柴修偉，郭 強(qiáng)，車(chē)愛(ài)蘭，周艷平，舒勝東*

(1.武漢工程大學(xué)環(huán)境與城市建設(shè)學(xué)院，湖北武漢 430074; 2.上海交通大學(xué)船舶海洋與建筑工程學(xué)院，上海 200240; 3.上海交通大學(xué)航天航空學(xué)院，上海 200240)

綜合評(píng)判法在混凝土密實(shí)度檢測(cè)中的應(yīng)用

柴修偉1，郭 強(qiáng)2，車(chē)愛(ài)蘭2，周艷平3，舒勝東1*

(1.武漢工程大學(xué)環(huán)境與城市建設(shè)學(xué)院，湖北武漢 430074; 2.上海交通大學(xué)船舶海洋與建筑工程學(xué)院，上海 200240; 3.上海交通大學(xué)航天航空學(xué)院，上海 200240)

將注漿層空間中地質(zhì)雷達(dá)信號(hào)差和面波反演后波速差作為評(píng)判因素，對(duì)注漿密實(shí)度進(jìn)行綜合評(píng)判.經(jīng)推導(dǎo)得出兩評(píng)判因素與注漿密實(shí)度為近似線性關(guān)系;采用典型試驗(yàn)數(shù)據(jù)，用主成分法計(jì)算出兩因素的權(quán)重集為{0.7218，0.2782};根據(jù)注漿密實(shí)度情況，將評(píng)判集分為4個(gè)等級(jí)，即{密實(shí)，較密實(shí)，較差，極差}.共進(jìn)行了兩次大規(guī)模模型試驗(yàn)，分別用于建立檢測(cè)模型和結(jié)果驗(yàn)證，漿液凝固后可以移走上部平臺(tái)，對(duì)表面凹坑精確測(cè)量，保證了數(shù)據(jù)的可信度.經(jīng)檢驗(yàn)，直徑超過(guò)20 cm凹坑的判斷準(zhǔn)確率為100%，10～20 cm為81.8%，5～10 cm為60%，小于5 cm為30.4%.

地質(zhì)雷達(dá);面波反射法;綜合評(píng)判;工程檢驗(yàn)

0 引言

沉管隧道是將若干預(yù)制的管段運(yùn)至設(shè)定的水下溝槽內(nèi)，組合安裝成連接水體兩端的隧道型交通運(yùn)輸載體.自1910年美國(guó)底特律河隧道施工首次采用沉管法以來(lái)，世界上已建和在建的沉管隧道已達(dá)120多座［1］.近年來(lái)該方法在我國(guó)很多工程中得到了應(yīng)用，如上海外環(huán)沉管隧道、廣州生物島—大學(xué)城沉管隧道等［2］.隧道的管段部分采用壓力注漿法進(jìn)行地基處理，充填管底與基底之間的空隙，保證結(jié)構(gòu)和基底受力均勻，減少不均勻沉降.施工中，從管段內(nèi)部用通常的壓漿設(shè)備，經(jīng)預(yù)埋在管段底板上帶單向閥的壓漿孔，向管段底部空隙壓注混合砂漿.受河底地形、水流、壓漿設(shè)備性能及其它因素的影響，注漿過(guò)程中很可能會(huì)出現(xiàn)空洞，需要隨時(shí)檢測(cè)漿液的擴(kuò)散和凝聚，并判斷內(nèi)部密實(shí)度情況，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并采取補(bǔ)救措施.

