一种快速、准确检测堆石坝碾压施工质量的方法与流程
本发明涉及筑坝施工领域，具体为一种快速、准确检测堆石坝碾压施工质量的方法。
背景技术：
据不完全统计，世界范围内发生溃坝事件的坝体中98％以上也是土石坝。究其根源，很多情况都是由于施工质量原因所导致的，如：坝体坝料不满足设计要求、坝料摊铺厚度过厚、碾压施工中遍数不够、振动频率不满足要求等。因此，控制堆石体的压实干密度是保证堆石体结构建筑质量的关键。
在堆石坝碾压施工质量检测方面，大致可以分为直接法和间接法。直接法有灌水法、灌砂法；间接法包含核子密度湿度仪法、探地雷达法、瑞利波法、电磁法、电阻率测试法和冲击响应频谱法等。
直接法即原位密度试验，即挖坑、称重、量体积，是原始而常用的方法，测定结果相对准确可靠，但该方法检测效率低、费时、费力、耗资大且具有破坏性，更重要的是代表性非常局限，仅能代表试验点处的密度。因此，该方法无法准确获取整个工程区的施工质量情况，且在坝体填筑高峰会极大的影响整体施工进度。
间接检测方法中大多只能定性地评价堆石体的密实程度，且仅仅是原位点处的压实质量检测，不能满足现代堆石坝施工质量控制中对整个施工面质量评估的要求。比如面波法由于密度的变化对频散曲线影响较小，且该方法对1m以内的表层检测误差大，因此目前面波法难以解决堆石体密度测定问题，核子密度法由于具有放射性，现场要求具有严格的防护措施，且其检测要求最大粒径不超过40mm，有效深度不超过200mm的小粒径介质，实际应用具有很大局限性。
为了解决上述存在的问题，本发明设计了一种快速、准确检测堆石坝碾压施工质量的方法。
技术实现要素：
本发明的目的是为了解决目前在堆石坝碾压施工质量检测方法中直接法和间接法的不足，如，直接法的检测效率低、费时、费力、耗资大且具有破坏性，其代表性非常局限，仅能代表试验点处的密度；而间接法只能定性地评价堆石体的密实程度，且仅仅是原位点处的压实质量检测，不能满足现代堆石坝施工质量控制中对整个施工面质量评估的要求等缺点，而提出一种快速、准确检测堆石坝碾压施工质量的方法。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：在面板堆石坝碾压施工中，筑坝料的压实干密度是评价与判断大坝填筑施工质量的重要物理力学指标。根据填筑料的不同进行坝面分区，根据碾压的施工要求，通过计算出每层铺填料的标准压缩率(即碾压前、后干密度的比值)能快速、准确地检测堆石坝碾压施工质量，其施工质量测量的步骤共分为四步；
步骤一、获取筑坝铺填料质量。
步骤二、采集筑坝填铺料碾压前、后的数据。
步骤三、计算筑坝填铺料碾压前、后的标准压缩率。
步骤四、评估碾压施工质量。
优选的，所述获取筑坝铺填料质量的步骤共分为3步；
第1步：获取筑坝铺填料的总质量m。分别将运送筑坝铺填料前、后的料车进行称量，统计出一层铺填料的总质量m。
第2步：检测筑坝铺填料的含水率w。对料车所载的筑坝铺填料进行含水率检测w，外界环境稳定时抽测即可。
第3步：计算筑坝铺填料的干质量md。即，md＝m×(1-w)。
优选的，所述采集筑坝填铺料碾压前、后的数据的步骤共分为4步；
第1步：在碾压区内、外布设像控点。将多处像控点置于水准点处，利用水准点确定像控点真实三维坐标。
第2步：获取填铺前表面(原始地面)的坐标点云数据。筑坝铺填料铺设前，实施第一航次飞行(f1)，确认填铺前表面(原始地面)的坐标点云数据，获取的是地表精细曲面坐标点云，建立三维dem。
第3步：获取填铺后(碾压前)表面的坐标点云数据。筑坝铺填料铺填后(碾压前)，实施第二航次飞行(f2)，获取铺填后(碾压前)表面坐标点云数据，建立三维dem，将f2与f1获取的坐标点云数据做差(f2-f1)，获取铺填料的高度h1、面积a1和体积v1。
第4步：获取碾压后表面的坐标点云数据。筑坝铺填料碾压后，实施第三航次飞行(f3)，获取碾压后的表面坐标点云数据，建立三维dem，将f3与f1坐标点云数据和f2坐标点云数据分别做差(f3-f1，f3-f2)，获取f3相对于原始地面的高度h2、面积a2和体积v2，以及碾压前后的压缩量△h和压缩率△h/h1。
优选的，所述计算筑坝填铺料碾压前、后的标准压缩率的步骤共分为2步；
第1步：计算筑坝填铺料碾压前的干密度。碾压前的干密度为：
其中，md为碾压前的不含水的筑坝铺填料质量，v1为碾压前的体积，a1为碾压前的面积，h1为碾压前的高度。
第2步：计算筑坝填铺料碾压后的干密度。碾压后的干密度为：
其中，md为碾压后的不含水的筑坝铺填料质量，v2为碾压后的体积，a2为碾压后的面积，h2为碾压后的高度。
由于填筑前后不含水的筑坝铺填料质量是不变的。即，碾压前、后的不含水的筑坝铺填料质量均为md。
因此，碾压后的标准压缩率为：
其中，△h为压缩量，△h/h1为压缩率。
由于填筑前后不含水的筑坝料质量是不变的，只有每一层的高度和面积产生变化，而面积变化很小，可以忽略，仅有高度产生变化，根据计算公式，仅需确定高度变化即可确定碾压后的标准压缩率。因此，只要确定每一点的压缩率即可判断该点的干密度是否满足要求。
