模糊綜合評判法在混凝土壩施工質(zhì)量控制評價中的應(yīng)用

陳 蘭，王一峰，劉曉路，沈盛彧

(長江水利委員會長江科學(xué)院，湖北武漢430010)

模糊綜合評判法在混凝土壩施工質(zhì)量控制評價中的應(yīng)用

陳 蘭，王一峰，劉曉路，沈盛彧

(長江水利委員會長江科學(xué)院，湖北武漢430010)

考慮施工過程中混凝土原材料、配合比、拌和、運(yùn)輸和倉面施工過程等質(zhì)量控制要點(diǎn)對混凝土壩施工質(zhì)量的影響，深入分析了模糊綜合評判模型的構(gòu)建過程，建立了某混凝土壩施工質(zhì)量控制效果的二級模糊綜合評價模型，實(shí)現(xiàn)了對其施工質(zhì)量控制效果的客觀和科學(xué)評價。通過實(shí)例分析表明該模型能較好的評價混凝土壩施工質(zhì)量控制效果。

模糊綜合評判法；混凝土壩；施工質(zhì)量控制；綜合評價

1 研究背景

混凝土壩工程質(zhì)量[1]的影響因素涉及面廣，包括設(shè)計、地形地質(zhì)條件、施工、材料的物理力學(xué)特性、復(fù)雜環(huán)境和荷載作用等因素[2- 4]，其中施工過程是混凝土壩工程質(zhì)量形成的過程，可以通過工程技術(shù)手段進(jìn)行控制。在實(shí)際施工過程中，混凝土壩施工質(zhì)量控制效果如何，是十分值得關(guān)注的問題。模糊綜合評價法是一種系統(tǒng)的分析方法，它使用模糊數(shù)學(xué)分析的原理來評價具有模糊特性的事物。該方法把定性評價轉(zhuǎn)化為定量評價，對總體方案受多種因素影響的對象，運(yùn)用模糊綜合評判法做出一個合理的綜合各種屬性或者影響因素的總體評判，替代精確數(shù)學(xué)解決復(fù)雜的系統(tǒng)問題。目前，模糊綜合評判法[5]廣泛應(yīng)用于建設(shè)工程質(zhì)量評價體系、天然氣管道設(shè)計方案評價、高速公路施工現(xiàn)場的安全狀況、水電工程生態(tài)環(huán)境影響因素的多層次性和模糊性[6- 8]，通過構(gòu)建多級模糊綜合評判模型，對受多種因素影響的對象做出合理的評判。

本文對混凝土壩施工質(zhì)量控制要點(diǎn)進(jìn)行分析，結(jié)合某混凝土壩施工過程中的資料，通過模糊綜合評判法，建立了二級模糊綜合評判模型，研究了各控制因素對混凝土壩施工質(zhì)量的影響程度，對混凝土壩施工質(zhì)量進(jìn)行了評價，進(jìn)一步掌握了混凝土壩施工過程中應(yīng)該注意的問題。

2 混凝土壩施工質(zhì)量控制要點(diǎn)

施工質(zhì)量控制分為事前控制、事中控制和事后控制，其中事中控制是重點(diǎn)。事中工程質(zhì)量控制是指在混凝土壩施工中對所有施工過程的質(zhì)量控制，對重要和復(fù)雜的施工工序設(shè)置質(zhì)量控制點(diǎn)。通過對質(zhì)量控制點(diǎn)的落實(shí)情況，來評價混凝土壩施工質(zhì)量。混凝土壩施工質(zhì)量控制要點(diǎn)主要包括：

(1)原材料。混凝土壩的原材料主要包括水泥、骨料和其他材料，應(yīng)盡量選用低熱礦渣硅酸鹽大壩水泥，混凝土澆筑時對溫控有要求時，水泥細(xì)度應(yīng)控制在3%～6%的范圍內(nèi)以降低混凝土壩的發(fā)熱量和基礎(chǔ)內(nèi)外溫差，此外水泥的強(qiáng)度和水化熱均應(yīng)達(dá)到規(guī)范要求。各級骨料的成品質(zhì)量應(yīng)符合要求，盡量減少細(xì)砂流失，控制人工砂的細(xì)度模數(shù)。其他材料主要包括水、摻合料和外加劑。根據(jù)實(shí)際施工要求，結(jié)合所處的環(huán)境條件和混凝土的要求，選擇合適的外加劑。

(2)配合比。為了保證混凝土壩的質(zhì)量，澆筑時應(yīng)當(dāng)先通過試驗(yàn)確定混凝土的配合比。混凝土的水灰比應(yīng)根據(jù)設(shè)計對混凝土性能的要求，通過試驗(yàn)確定。選擇粗骨料級配和砂率時，應(yīng)考慮骨料生產(chǎn)的平衡，混凝土和最小單位用水量。混凝土的坍落度，應(yīng)根據(jù)混凝土的運(yùn)輸、澆筑方法和氣候條件確定，盡可能采用小的坍落度。

(3)拌和過程。混凝土在拌和過程中，應(yīng)根據(jù)實(shí)際的氣候條件定時測定砂、石、骨料的含水量，各組混凝土應(yīng)拌和均勻，拌和程序和拌和時間應(yīng)通過試驗(yàn)確定。

