CN108803512B - 碾压混凝土坝变态混凝土插孔加浆监控方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于水利工程中碾压混凝土坝变态混凝土加浆监控技术领域，为实现对水利工程实时监控，本发明采用的技术方案:碾压混凝土坝变态混凝土插孔加浆监控方法，利用手持式加浆作业自动化控制设备、应用服务器、数据库服务器和总控室及其监控软件系统实现对变态混凝土仓面插孔加浆监控，由安装在手持式加浆作业自动化控制设备的无线网络数传模块读取作业信息数据，并传送到应用服务器处理分析，处理后的数据由数据库服务器存储并传送至远端的所述总控室，由所述总控室的监控软件系统实时监控，经客户端展示所述作业信息；当接受到报错预警时，查询历史仓面，设计应对方案，进行仓面的重新规划。本发明主要应用于水利工程监控场合。

Description

碾压混凝土坝变态混凝土插孔加浆监控方法

技术领域

本发明属于水利工程中碾压混凝土坝变态混凝土加浆监控技术领域，具体涉及一种碾压混凝土坝变态混凝土插孔加浆监控技术方案。

背景技术

变态混凝土是指在碾压混凝土拌合物中加入适量的水泥灰浆使其具有可振性,再用插入式振捣器振动密实使其具有均匀性,形成一种具有常规混凝土特征的混凝土。变态混凝土的应用解决了异种混凝土结合部位胶结与压实的问题，使混凝土层面结合质量得到提高，接触模板部位的混凝土的密实性得到改善，混凝土拆模后表面平滑度好，利于仓面管理。变态混凝土在碾压混凝土快速筑坝施工中得到了广泛应用，显示出其独特的优越性。

由于变态混凝土应用于异种混凝土结合部位和接触模板部位，因此其施工质量对整个结构安全有着举足轻重的影响。本发明属于水利工程中碾压混凝土坝变态混凝土加浆监控技术领域，相关学者对其进行了大量研究。在国内，钟登华等人在2009年公布了一种心墙堆石坝施工质量实时监控方法，该方法有效提高了心墙堆石坝施工质量监控的精度和图形计算的灵活性。李继跃等人在2011年公布了一种变态混凝土插孔装置，可方便整齐地在碾压混凝土摊铺层中插出一排符合设计要求的加浆孔，满足水利水电工程中碾压混凝土仓面变态混凝土施工的技术要求。吴旭等人在2011年公布了一种变态混凝土自动注浆振捣设备，同时具有注浆与振捣功能，并可实现注浆和振捣工作状态的自由切换、工作装置的自动对位和注浆量的精确控制等，且移动灵活，注浆均匀，振捣力大，操作简单，提高施工速度和质量，降低工人劳动强度，适应各种工作场合的变态混凝土注浆与振捣施工。彭华等人在2012年公布了一种混凝土坝施工质量实时监控方法及系统，该系统达到对混凝土坝施工质量的全面管控与精细化管理，实现混凝土坝施工全程质量可追溯。杨富灜等人在2012年公布了一种变态混凝土用挤压式造孔器，该造孔器可就地取材，操作简捷，可提高灌浆的均匀性。张宏武等人在2013年公布了一种变态混凝土加浆自动记录仪，该仪器结构简单、成本低、工作可靠、显示直观。在国外，施工监控系统主要集中在房屋及道路工程应用中，目前还没有针对碾压混凝土坝变态混凝土加浆监控技术领域的研究。

综上，目前针对变态混凝土插孔加浆的研究虽然广泛，但多集中在插孔加浆原材料控制及宏观定性控制手段方面，而针对变态混凝土仓面打孔加浆施工过程的精细、实时质量控制方面尚未涉及，目前变态混凝土仓面施工质量控制主要依靠监理人员旁站观测，粗略判断加浆孔间距、单孔加浆量、浆液密度等质量信息，并进行人为判断是否满足加浆要求，这种方式不但管理粗放，也存在部分仓面数据错误甚至遗漏的情况，给变态混凝土层仓面施工质量控制带来较大的隐患。因此，本发明针对变态混凝土仓面插孔加浆监控问题，提供一种实时、准确、自动化的变态混凝土仓面插孔加浆监控方法。利用本发明可以进行仓面规划、历史仓面查询、界面缩放、视角旋转等功能，同时可以实时显示当前加浆信息，并可生成图形报告，将仓面变态混凝土施工成果作出直观且形象的展示，并作为仓面施工质量评定及验收的辅助材料。

