该专著以某工程大坝智能数字化施工为依托, 结合西藏果多水电站和四川凉山立洲水电站等筑坝新工艺, 系统深入地介绍了碾压混凝土筑坝创新工艺与技术。全书从混凝土碾压热层质量参数的智能化采集、碾压层及层间质量智能精细评价、变态混凝土材料增强与数字化施工馈控、全仓面机械智能化组合作业与碾压施工全过程智能数字化质量管控系统等方面, 阐述了最新数字化施工技术与自主研发的智能装备原理、方法及实例应用成效。
相较于常态混凝土坝,碾压混凝土坝具有以下主要施工工艺特征:填筑速度快、水泥用量省、温控要求低、施工组织方便。因此,碾压混凝土筑坝工艺采用薄层大仓面碾压与加浆浇筑,减少了分缝分块,便于连续施工,简化温控措施,生产效率高,工期短,整体施工费用经济。但伴随碾压混凝土施工技术不断成熟和质量要求不断提升,实践中也暴露出一些亟待解决的现实工艺与质量问题,如入仓坝料性能精细管控难,仓内布料碾压加浆振捣工序多、干扰大,碾压层面结合质量差,碾压热层压实度检验缺乏代表性,仓内施工时空受限、高效组织作业不易,大升层高大模板工艺技术不够完善等。
近年来,水电工程项目的智能化技术应用逐步走向常态,业内众多项目业主、设计施工企业以及高校科研单位等一直在探索和创新碾压混凝土施工的新工艺、新材料与新方法。其中,天津大学、清华大学、河海大学、三峡大学、中国水科院等许多高校科研单位结合工程实践,在碾压混凝土智能化施工方面开展了许多创新研究并取得了许多有益成果。如在碾压混凝土的制备、运输、入仓、摊铺、碾压、加浆、振捣、温控等各环节都开展了一系列的自动化乃至智能化实时管控的技术开发研究工作,同时借助物联网与大数据技术,在智能调度、施工仿真优化、全过程信息化管控等方面也构建了若干系统和平台,为服务现场智慧施工提供了很好的理论研究和技术手段,积累了许多宝贵成果和经验,也为碾压混凝土智能施工技术的进一步开发应用奠定了良好基础。
尽管如此,现场碾压混凝土施工实践中,由于原料波动、环境影响、工艺不稳定性等众多客观因素的影响,以及现场备仓条件及工期压迫下的工艺工序变化需求等,施工中不确定因素经常性发生。由此凸显出筑坝施工过程中的人机料科学组织协调、原料制备与工艺管控的全过程智能感知评判、质量精准评价与实时数字化反馈控制等现代化新技术的重要性和迫切性。此外,智能管控技术也越来越多地被纳入项目履约合同中施工保障必备技术。鉴于此,本书围绕中国电建水利水电第七工程局有限公司多年来联合河海大学等高校共同研究开发的碾压混凝土智能工艺创新技术,结合多个碾压混凝土大坝施工实践应用,针对混凝土碾压热层质量参数的智能化采集、碾压层及层间质量智能精细评价、变态混凝土材料增强方法、变态混凝土数字化施工馈控手段、全仓面机械智能化组合作业模式、大升层高大模板施工技术与碾压工艺全过程智能数字化质量管控系统等方面,开展了系列创新开发与实践总结,以期为业内同行们提供有益参考。
本书共分为上下两篇,共10章。上篇主要阐述了碾压混凝土入仓原材料、碾压工艺及加浆振捣的智能化采集分析,以及数字化馈控模型建立的理论方法与技术装备;下篇着重介绍了上篇相关创新技术与装备的应用与成效总结。
本书编写单位为水利水电第七工程局有限公司、河海大学。其中李荣果、田正宏、夏维学、郑祥、徐池撰写第1~3章;孙啸、刘英、范道林、倪军、李万洲撰写第4~6章;杨帆、张巨会、林晓旭、黄艳梅、米元桃撰写第7~8章;叶劲松、林培、万国卿、陈丹、林伟春撰写第9~10章。
限于编写组人员水平有限,以及工程实例资料庞杂,因此整理充分性与完备性仍存不足,敬请读者不吝指正。
前言
上篇 碾压混凝土智慧施工理论与技术
第1章 技术综述
1.1 碾压混凝土坝施工技术成就综述
1.1.1 概述
1.1.2 当前技术
1.1.3 存在问题
1.2 数字信息化技术应用现状
1.2.1 国内外土石坝智能施工技术
1.2.2 国内外常态混凝土数字化施工技术及应用
1.2.3 施工现场实体无损检测技术
1.3 碾压混凝土坝智能施工关键技术研发
1.3.1 理论方法
1.3.2 技术装备
1.4 碾压混凝土坝智能施工技术应用前景
1.4.1 智能碾压工艺开发必要性
1.4.2 智能碾压技术前景
第2章 混凝土碾压热层质量参数智能化采集
2.1 拌合料性能及碾压工艺参数采集
2.1.1 技术现状问题
2.1.2 研发关键技术
2.2 智能含湿率测试仪研发
2.2.1 可碾性控制原理
2.2.2 含湿率测试仪
2.2.3 智能含湿率测试仪
2.2.4 智能含湿率测试仪测试标准方法
2.2.5 开发试验及验证
2.2.6 适用范围及特点
2.2.7 维修保养及注意事项
2.3 碾压热层智能应力波速仪研发
2.3.1 传统核子密度仪检测方法
2.3.2 基于表面波波速测定压实度原理
2.3.3 表面波滤波处理方法
2.3.4 基于SASW的波速计算模型
2.3.5 智能应力波速仪研制
2.3.6 智能应力波速仪测试标准方法
2.3.7 智能应力波速仪试验及验证
2.4 热层碾压轨迹跟踪技术
2.4.1 碾压条带识别技术
2.4.2 GPS-RTK定位
2.5 碾压含湿率及热层波速在线联合检测技术
2.5.1 技术实现方法
2.5.2 压实度和含湿率现场联合测定试验
2.6 级配和胶砂比实时获取
2.6.1 级配
2.6.2 胶砂比
2.7 碾压过程多源异构数据的集成与交互方法
2.7.1 碾压过程数据特点
2.7.2 数据的集成与交互
第3章 碾压层质量智能精细评价方法
3.1 碾压施工质量评价现状
3.1.1 层面压实质量
3.1.2 层间结合质量
3.1.3 压实薄弱区域质量
3.2 仓面参数的不确定性分析
3.2.1 常用空间插值方法
3.2.2 基于IDW的仓面离散采样参数不确定性分析
3.3 碾压热层压实度智能评价模型
3.3.1 GA-BP神经网络模型原理
3.3.2 基于GA-BP-ANN的碾压压实质量馈控模型
3.3.3 模型精度
3.4 基于BP-ANN的碾压层间结合质量智能预测模型
3.4.1 模型基本训练
3.4.2 模型结构
3.4.3 模型精度
3.5 基于加权平均思想和Voronoi图的薄弱区域评价方法
3.5.1 压实质量薄弱区域分析
3.5.2 基于加权平均思想的区域压实程度评价模型
……
下篇 工程应用
参考文献