(4)運(yùn)輸過程。混凝土的運(yùn)輸設(shè)備和運(yùn)輸能力應(yīng)與拌和、澆筑能力相適應(yīng)，保證混凝土的運(yùn)輸質(zhì)量，充分發(fā)揮設(shè)備效率。混凝土在運(yùn)輸過程中，應(yīng)以最短的時間運(yùn)至澆筑地點(diǎn)入模，盡量縮短運(yùn)輸時間和減少轉(zhuǎn)運(yùn)次數(shù)，并使轉(zhuǎn)運(yùn)自由跌落高度不大于2 m。運(yùn)輸時應(yīng)采取措施避免砂漿損失和混凝土分離。

(5)倉面施工過程。①澆筑過程。混凝土澆筑應(yīng)按一定厚度、次序、方向分層進(jìn)行。混凝土的澆筑層厚度應(yīng)根據(jù)拌和能力、運(yùn)輸距離、澆筑速度、氣溫及振搗器的性能等因素確定。澆入倉內(nèi)的混凝土應(yīng)隨澆隨平倉，澆筑過程應(yīng)保持連續(xù)性，如因故中止超過允許間歇時間，應(yīng)按工作縫處理。②養(yǎng)護(hù)過程。完成混凝土的澆筑后6～18 h內(nèi)，應(yīng)及時灑水養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)早期應(yīng)避免陽光暴曬，在混凝土表面施加遮蓋。

混凝土壩的施工質(zhì)量控制貫穿于混凝土原材料、配合比、拌和、運(yùn)輸、澆筑和養(yǎng)護(hù)各個階段的質(zhì)量控制中，混凝土壩由于壩塊尺寸大，水泥水化熱不易散發(fā)，澆筑后短期內(nèi)混凝土溫度大幅升高；到后期降溫階段，又會大幅的溫度收縮，由于大體積混凝土壩段的配筋率相對較小在混凝土中容易產(chǎn)生貫穿性裂縫，嚴(yán)重影響混凝土壩段的整體性、穩(wěn)定性和抗?jié)B性。

3 模糊綜合評判模型

模糊綜合評價法使用模糊數(shù)學(xué)分析的原理來評價具有模糊特性的事物，是一種系統(tǒng)的分析方法。對上述混凝土壩的施工質(zhì)量控制要點(diǎn)進(jìn)行控制后的效果如何，可使用模糊綜合評判法對混凝土壩施工質(zhì)量控制效果進(jìn)行評價。

(1)

式中，“∧”為廣義模糊“與”運(yùn)算，即兩數(shù)運(yùn)算時取兩數(shù)中的較小者；“∨”為廣義模糊“或”運(yùn)算，即兩數(shù)運(yùn)算時取兩數(shù)中的較大者。

3.1 隸屬度

隸屬函數(shù)在模糊綜合評判中的作用十分重要，通過各評價因素的隸屬函數(shù)，就可以得到評級矩陣。本文結(jié)合實(shí)際情況，選擇如下的線性隸屬函數(shù)：

設(shè)Vj和Vj+1是相鄰的分級，且Vj>Vj+1，評價因素u相對于j的隸屬函數(shù)為

(2)

評價因素u相對于j+1的隸屬函數(shù)為

(3)

式中，x為評價因素u的打分；Vj，Vj+1為相鄰兩級的分級標(biāo)準(zhǔn)，r(x)j，r(x)j+1為評價因素u對等級j和等級j+1的隸屬度。

3.2 模糊綜合評價法

在確定了隸屬度的基礎(chǔ)上，模糊綜合評判模法的主要步驟為

(1)確定評判對象的影響因素集U。U={u1，u2，…，um}。

(2)確定被評判事物屬于各類評判等級的程度，即評價集V，V={v1，v2，…，vn}。

(4)確定評判因素權(quán)向量A。A是u中各因素對被評判對象的隸屬關(guān)系，取決于模糊綜合評判時著重的因素。A=[a1，a2，…，an]。

3.3 多級模糊綜合評判

4 工程實(shí)例

按照上述方法以二級模糊綜合評價對混凝土壩施工質(zhì)量效果進(jìn)行評價。控制后的質(zhì)量效果可以分為優(yōu)良，合格和不合格，并對其進(jìn)行專家賦分，賦分標(biāo)準(zhǔn)的評價集定義為V={V1，V2，V3}={優(yōu)良，合格，不合格}={100，90，80}。

設(shè)全體評價因素集為U={U1，U2，U3，U4，U5，U6}，其中U1為原材料子集，U1={u11，u12，u13}={水泥質(zhì)量，骨料，其他(水、摻合料、外加劑)}，其余子集的因素見表1。

表1 評價因素重要程度專家評分

表1為一位專家提供的評定表，原材料、配合比、拌和、運(yùn)輸、澆筑和養(yǎng)護(hù)這6個評價因素子集進(jìn)行重要程度排序，指標(biāo)越重要，賦值越大，其重要性序列為“4，5，2，1，6，3”。令第i個因素的重要性序列值為Fi，給各個因素賦值，評價因素重要程度系數(shù)ai的計算方法如下：