发明内容

为克服现有技术的不足，针对变态混凝土仓面插孔加浆监控问题，本发明旨在提出一种实时、准确、自动化的变态混凝土仓面插孔加浆监控方法，能够读取手持式加浆作业自动化控制设备作业信息(含位置、加浆流量、时间、孔斜、深度、浆液密度等)，将数据存入数据库，同时服务端对接收到的数据进行分析，在客户端进行展示，同时对不符合规定的情况进行手机和客户端报警，提示现场施工人员和管理人员，以便合理调整施工方案，保证变态混凝土仓面插孔加浆；此外，利用本发明可以进行仓面规划、历史仓面查询、界面缩放、视角旋转等功能，同时可以实时显示当前加浆信息，并可生成图形报告，将仓面变态混凝土施工成果作出直观且形象的展示，并作为仓面施工质量评定及验收的辅助材料。为此，本发明采用的技术方案:碾压混凝土坝变态混凝土插孔加浆监控方法，利用手持式加浆作业自动化控制设备、应用服务器、数据库服务器和总控室及其监控软件系统实现对变态混凝土仓面插孔加浆监控，由安装在手持式加浆作业自动化控制设备的无线网络数传模块读取作业信息数据，并传送到应用服务器处理分析，处理后的数据由数据库服务器存储并传送至远端的所述总控室，由所述总控室的监控软件系统实时监控，经客户端展示所述作业信息；当接受到报错预警时，查询历史仓面，设计应对方案，进行仓面的重新规划。

还包括如下细化步骤：

升层：采用客户端手动升层与应用服务器自动判别升层相结合的方式，对加浆仪器进行升层，当没有及时进行手动升层时，由应用服务器自动判断升层；

自动升层判断规则为：使用控制点对加浆层进行判断：以仓面最小x坐标和最小y坐标为原点，按指定间距布置控制点，同时每个控制点控制网格，控制点存储层id值和首次加浆高程值两个属性值，当加浆孔落到某个控制点控制区域内时，将该加浆孔的id值，加浆高程值赋予相应控制点，控制点对接收到的数据实时判断和刷新；

首次加浆高程值：层id值发生变化时对应的加浆孔高程值，初始值为建仓高程值；

层id值：初始值为1，通过以下方式判别是否更新：

(1)加浆仪器id值＝控制点层id值

判断：若加浆孔的高程值大于控制点首次高程值15cm及以上时，认为该加浆孔进入新的加浆层，将加浆设备id值+1，控制点层id值+1，加浆过程中，用该加浆设备id值刷新控制点层id值；

若加浆孔的高程值小于控制点首次加浆高程值15cm，认为没有进入新的加浆层，id值无变化；

(2)加浆仪器id值>控制点层id值

说明存在两种情况：①判断若加浆孔的高程值大于控制点首次高程值15cm及以上时：加浆仪器已经在客户端手动升层或经系统判断后自动升层，此时用加浆仪器id值刷新控制点层id值；②判断若加浆孔的高程值小于控制点首次高程值15cm：加浆仪器又回到老层进行加浆作业，用控制点层id值刷新加浆仪器id值；

(3)加浆仪器id值<控制点层id值

说明新的加浆仪器加入到新层的加浆作业，用控制点层id值刷新加浆仪器id值。

具体地，在客户端进行展示数据分析的结果，同时对不符合规定的情况进行手机和客户端报警，提示现场施工人员和管理人员，以便合理调整施工方案，保证变态混凝土打孔加浆质量，具体报警规则：

将仓面沿着坝轴线，以Y坐标最小处为基准以一定距离为间隔，划分若干区域，并按顺序给各区域命名，报警以此按此规则划分的区域为单位利用总控室的监控软件系统进行：

(1)实时判断仓面内加浆孔影响的混凝土面积占每个区域面积的比例，当该比例没有达到98％而其他区域开始工作时，进行短信和客户端报警，加浆当该比例达到98％及以上时，认为该区域加浆覆盖范围已合格，并判断红色点占所有点的比例是否超过3％，若超过3％则认为该仓加浆不合格，需进行手机和客户端报警，若不超过3％则认为该区域加浆合格不进行报警；

