基樁聲波透射法檢測數(shù)據(jù)處理的應(yīng)用研究

宋廣鋒，劉和亮，李夢冉，蔣 宇

（湖北工業(yè)大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院，湖北 武漢430068）

1 超聲波檢測技術(shù)判別方法的發(fā)展

超聲波檢測技術(shù)雖然在樁基檢測中已經(jīng)有了很成熟的運用，但對于檢測所得數(shù)據(jù)進(jìn)行精確分析依然是現(xiàn)實工程中的一大問題，在這方面，隨著我國工程中運用超聲波檢測的越來越多，很多專家及一線工作人員都提出了一些很好的方法。由南京水利科學(xué)院羅騏先首先提出“概率法”，該方法認(rèn)為過失誤差不符合正態(tài)分布。湖南大學(xué)吳慧敏等提出以相鄰兩點之間的曲線的深度聲學(xué)參數(shù)之間的斜率和聲學(xué)參數(shù)的差異為標(biāo)準(zhǔn)，這種方法簡單實用，在實際工程中判別樁基質(zhì)量缺陷帶來了極大的方便。黃永萊、王根清等在無損檢測學(xué)術(shù)會議上提出了“基樁混凝土無損檢測－超聲波脈沖NFP法”。陳如桂提出了“逆概率解釋法”，進(jìn)一步把有干擾的數(shù)據(jù)分離，使得該方法更精確。河南交通基本建設(shè)質(zhì)量檢測監(jiān)督站閻光輝提出了“PSD、V、A綜合判斷法”，分別將PSD、V、A判據(jù)根據(jù)工程經(jīng)驗進(jìn)行細(xì)化，再加以綜合考慮，此方法基于現(xiàn)實中各判別方法的沖突，得出了綜合的判別法，是一種很好的嘗試［1］。

工程中主要選用波幅、聲速、PSD作為評價參數(shù)，當(dāng)波幅、聲速測值小于臨界值以及PSD有突變時可作為疑缺陷區(qū)。經(jīng)常在檢測中遇到聲速、波幅的評價結(jié)果不一致，如圖1、表1所示。但筆者發(fā)現(xiàn)這兩個判據(jù)之間存在某種統(tǒng)計學(xué)關(guān)系。故提出基于概率數(shù)學(xué)的一種評判方法，理論簡單，分析判斷過程中提出一個新的參考指標(biāo)，使得判斷簡化。

圖1 聲速，波幅判別法示意圖

表1 基于聲速離散性檢測表

2 基于回歸系數(shù)與相關(guān)系數(shù)的概率模型

引入概率和統(tǒng)計方法，并建立一種基于實證結(jié)果的相關(guān)系數(shù)模型被測量來量化預(yù)測。基于相關(guān)系數(shù)得出聲速與聲幅之間的關(guān)系，繼而解決判斷依據(jù)不明的情況，之后通過回歸系數(shù)分析得出兩者之間的經(jīng)驗公式，由此為下一步推導(dǎo)出和完整性，乃至承載力的關(guān)系做很好的鋪墊［6］。

相關(guān)系數(shù)是一個統(tǒng)計學(xué)概念，用以反映變量之間相關(guān)關(guān)系密切程度，通過兩個離差相乘來反映兩變量之間相關(guān)程度，同樣以兩變量與各自平均值的離差為基礎(chǔ)，著重研究線性的單相關(guān)系數(shù)。著名統(tǒng)計學(xué)家卡爾·皮爾遜設(shè)計了統(tǒng)計指標(biāo)——相關(guān)系數(shù)（Correlation coefficient）

線性回歸是利用數(shù)理統(tǒng)計中的回歸分析，來確定兩種或兩種以上變量間相互依賴的定量關(guān)系的一種統(tǒng)計分析方法，運用十分廣泛。回歸方程式

其中斜率b，稱為回歸系數(shù)，x每變動一單位，平均而言，y將變動b單位。回歸系數(shù)越大表示x對y影響越大，正回歸系數(shù)表示y隨x增大而增大，負(fù)回歸系數(shù)表示y隨x增大而減小。

3 工程實例

3.1 工程概況

工程為湖北武漢某通往機場高速的高架橋，全段橋梁樁基有1 000多根，筆者直接參與的為其中一標(biāo)段231根樁基的檢測，設(shè)計樁徑有1 600mm以及1 800mm兩種，設(shè)計為摩擦灌注樁樁長從50 m～66.9m不等，采用超聲法對橋梁樁基混凝土質(zhì)量實施檢測，采用基于相關(guān)系數(shù)的方法，從檢測的基樁中選取100根混凝土灌注樁數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。樁內(nèi)埋設(shè)4根聲測管，呈矩形分布，每間隔40cm為一個測點。

