基樁聲波透射法檢測數據處理的應用研究

宋廣鋒，劉和亮，李夢冉，蔣 宇

（湖北工業大學土木工程與建筑學院，湖北 武漢430068）

1 超聲波檢測技術判別方法的發展

超聲波檢測技術雖然在樁基檢測中已經有了很成熟的運用，但對于檢測所得數據進行精確分析依然是現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。由南京水利科學院羅騏先首先提出“概率法”，該方法認為過失誤差不符合正態分布。湖南大學吳慧敏等提出以相鄰兩點之間的曲線的深度聲學參數之間的斜率和聲學參數的差異為標準，這種方法簡單實用，在實際工程中判別樁基質量缺陷帶來了極大的方便。黃永萊、王根清等在無損檢測學術會議上提出了“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”，進一步把有干擾的數據分離，使得該方法更精確。河南交通基本建設質量檢測監督站閻光輝提出了“PSD、V、A綜合判斷法”，分別將PSD、V、A判據根據工程經驗進行細化，再加以綜合考慮，此方法基于現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，當波幅、聲速測值小于臨界值以及PSD有突變時可作為疑缺陷區。經常在檢測中遇到聲速、波幅的評價結果不一致，如圖1、表1所示。但筆者發現這兩個判據之間存在某種統計學關系。故提出基于概率數學的一種評判方法，理論簡單，分析判斷過程中提出一個新的參考指標，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 基于回歸系數與相關系數的概率模型

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

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

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

其中斜率b，稱為回歸系數，x每變動一單位，平均而言，y將變動b單位。回歸系數越大表示x對y影響越大，正回歸系數表示y隨x增大而增大，負回歸系數表示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段231根樁基的檢測，設計樁徑有1 600mm以及1 800mm兩種，設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量實施檢測，采用基于相關系數的方法，從檢測的基樁中選取100根混凝土灌注樁數據進行分析。樁內埋設4根聲測管，呈矩形分布，每間隔40cm為一個測點。

3.2 基樁原始數據

鑒于實際檢測時現場環境復雜，影響因素較多，為得出更為精確的數據，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）用四探頭儀進行基樁樁身的完整性檢測。由于篇幅有限，只列出現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 現場實測數據

圖2 聲速與聲幅離散圖

圖3 聲速與聲幅回歸分析

將收集的數據代入式（1），由圖3、圖4得到相關系數y1，y2分別為0.563 6、0.462 7，查表可知此系數為相關顯著水平，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:在分析樁基質量的判定時，聲速與聲幅存在正相關性。在實際運用中可以通過改進PSD判據，使之更加精確，快速判斷樁基檢測的完整性。

4 改進的PSD判據與樁基完整性之間的關系

根據以上分析，探討改進的PSD的變化與樁基完整性之間的關系，從所檢測的基樁中選取1根有問題的混凝土灌注樁數據進行分析［5］。

4.1 評定方法改進

1）輔助異常點判據。采用斜率法的PSD值，改進的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為加權系數，通過實驗可得。

2）應用實例。從所檢測的基樁中選取1根有問題的混凝土灌注樁數據進行對比分析。

圖4 原PSD公式判定圖

圖5 改進PSD公式判定圖

從圖4看出，在距樁頂10m處PSD曲線連續出現測點異常，所對應的聲速也異常，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處出現了異常，說明該樁在對應部位存在缺陷，其分析結果與鉆芯得到的情況相吻合。

5 結語

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

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

3）引入概率統計的方法，建立了基于相關系數法模型，對所測結果進行了經驗性的量化，根據相關系數的推算，得出聲速與聲幅之間的關系，繼而解決判斷依據不明的情況，之后通過回歸系數分析得出兩者之間的經驗公式。

［1］ 葉光耀.聲波透射法在灌注樁檢測中的應用研究［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展［J］.華中科技大學學報（城市科學版）.2003，20（04）:95-98.

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

［4］ 中國建筑科學研究院.JGJ I06-2003，建筑基樁檢測技術規范［M］.北京:中國建筑工業出版社，2003.

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

［6］ 胡國定，張潤楚.多元數據分析方法［M］.天津:南開大學出版社 ，2006.