平碾碾压时，土体承受的是碾磙的重力;当采用振动碾时，土体不但承受碾的重力，还要承受振动力。不同压实方法对干压实效果的影响，试验和工程实践证明，对无粘性粗粒土，振动法压实效果最好，而且工效高，故在土石坝施工中，重型振动碾被广为应用。
2提高土石坝压实质量的有效措施
2.1系统功能开发
土石坝填筑碾压机械激振性态实时监控系统主要实现如下功能：①实时采集碾压机实际输出的激振频率，并实时计算碾压机实际输出的激振力大小。②在驾驶室车载显示模块中实时显示当前采样时间、碾压机位置坐标、激振频率和激振力大小。③可利用监控客户端PC实时监控各台碾压机的激振性态。④当激振频率和激振力不达标时，实现客户端PC和驾驶室车载显示模块实时报警，以引导碾压机操作手及时调整碾压机工作参数，确保压实作业始终处于设定的标准要求。⑤当仓面施工结束后，自动生成监控成果报告，主要包括碾压机激振频率监控报告、激振力监控报告等，并可形成报表，作为有关部门进行质量评定的辅助材料。同时，可对碾压区域内任意位置任意时刻碾压机实际输出的激振频率和激振力情况进行查询，并可统计汇总监控情况。
2.2碾压数据实时采集和传输技术
实现碾压过程信息的实时采集和传输是整个监控系统的基础。在施工过程中需要对碾压设备的动态三维位置坐标、定位时间以及激荡力输出状态，进行精确稳定的采集和传输。采用自主设计研发的碾压信息实时采集和传输装置，具体采集和传输的方法如下：固定的GPS基准站和安装在碾压设备上的移动站按照一定的时间间隔同时接收来自GPS卫星发射的无线电信号，然后基站将接收到的定位信息利用无线传输单元（DataTransferunit，DTU）和NtripCaster将差分数据传输到GPS移动站，并通过提前设置好的差分程序利用载波相位差技术（Real-timekinematic，RTK）对定位信息进行计算和修正，从而使定位精度达到厘米级。同时，碾压设备上的激振力监测单元实时获取碾压机械的激振力输出状态，通过单片机把高低电平的模拟信号识别为数字信号。最后通过移动站上的DTU采用TCP/IP网络传输协议将定位信息和振动状态传输到数据库，服务器上的应用程序实时获取数据之后，即可对数据进行运算和处理，绘制碾压轨迹线，计算行车速度、碾压遍数、压实厚度、压实高程等压实参数，用于碾压质量的实时控制。
2.3碾压激振频率和激振力实时监控流程
① 开仓准备。开仓监控前，工程人员首先需要根据设计标准确定各种型号碾压机的标准激振状态、偏心块质量和偏心矩，同时对所有碾压机进行编号，并将上述数据输入到数据库及应用服务器模块中。然后根据要监控的施工仓面所在的分区、碾压后的高程及实际施工区域，进行施工仓面规划，并设置施工仓面属性。施工仓面属性主要包括仓面名称、边界坐标及碾压机激振性态判断标准等。最后，将可分配的碾压机派遣到规划好的施工仓面，进行开仓监控。②过程监控。利用监控客户端开始仓面碾压监控，数据库及应用服务器模块实时接收、存储、分析判断采集的碾压机激振性态数据。实时监控客户端通过读取数据库及应用服务器模块中的监测信息，将碾压机的激振频率、激振力状态及激振力大小信息实时显示在监控端PC屏幕中;当碾压机激振频率和激振力不达标时，在监控端PC屏幕上醒目显示报警信息，并向PDA和手机发出报警提示。
2.4碾压厚度计算与显示
碾压厚度的计算首先根据施工仓面的大小将仓面划分为m×n个矩形区域，然后选取5个采样点，这5个点为该矩形区域内最后时刻的5个碾压坐标点。用当前5个采样点的平均高程减去起始高程从而得到该区域的平均碾压厚度，再将平均厚度显示在每个矩形区域上，并且对每个矩形块内的像素点根据平均碾压厚度的大小进行灰度赋值，针对土石坝填筑碾压的施工特点，研发出了一套具有实时、高效、高精度等特点的土石坝碾压施工质量自动远程实时监控系统。本系统实现了对土石坝坝体碾压施工质量全天候、自动、实时、远程监控，确保了土石坝的施工质量;数据信息采用基于NTRIP协议和TCP/IP协议无线传输技术，数据稳定不易丢包，延迟低，不受移动站数量和距离的限制;驾驶员可以实时准确的得知仓面的具体碾压情况，取代传统的人工控制，节约人力成本，降低人为误差，提高施工效率。随着现代施工技术信息化和智能化的高速发展，本系统和技术在未来的水利水电工程建设中将会具有十分广阔的应用前景。
结语
碾压机械与土石坝的发展有密切关系，随着大型振动碾压机械的使用，对变形控制要求严格的面板坝在重型碾压机械普遍应用后发展迅速。重型碾压机械的使用，使得有条件修建高标准的高坝，可以从设计层面提出高的设计填筑标准，保证坝体碾压密实，取得良好的堆石体沉降控制效果。提高碾压机械吨位，增加其压实功能，可有效提高坝料的压实效果，但碾压机械对壓实质量存在边际效应递减现象，在确定施工碾压参数时，应结合坝体设计填筑标准，考虑边际效应递减现象，选择合适的振动碾吨位和合适的碾压遍数。
参考文献
[1]顾淦臣.高土石坝的发展进程和发展趋势[J].河海大学科技情报，2020，9（3）：9-27.