國(guó)內(nèi)在注漿密實(shí)度無(wú)損檢測(cè)方面的研究尚處于起步階段，相關(guān)文獻(xiàn)很少.相對(duì)來(lái)說(shuō)，國(guó)外已經(jīng)進(jìn)行了大量的研究并取得了一定的成果.Ralf Birken等利用四維地質(zhì)雷達(dá)可以監(jiān)測(cè)地下流體運(yùn)動(dòng)的功能，利用空間反射率的變化建立了流體運(yùn)動(dòng)的三維模型，并提出了可視化表示方法［3］.Fengshou Zhang結(jié)合中國(guó)上海市地鐵盾構(gòu)施工中注漿密實(shí)度檢測(cè)問(wèn)題研究了地質(zhì)雷達(dá)用于該領(lǐng)域的可行性問(wèn)題，結(jié)果表明，選用合適頻率的接收天線能夠得到較好的結(jié)果［4－5］.其它一些學(xué)者也在注漿密實(shí)度無(wú)損檢測(cè)中做了大量研究工作，絕大部分均采用地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)的方法，包括參數(shù)設(shè)置、噪聲過(guò)濾、結(jié)果判譯、效果評(píng)價(jià)等，但實(shí)際使用中仍存在問(wèn)題，受儀器本身或周?chē)h(huán)境的影響，雷達(dá)接收能力受限，且信號(hào)強(qiáng)度具有一定的隨機(jī)性，將其作為密實(shí)度評(píng)價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)，會(huì)造成結(jié)果解譯困難或錯(cuò)誤.

根據(jù)沉管法施工的特點(diǎn)和要求，管段壁厚一般為1 m左右，需要探測(cè)深度在2～4 m;由于水下作業(yè)，要求探測(cè)手段能盡量避開(kāi)水的影響;漿液內(nèi)部不密實(shí)區(qū)域控制在0.5～1 m以?xún)?nèi)，要求探測(cè)精度不低于該值;注漿過(guò)程是連續(xù)進(jìn)行的，中間間隔時(shí)間最長(zhǎng)不得超過(guò)2 h，否則混凝土?xí)?，通常要求不間斷施工，因此要求檢測(cè)手段方便、快捷，盡量與注漿過(guò)程同步完成［6］.

地質(zhì)雷達(dá)利用高頻寬帶電磁波的反射探測(cè)地下目標(biāo)，當(dāng)頻率為300～900 MHz時(shí)，對(duì)應(yīng)的探測(cè)深度大致為1～6 m，且精度較高，能滿(mǎn)足檢測(cè)的需要，但電磁波遇水發(fā)生強(qiáng)烈反射，使其水下探測(cè)能力受到較大影響［7－8］.

面波在介質(zhì)的表面?zhèn)鞑ィ瑑?nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生變化時(shí)具有頻散性，通過(guò)探測(cè)得到從高頻到低頻的成分對(duì)應(yīng)的傳播速度，用數(shù)學(xué)的方法按深度把這些信息分離開(kāi)來(lái)，就可以推斷出整個(gè)地下構(gòu)造情況［9］.該方法精度有限，但是受環(huán)境影響較小，能夠與地質(zhì)雷達(dá)配合使用，互補(bǔ)長(zhǎng)短.

混凝土漿液在水下的擴(kuò)散對(duì)地質(zhì)雷達(dá)和高密度面波檢測(cè)結(jié)果的影響可認(rèn)為具有隨機(jī)性和模糊性，因此本文提出運(yùn)用兩種檢測(cè)手段，采用模糊綜合評(píng)判的方法進(jìn)行結(jié)果處理和判斷.漿液是一種砂漿混合物，通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)中，內(nèi)部存在較為明顯和均勻的反射信號(hào)，因而在剖面圖上顯示為一個(gè)面，而不僅僅是一條交界面反射曲線，所以將注漿層空間內(nèi)雷達(dá)、面波剖面的變化作為因素集.根據(jù)注漿密實(shí)度大小確定評(píng)判集;根據(jù)主因素法確定權(quán)值;根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)確定聚類(lèi)中心并建立相應(yīng)的隸屬度函數(shù).

本文建立在兩次次大規(guī)模模型試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，第一次用于建立計(jì)算模型，第二次為結(jié)果驗(yàn)證和運(yùn)用.文中對(duì)兩次試驗(yàn)的數(shù)據(jù)采集、處理、分析和最終結(jié)果一并做了詳細(xì)的研究.

