基桩声波透射法检测数据处理的应用研究

宋广锋，刘和亮，李梦冉，蒋 宇

（湖北工业大学土木工程与建筑学院，湖北 武汉430068）

1 超声波检测技术判别方法的发展

超声波检测技术虽然在桩基检测中已经有了很成熟的运用，但对于检测所得数据进行精确分析依然是现实工程中的一大问题，在这方面，随着我国工程中运用超声波检测的越来越多，很多专家及一线工作人员都提出了一些很好的方法。由南京水利科学院罗骐先首先提出“概率法”，该方法认为过失误差不符合正态分布。湖南大学吴慧敏等提出以相邻两点之间的曲线的深度声学参数之间的斜率和声学参数的差异为标准，这种方法简单实用，在实际工程中判别桩基质量缺陷带来了极大的方便。黄永莱、王根清等在无损检测学术会议上提出了“基桩混凝土无损检测－超声波脉冲NFP法”。陈如桂提出了“逆概率解释法”，进一步把有干扰的数据分离，使得该方法更精确。河南交通基本建设质量检测监督站阎光辉提出了“PSD、V、A综合判断法”，分别将PSD、V、A判据根据工程经验进行细化，再加以综合考虑，此方法基于现实中各判别方法的冲突，得出了综合的判别法，是一种很好的尝试［1］。

工程中主要选用波幅、声速、PSD作为评价参数，当波幅、声速测值小于临界值以及PSD有突变时可作为疑缺陷区。经常在检测中遇到声速、波幅的评价结果不一致，如图1、表1所示。但笔者发现这两个判据之间存在某种统计学关系。故提出基于概率数学的一种评判方法，理论简单，分析判断过程中提出一个新的参考指标，使得判断简化。

图1 声速，波幅判别法示意图

表1 基于声速离散性检测表

2 基于回归系数与相关系数的概率模型

引入概率和统计方法，并建立一种基于实证结果的相关系数模型被测量来量化预测。基于相关系数得出声速与声幅之间的关系，继而解决判断依据不明的情况，之后通过回归系数分析得出两者之间的经验公式，由此为下一步推导出和完整性，乃至承载力的关系做很好的铺垫［6］。

相关系数是一个统计学概念，用以反映变量之间相关关系密切程度，通过两个离差相乘来反映两变量之间相关程度，同样以两变量与各自平均值的离差为基础，着重研究线性的单相关系数。著名统计学家卡尔·皮尔逊设计了统计指标——相关系数（Correlation coefficient）

线性回归是利用数理统计中的回归分析，来确定两种或两种以上变量间相互依赖的定量关系的一种统计分析方法，运用十分广泛。回归方程式

其中斜率b，称为回归系数，x每变动一单位，平均而言，y将变动b单位。回归系数越大表示x对y影响越大，正回归系数表示y随x增大而增大，负回归系数表示y随x增大而减小。

3 工程实例

3.1 工程概况

工程为湖北武汉某通往机场高速的高架桥，全段桥梁桩基有1 000多根，笔者直接参与的为其中一标段231根桩基的检测，设计桩径有1 600mm以及1 800mm两种，设计为摩擦灌注桩桩长从50 m～66.9m不等，采用超声法对桥梁桩基混凝土质量实施检测，采用基于相关系数的方法，从检测的基桩中选取100根混凝土灌注桩数据进行分析。桩内埋设4根声测管，呈矩形分布，每间隔40cm为一个测点。

3.2 基桩原始数据

鉴于实际检测时现场环境复杂，影响因素较多，为得出更为精确的数据，对比本文分为四组，一组25根。

1）桩长61.0m，桩径为1 600mm；

2）桩长60.0m，桩径为1 800mm；

3）桩长16m，桩径为1 600mm；

4）桩长18.0m，桩径为1 800mm。

1）、2）采用两探头超声测试，3）、4）用四探头仪进行基桩桩身的完整性检测。由于篇幅有限，只列出现场超声仪测得典型基桩各剖面的声速、波幅、频率情况见表2。

表2 现场实测数据

图2 声速与声幅离散图

图3 声速与声幅回归分析

将收集的数据代入式（1），由图3、图4得到相关系数y1，y2分别为0.563 6、0.462 7，查表可知此系数为相关显著水平，由此可得出声幅对声速的回归方程y＝75.4501＋4.4853x，正回归系数表示声速随声幅增大而增大。

从以上分析可得出:在分析桩基质量的判定时，声速与声幅存在正相关性。在实际运用中可以通过改进PSD判据，使之更加精确，快速判断桩基检测的完整性。

4 改进的PSD判据与桩基完整性之间的关系

根据以上分析，探讨改进的PSD的变化与桩基完整性之间的关系，从所检测的基桩中选取1根有问题的混凝土灌注桩数据进行分析［5］。

4.1 评定方法改进

1）辅助异常点判据。采用斜率法的PSD值，改进的PSD值的计算公式:

其中，Vi为第i测点声速，m/s，Vi－1为第i－1测点声速，m/s，Ai为第i测点声幅，dB；Ai－1为第i－1测点深度，dB；K1，K2为加权系数，通过实验可得。

2）应用实例。从所检测的基桩中选取1根有问题的混凝土灌注桩数据进行对比分析。

图4 原PSD公式判定图

图5 改进PSD公式判定图

从图4看出，在距桩顶10m处PSD曲线连续出现测点异常，所对应的声速也异常，但是不明显，而图6均有明显的低于临界值；同理在14m，16～18m，21m处出现了异常，说明该桩在对应部位存在缺陷，其分析结果与钻芯得到的情况相吻合。

5 结语

1）在进行超声波检测基桩桩身混凝土质量时，结合工程实际与现有方法进行分析，提出了现有评价方法的不足并进行了改进。

2）本文提出的是基于概率数学的一种评判方法，理论简单，分析判断过程提出一个新的参考指标，使得判断简单化。

3）引入概率统计的方法，建立了基于相关系数法模型，对所测结果进行了经验性的量化，根据相关系数的推算，得出声速与声幅之间的关系，继而解决判断依据不明的情况，之后通过回归系数分析得出两者之间的经验公式。

［1］ 叶光耀.声波透射法在灌注桩检测中的应用研究［J］.山西建筑，2009，35（06）:83-84.

［2］ 程朝霞，徐银芳，王毅翔.超声波法检测混凝土强度的发展［J］.华中科技大学学报（城市科学版）.2003，20（04）:95-98.

［3］ 王中文，陈儒发.钻孔灌注桩超深度缺陷压注混凝土处理技术与应用［J］.岩土工程学报，2011，33（S2）:197-204.

［4］ 中国建筑科学研究院.JGJ I06-2003，建筑基桩检测技术规范［M］.北京:中国建筑工业出版社，2003.

［5］ 混凝土构件缺陷超声无损检测的研究［J］.岩土力学，2007，28（S1）:783-788.

［6］ 胡国定，张润楚.多元数据分析方法［M］.天津:南开大学出版社 ，2006.