(2)当仓面内所有区域都达到了加浆合格标准时，判断加浆孔影响的混凝土面积占仓面面积的比例，当该比例达到98％及以上时，认为具备收仓条件，并判断红色点占所有点的比例是否超过3％，若超过3％则认为该仓加浆不合格，需进行手机和客户端报警，若不超过3％则认为该仓加浆合格，提示具备收仓条件。

本发明的特点及有益效果是：

本发明优点：1、能对加浆位置、加浆时刻、加浆流量、加浆时长、加浆总量、扩散度等数据进行实时监控，并将数据存入数据库，同时服务端对接收到的数据进行分析。2、可以进行仓面规划、历史仓面查询、界面缩放、视角旋转等功能，为工程管理人员、监理人员提供了直观、方便、实时、准确的施工过程监控手段。3、在客户端进行展示数据分析的结果，同时对不符合规定的情况进行手机和客户端报警，提示现场施工人员和管理人员，以便合理调整施工方案，保证变态混凝土打孔加浆质量。4、同时可以实时显示当前加浆信息，并可生成图形报告，将仓面变态混凝土施工成果作出直观且形象的展示，并作为仓面施工质量评定及验收的辅助材料。

附图说明：

图1为碾压混凝土坝变态混凝土插孔加浆监控方法流程图。图中显示施工现场读取加浆数据到分控室处理分析和存储再发送到总控室监控系统显示监控信息。如果分控室数据报错预警，则总控室工作人员查询数据库服务器历史数据重新制定施工方案。

图2为变态混凝土加浆监控客户端图。图中清晰的可以看到本方法可以实时监控加浆位置、加浆时刻、加浆流量、加浆时长、加浆总量、扩散度等数据。此外，利用本发明可以进行仓面规划、历史仓面查询、界面缩放、视角旋转等功能，同时可以实时显示当前加浆信息，并可生成图形报告。

图3施工仓面规划界面。

具体实施方式

本发明的目的是针对变态混凝土仓面插孔加浆监控问题，提供一种实时、准确、自动化的变态混凝土仓面插孔加浆监控方法。利用本发明提供的变态混凝土仓面打插孔加浆监控方法，能够读取手持式加浆作业自动化控制设备作业信息(含位置、加浆流量、时间、孔斜、深度、浆液密度等)，将数据存入数据库，同时服务端对接收到的数据进行分析，在客户端进行展示，同时对不符合规定的情况进行手机和客户端报警，提示现场施工人员和管理人员，以便合理调整施工方案，保证变态混凝土仓面插孔加浆；此外，利用本发明可以进行仓面规划、历史仓面查询、界面缩放、视角旋转等功能，同时可以实时显示当前加浆信息，并可生成图形报告，将仓面变态混凝土施工成果作出直观且形象的展示，并作为仓面施工质量评定及验收的辅助材料。

针对上述目的，本发明提出了一种碾压混凝土坝变态混凝土插孔加浆监控方法。该方法可以读取并处理手持式加浆作业自动化控制设备作业信息，并有存储和预警功能，此外本发明可以进行仓面规划、历史仓面查询、界面缩放、视角旋转等功能。

该方法由安装在手持式加浆作业自动化控制设备的无线网络数传设备、应用服务器、数据库服务器和监控客户端软件构成，建立了从数据接收、数据处理、信息反馈、到成果输出的完整控制流程，实现了实时、全天候、不间断的加浆监控，做到仓面及时规划设计及调整监管。该方法由安装在手持式加浆作业自动化控制设备的无线网络数传设备读取数据，传送到现场分控站。现场分控站的应用服务器处理分析数据并传送至远端总控室以及预警报错，现场分控站的数据库服务器存储数据。总控室的监控软件系统时时监控，展示加浆位置、加浆流量等基本信息。当接受分控室的报错预警时，查询历史仓面，设计应对方案，进行仓面的重新规划。