1 基本概念和原理

1.1 地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)原理

地質(zhì)雷達(dá)是利用高頻電磁波以寬頻帶短脈沖形式，由地面通過(guò)天線傳入地下，經(jīng)地下地層或目的物反射后返回地面，被另一天線接收.當(dāng)存在電性差異界面時(shí)，電磁波發(fā)生反射，根據(jù)反射波的耗時(shí)及介質(zhì)的電磁學(xué)性質(zhì)就可以確定介質(zhì)結(jié)構(gòu)［10］.

電磁波在地層中的傳播速度與介電常數(shù)相關(guān)，計(jì)算公式為:

其中:C為電磁波真空中傳播速度;ε介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù).

電磁波反射系數(shù)與地層分界面兩側(cè)的電性差異越大，反射信號(hào)越強(qiáng)，計(jì)算公式為:

其中，r為反射系數(shù)，ε1、ε2為界面上下介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù).

地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)深度與多種因素有關(guān)，在周?chē)h(huán)境一定的情況下，主要與中心頻率有關(guān)，頻率越大，精度越高，但探測(cè)深度越淺，反之也一樣.參考相關(guān)資料，不同頻率天線的探測(cè)深度值如表1所示［11］.

表1 不同頻率天線的探測(cè)深度值Table 1 Penetrating depth of antenna with different frequency

1.2 高密度面波探測(cè)原理

面波只在介質(zhì)的表面?zhèn)鞑?，但其傳播速度卻與地下構(gòu)造有著密切的關(guān)系.常見(jiàn)的面波有瑞雷面波和勒夫面波，文中采用瑞利面波進(jìn)行探測(cè).瑞利面波的振幅從介質(zhì)表面沿深度方向快速衰減，大約在半個(gè)波長(zhǎng)以?xún)?nèi)約集中了全部能量的80%以上，在一個(gè)波長(zhǎng)以?xún)?nèi)則集中了能量的約95%以上，所以傳播速度主要由從介質(zhì)的表面到半個(gè)波長(zhǎng)的深度的介質(zhì)決定，而幾乎與1個(gè)波長(zhǎng)以深的介質(zhì)無(wú)關(guān).顯而易見(jiàn)，高頻面波波長(zhǎng)較短，只能穿透地表附近很淺的范圍內(nèi)的地層，因而其傳播速度只反映淺層地下構(gòu)造;低頻面波，波長(zhǎng)較長(zhǎng)，能穿透從地表到深處的地層，因而其傳播速度能反映從地表到深層的地下構(gòu)造的綜合影響.通過(guò)探測(cè)得到從高頻到低頻的瑞雷面波的傳播速度，也就得到了反映整個(gè)地下構(gòu)造的信息，用數(shù)學(xué)的方法按深度把這些信息分離開(kāi)來(lái)，就可以推斷整個(gè)的地下構(gòu)造.

1.3 模糊綜合評(píng)判方法

運(yùn)用多個(gè)指標(biāo)對(duì)多個(gè)對(duì)象進(jìn)行評(píng)價(jià)的方法，稱(chēng)為綜合評(píng)價(jià)方法，是將多個(gè)指標(biāo)轉(zhuǎn)化為一個(gè)能夠反映綜合情況的指標(biāo)來(lái)進(jìn)行評(píng)價(jià).構(gòu)成綜合評(píng)價(jià)的要素主要有:指標(biāo)集、評(píng)判集、隸屬度、權(quán)重集［12］.

