DB13∕T 5702-2023 水利工程土石方碾压过程实时监控技术规范.pdf

ICS 93.020 CCS P 21 13 河北省地方标准 DB 13/T 57022023 水利工程土石方碾压过程实时监控 技术规范 2023-05-06 发布 2023-06-06 实施 河北省市场监督管理局 发 布 DB 13/T 57022023 I 前言 本文件按照GB/T 1.12020标准化工作导则 第1部分：标准化文件的结构和起草规则的规定起草。本文件由河北省水利厅提出并归口。本文件起草单位：河北省水利科学研究院、河北省水利工程局集团有限公司、河北水科工程技术服务有限公司。本文件主要起草人：王永亮、丁红强、赵逊、耿翠然、张心欣、贾淑敏、张玮、郎超、曹林宽、王焱、刘彦卿、张潮、焦建雄、徐阳、孟耀峰、贾军、李京京、刘彦康、李春原、武孟元。DB 13/T 57022023 1 水利工程土石方碾压过程实时监控 技术规范 1 范围 本文件规定了水利工程土石方机械碾压过程监控系统的组成与功能、性能要求、监控工作准备及实施。本文件适用于水利工程土石方机械碾压施工过程中的压实质量实时监测。2 规范性引用文件 下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T 4208 外壳防护等级（IP代码）GB/T 20138 电器设备外壳对外界机械碰撞的防护等级（IK代码）GB/T 50123 土工试验方法标准 SL 260 堤防工程施工规范 SDJ 213 碾压式土石坝施工技术规范 CH/T 2009 全球定位系统实时动态测量(RTK)技术规范 DL/T 5129 碾压式土石坝施工规范 3 术语和定义 下列术语和定义适用于本文件。碾压过程监控系统 rolling process monitoring system 对碾压机械作业过程中的碾迹带位置、行进速度、振动状态等信息进行实时监测，对超限值监测数据发出警示用以修正作业过程，为控制碾压质量提供数据支持的硬件和软件系统。碾压信息管理平台 rolling information management platform 布设在远程服务器上，包含全部碾压监控信息管理功能的软件。车载主机 host on roller 安装在碾压机械上，包含监测信息汇集、数据分析处理、无线通信等功能的设备。车载终端 terminal on roller 安装在碾压机械上，包含参数输入、屏幕信息显示、声音警示等功能的设备。碾压区域 rolling zone 在作业面上完成铺料后需要连续完成碾压作业的独立区域。碾迹带 rolling rut 碾压轮一次通过后，在铺料面上形成的带状碾压痕迹。振动压实值 vibratory compaction value DB 13/T 57022023 2 对碾压过程中振动轮竖向振动响应信号进行分析处理取得的，可与填筑土体密实程度建立相关关系的指标。相关性校验 correlation verify 通过比对试验，建立土体密实程度常规检测结果与振动压实值之间的相关关系的过程。4 监控系统组成与功能 系统组成 4.1.1 碾压过程监控系统主要由监测设备、数据传输设备及数据分析管理软件等组成。4.1.2 监测设备包括碾压机械定位装置、碾轮振动状态监测装置。碾压机械定位装置宜采用全球定位系统实时动态测量（RTK）技术，由基准站、流动站等组成。流动站安装在碾压机械上，监测数据用于碾迹带监测分析、行进速度监测分析。碾轮振动状态监测装置由振动传感器、数据采集设备等组成。4.1.3 数据传输设备包括有线通信设备和无线通信设备。a)有线通信设备用于连接监测设备、车载主机、车载终端等。b)无线通信设备用于接入公共通信网络，进行车载主机与远程碾压信息管理平台之间的数据传输。4.1.4 数据分析管理软件宜同时布设在车载主机和远程服务器上。a)车载主机数据分析管理软件应包括碾压轮迹监测、行进速度监测、振动状态监测、参数设置等模块。b)远程服务器数据分析处理软件（即碾压信息管理平台），除包含车载主机功能模块外，还应包括碾压施工任务管理与发布、作业机群动态显示、警示信息推送、历史信息查询统计、数据管理等模块。c)数据输出应包括车载终端显示、Web 浏览器显示、警示短信推送等方式。系统功能 4.2.1 碾压轮迹监测模块应能显示作业面的轮廓线、作业面起止桩号、作业面宽度、相邻碾迹带之间的搭接宽度、相邻作业面之间的搭接区长度、作业面的碾压遍数，应具有搭接宽度（长度）不足报警和漏碾压报警等功能。