一种高海拔多年冻土杆塔基础抗冻胀施工方法与流程

本发明属于输电线路基础施工，具体涉及一种高海拔多年冻土杆塔基础抗冻胀施工方法。

背景技术：

1、高海拔多年冻土区（如青藏高原）输电杆塔基础施工面临严峻的冻胀防控挑战。现有技术存在以下突出问题：

2、（一）基坑开挖扰动大。常规大开挖方式导致基坑暴露时间长（通常超过48小时），冻土层吸热融化严重，回填后形成局部融区，为后期冻胀埋下隐患。

3、（二）回填工艺粗放。施工中常采用冻结土回填或回填密实度不足（通常<85%），导致水分在冻融循环中向回填区迁移聚集，产生显著的切向冻胀力，造成基础上拔或倾斜。

4、（三）模板功能单一且无法留存。现有临时钢模板仅能实现浇筑期支护功能，施工后需拆除，既无法在混凝土水化热高峰期间提供隔热屏障，也无法在运营期作为抗冻胀构造层永久留存。

5、（四）施工参数选取缺乏科学量化手段。回填材料级配、分层厚度、夯实遍数、保温层厚度等关键参数的确定多基于工程师经验查表，缺乏基于多因素耦合分析的非线性优化方法，难以针对不同含冰量、不同地温的冻土条件实现精准匹配，导致过度设计或欠设计频发。

技术实现思路

1、本发明针对上述现有技术的不足，提供一种高海拔多年冻土杆塔基础抗冻胀施工方法，该方法是针对高海拔多年冻土区输电杆塔基础施工过程中的抗冻胀施工方法，旨在解决施工期冻土热扰动大、回填抗冻胀性能差、模板无法兼顾隔热与抗冻胀、施工参数缺乏科学优化手段的技术难题。

2、为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、本发明提供一种高海拔多年冻土杆塔基础抗冻胀施工方法，包括以下步骤：

4、s1，施工前参数优化：采集待施工区域的冻土参数，输入预先训练完成的pp-absr模型，所述pp-absr模型为基于投影寻踪－自适应贝叶斯稀疏回归算法预先训练得到的、用于根据待施工区域的冻土参数预测最优施工参数的数学模型，所述最优施工参数至少包括回填材料目标级配特征、目标压实系数、目标保温层厚度和最大允许基坑暴露时间；

5、s2，微扰动成孔：根据所述最优施工参数，采用螺旋钻机成孔，基坑实际暴露时间控制在所述最大允许基坑暴露时间以内，成孔后在基坑底部铺设排水垫层并埋设排水管；

6、s3，安装一体化抗冻胀免拆永久模板：将预制的一体化抗冻胀免拆永久模板安装于基坑内，所述模板由内至外至少包括保温层和外侧冻胀力滑移释放构造，模板安装后与基坑壁之间形成环形间隙；

7、s4，混凝土浇筑：在模板内侧浇筑混凝土基础；

8、s5，抗冻胀回填施工：待混凝土终凝后，在模板外侧的环形间隙中回填过渡层和主回填区，所述主回填区采用级配碎石掺中粗砂分层回填并夯实至步骤s1输出的所述目标压实系数。

9、进一步的，步骤s1中，所述pp-absr模型通过投影寻踪将输入变量降维压缩至低维投影空间，在投影空间中以聚类中心作为核中心构造高斯径向基核函数，通过双层次稀疏贝叶斯推断确定核函数的回归系数并筛选有效核基函数，以预测冻胀变形量并输出使施工综合成本最小化且满足冻胀变形量约束的最优施工参数组合；

10、所述pp-absr模型的训练过程包括以下步骤：

11、采集施工监测数据作为训练样本，以回填材料级配特征、压实系数、保温层厚度、基坑暴露时间、冻土含冰量和年平均地温作为输入变量，以冻胀变形量作为输出变量，并对输入变量进行标准化预处理；

12、通过投影寻踪对输入变量进行特征压缩，以最大化投影后数据的非高斯性为目标函数求解投影方向，输出投影标量；

13、在投影空间中进行聚类，以聚类中心作为核中心构造自适应核基函数，建立以所述核基函数为输入、以冻胀变形量为输出的回归模型；

14、引入局部收缩因子，设定回归系数的双层次自适应先验，通过期望最大化迭代算法更新全局稀疏控制超参数和噪声方差，并对核基函数进行稀疏剪枝；

15、以施工综合成本最小化为目标、以预测冻胀变形量不超过设计允许值为约束，搜索最优施工参数组合。

16、进一步的，所述通过投影寻踪对输入变量进行特征压缩的具体步骤为：

17、设定投影方向个数，以主成分分析的前若干个主成分方向作为投影方向矩阵的初值，通过固定点迭代更新投影方向，以最大化投影后数据的负熵作为投影寻踪的目标函数，每次迭代更新后对投影方向执行正交化与单位归一化，直至相邻两次迭代的投影方向变化量小于或达到最大迭代次数时停止，输出各输入变量在各投影方向上的投影标量；

