本發(fā)明屬于混凝土澆筑，具體而言，涉及一種大體積大高度混凝土連續(xù)澆筑施工方法。

背景技術(shù)：

1、大體積大高度混凝土結(jié)構(gòu)廣泛應(yīng)用于水利樞紐、超高層建筑、大型橋梁等重要工程中,其主要特點是混凝土澆筑體積大、層高高。這類結(jié)構(gòu)對混凝土的各項性能要求很高,如抗壓強度、收縮變形、表面開裂、密實度和均勻性等。如果施工不當,很容易出現(xiàn)各種質(zhì)量問題,嚴重影響結(jié)構(gòu)的安全性和使用壽命。

2、目前,業(yè)界常用的大體積大高度混凝土澆筑方法主要有整體分塊澆筑法和連續(xù)澆筑法兩種。整體分塊澆筑法將整體結(jié)構(gòu)劃分為多個獨立的澆筑塊,分步進行澆筑和養(yǎng)護,可以更好地控制單個澆筑塊的質(zhì)量,但容易產(chǎn)生接縫,影響整體性能。連續(xù)澆筑法則采用一次性將整個結(jié)構(gòu)澆筑到位,可以避免接縫問題,但很難保證各層混凝土的均勻性和密實度,特別是對于超過2米的大厚度澆筑層。

3、也就是說，現(xiàn)有的大體積大高度混凝土澆筑施工中的各項參數(shù)往往依靠人工經(jīng)驗，存在難以精確的確定澆筑相關(guān)參數(shù)的技術(shù)問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明提供一種大體積大高度混凝土連續(xù)澆筑施工方法，能夠解決現(xiàn)有的大體積大高度混凝土澆筑施工中的各項參數(shù)往往依靠人工經(jīng)驗，存在難以精確的確定澆筑相關(guān)參數(shù)的技術(shù)問題。

2、本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的：

3、本發(fā)明提供一種大體積大高度混凝土連續(xù)澆筑施工方法，包括以下步驟：

4、s10、根據(jù)獲取環(huán)境參數(shù)、施工質(zhì)量要求參數(shù)以及混凝土參數(shù)，將混凝土連續(xù)澆筑過程劃分為多個澆筑層；

5、s20、對于每一澆筑層,采用連續(xù)澆筑的方法,對當前澆筑層進行連續(xù)澆筑，即在一個連續(xù)的預(yù)設(shè)澆筑時長的時間段內(nèi)將所述當前澆筑層的混凝土一次性澆筑到位；

6、s30、采用振搗器根據(jù)所述澆筑層預(yù)設(shè)的振搗時間和振搗頻率對澆筑中和澆筑完成的所述當前澆筑層的混凝土進行振搗,去除氣泡,提高密實度；

7、s40、完成所述當前澆筑層的混凝土澆筑、振搗后，等待預(yù)定靜置時長后，繼續(xù)采用步驟s20-s30的進行下一澆筑層的澆筑、振搗，直到完成全部澆筑層的混凝土澆筑、振搗；

8、s50、對完成澆筑的混凝土進行養(yǎng)護。

9、其中，所述根據(jù)環(huán)境參數(shù)、施工質(zhì)量要求參數(shù)以及混凝土參數(shù)，將混凝土連續(xù)澆筑過程劃分為多個澆筑層的具體步驟包括：

10、s11、獲取環(huán)境參數(shù)、施工質(zhì)量要求參數(shù)以及混凝土參數(shù)，其中，所述環(huán)境參數(shù)包括環(huán)境溫度、濕度、日照強度，所述施工質(zhì)量要求參數(shù)包括混凝土塊尺寸、抗壓強度、收縮變形、表面開裂、密實度、均勻度，所述混凝土參數(shù)包括水泥類型及用量、粗細骨料比例、外加劑種類及用量、坍落度、初凝時間、終凝時間；

11、s12、建立考慮環(huán)境參數(shù)、施工質(zhì)量要求參數(shù)、混凝土參數(shù)以及澆筑參數(shù)的混凝土連續(xù)多層澆筑方程組，包括抗壓強度方程、收縮變形方程、表面開裂方程、密實度方程以及均勻度方程；所述澆筑參數(shù)包括：澆筑層數(shù)以及每一層的澆筑層厚度、澆筑速率、振搗時間、振搗頻率、靜置時長、以及澆筑時長；