模糊綜合評(píng)判可分為兩大步:①按單個(gè)因素單獨(dú)評(píng)判;②按所有因素綜合評(píng)判.具體細(xì)分，共有六個(gè)步驟:1)建立因素集，即影響評(píng)判對(duì)象的各種因素構(gòu)成的集合;2)建立權(quán)重集，即確定各因素的重要程度;3)建立評(píng)價(jià)集，即評(píng)判對(duì)象可能的評(píng)判結(jié)果組成的集合;4)單因素模糊評(píng)判，即單獨(dú)從一個(gè)因素出發(fā)進(jìn)行評(píng)判，確定評(píng)判對(duì)象對(duì)評(píng)價(jià)集的隸屬程度;5)模糊綜合評(píng)判，目的在于綜合考慮所有因素的影響，得出更為合理的評(píng)判結(jié)果;6)評(píng)判指標(biāo)的處理，經(jīng)過(guò)前面幾步之后，得到了評(píng)判指標(biāo)b1，b2，…，bn，用三種辦法處理得出確定的評(píng)判結(jié)果:最大隸屬度法、加權(quán)平均法以及模糊分析法.應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況選取最適合的評(píng)判方法來(lái)得出評(píng)價(jià)結(jié)果［13］.

2 試驗(yàn)研究

2.1 試驗(yàn)概況

天津海河隧道和浙江沈家門(mén)港海底隧道擬采用沉管法施工，首先在指定位置挖掘放置沉管的基坑，然后將岸邊制作完成的沉管利用機(jī)械設(shè)備沉入水下放入基坑內(nèi).基坑與沉管之間的空隙采用壓力注漿法填充，從管段內(nèi)部用通常的壓漿設(shè)備，經(jīng)預(yù)埋在管段底板上帶單向閥的壓漿孔，向管段底部空隙壓注混合砂漿.為得到施工過(guò)程中注漿壓力與擴(kuò)散半徑關(guān)系、水泥砂漿配比與注漿效果的關(guān)系、注漿充填效果等資料，分別根據(jù)各自工程要求，進(jìn)行了兩次模型試驗(yàn).試驗(yàn)平臺(tái)浮在水面上，結(jié)構(gòu)剖面見(jiàn)圖1，平臺(tái)形狀、尺寸和注漿孔、觀察窗、測(cè)線布置見(jiàn)圖2.

圖1 實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ徒Y(jié)構(gòu)剖面圖Fig.1 Profile for the test model

圖2 觀察窗和測(cè)線布置圖Fig.2 Arrangements of observation windows and test lines

試驗(yàn)Ⅰ中，首先進(jìn)行A孔單獨(dú)注漿，達(dá)到預(yù)定效果后對(duì)B、C兩孔同時(shí)注漿.試驗(yàn)Ⅱ中，首先進(jìn)行C孔單獨(dú)注漿，然后對(duì)A、B兩孔同時(shí)注漿.檢測(cè)工作分多次進(jìn)行，注漿前采集一次，記錄初值狀態(tài).注漿結(jié)束后采集一次，記錄終止?fàn)顟B(tài).注漿過(guò)程中不間斷地記錄漿液擴(kuò)散時(shí)的數(shù)據(jù)，同時(shí)記錄對(duì)應(yīng)的觀察窗所顯示的擴(kuò)散范圍.

地質(zhì)雷達(dá)型號(hào)為SIR－20，由于探測(cè)深度在1 m之內(nèi)，混凝土介電常數(shù)7，水為81，經(jīng)過(guò)計(jì)算選用900 MHz天線;經(jīng)估算，注漿層與碎石層的反射波雙程走時(shí)約40 ns，設(shè)置采集時(shí)窗為80 ns;采用位移觸發(fā)方式，為避開(kāi)注漿孔周?chē)芗摪宓挠绊?，從距離注漿口1 m處開(kāi)始采集數(shù)據(jù).面波儀型號(hào)為 McSeis－170f，高截頻 4 000 Hz，低截頻30 Hz，固有頻率100 Hz;震源采用人工掄錘激發(fā)方式，收發(fā)間距0.2 m，起始采集點(diǎn)同樣為距離孔口1 m的位置.