具体包括以下步骤：

1、服务端采用一定方式读取手持式加浆作业自动化控制设备作业信息(含位置、加浆流量、时间、孔斜、深度、浆液密度等)，将数据发送到现场分控站。

2、现场分控站的应用服务器对接收到的数据进行分析，将结果传送到总控室在客户端进行展示。展示内容如下：

(1).监控信息面板：客户端(左上角)设置监控信息面板，其中包括当前加浆孔编号(顺序生成xx坝段-xx仓面-xx号/xx坝段-xx高程-xx号)，大坝坐标，高程，该点开始加浆时刻，瞬时孔斜，瞬时深度，瞬时浆液密度，瞬时加浆流量，该点累计加浆时长，该点累计加浆总量。(若有多个加浆孔同时作业，面板同时显示多个加浆孔信息)

(2).加浆位置：在客户端用圆点表示加浆孔位置，信息从加浆设备中读取，包括x,y,z三个坐标。

(3).瞬时孔斜：从加浆设备中读取

(4).瞬时深度：从加浆设备中读取

(5).瞬时浆液密度：从加浆设备中读取

(6).加浆流量q：从加浆设备中读取，在监控信息面板中显示当前瞬时加浆流量。

(7).加浆时长t：从加浆设备中读取，在监控信息面板中显示该点累计加浆时长。

(8).加浆总量Q：在监控信息面板中显示该点累计加浆总量Q＝fq(t)*d(t)(总量＝流量*时间)。

(9)扩散度：在监控信息面板中显示该点浆液扩散半径。需经流体力学公式计算得出。

3、现场分控站的数据库服务器对接受到的数据进行储备保存，以便工作人员在需要的时候进行调用历史数据。

4、现场分控站的应用服务器对不符合规定的情况进行手机和客户端报警，提示现场施工人员和管理人员。

5、根据报警情况，总控室的监控客户端对分控站的数据库服务器进行数据调用，进行历史仓面查询和对比研究，综合分析并进行仓面的重新规划及调整。仓面规划调整的同时调整施工方案，保证变态混凝土仓面插孔加浆。

6、服务器实时显示当前加浆信息，在仓面监控过程中或结束后生成加浆成果图形报告，包括加浆孔分布信息图、浆液扩散图，将仓面变态混凝土施工成果作出直观且形象的展示，并作为仓面施工质量评定及验收的辅助材料。

加浆仪器定位的点(也就是加浆孔的位置)作为仓面中加浆监控的控制点，每个点控制一定区域(比如r＝30cm，可在配置文件中修改)，即该加浆孔可以影响半径30cm内的混凝土。

具体实施方案如下：

1、对碾压混凝土坝进行仓面划分规划，进行整体仓面施工规划。

2、升层：

采用客户端手动升层与系统自动判别升层相结合的方式，对加浆仪器进行升层。当没有及时进行手动升层时，由系统自动判断升层。

自动升层判断规则为：使用控制点对加浆层进行判断：以仓面最小x坐标和最小y坐标为原点，按1*1m间距布置控制点，同时每个控制点控制1*1m范围的网格，控制点存储层id值和首次加浆高程值两个属性值，当加浆孔落到某个控制点控制区域内时，将该加浆孔的id值，加浆高程值赋予相应控制点，控制点对接收到的数据实时判断和刷新。

首次加浆高程值：层id值发生变化时对应的加浆孔高程值，初始值为建仓高程值。

层id值：初始值为1，通过以下方式判别是否更新

(1)加浆仪器id值＝控制点层id值

判断：若加浆孔的高程值大于控制点首次高程值15cm及以上时，认为该加浆孔进入新的加浆层，将加浆设备id值+1，控制点层id值+1，加浆过程中，用该加浆设备id值刷新控制点层id值。

若加浆孔的高程值小于控制点首次加浆高程值15cm，认为没有进入新的加浆层，id值无变化。

(2)加浆仪器id值>控制点层id值

说明存在两种情况：①判断若加浆孔的高程值大于控制点首次高程值15cm及以上时：加浆仪器已经在客户端手动升层或经系统判断后自动升层，此时用加浆仪器id值刷新控制点层id值。②判断若加浆孔的高程值小于控制点首次高程值15cm：加浆仪器又回到老层进行加浆作业，用控制点层id值刷新加浆仪器id值。