12、s13、根據(jù)所述混凝土連續(xù)多層澆筑方程組，計算得到澆筑參數(shù)范圍；

13、s14、對所述澆筑參數(shù)范圍進行聚類，得到多個聚類中心，以每個聚類中心作為候選澆筑參數(shù)；

14、s15、將每個候選澆筑參數(shù)輸入到預(yù)先訓(xùn)練好的混凝土連續(xù)澆筑質(zhì)量評估模型，得到澆筑質(zhì)量評估向量；

15、s16、選擇澆筑質(zhì)量向量最優(yōu)的候選澆筑參數(shù)作為目標澆筑參數(shù)，用于將混凝土連續(xù)澆筑過程劃分為多個澆筑層，以及確定每一澆筑層的澆筑時長和靜置時長。

16、進一步的，所述大體積大高度混凝土，具體是：體積大于1000立方米，或厚度大于2米，或最小尺寸大于1米且混凝土拌合物中膠凝材料用量大于300kg/m3的混凝土結(jié)構(gòu)。

17、進一步的，澆筑質(zhì)量評估向量具體是：[抗壓強度,收縮變形、表面開裂,密實度,均勻度]。

18、進一步的，混凝土連續(xù)澆筑質(zhì)量評估模型采用多分支結(jié)構(gòu)，包括強度子網(wǎng)絡(luò)、收縮變形風(fēng)險子網(wǎng)絡(luò)、開裂風(fēng)險子網(wǎng)絡(luò)、內(nèi)部結(jié)構(gòu)子網(wǎng)絡(luò)以及融合子網(wǎng)絡(luò)。

19、進一步的，所述強度子網(wǎng)絡(luò)用于預(yù)測混凝土強度發(fā)展，輸入為環(huán)境參數(shù)、混凝土參數(shù)，輸出為預(yù)測強度，結(jié)構(gòu)是三層全連接網(wǎng)絡(luò)；

20、所述收縮變形風(fēng)險子網(wǎng)絡(luò)用于評估混凝土的收縮變形，輸入為混凝土參數(shù)、澆筑參數(shù)，輸出為收縮變形，結(jié)構(gòu)是三層全連接網(wǎng)絡(luò)；

21、所述開裂風(fēng)險子網(wǎng)絡(luò)用于評估混凝土開裂風(fēng)險，輸入為環(huán)境參數(shù)、混凝土參數(shù)、收縮變形，輸出為開裂風(fēng)險指數(shù)，結(jié)構(gòu)是二層卷積網(wǎng)絡(luò)加一層全連接網(wǎng)絡(luò)；

22、所述內(nèi)部結(jié)構(gòu)子網(wǎng)絡(luò)用于評估混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)，輸入為混凝土參數(shù)、澆筑參數(shù)、收縮變形，輸出為密實度和均勻性，結(jié)構(gòu)是一層卷積網(wǎng)絡(luò)加兩層全連接網(wǎng)絡(luò)。

23、進一步的，所述融合子網(wǎng)絡(luò)用于綜合各子網(wǎng)絡(luò)的輸出，所述融合子網(wǎng)絡(luò)輸入為各子網(wǎng)絡(luò)的輸出，所述融合子網(wǎng)絡(luò)輸出為最終的澆筑質(zhì)量評估向量，結(jié)構(gòu)是兩層全連接網(wǎng)絡(luò)。

24、進一步的，所述混凝土連續(xù)澆筑質(zhì)量評估模型的訓(xùn)練步驟具體包括：構(gòu)建訓(xùn)練數(shù)據(jù)集和訓(xùn)練模型兩步；

25、其中，構(gòu)建訓(xùn)練數(shù)據(jù)集，包括：

26、s1511、獲取多組小試實驗的實驗數(shù)據(jù)，所述小試實驗具體是：在實驗室條件下，使用不同配合比和施工參數(shù)，制作標準尺寸的混凝土試塊，模擬大體積混凝土的澆筑和凝固過程，并在不同齡期進行各項性能測試，所述實驗數(shù)據(jù)包括：環(huán)境參數(shù)、混凝土參數(shù)、澆筑參數(shù)以及實際檢測的澆筑質(zhì)量評估向量；