18、所述自适应核基函数的构造方式为：在投影空间中进行聚类，以各聚类中心作为核中心，以各样本点与其所属聚类中心的距离均值作为尺度参数，构造高斯径向基形式的自适应核基函数；其中，所述自适应核基函数以聚类中心为核中心、以各样本点与其所属聚类中心的距离均值为尺度参数，用于将输入变量经投影后得到的投影标量映射至核空间。

19、进一步的，所述双层次自适应先验中，各回归系数的先验方差为全局稀疏控制超参数与局部收缩因子的乘积的倒数，其中所述局部收缩因子由各核中心与该核中心所覆盖的训练子集质心在投影空间中的欧氏距离决定；

20、所述稀疏剪枝的条件为：当某一核基函数对应的全局稀疏控制超参数大于时，将该核基函数对应的回归系数强制置零并从基函数集中剔除，保留的核基函数所覆盖的投影空间区域即为经回归显著性验证的有效特征区域。

21、进一步的，步骤s2中，所述最大允许暴露时间的范围为18～28小时，成孔直径为2.4m，成孔后依次按开挖、清底、模板拼装、浇筑、回填工序压茬推进施工，基底扰动深度不大于0.2m。

22、进一步的，步骤s3中，所述一体化抗冻胀免拆永久模板由内至外依次包括：hdpe防渗层、xps挤塑保温层、玻纤增强聚氨酯承力骨架层和外侧冻胀力滑移释放构造；所述外侧冻胀力滑移释放构造包括无粘结滑移膜及其外侧的中空缓冲腔，所述无粘结滑移膜的摩擦系数不大于0.05。

23、进一步的，所述hdpe防渗层的厚度为0.3mm；所述xps挤塑保温层的厚度为25～35mm，导热系数为0.025～0.030w/(m·k)；所述承力骨架层为玻纤增强聚氨酯骨架层，玻纤体积含量为30%～45%，厚度为25～35mm，导热系数为0.15～0.20w/(m·k)；所述中空缓冲腔的厚度为8～10mm；所述一体化抗冻胀免拆永久模板的总厚度为70mm。

24、进一步的，步骤s3中，所述一体化抗冻胀免拆永久模板由多块预制弧形复合模板拼装而成，每块模板对应的圆心角为60°，侧边设有企口咬合结构及柔性橡胶密封条。

25、进一步的，步骤s5中，所述主回填区采用级配碎石掺中粗砂进行分层回填，级配碎石与中粗砂的掺配比例为7:3，级配碎石的粒径为5～31.5mm，回填材料的含泥量不大于5%，冻胀率不大于1%，内摩擦角不小于38°；

26、所述过渡层为回填于模板外壁与基坑壁之间的中粗砂过渡层，厚度不小于200mm；所述主回填区每层虚铺厚度不大于300mm，夯实遍数不少于6遍，压实系数不小于0.94。

27、进一步的，还包括施工期动态监测步骤：在施工全过程及运营初期布设监测系统，所述监测系统包括地温监测单元和变形监测单元；所述地温监测单元在不同深度处埋设温度传感器，用于监测地温变化；所述变形监测单元在基础顶部及回填土表面布设沉降位移标点，用于监测冻胀变形量；将实测冻胀变形数据回馈至所述pp-absr模型数据库，用于模型迭代更新。

28、本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：

29、1.显著降低冻土热扰动：实施例中，采用本发明方法后基坑实际暴露时间（18～22h）较传统工法（通常>48h）缩短约50%以上，有效减少了冻土层热融风险。

30、2.科学化参数优选：pp-absr模型通过投影寻踪自动捕获高维施工参数中的主导耦合特征，经双层次贝叶斯稀疏推断在有限样本下实现稳健预测。在同类冻土工程条件下，本发明方法相比传统经验公式法具有更优的预测精度。

31、3.广泛的冻土区适用性：通过调整模型输入参数（含冰量、地温等），可快速适配不同高海拔冻土工程场景，输出差异化施工参数推荐表。

32、应当理解， 技术实现要素： 部分中所描述的内容并非旨在限定本发明的实施例的关键或重要特征，亦非用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的描述变得容易理解。