2.2 數(shù)據(jù)收集

通過(guò)試驗(yàn)得到了注漿前、后的地質(zhì)雷達(dá)和面波數(shù)據(jù)，漿液凝固72 h后，將平臺(tái)移走，統(tǒng)計(jì)了沿測(cè)線方向上表面凹陷部位的范圍和深度.

如圖3為雷達(dá)和面波數(shù)據(jù)經(jīng)處理后的結(jié)果剖面圖，橫坐標(biāo)為位移，縱坐標(biāo)為深度，顏色代表了信號(hào)的強(qiáng)弱.地質(zhì)雷達(dá)反射剖面圖A中，反射強(qiáng)的部分用深色表示，弱的部分用淺色表示.面波橫波波速剖面圖B中，波速高的部分用深色表示，低的部分用淺色.

圖3 地質(zhì)雷達(dá)和面波檢測(cè)結(jié)果對(duì)比圖Fig.3 Contrast image of GPR and surface wave results

2.3 綜合評(píng)判模型的建立

根據(jù)前幾節(jié)的論述，通過(guò)6個(gè)步驟建立本文的評(píng)判模型.

2.3.1 建立因素集 上節(jié)提到，雷達(dá)波在漿液中的反射并不限于與水的接觸面，內(nèi)部也有明顯反射現(xiàn)象，這是由于漿液中含有沙子引起的.

本文以注漿前后，注漿層空間內(nèi)的雷達(dá)信號(hào)和面波反演結(jié)果的變化量為元素建立因素集，U= {雷達(dá)信號(hào)強(qiáng)度變化量(U1)，面波反演速度變化量(U2)}，其中U2為經(jīng)過(guò)反演后的橫波速度變化量.由于單個(gè)點(diǎn)變化隨機(jī)性較大，故文中U1、U2采用1 cm×1 cm范圍內(nèi)的平均值表示.

a.雷達(dá)信號(hào)強(qiáng)度變化與注漿密實(shí)度關(guān)系

假設(shè)砂子整齊排列，且直徑均為r，w為漿液中砂子所占體積比，k為密實(shí)度，取出其中一部分，體積為r×dh，注漿前，該空間為均勻介質(zhì)－水，故反射信號(hào)為0，注漿后入射波在砂子表面發(fā)射反射，反射系數(shù)均為R，入射波強(qiáng)度設(shè)為P，由于體積很小，可以視為傳播過(guò)程中，P保持不變，反射信號(hào)強(qiáng)度的變化設(shè)為dP，則存在以下關(guān)系:

由(3)可見(jiàn)，在其他條件不變的情況下，注漿區(qū)域內(nèi)反射信號(hào)強(qiáng)度的變化與注漿密實(shí)度k成正比關(guān)系.

b.面波速度變化與注漿密實(shí)度關(guān)系

本文速度反演采用的是剪切波，即橫波反演.隨著注漿密實(shí)度的提高，反演后的波速增大，這里近似認(rèn)為兩者之間是線性關(guān)系.

2.3.2 建立權(quán)重集 目前權(quán)重確定方法大致可分為兩類(lèi):a.主觀賦權(quán)法，多是采用綜合咨詢(xún)?cè)u(píng)分的定性方法.這類(lèi)方法因受到人為因素的影響，排序的結(jié)果不能完全真實(shí)地反映事物間的現(xiàn)實(shí)關(guān)系;b.客觀賦權(quán)法，即根據(jù)各指標(biāo)間的相關(guān)關(guān)系或各項(xiàng)指標(biāo)值的變異程度來(lái)確定權(quán)數(shù)，避免了人為因素帶來(lái)的偏差.

查閱文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)，該方法在注漿檢測(cè)中的應(yīng)用研究很少，相關(guān)資料搜集困難，只能通過(guò)試驗(yàn)中得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，故權(quán)重的確定采用了第二種方法中的主成分分析法進(jìn)行處理，該方法利用數(shù)據(jù)的變異程度來(lái)確定主、副成分［14］.