27、s1512、獲取多組大體積大高度的混凝土連續(xù)澆筑的歷史施工數(shù)據(jù)，所述歷史施工數(shù)據(jù)具體包括：環(huán)境參數(shù)、混凝土參數(shù)、澆筑參數(shù)以及實際檢測的澆筑質(zhì)量評估向量；

28、s1513、對獲取的實驗數(shù)據(jù)、歷史施工數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)清洗和預(yù)處理，去除異常值和冗余數(shù)據(jù)；

29、s1514、對處理后的數(shù)據(jù)進行歸一化處理，得到歸一數(shù)據(jù)；

30、s1515、將所述歸一數(shù)據(jù)按7:2:1的比例隨機劃分為訓(xùn)練集、驗證集和測試集，得到訓(xùn)練數(shù)據(jù)集。

31、進一步的，所述訓(xùn)練模型的具體步驟包括：

32、s1521、初始化多分支結(jié)構(gòu)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，包括各子網(wǎng)絡(luò)的權(quán)重和偏置；

33、s1522、使用訓(xùn)練集數(shù)據(jù)進行前向傳播，計算各子網(wǎng)絡(luò)的輸出及最終的澆筑質(zhì)量評估向量；

34、s1523、計算預(yù)測結(jié)果與真實標簽之間的損失，采用均方誤差作為損失函數(shù)；

35、s1524、使用反向傳播算法計算梯度，并使用adam優(yōu)化器更新網(wǎng)絡(luò)參數(shù)；

36、s1525、在驗證集上評估模型性能，如果連續(xù)多個epoch性能沒有提升，則啟動早停機制；

37、s1526、重復(fù)步驟s1522-s1525直到達到預(yù)設(shè)的訓(xùn)練輪數(shù)或滿足早停條件，最后在測試集上評估模型的泛化能力，得到最終的混凝土連續(xù)澆筑質(zhì)量評估模型。

38、進一步的，所述標準尺寸的混凝土試塊，具體是150mm×150mm×150mm的混凝土試塊。

39、具體而言,所述步驟s10具體是,先是獲取環(huán)境參數(shù)、施工質(zhì)量要求參數(shù)以及混凝土參數(shù)等因素,其中環(huán)境參數(shù)包括環(huán)境溫度、濕度、日照強度等,施工質(zhì)量要求參數(shù)包括混凝土塊尺寸、抗壓強度、收縮變形、表面開裂、密實度、均勻度等,混凝土參數(shù)包括水泥類型及用量、粗細骨料比例、外加劑種類及用量、坍落度、初凝時間、終凝時間等;然后根據(jù)這些獲取的參數(shù),建立一個綜合考慮環(huán)境、質(zhì)量要求、混凝土以及澆筑參數(shù)的方程組,包括抗壓強度方程、收縮變形方程、表面開裂方程、密實度方程、均勻度方程等,從而計算出滿足要求的澆筑參數(shù)范圍。

40、其中,所述步驟s20具體是,對于每一個澆筑層,都采用連續(xù)澆筑的方法進行施工,即在一個連續(xù)的預(yù)設(shè)澆筑時長內(nèi),將當前澆筑層的混凝土一次性澆筑到位,以避免因中間停頓而產(chǎn)生的接縫,提高澆筑質(zhì)量。

41、其中,所述步驟s30具體是,采用振搗器根據(jù)預(yù)設(shè)的振搗時間和振搗頻率,對正在澆筑的當前澆筑層以及已澆筑完成的當前澆筑層的混凝土進行振搗處理,以去除混凝土中的氣泡,提高密實度。振搗時間和頻率的確定需要考慮混凝土參數(shù)、環(huán)境條件及目標密實度等多方面因素。

42、其中,所述步驟s40具體是,在完成當前澆筑層的混凝土澆筑和振搗后,需要等待一定的靜置時長,待混凝土強度達到可承受上層重量的程度后,再繼續(xù)采用步驟s20-s30的方法對下一澆筑層進行施工。靜置時長的長短需要結(jié)合環(huán)境溫度、混凝土初凝終凝時間等因素綜合確定。