(3)加浆仪器id值<控制点层id值

说明新的加浆仪器加入到新层的加浆作业，用控制点层id值刷新加浆仪器id值；

3.如图1所示对加浆位置、加浆时刻、加浆流量、加浆时长、加浆总量、扩散度等数据进行实时监控，并将数据存入数据库，同时服务端对接收到的数据进行分析。具体客户端显示：

(1)加浆过程中，监控信息面板实时显示加浆孔的加浆信息。

(2)正在施工的点在客户端以蓝色点显示，当该点施工完成后，系统判断该点的控制质变(加浆总量)是否达到标准，若达到标注则该点变为黑色显示，未达到标准则该点变为红色显示。当鼠标停在任意加浆孔时，会显示该点加浆信息，包括该点的顺序孔号、该点大坝坐标、高程、该点开始加浆时刻、该点加浆时长、该点加浆总量、平均孔斜、平均深度、平均浆液密度；若该点分两次加浆，则分三段信息显示，前两段分别显示两次的加浆信息，第三段显示累计的加浆时长、加浆总量。

(3)为了便于直观显示仓面任意位置坐标，仓面以适宜的坐标间隔将仓面划分为网格，当缩放仓面时，相应坐标间隔随之缩放。如：仓面缩小到最小时，以10*10m的网格划分，每条线显示对应该的坝横、坝纵坐标；当仓面放大时，网格密度也随之增大，当放大到最大时，以0.5*0.5m网格划分，即每条线的间距代表0.5m(上述例子中，网格间距值并不固定，根据不同仓面的大小，自动调节)。

4.在客户端进行展示数据分析的结果，同时对不符合规定的情况进行手机和客户端报警，提示现场施工人员和管理人员，以便合理调整施工方案，保证变态混凝土打孔加浆质量。具体报警规则：

将仓面沿着坝轴线，以Y坐标最小处为基准以每5m(或其他值，可在配置文件中修改)为间隔，划分若干区域(如：若仓面沿着坝轴线为18m长，则可划分为4个区域，其中，3个为5m长，1个3m长)，并按顺序给各区域命名(xx坝段-xx仓面-第xx区域)，报警以此按此规则划分的区域为单位进行：

(1)实时判断仓面内加浆孔影响的混凝土面积占每个区域面积的比例，当该比例没有达到98％(可在配置文件中修改)而其他区域开始工作时，进行短信和客户端报警，内容为：“xx坝段-xx仓面-第xx区域加浆量不足，请及时补浆。”加浆当该比例达到98％(可在配置文件中修改)及以上时，认为该区域加浆覆盖范围已合格，并判断红色点占所有点的比例是否超过3％(可在配置文件中修改)，若超过3％则认为该仓加浆不合格，需进行手机和客户端报警(所有红色点均要在报警内容中提醒。报警内容：“xx坝段-xx仓内某某加浆孔加浆量不达标，差x升，需进行补浆”)。若不超过3％则认为该区域加浆合格不进行报警。

(2)当仓面内所有区域都达到了加浆合格标准时，判断加浆孔影响的混凝土面积占仓面面积的比例，当该比例达到98％(可在配置文件中修改)及以上时，认为具备收仓条件，并判断红色点占所有点的比例是否超过3％(可在配置文件中修改)，若超过3％则认为该仓加浆不合格，需进行手机和客户端报警(所有红色点均要在报警内容中提醒。报警内容：xx坝段-xx仓内某某加浆孔加浆量不达标，差x升，需进行补浆)。若不超过3％则认为该仓加浆合格，提示具备收仓条件。

5.对于预警的问题进行如图2所示施工仓面规划，以便合理调整施工方案，保证变态混凝土打孔加浆质量以及整体仓面施工进度的优化。

6.同时可以实时显示当前加浆信息，并可生成图形报告，将仓面变态混凝土施工成果作出直观且形象的展示，并作为仓面施工质量评定及验收的辅助材料。

具体图形报告：

(1)加浆孔分布信息图：以控制点的形式展现仓面内加浆孔分布情况，合格点以黑色显示，不合格点以红色显示。同时图形报告内包括：开仓、收仓时刻；累计有效总加浆时长；各点平均加浆时长；加浆最长时长、最短时长；累计有效总加浆量；各点平均加浆量；加浆孔最大加浆量、最小加浆量，平均浆液浓度，平均加浆深度。