從試驗(yàn)Ⅰ中的每條測(cè)線上各采集1個(gè)樣本，建立觀測(cè)樣本矩陣，得到2×20的矩陣X，進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，然后計(jì)算指標(biāo)數(shù)據(jù)的相關(guān)矩陣r、計(jì)算r的特征根并確定主成分，最后得到權(quán)重矩陣為(0.7218，0.2782)，雷達(dá)探測(cè)結(jié)果占主導(dǎo)地位，面波反演結(jié)果占次要地位.

2.3.3 建立評(píng)價(jià)集 根據(jù)對(duì)注漿密實(shí)度的要求，評(píng)價(jià)集分為4個(gè)等級(jí)，V={密實(shí)(Ⅰ)，較密實(shí)(Ⅱ)，較差(Ⅲ)，極差(Ⅳ)}.文中注漿密實(shí)度指一定空間內(nèi)混凝土漿液的所占比例，本文考慮工程要求，定義Ⅰ表示密實(shí)度大于90%，Ⅱ?yàn)?5%和90%之間，Ⅲ為55%到75%之間，Ⅳ表示小于55%.

2.3.4 單因素模糊評(píng)判 通過(guò)第一次模型試驗(yàn)可知，地質(zhì)雷達(dá)強(qiáng)度信號(hào)差最大65 500，最小800;面波反演速度差最大5 500，最小400.前面已經(jīng)推導(dǎo)出兩因素與密實(shí)度成近線性關(guān)系，根據(jù)上節(jié)密實(shí)度等級(jí)所代表的具體數(shù)值計(jì)算并作小幅調(diào)整，得到單因素評(píng)判集，見(jiàn)表1.

表1 各指標(biāo)聚類(lèi)中心值Table 1 Values for cluster centers of the indexes

2.3.5 建立隸屬度函數(shù) 分別根據(jù)U1、U2的4級(jí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)分別得到4個(gè)隸屬度函數(shù): 2.3.6 綜合評(píng)判 通過(guò)前面的分析和計(jì)算，得到了試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷囊蛩丶疷、權(quán)重集A、評(píng)判集V、聚類(lèi)中心值和隸屬度函數(shù).

對(duì)于待評(píng)判的指標(biāo)值，由對(duì)應(yīng)的隸屬度函數(shù)可計(jì)算得到一個(gè)2×4的模糊關(guān)系矩陣R.

將權(quán)重系數(shù)集A和模糊關(guān)系矩陣R進(jìn)行模糊復(fù)合運(yùn)算:

M(·，+)表示，A和R先做點(diǎn)乘，再做和運(yùn)算.最后得到了待評(píng)判指標(biāo)值對(duì)于評(píng)判集各指標(biāo)的隸屬度矩陣，取max(B)，即最大隸屬度作為歸類(lèi)的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn).

2.4 結(jié)果計(jì)算和分析

待處理對(duì)象是一個(gè)區(qū)域，即高度為40 cm的剖面，前面提到，單個(gè)值的變化具有較大隨機(jī)性，所以以1 cm×1 cm窗口的平均值來(lái)代替，相當(dāng)于將剖面劃分為長(zhǎng)、寬均為1 cm的網(wǎng)格，然后對(duì)每個(gè)網(wǎng)格求平均值，并根據(jù)上一節(jié)所述步驟進(jìn)行處理，結(jié)果采用圖像的方式表示.

由于數(shù)據(jù)繁多，不便于一一展示，僅選取第二次模型試驗(yàn)中的一條測(cè)線進(jìn)行分析.檢測(cè)和處理結(jié)果見(jiàn)圖4，測(cè)線長(zhǎng)2.4 m.A部分為雷達(dá)檢測(cè)剖面圖，B部分為面波波速反演剖面圖，C部分為根據(jù)文中的綜合評(píng)判方法計(jì)算得到的結(jié)果.漿液凝固后，移走試驗(yàn)平臺(tái)，沿該測(cè)線統(tǒng)計(jì)了凹坑的數(shù)量和最大深度，共統(tǒng)計(jì)4個(gè)較大的凹坑，深度分別為8 cm、6 cm、5 cm、12 cm，見(jiàn)圖中D部分.