43、其中,所述步驟s50具體是,在完成所有澆筑層的混凝土施工后,需要根據(jù)環(huán)境條件、混凝土配合比以及質(zhì)量要求,制定合理的養(yǎng)護方案,并按照方案對混凝土進行持續(xù)性的養(yǎng)護處理,如灑水、覆蓋、保溫等,確保各項性能指標滿足施工要求,最終實現(xiàn)混凝土結(jié)構(gòu)的安全與耐久性。

44、其中,所述步驟s11具體是,首先獲取影響混凝土澆筑質(zhì)量的環(huán)境參數(shù)、施工質(zhì)量要求參數(shù)以及混凝土參數(shù)等信息,這些參數(shù)既可通過現(xiàn)場實測獲取,也可查閱相關(guān)規(guī)范標準或歷史施工記錄獲取,為后續(xù)的數(shù)學(xué)建模和參數(shù)優(yōu)化提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐。

45、其中,所述步驟s12具體是,建立一個綜合考慮環(huán)境、質(zhì)量要求、混凝土以及澆筑參數(shù)的混凝土連續(xù)多層澆筑方程組,該方程組涵蓋了抗壓強度、收縮變形、表面開裂、密實度、均勻度等關(guān)鍵性能指標的預(yù)測模型,為后續(xù)的參數(shù)優(yōu)化提供理論依據(jù)。

46、以下是混凝土連續(xù)多層澆筑方程組的五個方程的詳細描述：

47、1.抗壓強度方程

48、；

49、式中，為t天齡期的混凝土抗壓強度（mpa）；為28天標準養(yǎng)護條件下的混凝土抗壓強度（mpa）；為混凝土齡期（天）；為水泥強度等級系數(shù)（普通硅酸鹽水泥取0.25，快硬硅酸鹽水泥取0.38）；為日溫差影響系數(shù)，通常取0.05-0.1；為溫度影響系數(shù)，通常取0.001-0.003；為實際養(yǎng)護溫度（°c）；為標準養(yǎng)護溫度，通常為20°c；可通過實驗室試驗獲得，、、?可根據(jù)經(jīng)驗或相關(guān)規(guī)范確定。

50、2.收縮變形方程

51、；

52、；

53、?for?；

54、?for?；

55、；

56、；

57、式中，為t天齡期的收縮應(yīng)變；為極限收縮應(yīng)變；為收縮速率參數(shù)，通常取0.035-0.1?天^(-0.5)；為混凝土齡期（天）；為相對濕度（%）；為體積表面積比（mm）；為28天抗壓強度（mpa）；為濕度影響系數(shù)；為尺寸影響系數(shù)；為混凝土強度影響系數(shù)；?和??可通過現(xiàn)場測量獲得，?通過實驗室試驗確定。

58、3.表面開裂方程

59、；

60、；

61、；

62、；

63、；

64、；

65、；

66、；

67、式中，為表面開裂概率；為最大拉應(yīng)力（mpa）；為混凝土抗拉強度（mpa）；為威布爾分布形狀參數(shù)，通常取3-4；為混凝土彈性模量（mpa）；為混凝土熱膨脹系數(shù)，通常取1.0×10^(-5)?/°c；為溫度差（°c）；為收縮應(yīng)變，由收縮變形方程計算；為松弛因子；為徐變系數(shù)；為當前齡期（天）；為荷載作用開始時間（天）；為基準徐變系數(shù)，通常取2.35；為假想厚度，（mm），?為截面面積，?為接觸空氣的周長；為相對濕度（%）；?可通過溫度傳感器測量，其他參數(shù)通過實驗或經(jīng)驗確定。

68、4.密實度方程

69、；

70、；

71、；

72、式中，為混凝土密實度；為初始密實度；為振搗效率系數(shù)；為振搗時間（s）；為振搗頻率（hz）；為坍落度影響系數(shù)，通常取0.05-0.1；為實際坍落度（mm）；為基準坍落度，通常取100mm；為振搗效率基準系數(shù)；為激活能（j/mol），通常取40000-50000?j/mol；為氣體常數(shù)，8.314?j/(mol·k)；為混凝土溫度（k）；,?為經(jīng)驗系數(shù)，與骨料級配有關(guān)，通常??取0.5-0.7，?取0.3-0.5；為水灰比；?和??可通過振搗設(shè)備參數(shù)獲得，?通過現(xiàn)場測量，?通過溫度傳感器測量，其他參數(shù)通過實驗或經(jīng)驗確定。