(2)浆液扩散图：运用流体力学计算公式，浆液扩散浓度，并以二维扩散云图进行展示，浆液浓度通过灰色到白色的渐变来体现，浓度越大颜色越深，反之越浅。同时图形报告内包括：开仓、收仓时刻；最大浆液浓度值；最小浆液浓度值。

Claims (1)

1.一种碾压混凝土坝变态混凝土插孔加浆监控方法，其特征是，利用手持式加浆作业自动化控制设备、应用服务器、数据库服务器和总控室及其监控软件系统实现对变态混凝土仓面插孔加浆监控，由安装在手持式加浆作业自动化控制设备的无线网络数传模块读取作业信息数据，并传送到应用服务器处理分析，处理后的数据由数据库服务器存储并传送至远端的所述总控室，由所述总控室的监控软件系统实时监控，经客户端展示所述作业信息；当接受到报错预警时，查询历史仓面，设计应对方案，进行仓面的重新规划；具体步骤详述如下：

升层：采用客户端手动升层与应用服务器自动判别升层相结合的方式，对加浆仪器进行升层，当没有及时进行手动升层时，由应用服务器自动判断升层；

自动升层判断规则为：使用控制点对加浆层进行判断：以仓面最小x坐标和最小y坐标为原点，按指定间距布置控制点，同时每个控制点控制网格，控制点存储层id值和首次加浆高程值两个属性值，当加浆孔落到某个控制点控制区域内时，将该加浆孔的id值，加浆高程值赋予相应控制点，控制点对接收到的数据实时判断和刷新；

首次加浆高程值：层id值发生变化时对应的加浆孔高程值，初始值为建仓高程值；

层id值：初始值为1，通过以下方式判别是否更新：

(1)加浆仪器id值＝控制点层id值

判断：若加浆孔的高程值大于控制点首次高程值15cm及以上时，认为该加浆孔进入新的加浆层，将加浆设备id值+1，控制点层id值+1，加浆过程中，用该加浆设备id值刷新控制点层id值；

若加浆孔的高程值小于控制点首次加浆高程值15cm，认为没有进入新的加浆层，id值无变化；

(2)加浆仪器id值>控制点层id值

说明存在两种情况：①判断若加浆孔的高程值大于控制点首次高程值15cm及以上时：加浆仪器已经在客户端手动升层或经系统判断后自动升层，此时用加浆仪器id值刷新控制点层id值；②判断若加浆孔的高程值小于控制点首次高程值15cm：加浆仪器又回到老层进行加浆作业，用控制点层id值刷新加浆仪器id值；

(3)加浆仪器id值<控制点层id值

说明新的加浆仪器加入到新层的加浆作业，用控制点层id值刷新加浆仪器id值；

具体地，在客户端进行展示数据分析的结果，同时对不符合规定的情况进行手机和客户端报警，提示现场施工人员和管理人员，以便合理调整施工方案，保证变态混凝土打孔加浆质量，具体报警规则：

将仓面沿着坝轴线，以Y坐标最小处为基准以一定距离为间隔，划分若干区域，并按顺序给各区域命名，报警以此按此规则划分的区域为单位利用总控室的监控软件系统进行：

(1)实时判断仓面内加浆孔影响的混凝土面积占每个区域面积的比例，当该比例没有达到98％而其他区域开始工作时，进行短信和客户端报警，加浆当该比例达到98％及以上时，认为该区域加浆覆盖范围已合格，并判断红色点占所有点的比例是否超过3％，若超过3％则认为该仓加浆不合格，需进行手机和客户端报警，若不超过3％则认为该区域加浆合格不进行报警；

(2)当仓面内所有区域都达到了加浆合格标准时，判断加浆孔影响的混凝土面积占仓面面积的比例，当该比例达到98％及以上时，认为具备收仓条件，并判断红色点占所有点的比例是否超过3％，若超过3％则认为该仓加浆不合格，需进行手机和客户端报警，若不超过3％则认为该仓加浆合格，提示具备收仓条件。

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