[2]柳莹，李江.新疆高混凝土面板堆石坝筑坝填筑标准及变形控制[J].水利学报，2021，52（2）：182-193.
[3]轩向阳，薄以霆.表面振动压实仪法测定粗粒土密度的影响因素[J].水利水运工程学报，2020，（2）：15-19.
关键词：碾压机械;土石坝;压实质量;影响
引言
碾压机械输出的激振性态（包括激振频率和激振力）作为土石坝碾压施工过程中重要的碾压参数，不仅直接影响碾压机的作业效率，而且影响被压土石坝料的压实效果。根据现行《碾压式土石坝施工规范》规定，应定期检查碾压机的工作性能，保证碾压机的激振频率和激振力在合格范围之内。但在实际应用中，由于碾压机液压泵效率低、起振阀失效、发动机转速不稳、振动轮内润滑油过多或过少等设备老化原因，以及碾压机操作手人为控制失误等，往往会使碾压机激振频率和激振力出现异常现象，达不到设计和规范的要求。
1碾压机械对压实质量控制的影响
①碾压机械对堆石坝设计的影响。考察土石坝发展的历史，可以看出碾压施工机械的应用对土石坝发展的重要作用。在重型振动碾压机械发明之前，高坝建设对填筑标准要求较高，原有的抛填式筑坝由于缺乏对填筑层的有效压实，坝体变形较大导致发生严重渗漏，修建更高的堆石坝，则发生更严重的渗漏问题。因此，抛投式筑坝难以适应高坝建设对变形控制的要求。②碾压机械对堆石坝变形控制水平的影响。堆石坝沉降受坝料性质、填筑标准、施工碾压参数等诸多因素的影响。当振动碾压机械出现之前，抛投式面板堆石坝孔隙率可达31%-36%，随着重型振动碾压机械的使用，压实后坝体孔隙率大幅度减小。③压实方法的影响.土体由于外力的作用，克服颗粒间摩阻力，颗粒互相填充而变得密实。压实方法不同，施加于土体上的作用力的大小以及作用原理不同，压实效果也不同。采用夯实法时，土体承受的是冲击力;当采用平碾碾压时，土体承受的是碾磙的重力;当采用振动碾时，土体不但承受碾的重力，还要承受振动力。不同压实方法对干压实效果的影响，试验和工程实践证明，对无粘性粗粒土，振动法压实效果最好，而且工效高，故在土石坝施工中，重型振动碾被广为应用。
2提高土石坝压实质量的有效措施
2.1系统功能开发
土石坝填筑碾压机械激振性态实时监控系统主要实现如下功能：①实时采集碾压机实际输出的激振频率，并实时计算碾压机实际输出的激振力大小。②在驾驶室车载显示模块中实时显示当前采样时间、碾压机位置坐标、激振频率和激振力大小。③可利用监控客户端PC实时监控各台碾压机的激振性态。④当激振频率和激振力不达标时，实现客户端PC和驾驶室车载显示模块实时报警，以引导碾压机操作手及时调整碾压机工作参数，确保压实作业始终处于设定的标准要求。⑤当仓面施工结束后，自动生成监控成果报告，主要包括碾压机激振频率监控报告、激振力监控报告等，并可形成报表，作为有关部门进行质量评定的辅助材料。同时，可对碾压区域内任意位置任意时刻碾压机实际输出的激振频率和激振力情况进行查询，并可统计汇总监控情况。
2.2碾压数据实时采集和传输技术
实现碾压过程信息的实时采集和传输是整个监控系统的基础。在施工过程中需要对碾压设备的动态三维位置坐标、定位时间以及激荡力输出状态，进行精确稳定的采集和传输。采用自主设计研发的碾压信息实时采集和传输装置，具体采集和传输的方法如下：固定的GPS基准站和安装在碾压设备上的移动站按照一定的时间间隔同时接收来自GPS卫星发射的无线电信号，然后基站将接收到的定位信息利用无线传输单元（DataTransferunit，DTU）和NtripCaster将差分数据传输到GPS移动站，并通过提前设置好的差分程序利用载波相位差技术（Real-timekinematic，RTK）对定位信息进行计算和修正，从而使定位精度达到厘米级。