(1)編制優(yōu)先得分表。“原材料”的重要性序列值F1=4，“澆筑”的重要性序列值F5=6，則F1/F5=4/6<1，記A15=0，反之，F(xiàn)5/F1=6/4>1，記A51=1。

(2)求∑Ai值。按(1)的計算方法，計算30位專家給出的A15值并累加，計入表2的第1數(shù)據(jù)行和第5數(shù)據(jù)列相交的單元格，得到“7”，即有7位專家認(rèn)為“原材料U1”比“澆筑U5”重要；計算所有專家給出的A51值并累加，計入表2的的第5數(shù)據(jù)行和第1數(shù)據(jù)列相交的單元格，得到“23”，即有23位專家認(rèn)為“澆筑U5”比“原材料U1”重要。將各數(shù)據(jù)行的Aij累加起來，得到相應(yīng)的∑Ai值。

表2 評價因素子集優(yōu)先得分

表3 原材料子集各評價因素得分

按照上述方法計算每個Ⅱ級指標(biāo)和Ⅰ級指標(biāo)的重要程度系數(shù)。對混凝土壩工程施工質(zhì)量控制效果評價分成兩個層次，高層次指總評價體系包括6個因素子集，低層次子集包含若干個因素，專家評議的重要程度系數(shù)都是分層進(jìn)行的。首先對Ⅰ級指標(biāo)進(jìn)行評價，現(xiàn)在本評價因素子集匯總進(jìn)行單因素比較，確定本評價因素子集的重要性系數(shù)；然后進(jìn)行高層次評價，將各評價因素子集進(jìn)行比較，確定6個質(zhì)量控制效果的重要系數(shù)；最后計算各單因素相對于總評價的重要程度系數(shù)。

如表3所示，表中的是各單因素相對于總評價的重要程度系數(shù)，等于乘以該評價因素子集相對于總評價的重要程度系數(shù)。

最后將各評價因素子集和各單評價因素重要程度系數(shù)見表4。

對各單因素的專家打分平均后，計算隸屬度，分別對施工質(zhì)量的評價體系中有Ⅰ、Ⅱ兩級評價指標(biāo)。

表4 評價因素重要程度系數(shù)匯總

4.1 Ⅰ級綜合評價

對原材料、配合比、摻合、運(yùn)輸和養(yǎng)護(hù)進(jìn)行Ⅰ級綜合評價。以原材料為例，根據(jù)打分，計算各指標(biāo)的隸屬度，得到Ⅰ級評價矩陣：

做模糊變換得

4.2 Ⅱ級綜合評價

C就是混凝土壩施工質(zhì)量控制效果的模糊綜合評判結(jié)果，由此可知此次質(zhì)量控制效果為優(yōu)良。將模糊綜合評價引入到混凝土壩施工質(zhì)量控制效果評價中，使混凝土壩的施工質(zhì)量控制更具科學(xué)性。

5 結(jié) 語

本文研究了混凝土壩施工質(zhì)量的控制要點(diǎn)，并使用模糊綜合評判法對混凝土壩施工質(zhì)量控制效果進(jìn)行了評價。基于混凝土壩施工質(zhì)量控制的原則，重點(diǎn)分析了事中控制過程中混凝土原材料、配合比、拌和性能、運(yùn)輸和倉面質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)和溫控指標(biāo)對混凝土壩施工質(zhì)量的影響。研究了多級模糊綜合評判的理論和步驟，在此基礎(chǔ)上構(gòu)建了混凝土壩施工質(zhì)量評價因素集，綜合專家評分確定評價因素重要程度系數(shù)，構(gòu)建了Ⅰ、Ⅱ級模糊綜合評價模型，據(jù)此得出該混凝土壩施工質(zhì)量控制效果優(yōu)良。模糊綜合評判法中指標(biāo)的權(quán)重不僅僅依賴于一位專家的打分，是對多個專家經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，評價結(jié)果更加具有代表性和科學(xué)性。

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ApplicationofFuzzyComprehensiveEvaluationModelintheEvaluationofConstructionQualityControlofConcreteDams

CHEN Lan, WANG Yifeng, LIU Xiaolu, SHEN Shengyu

(Yangtze River Scientific Research Institute, Wuhan 430010, Hubei, China)

By considering the influences of concrete raw material, mix ratio, blending, transportation and placing process on construction quality control of concrete dam, the building process of fuzzy comprehensive evaluation model is analyzed, and a two-grade fuzzy comprehensive evaluation model is established for a concrete dam to objectively and scientifically evaluate the construction quality control. The application analysis shows that the model can better evaluate the construction quality control effect of concrete dam．

fuzzy comprehensive evaluation method; concrete dam; construction quality control; comprehensive evaluation

TV642.3

A

0559- 9342(2017)09- 0053- 05

2017- 02- 17

國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(41601298)

陳蘭(1988—)，女，湖北天門人，工程師，碩士，主要從事水工結(jié)構(gòu)設(shè)計與水土保持工作．

(責(zé)任編輯王 琪)