4.2.2 行进速度监测模块应能显示碾压机械实时速度，应具有超速报警功能。4.2.3 振动状态监测模块应能监测碾压机械是否开启振动及其振动响应信号，宜由振动响应信号计算振动压实值并建立与土体压实质量之间的对应关系。4.2.4 参数设置模块应能录入施工工艺参数、控制指标等信息。4.2.5 碾压施工任务的管理与发布模块包括新建作业面、作业任务发布等功能。a)新建作业面应能录入作业面边界、施工工艺参数、控制指标、计划作业时间等信息。b)作业任务发布将某一作业面碾压任务分配给指定的碾压机械，接受指令的碾压机械按指令开展作业。4.2.6 作业机群动态显示模块应能同时以动画的形式显示全部被监测碾压机械的工作状态，并能单独调取选定碾压机械的碾压轮迹、行进速度、振动状态等信息。4.2.7 警示信息推送模块应能针对施工过程中不符合设定要求的速度、振动、轮迹搭接等情况，及时将警示信息通过 APP 或短信推送至监管人员。4.2.8 信息查询统计模块应能按分部工程、桩号、层数、碾压机械编号、碾压日期等多种组合进行查询与汇总统计，应能根据碾压过程统计结果分析判断碾压质量，并对异常区域进行警示。4.2.9 数据管理模块应具有下列功能：a)施工日报管理，定时通过 APP 或短信，推送施工总结；b)上传常规检测数据，并宜与系统生成的判断成果分析比对；c)监测数据输出应具有数字表格、图形及动画等模式；d)数据安全及备份功能。DB 13/T 57022023 3 5 设备参数要求 RTK 接收设备应满足下列要求：a)接收设备应包括接收机、天线、数据链套件、数据采集器等；b)基准站设备应具有发送标准差分数据的功能，支持 CORS 模式；c)可采用单基准站 RTK 和网络 RTK 两种方法进行定位，宜优先采用网络 RTK 技术；d)电台单基准站工作范围宜为 10 km15 km；e)流动站接收设备应具有接收并处理标准差分数据功能；f)流动站 RTK 定位精度，平面（8+1 10-6D）mm，高程（15+1 10-6D）mm；g)外壳防护等级不低于 GB/T4208 中 IP66 级，适应野外环境；h)机械碰撞防护等级不低于 GB/T20138 中 IK08 级；i)支持北斗卫星定位系统。振动监测设备应满足下列要求：a)振动传感器宜采用加速度传感器，灵敏度应不小于 10 mV/(ms-2)，量程应不小于 10 g；b)数据采集装置的模/数转换位数应不小于 16 位，采样频率应不小于 400 Hz。6 设备设置与安装 RTK 基准站的设置与安装应符合以下要求：a)架设监测基准站时，应与施工平面、高程控制网采用同一坐标系统；b)用电台进行数据传输时，基准站宜选择在相对较高的位置；c)天线周围应无屏蔽遮挡物；d)基准站应埋设有强制对中的观测墩；e)符合 CH/T2009 中其他有关规定。RTK 流动站的安装应符合以下要求：a)GNSS 接收机应紧密牢固地垂直安装在机架上，应考虑天线周围屏蔽遮挡物的影响。b)满足截止高度角的要求；c)应测量确定接收天线相位中心与振动轮的相对位置；d)天线电缆应牢固固定，并远离发动机、散热器等高温设备。振动监测设备安装应符合以下要求：a)振动传感器应紧密牢固地垂直安装在振动轮的内侧机架中心位置上；b)数据采集设备应安装在驾驶室内；c)信号线应牢固固定，并远离发动机、散热器等高温设备。车载终端安装应符合以下要求：a)车载终端应牢固安装在驾驶室内；b)安装位置应便于驾驶员观察，并不得影响正常驾驶操作。7 碾压准备工作 施工单位编制施工组织设计时应包含碾压过程实时监控内容。进行碾压试验时，宜同时进行振动压实值相关性校验试验，通过振动监测模块进行数据分析取得振动压实值，建立土体密实程度常规检测结果与振动压实值的线性回归模型。相关性校验过程见附录 A。铺料前应测量获取铺料层基面高程，按设计断面计算该高程设计边线坐标。完成铺料并平整后，应测量获取铺料层碾压前顶高程。基面高程和铺料层顶高程测量宜采用 RTK 方法，布置在碾压区域边线的测点不宜少于 12 个。应建立高程实测值与桩号之间的一元线性回归方程，取高程回归值作为高程显示值。根据测量的铺料层基面高程、顶高程及坡比，计算碾压区域边线位置，碾压区域宜超出铺料层基面高程对应设计边线 10 cm，碾压区域边线计算示意图见图 1。DB 13/T 57022023 4 图1 铺料边线及碾压区域边线示意图 分段、分片碾压时，相邻作业面之间应设定碾压搭接宽度，搭接宽度应符合 SL 260、SDJ 213、DL/T 5129 等规范要求。