由A可知，注漿后，由于漿液中碎石的反射，注漿層空間內(nèi)的反射信號(hào)明顯加強(qiáng)，同時(shí)也可看出，存在多處明顯弱反射區(qū)，大部分分布在上表面，部分靠近下表面，如果直接根據(jù)該結(jié)果作為判斷依據(jù)，就會(huì)做出漿液底部存在不密實(shí)區(qū)域的判斷，但試驗(yàn)中注漿空間較小，漿液流動(dòng)性較好，不可能有底部填充不密實(shí)的情況發(fā)生.

由B可見(jiàn)，注漿后，空間內(nèi)的波速分布出現(xiàn)了明顯變化，由上到下逐漸增大，與實(shí)際情況相符.

由C可見(jiàn)，表面附近的位置等級(jí)較低，下半部分整體等級(jí)較高，與實(shí)際工程中上疏下密的情況相符.從圖中也可以看出，對(duì)于存在的凹坑，從結(jié)果中均得到了準(zhǔn)確反映，證明了該方法可以在連續(xù)注漿檢測(cè)中能夠提供可靠依據(jù).

前后對(duì)12條測(cè)線的密實(shí)度情況作了詳細(xì)勘察和統(tǒng)計(jì)，并與評(píng)判結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比，結(jié)果見(jiàn)表2，文中認(rèn)為等級(jí)為Ⅲ、Ⅳ的區(qū)域可能存在空洞.從表中可以看出，采用該方法能夠準(zhǔn)確識(shí)別直徑在20 cm以上的凹坑，隨著直徑的減小，識(shí)別率急劇減小，說(shuō)明了該方法不適用于小孔洞的識(shí)別，適用條件為直徑大于20 cm.

圖4 檢測(cè)結(jié)果和綜合評(píng)判圖(A:雷達(dá)檢測(cè)剖面圖;B:面波波速反演剖面圖; C:綜合評(píng)判結(jié)果;D:凹坑大小示意圖)Fig.4 Images of the test results and comprehensive evaluation

表2 評(píng)判結(jié)果對(duì)照表Table 2 Table of results cross-references

3 結(jié)語(yǔ)

本文將模糊綜合評(píng)判法應(yīng)用到沉管隧道施工中注漿密實(shí)度的快速檢測(cè)中，經(jīng)過(guò)推導(dǎo)、試驗(yàn)和分析得到了以下結(jié)論:

a.試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)注漿層表面及內(nèi)部均存在反射信號(hào)，這是由于漿液中碎石的反射引起的，推導(dǎo)得出反射信號(hào)的強(qiáng)度與注漿密實(shí)度成正比關(guān)系.

b.采用模糊評(píng)判方法對(duì)雷達(dá)和面波數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合評(píng)判，與單一方法相比能夠更好地識(shí)別內(nèi)部不密實(shí)區(qū)域.

c.通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在文中試驗(yàn)條件下，采用本文提出的方法能夠準(zhǔn)確識(shí)別直徑大于20 cm的孔洞.

［1］薛勇.沉管隧道接頭研究［J］.特種結(jié)構(gòu)，2003，20 (3):4－8.

［2］寧茂權(quán).沈家門(mén)港海底沉管隧道設(shè)計(jì)介紹［J］.現(xiàn)代隧道技術(shù)，2008，45(6):61－69.

［3］Ralf Birken，Roelof Versteeg.Use of four－dimensional ground penetrating radar and advanced visualization methods to determine subsurface fluid migration［J］.Journal of Applied Geophysics，2000，43(2－4): 215－226.