73、5.均勻度方程

74、；

75、；

76、；

77、式中，為混凝土均勻度；為第i個測點的測量值（如強度、密度等）；為測量值的平均值；為測點數(shù)量；為層數(shù)影響系數(shù)，通常取0.05-0.1；為澆筑層數(shù)；為總澆筑高度（m）；為澆筑層厚度（m）；?可通過非破壞性測試（如回彈法、超聲波法等）獲得，?和??通過施工參數(shù)確定。

78、這些方程綜合考慮了環(huán)境參數(shù)、混凝土參數(shù)和澆筑參數(shù)對大體積大高度混凝土連續(xù)澆筑質(zhì)量的影響。通過這些方程，可以預(yù)測和評估混凝土的各項性能指標，為優(yōu)化澆筑參數(shù)提供理論依據(jù)。

79、其中,所述步驟s13具體是,將步驟s12建立的方程組輸入計算機程序中,并為各影響參數(shù)設(shè)定合理的取值范圍,通過數(shù)值分析方法求解方程組,得到滿足施工質(zhì)量要求的澆筑參數(shù)取值范圍,包括澆筑層數(shù)、每層厚度、澆筑速率、振搗時間頻率、靜置時長等。

80、其中,所述步驟s14具體是,將步驟s13得到的澆筑參數(shù)取值范圍進行聚類分析,采用密度聚類或距離聚類等方法,將這些參數(shù)組合劃分為多個特征相似的聚類,并從每個聚類中挑選一個代表性的聚類中心作為候選澆筑參數(shù)方案,為后續(xù)的質(zhì)量評估提供備選方案。

81、其中,所述步驟s15具體是,利用預(yù)先訓(xùn)練好的多分支神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型,對步驟s14中得到的各候選澆筑參數(shù)方案進行質(zhì)量評估,得到它們在抗壓強度、收縮變形、表面開裂、密實度、均勻度等方面的綜合性能指標,為步驟s16的參數(shù)最優(yōu)化提供依據(jù)。

82、其中,所述步驟s16具體是,采用多目標決策分析方法,如topsis法或vikor法,對步驟s15中得到的各候選方案的質(zhì)量評估向量進行比較,選擇出綜合性能最優(yōu)的澆筑參數(shù)方案作為最終的優(yōu)化目標,用于確定混凝土連續(xù)澆筑的具體施工參數(shù)。

83、與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明提供的一種大體積大高度混凝土連續(xù)澆筑施工方法的有益效果是：

84、1.建立了一個綜合考慮環(huán)境參數(shù)、施工質(zhì)量要求參數(shù)、混凝土參數(shù)以及澆筑參數(shù)的數(shù)學(xué)模型,能夠精準預(yù)測混凝土的抗壓強度、收縮變形、表面開裂、密實度和均勻度等關(guān)鍵性能指標,為澆筑參數(shù)的優(yōu)化提供可靠的理論依據(jù)。

85、2.采用聚類分析和多目標優(yōu)化的方法,從各參數(shù)組合中篩選出綜合性能最優(yōu)的澆筑參數(shù)方案,并將之應(yīng)用于實際施工,確保了混凝土各項性能指標的達標。

86、3.通過采用連續(xù)澆筑和精確振搗的方法,有效避免了接縫問題,并確保了每一澆筑層的密實度和均勻性,進一步提高了大體積大高度混凝土的整體質(zhì)量。

87、4.在澆筑過程中對各性能指標進行實時監(jiān)測和及時調(diào)整,最大限度地發(fā)揮了混凝土的優(yōu)良性能,提升了混凝土結(jié)構(gòu)的安全性和使用壽命。

88、綜上所述,本發(fā)明提出的混凝土連續(xù)澆筑施工方法,充分考慮了環(huán)境因素、混凝土性能以及澆筑工藝的相互作用,采用科學(xué)的數(shù)學(xué)建模和參數(shù)優(yōu)化技術(shù),實現(xiàn)了對大體積大高度混凝土澆筑質(zhì)量的精準控制，解決了現(xiàn)有的大體積大高度混凝土澆筑施工中的各項參數(shù)往往依靠人工經(jīng)驗，存在難以精確的確定澆筑相關(guān)參數(shù)的技術(shù)問題。