摘要：大坝混凝土的振捣是影响坝体质量的关键，根据目前大坝振捣作业中经验性、随意性强的现状，以振捣时间及振捣路径为导向，采用UWB定位技术对振捣棒的位置实时监测，将实时数据与预设值进行比较、纠偏，并进行预警。该系统具有实时性强、精度高等特点，能较好避免过振、欠振及漏振现象。
关键词：混凝土；振捣时间；振捣路径；实时监测；UWB
引言
混凝土坝具有浇筑方量大、施工工期长、施工质量和安全要求高等特点，随着水利工程建设的不断发展，混凝土坝施工过程精细化、科学化管理程度在不断提高。混凝土振捣是坝体浇筑的核心环节，其工艺是影响坝体质量的关键。混凝土振捣使拌合物组分液化促使内部滞留空气排逸使集料颗粒之间结合更紧密，从而达到密实、坚固、耐久的效果。在工程实际操作中由于操作人员的经验性和随意性，常出现过振、欠振和漏振等现象，严重过振会使混凝土产生离析，欠振、漏振会使混凝土内空气不能充分排逸。过振和欠振属于振捣时间的控制问题，漏振则是振捣器的运行路径控制问题。上述现象会对混凝土结构产生不可逆的影响。目前从振捣时间[1-3]的角度监测振捣质量的应用较多，对振捣路径监测较少。本文从振捣时间和振捣路径的角度对混凝土的振捣状态进行实时监测及判定，从而达到提高混凝土振捣质量的目的。
1质量控制系统工作原理
根据仓面尺寸及混凝土参数等信息预设该仓混凝土的振捣时间及振捣点位信息，在大坝浇筑仓面振捣过程中，实时获取振捣点的振捣时间和振捣机械的运行路径等信息，将获取的信息传输至数据分析模块并与预设值比较分析，实时判断混凝土的振捣密实状态。若发生过振、欠振或漏振等现象，将激活预警模块，并伴随信号灯预警和语音提示，操作人员可根据预警提示对振捣机械进行操作，完成复振和纠偏。混凝土振捣质量控制系统工作流程如图1所示。
2系统组成
2.1振捣模块。该模块主要由工人、振捣机械等组成，是完成振捣作业的各施工实体。还集成了施工机械的各项性能参数，如振捣机械的型号及振捣有效半径等。
2.2监测模块。2.2.1振捣时间。由于混凝土的大多数性能指标需要达到一定龄期并通过一定手段才能检测出来，而混凝土振捣作业需要在混凝土初凝前完成，因此在对混凝土振捣质量进行实时监测时对监测指标要求具有时效性。施工现场常把振捣时间作为振捣作业中的一项重要参考指标，振捣时间也是最常用的一项振捣质量监测指标。振捣器工作时间分为纯振捣时间、间隔时间、辅助时间，纯振捣时间需要根据混凝土的级配和坍落度等因素决定，一般时间为15~20s，但是在实际施工中，振捣时间完全依赖于操作司机的经验，无法精确控制时间。在已知振捣棒位置四维信息（x，y，z，t）在x、y坐标值不发生变化时，z坐标发生变化表示振捣棒插入混凝土工作时间，z方向的值减少、停止变化、上升对应的振捣工作为插入、振捣、提升，通过控制z坐标在指定的高程的时间实时监控纯振捣时间，振捣深度也可以通过控制z方向上的坐标值来量化确定。影响混凝土振捣时间的因素有很多，要想确定一种混凝土的振捣时间，须通过试验获得最优振捣时间。就大坝整体而言，坝体各部位的功能各不同，其浇筑时对混凝土的性能要求也不同，因此混凝土的标号、配合比、骨料集配、含水量、外加剂等参数也存在差异。坝体在浇筑时，其高程以浇筑仓位单元上升，在同一施工进度的每个浇筑仓，其混凝土性能可能各有差异。所以，在确定混凝土振捣时间时，不能一概而论，应分情况分区考虑。