［4］Fengshou Zhang，Xiongyao Xie，Hongwei Huang.Application of ground penetrating radar in grouting evaluation for shield tunnel construction［J］.Tunneling and UndergroundSpaceTechnology，2010，25(2): 99－107.

［5］殷習(xí)軍，王修勇.地質(zhì)雷達(dá)在節(jié)段梁注漿密實(shí)度檢測(cè)中的應(yīng)用［J］.城市道橋與防洪，2007(2): 103－105.

［6］程新生，李書(shū)輪.水下沉管隧道巖土工程勘察要點(diǎn)探討［J］.中國(guó)港灣建設(shè)，2010，166:42－46.

［7］朱發(fā)華，賀懷建.基于地質(zhì)雷達(dá)和鉆孔數(shù)據(jù)的三維地層建模［J］.巖土力學(xué)，2009，30(增刊):267－270.

［8］柴華友，韋昌富，白世偉.表面波有效相速度近似分析方法［J］.巖土力學(xué)，2008，29(1):87－93.

［9］Pérez－Gracia V，García García F，Rodriguez Abad I.GPR evaluation of the damage found in the reinforced concrete base of a block of flats［J］.NDT＆E International，2008，41(5):341－353.

［10］李大心.探地雷達(dá)方法與應(yīng)用［M］，北京:地質(zhì)出版社，1994.

［11］李嘉，郭成超，王復(fù)明，等.探地雷達(dá)應(yīng)用概述［J］.地球物理學(xué)進(jìn)展，2007，22(2):629－637.

［12］Zhou Yunxia，Zhou Yongzhang，Xie Shuyun，et al.A Grey Fuzzy Comprehensive Model for Evaluation of Geological Structure Complexity［J］.Journal of China University of Geosciences，2008，19(4):436－440.

［13］Harun Sonmez，Candan Gokceoglu，Resat Ulusay.An application of fuzzy sets to the Geological Strength Index(GSI)system used in rock engineering［J］.Applications of Artificial Intelligence，2003，16(3): 251－269.

［14］宋之杰，高曉紅.一種多指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)中確定指標(biāo)權(quán)重的方法［J］.燕山大學(xué)學(xué)報(bào)，2002，26(1): 20－22.

Comprehensive evaluation method in examination on concrete grouting density

CHAI Xiu-wei1，GUO Qiang2，CHE Ai-lan2，ZHOU Yan-ping3，SHU Sheng-dong1
(1.School of Environment and Civil Engineering，Wuhan Institute of Technology，Wuhan 430074，China; 2.School of Naval Architecture，Ocean and Civil Engineering，Shanghai Jiao Tong University，Shanghai 200240，China; 3.School of Aeronautics＆Astronautics，Shanghai Jiao Tong University，Shanghai 200240，China)

The difference of ground penetrating radar signal intensity and the speed difference of surface wave inverted were appointed as fuzzy evaluation factors to evaluate the grouting intensity comprehensively.According to deduction，the relation of the two elements and grouting intensity was approximate linear.With typical experiment data，the weighting set was calculated as{0.721 8，0.278 2}by principle component analysis method.According to grouting intensity，the evaluation set was divided into 4 grades，which are{compact，relatively compact，relatively poor，extremely poor}.Two large scale model tests were proceeded to create evaluation model and to validate results respectively，and the hole depth on the platform surface was measured accurately later，so the data is reliable.Upon examination，the judging accuracy to the hole whose diameter exceeds 20 cm is 100%，81.8%to 10-20 cm，60%to 5-10 cm，and 30.4 to 0-5 cm.

ground penetrating radar;surface wave reflection method;comprehensive evaluation; engineering test

TD235

A

10.3969/j.issn.1674-2869.2012.03.008

1674-2869(2012)03-0032-06

2012-01-03

柴修偉(1980－)，男，安徽亳州人，講師，博士，采礦工程及爆破工程.*通訊作者

本文編輯:龔曉寧