优选的，所述评估碾压施工质量的步骤共分为3步；
第1步：结合标准压缩率绘制修正后的压缩率云图。根据航飞测量数据可计算出每个点的压缩率，统计并计算出本层整体碾压的平均压缩率，通过公式即可获取本层整体碾压的标准压缩率。由于航飞测量获取的是本层整体碾压的压缩率云图，故将本层整体碾压的标准压缩率添加至测量的压缩率云图进行绘制修正。
第2步：结合修正后的压缩率云图，确定不密实区域。根据修正后的压缩率云图，以标准压缩率为分界，确定不密实区域。
第3步：对不密实区域进行灌水法验证。针对局部少许不密实的区域，通过灌水法验证，可快速、准确的检测本层碾压的施工质量。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明为快速、准确检测堆石坝碾压施工质量的方法，其通过计算标准压缩率(即碾压前、后干密度的比值)，能快速、准确检测施工质量，相比目前的检测方法，其检测效率高，检测精度高，破坏力小，检测更加全面。
附图说明
图1为本发明实施的流程示意图。
图2为本发明中筑坝铺填料碾压前后的变化示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-2，本发明提供一种技术方案：在面板堆石坝碾压施工中，筑坝料的压实干密度是评价与判断大坝填筑施工质量的重要物理力学指标。根据填筑料的不同进行坝面分区，根据碾压的施工要求，通过计算出每层铺填料的标准压缩率(即碾压前、后干密度的比值)能快速、准确地检测堆石坝碾压施工质量，其施工质量测量的步骤共分为四步；
步骤一、获取筑坝铺填料质量。而获取筑坝铺填料质量的步骤共分为3步；
第1步：获取筑坝铺填料的总质量m。分别将运送筑坝铺填料前、后的料车进行称量，统计出一层铺填料的总质量m。
第2步：检测筑坝铺填料的含水率w。对料车所载的筑坝铺填料进行含水率检测w，外界环境稳定时抽测即可。
第3步：计算筑坝铺填料的干质量md。即，md＝m×(1-w)。
步骤二、采集筑坝填铺料碾压前、后的数据。而采集筑坝填铺料碾压前、后的数据的步骤共分为4步；
第1步：在碾压区内、外布设像控点。将多处像控点置于水准点处，利用水准点确定像控点真实三维坐标。
第2步：获取填铺前表面(原始地面)的坐标点云数据。筑坝铺填料铺设前，实施第一航次飞行(f1)，确认填铺前表面(原始地面)的坐标点云数据，获取的是地表精细曲面坐标点云，建立三维dem。
第3步：获取填铺后(碾压前)表面的坐标点云数据。筑坝铺填料铺填后(碾压前)，实施第二航次飞行(f2)，获取铺填后(碾压前)表面坐标点云数据，建立三维dem，将f2与f1获取的坐标点云数据做差(f2-f1)，获取铺填料的高度h1、面积a1和体积v1。
第4步：获取碾压后表面的坐标点云数据。筑坝铺填料碾压后，实施第三航次飞行(f3)，获取碾压后的表面坐标点云数据，建立三维dem，将f3与f1坐标点云数据和f2坐标点云数据分别做差(f3-f1，f3-f2)，获取f3相对于原始地面的高度h2、面积a2和体积v2，以及碾压前后的压缩量△h和压缩率△h/h1。
步骤三、计算筑坝填铺料碾压前、后的标准压缩率。而计算筑坝填铺料碾压前、后的标准压缩率的步骤共分为2步；
第1步：计算筑坝填铺料碾压前的干密度。碾压前的干密度为：
其中，md为碾压前的不含水的筑坝铺填料质量，v1为碾压前的体积，a1为碾压前的面积，h1为碾压前的高度。
第2步：计算筑坝填铺料碾压后的干密度。碾压后的干密度为：
其中，md为碾压后的不含水的筑坝铺填料质量，v2为碾压后的体积，a2为碾压后的面积，h2为碾压后的高度。
由于填筑前后不含水的筑坝铺填料质量是不变的。即，碾压前、后的不含水的筑坝铺填料质量均为md。
因此，碾压后的标准压缩率为：
其中，△h为压缩量，△h/h1为压缩率。
由于填筑前后不含水的筑坝料质量是不变的，只有每一层的高度和面积产生变化，而面积变化很小，可以忽略，仅有高度产生变化，根据计算公式，仅需确定高度变化即可确定碾压后的标准压缩率。因此，只要确定每一点的压缩率即可判断该点的干密度是否满足要求。
步骤四、评估碾压施工质量。而评估碾压施工质量的步骤共分为3步；
第1步：结合标准压缩率绘制修正后的压缩率云图。根据航飞测量数据可计算出每个点的压缩率，统计并计算出本层整体碾压的平均压缩率，通过公式即可获取本层整体碾压的标准压缩率。由于航飞测量获取的是本层整体碾压的压缩率云图，故将本层整体碾压的标准压缩率添加至测量的压缩率云图进行绘制修正。
第2步：结合修正后的压缩率云图，确定不密实区域。根据修正后的压缩率云图，以标准压缩率为分界，确定不密实区域。
第3步：对不密实区域进行灌水法验证。针对局部少许不密实的区域，通过灌水法验证，可快速、准确的检测本层碾压的施工质量。
本发明的工作原理为：本发明从土的基本三相换算关系出发，根据图中公式
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
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