通过现场试验确定不同部位混凝土的最优振捣时间，然后通过现场采集的实际振捣时间与预设的振捣时间实时对比，判定是否欠振或漏振。2.2.2振捣路径。振捣路线的规划与混凝土覆盖面积、重复覆盖面积、振捣时间、振捣器行走时间等因素息息相关。混凝土的浇筑需要保证振捣的密实性，单凭振捣时间一项指标难以对整个仓面的浇筑质量进行把控，在施工中，常有振捣棒的插入位置不够准确，造成振捣作业的随意，混凝土的质量无法得到保障，振捣机械的轨迹的控制对避免漏振具有重大意义。混凝土坝浇筑往往是分块分层进行的，每仓的高度一般为1.5至4.5米，施工时会分为若干混凝土坯层进行浇筑，每层层厚约0.5米。捣车沿直线运动，沿与上上游坝面平行移动，与x轴之间的夹角为α，按照“卸一罐、平一罐、振一罐”的原则，振捣机的运行与平仓机运行和缆机吊罐卸料位置息息相关，施工范围为扇形区域，振捣完前进△S，每次振捣的时间为△t，振捣机直线运动的轨迹方程为：本系统在振捣轨迹监测中采用UWB定位技术[4-5]，UWB（Ultra-WideBand）定位技术又称为超宽带无线定位技术，它是一种使用1GHz以上大频率宽带和低频谱功率密度的先进无线通信技术。UWB系统无线通信速度快，可达几百Mbps以上；而且通信系统的体积小、成本低，非常适合于民用定位；同时，因为其功率谱密度可以达到很低，所以UWB无线通信可以和其他无线通信系统共存，一般不会相互产生干扰，被各领域所需求的高精度定位广泛关注。整个系统由基站、同步控制器、服务器、定位标签组成，基站之间通过广信连接，已知基站位置，标签向基站发送脉冲数据包，实时获取标签的位置。UWB定位系统组成如图2所示。图2UWB定位系统组成定位标签向基站天线发出脉冲数据，基站接受到信息后，通过光纤将定位标签的位置传输至同步控制器，同步控制器在接收到信号后将定位标签的位置信息进行计算，最后通过有线以太网传输给服务器，服务器获取各个定位标签在不同时刻的位置信息，实现去移动目标的定位跟踪。位标签发出的脉冲信号宽度极小，因此具有以下两方面的优势：（1）定位精度高，理论上具备厘米及甚至更高的测距精度；（2）时间分辨率高，能适应复杂多径的环境。将UWB定位标签装在振捣棒上，可实时获取振捣的位置信息。
2.3预警模块。在实际操作中，当实测指标与预设值存在偏差是就会激活预警模块。针对振捣过程中可能遇到的过振三种不利影响，对应三种预警方式。正常振捣作业时，伴随绿色指示灯闪烁，当越接近预设振捣时间闪烁频率越快，达到预设振捣时绿灯长亮，并语音提示“振捣完成”；当在提示“振捣完成”后还未拔出振捣棒时，有可能产生过振，此时会采用红色指示灯提醒操作人员并伴随语音提示“已过振”；当未达到预设振捣时间就拔出振捣棒时，采用红色指示灯提醒操作人员，并伴随语音提示“此处欠振”。当振捣机完成一处振捣进入下一振捣点位时，若监测到振捣棒的位置与预设振捣点位的距离超过了振捣棒的有效振捣半径，说明在该振捣点位有可能产生漏振，此时采用红色指示灯提醒操作人员并伴随语音提示“漏振”。
3结束语
基于实时监测的坝体混凝土振捣质量监测系统，较好地解决了振捣过程中因人为操作的随意性产生的混凝土质量问题，并从振捣时间和振捣路径的角度针对过振、欠振和漏振制定了一一对应的实时监测机制及预警方法，能较好指导工程人员进行振捣作业。
作者:鄢璞 单位:中山市水利水电勘测设计咨询有限公司