同时，碾压设备上的激振力监测单元实时获取碾压机械的激振力输出状态，通过单片机把高低电平的模拟信号识别为数字信号。最后通过移动站上的DTU采用TCP/IP网络传输协议将定位信息和振动状态传输到数据库，服务器上的应用程序实时获取数据之后，即可对数据进行运算和处理，绘制碾压轨迹线，计算行车速度、碾压遍数、压实厚度、压实高程等压实参数，用于碾压质量的实时控制。
2.3碾压激振频率和激振力实时监控流程
① 开仓准备。开仓监控前，工程人员首先需要根据设计标准确定各种型号碾压机的标准激振状态、偏心块质量和偏心矩，同时对所有碾压机进行编号，并将上述数据输入到数据库及应用服务器模块中。然后根据要监控的施工仓面所在的分区、碾压后的高程及实际施工区域，进行施工仓面规划，并设置施工仓面属性。施工仓面属性主要包括仓面名称、边界坐标及碾压机激振性态判断标准等。最后，将可分配的碾压机派遣到规划好的施工仓面，进行开仓监控。②过程监控。利用监控客户端开始仓面碾压监控，数据库及应用服务器模块实时接收、存储、分析判断采集的碾压机激振性态数据。实时监控客户端通过读取数据库及应用服务器模块中的监测信息，将碾压机的激振频率、激振力状态及激振力大小信息实时显示在监控端PC屏幕中;当碾压机激振频率和激振力不达标时，在监控端PC屏幕上醒目显示报警信息，并向PDA和手机发出报警提示。
2.4碾压厚度计算与显示
碾压厚度的计算首先根据施工仓面的大小将仓面划分为m×n个矩形区域，然后选取5个采样点，这5个点为该矩形区域内最后时刻的5个碾压坐标点。用当前5个采样点的平均高程减去起始高程从而得到该区域的平均碾压厚度，再将平均厚度显示在每个矩形区域上，并且对每个矩形块内的像素点根据平均碾压厚度的大小进行灰度赋值，针对土石坝填筑碾压的施工特点，研发出了一套具有实时、高效、高精度等特点的土石坝碾压施工质量自动远程实时监控系统。本系统实现了对土石坝坝体碾压施工质量全天候、自动、实时、远程监控，确保了土石坝的施工质量;数据信息采用基于NTRIP协议和TCP/IP协议无线传输技术，数据稳定不易丢包，延迟低，不受移动站数量和距离的限制;驾驶员可以实时准确的得知仓面的具体碾压情况，取代传统的人工控制，节约人力成本，降低人为误差，提高施工效率。随着现代施工技术信息化和智能化的高速发展，本系统和技术在未来的水利水电工程建设中将会具有十分广阔的应用前景。
结语
碾压机械与土石坝的发展有密切关系，随着大型振动碾压机械的使用，对变形控制要求严格的面板坝在重型碾压机械普遍应用后发展迅速。重型碾压机械的使用，使得有条件修建高标准的高坝，可以从设计层面提出高的设计填筑标准，保证坝体碾压密实，取得良好的堆石体沉降控制效果。提高碾压机械吨位，增加其压实功能，可有效提高坝料的压实效果，但碾压机械对壓实质量存在边际效应递减现象，在确定施工碾压参数时，应结合坝体设计填筑标准，考虑边际效应递减现象，选择合适的振动碾吨位和合适的碾压遍数。
参考文献
[1]顾淦臣.高土石坝的发展进程和发展趋势[J].河海大学科技情报，2020，9（3）：9-27.
[2]柳莹，李江.新疆高混凝土面板堆石坝筑坝填筑标准及变形控制[J].水利学报，2021，52（2）：182-193.
[3]轩向阳，薄以霆.表面振动压实仪法测定粗粒土密度的影响因素[J].水利水运工程学报，2020，（2）：15-19.