3.2 基樁原始數(shù)據(jù)

鑒于實際檢測時現(xiàn)場環(huán)境復(fù)雜，影響因素較多，為得出更為精確的數(shù)據(jù)，對比本文分為四組，一組25根。

1）樁長61.0m，樁徑為1 600mm；

2）樁長60.0m，樁徑為1 800mm；

3）樁長16m，樁徑為1 600mm；

4）樁長18.0m，樁徑為1 800mm。

1）、2）采用兩探頭超聲測試，3）、4）用四探頭儀進(jìn)行基樁樁身的完整性檢測。由于篇幅有限，只列出現(xiàn)場超聲儀測得典型基樁各剖面的聲速、波幅、頻率情況見表2。

表2 現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)

圖2 聲速與聲幅離散圖

圖3 聲速與聲幅回歸分析

將收集的數(shù)據(jù)代入式（1），由圖3、圖4得到相關(guān)系數(shù)y1，y2分別為0.563 6、0.462 7，查表可知此系數(shù)為相關(guān)顯著水平，由此可得出聲幅對聲速的回歸方程y＝75.4501＋4.4853x，正回歸系數(shù)表示聲速隨聲幅增大而增大。

從以上分析可得出:在分析樁基質(zhì)量的判定時，聲速與聲幅存在正相關(guān)性。在實際運用中可以通過改進(jìn)PSD判據(jù)，使之更加精確，快速判斷樁基檢測的完整性。

4 改進(jìn)的PSD判據(jù)與樁基完整性之間的關(guān)系

根據(jù)以上分析，探討改進(jìn)的PSD的變化與樁基完整性之間的關(guān)系，從所檢測的基樁中選取1根有問題的混凝土灌注樁數(shù)據(jù)進(jìn)行分析［5］。

4.1 評定方法改進(jìn)

1）輔助異常點判據(jù)。采用斜率法的PSD值，改進(jìn)的PSD值的計算公式:

其中，Vi為第i測點聲速，m/s，Vi－1為第i－1測點聲速，m/s，Ai為第i測點聲幅，dB；Ai－1為第i－1測點深度，dB；K1，K2為加權(quán)系數(shù)，通過實驗可得。

2）應(yīng)用實例。從所檢測的基樁中選取1根有問題的混凝土灌注樁數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析。

圖4 原PSD公式判定圖

圖5 改進(jìn)PSD公式判定圖

從圖4看出，在距樁頂10m處PSD曲線連續(xù)出現(xiàn)測點異常，所對應(yīng)的聲速也異常，但是不明顯，而圖6均有明顯的低于臨界值；同理在14m，16～18m，21m處出現(xiàn)了異常，說明該樁在對應(yīng)部位存在缺陷，其分析結(jié)果與鉆芯得到的情況相吻合。

5 結(jié)語

1）在進(jìn)行超聲波檢測基樁樁身混凝土質(zhì)量時，結(jié)合工程實際與現(xiàn)有方法進(jìn)行分析，提出了現(xiàn)有評價方法的不足并進(jìn)行了改進(jìn)。

2）本文提出的是基于概率數(shù)學(xué)的一種評判方法，理論簡單，分析判斷過程提出一個新的參考指標(biāo)，使得判斷簡單化。

3）引入概率統(tǒng)計的方法，建立了基于相關(guān)系數(shù)法模型，對所測結(jié)果進(jìn)行了經(jīng)驗性的量化，根據(jù)相關(guān)系數(shù)的推算，得出聲速與聲幅之間的關(guān)系，繼而解決判斷依據(jù)不明的情況，之后通過回歸系數(shù)分析得出兩者之間的經(jīng)驗公式。

［1］ 葉光耀.聲波透射法在灌注樁檢測中的應(yīng)用研究［J］.山西建筑，2009，35（06）:83-84.

［2］ 程朝霞，徐銀芳，王毅翔.超聲波法檢測混凝土強度的發(fā)展［J］.華中科技大學(xué)學(xué)報（城市科學(xué)版）.2003，20（04）:95-98.

［3］ 王中文，陳儒發(fā).鉆孔灌注樁超深度缺陷壓注混凝土處理技術(shù)與應(yīng)用［J］.巖土工程學(xué)報，2011，33（S2）:197-204.

［4］ 中國建筑科學(xué)研究院.JGJ I06-2003，建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2003.

［5］ 混凝土構(gòu)件缺陷超聲無損檢測的研究［J］.巖土力學(xué)，2007，28（S1）:783-788.

［6］ 胡國定，張潤楚.多元數(shù)據(jù)分析方法［M］.天津:南開大學(xué)出版社 ，2006.