根据铺料层基面高程、设计断面尺寸、设定的铺料宽度裕量，自动计算绘制碾压区域边线，示意图见图 2。图2 碾压区域分布示意图 通过碾压信息管理平台创建作业面，设置碾压区域、碾压参数、警示阀值等参数，发布作业任务。执行碾压作业的机械到达准备区域，车载主机、终端及监测设备开机，检查通信是否正常。检查 RTK 卫星的状态，应符合 CH/T 2009 规范要求。各项准备工作检查无误后，开始碾压作业。8 碾压过程监控 按碾压方案设定的工艺进行碾压。碾压机械进入碾压区域之前应开始记录监测数据，碾压作业过程中应连续实时监测振动轮的位置信息和振动状态，生成不可修改的电子数据记录，直至完成当前作业面的全部碾压，碾压机械驶出碾压区域后停止监测数据记录。作业过程中在车载终端实时显示当前碾压区域、碾压机械当前位置、碾压轮迹、碾迹带搭接宽度（错距）、行进速度、振动状态、已完成碾压遍数及当前碾压遍数等。hl2l112341:m标引序号说明：1设计断面内铺料区域；2铺料超填部分；3设计边坡线；4铺料超填边坡线；m边坡系数；h铺料层厚度；l1铺料宽度裕量；l2碾压区域超出设计边线裕量。56l11342标引序号说明：1单元工程边线；2碾压区域边线；3单元工程起始线；4单元工程终止线；5相邻作业面搭接区；l27l36车辆转向错距区；7碾磙；l1相邻作业面之间搭接宽度；l2铺料宽度裕量；l3碾迹带搭接宽度。DB 13/T 57022023 5 采用错距法碾压时，由碾轮宽度、碾压遍数计算错距，当碾迹带监测值小于设定值时，车载终端应发出明显警示提醒修正行驶方向。采用搭接法碾压时，当碾迹带监测值小于设定值时，车载终端应发出明显警示提醒修正行驶方向。当相邻碾迹带之间发生漏碾压时，车载终端应发出明显警示，并将信息推送至监管人员。当碾压机械行进速度超过设定值时，车载终端应发出明显警示，提醒控制速度；当行进速度超过 4 km/h 时，应将警示信息推送至监管人员。当监测到应振动碾压而未开启振动时，车载终端应发出明显警示，并将警示信息推送至监管人员。监测信息应通过车载主机实时上传至碾压信息管理平台，并在车载主机和碾压信息管理平台同时存储。9 监控信息管理 碾压信息管理平台应能实时显示所有被监测机械的当前状态，对正在作业的碾压机械，通过动画云图的方式显示碾压轮迹、行进速度、振动状态、当前碾压遍数以及作业面高程等。碾压过程中发生漏碾压、漏振、超速等违规作业时，碾压信息管理平台应推送警示信息至监管人员。碾压信息管理平台应能查阅工程信息、碾压机械信息，按作业面或碾压机械查阅碾压过程动画、作业面高程、填筑层厚度、碾压遍数、碾压速度、振动状态、漏压区域分布等。碾压信息管理平台应能生成、导出压实过程报告，具体内容可参考附录 B。DB 13/T 57022023 6 A A 附录A （资料性）相关性校验试验 A.1 试验准备 A.1.1 试验时采用的机具应与施工时采用的类型、型号相同。碾压机械型号不同的，相关性校验试验应各做一次。A.1.2 编制相关性校验试验方案，至少应选取三个碾压遍数进行常规密实程度检测，碾压最后一遍的常规检测结果应满足设计压实质量要求。A.1.3 试验场地应清理平整，并将表层压实至不低于填土设计要求的密实程度。A.1.4 试验所用的填筑料、铺料厚度等应与施工时采用的相同。A.1.5 铺料碾压区域面积不宜小于10 m60 m。A.1.6 在铺料碾压区域设置边线。A.2 试验步骤 A.2.1 碾压机械应在试验区域外启动，按规定速度匀速行驶，在进入碾压区域前应达到正常振动状态，并开启振动监测设备的数据采集功能。A.2.2 碾压机械在碾压面上每经过一次记为碾压一遍，每条碾迹带碾压一遍就应进行一次错距，相邻碾迹带的搭接宽度宜为10 cm。A.2.3 碾压至设定的碾压遍数时，即进行一次常规检测，常规检测方法依据GB/T 50123，测点布置应符合以下要求：a)在试验区域至少应布置 12 个测点；b)检测位置宜根据轮迹振动压实值曲线，按照振动压实值低、中、高三种情况选取，在位置上尽量分散均匀布置；c)在选定测点进行常规检测，并采用 RTK 测量记录测点位置；d)常规检测需开挖探坑的，在之后碾压遍数布置测点时应避开已布置过探坑的位置。A.2.4 完成三个以上碾压遍数对应的常规检测后结束现场试验。A.3 数据计算 A.3.1 常规检测数据计算方法依据GB/T 50123。A.3.2 振动压实值与常规检测结果之间的相关关系应采用线性回归模型，见式（A.1），相关系数计算公式见式（A.2）。bxay （A.1）DB 13/T 57022023 7 niiniiniiiyxxyyxxr12121)y()()(（A.2）xbya（A.3）niiniiixxyyxxb121)()(（A.4）niiyny11（A.5）niixnx11（A.6）式中：y振动压实值；x常规检测结果；a、b回归系数；r常规检测结果和振动压实值之间的相关系数，不宜小于0.70；yi振动压实值的样本值，i=1,2，n，n代表样本数量；xi常规检测结果的样本值，i=1,2，n，n代表样本数量；yyi的平均值；xxi的平均值。A.3.3 需要设定振动压实值施工控制目标值时，可采用式（A.1）的线性回归模型，根据常规检测指标合格值进行确定，目标振动压实值计算方法见式（A.3），示意图见图A.1。xbaVCV（A.7）式中：VCV目标振动压实值；x常规检测指标的合格值；a、b回归系数。DB 13/T 57022023 8 图A.1 目标振动压实值确定示意图 A.3.4 相关性检验试验报告内容应包括碾压机械型号及编号、填筑土料类型及设计指标、碾压工艺参数、试验区面积、常规检测方法及测点布置、试验数据、比对数据关系图、回归方程、相关系数、检测设备型号及编号、试验日期、试验人员等，报告样式见表A.1。DB 13/T 57022023 9 表A.1 相关性校验试验报告 工程名称：试验编号：碾压机械型号：碾压机械编号：填筑料类型：设计压实度（相对密度）：最大干密度：最优含水率：铺料厚度：振动碾压遍数：行进速度：常规检测依据规范：设备名称及编号：测点编号 常规检测数据 振动压实值 测点编号 常规检测数据 振动压实值 干密度 含水率 干密度 含水率 1 19 2 20 3 21 4 22 5 23 6 24 7 25 8 26 9 27 10 28 11 29 12 30 13 31 14 32 15 33 16 34 17 35 18 36 分析结果 回归方程：VCV=a+bx=相关系数r=样本数n=常规检测指标合格值x=对应的振动压实值目标值VCV=常规检测指标合格值x=对应的振动压实值目标值VCV=振动压实值 VCV-常规检测结果 x 关系图：试验人员：试验日期：复核人员：复核日期：B B DB 13/T 57022023 10 附录B （资料性）压实过程报告 表 B.1 工程基本信息表 工程名称 工程等别 项目名称 项目编号 开工日期 计划工期 项目地址 项目概况 监督机构 联系方式 建设单位 联系方式 设计单位 联系方式 监理单位 联系方式 施工单位 联系方式 表 B.2 碾压机械基本信息表 碾压机械编号 机械名称 型号 机械重量 激振力 振动频率 生产厂家 出厂日期 振动轮宽度 振动轮直径 轮距 最小转弯半径 表 B.3 施工压实参数表 项目名称 项目编号 建筑物类型 建筑物等级 填料类型 设计压实指标 铺料厚度 土块限制直径 静压遍数 振动碾压遍数 碾压机械规格 行进速度 铺料边线富裕宽度 碾压边线富裕宽度 沿轴线方向作业段之间的搭压区长度 相邻碾迹带之间的搭接宽度 DB 13/T 57022023 11 表 B.4 单元工程碾压过程信息统计表 单元工程编号 所属分部工程编号 所属分层 碾压层平均厚度 cm 开始桩号 开始桩号最终高程 m 结束桩号 结束桩号最终高程 m 碾压开始时间 碾压结束时间 碾压区设定面积 m2 实际碾压区面积 m2 碾压面积完成率%设计铺料厚度 cm 实际铺土平均厚度 cm 超厚区面积占比%设计静压遍数 实际静压遍数 静压漏碾压区域面积占比%设计振动碾压遍数 实际振动碾压遍数 漏振区域面积占比%设计碾压限速 km/h 实际碾压平均速度 km/h 超速碾压区占比%碾迹带搭接宽度设定值 cm 实际碾迹带搭接宽度平均值 cm 搭接宽度不足区占比%作业面碾压遍数分布示意图：作业面漏碾压区域分布示意图：DB 13/T 57022023 12 表 B.5 分部工程碾压过程信息统计表 单位工程名称 单位工程编号 分部工程名称 分部工程编号 序号 单元工程编号 开始桩号 结束桩号 所属 层数 开始桩号 最终高程 m 结束桩号 最终高程 m 碾压层 平均厚度 cm 表 B.6 碾压机械作业信息统计表 机械编号 机械名称及型号 进场日期 离场日期 作业总时长 h 作业平均速度 km/h 漏碾压区域面积占比%超速碾压区域面积占比%漏振区域面积占比%碾迹带顺直度超限区域占比%