陳廣略CHEN Guang-lue

（佛山市南海區(qū)建筑工程質量檢測站，佛山 528000）

0 引言

樁基礎是一種重要的結構形式，其長期耐久性是影響環(huán)境保護的重要因素?；炷连F澆樁由于施工難度大、工藝復雜、隱蔽性強，在施工過程中更容易產生孔洞、裂縫、嵌套、頸縮等缺陷，對環(huán)境安全和建筑耐久性構成嚴重威脅[1]。聲波透射法是檢測混凝土現澆樁缺陷并對其完整性進行生態(tài)評價的有效方法。

目前，對樁完整性的判斷主要依靠檢測技術人員的技術和經驗，其結果過于主觀，給樁基礎完整性的評價帶來了不確定因素，從而給評價樁基礎的生態(tài)影響帶來了困難。許多學者將模糊數學、非線性最小二乘、BP 神經網絡、層次分析法和灰色理論等方法與聲波透射法相結合，對樁完整性進行評價和預測[2~5]。本文根據聲波測樁的基本原理和實測數據，確定聲時、聲速、振幅和頻率作為評價因子，并運用灰色聚類理論構建模型，對樁基完整性進行評價，確定各評價因子的權重，從而對大直徑樁的完整性進行分析和評價。

1 檢測與評價方法的理論基礎

1.1 灰色聚類評價方法

灰色系統是根據人們使用顏色來描述其對事物的認知程度的控制論來命名的，“灰色”表示有些信息是清晰的，而有些信息是模糊的，這種系統稱為灰色系統。研究灰色系統的目的是實現對真實事物的準確認知和描述，其方法是研究在信息缺失的情況下準確信息的發(fā)展和生成?；疑垲愂侵父鶕追N灰色類型對不同聚類指標的聚類對象的白化權進行匯總，通過計算各指標的綜合效果來判斷聚類對象的類型，最終得到評價對象的綜合評價結果。

1.2 灰色評價集的建立

單位表示為i，i∈I=｛1，2，3，…n}，I 為被評估單元的集合。

項目表示為j，j∈J=｛1，2，3，…m}，J 為被評估項目的集合。

灰色類型表示為k，k∈K=｛1，2，3，…f}，K 為被評估的灰色類型的集合。當K=1 時，這種灰色類型代表好；當K=f 時，這種灰色類型代表差。

由I、J 和K 三個集合組成的系統稱為灰色評價系統。

2 工程實例分析

2.1 基本情況

本文以某工程樁為例進行分析計算，并將該工程樁采用模糊數學方法和現場巖心取樣的結果進行比較。樁徑1500mm，樁長17.9m，樁身混凝土強度C25，樁身內嵌3 根管量管，呈等邊三角形分布。每段每400mm 測量一個點，量程為985mm。

分析后得到如下結果：

Vm=4.294（聲速平均值），Am=94.096（振幅平均值）

Tm=234.548（聲時平均值），Fm=64.475（頻率平均值）

Vs=0.572（頻率標準差），As=6.877（振幅標準差）

Ts=39.575（聲音時間標準差），Fs=16.166（頻率標準差）

該工程樁在8.3m~12m 處，聲時、聲頻、聲速、聲幅均有異常；在17.5m~17.9m 處聲時和聲速異常，但振幅和頻率正常。以上兩個地方都是憑經驗判斷有缺陷的。但是在0.7m 和2.3m 的地方，只有頻率異常，而根據正常判斷，聲時、聲速、振幅都是正常的，因此如果憑經驗判斷，很容易認為是測量儀器產生了誤差，而0.7m 和2.3m 的兩個地方則被判斷為正常，沒有缺陷。

2.2 灰色聚類評價集的建立

在超聲樁測量中，基本聲學參數包括聲時、聲速、振幅和頻率。因此，評價項目集合用j∈J={聲時、聲速、振幅、頻率}表示。

評估單元的集合表示為i∈I= {1，2，3，4}，即斷面0.7m（單元1）、2.3m（單元2）、10.3m（單元3）和17.5 m（單元4）的四個測點單位。

評價灰色類型的集合表示為k∈K={好，一般，合格和不合格}。

2.3 灰色聚類評價初始樣本矩陣的建立

dij被排序為項目j 的單位i 的樣本值，i∈I，j∈J。

2.4 樣本矩陣的平均和白化權函數的閾值

2.4.1 樣本矩陣平均

由于聲時存在最大值，增大對樣本值不利，而聲速、振幅和頻率的增大對樣本值有利。

①聲時平均

②振幅平均

③聲速平均

④頻率平均

綜上所述，可以得到以下結論:

2.4.2 白化權函數閾值的平均

①聲音時間白化函數閾值。

在聲時數值計算中，以聲時均值與聲時標準差的2 倍之差作為判斷是否存在缺陷的標準。當用概率值的置信區(qū)間表示[Tm-2σ，Tm+2σ]時，在區(qū)間內下降的概率為90%，因此剩余的百分比落在區(qū)間外，超出區(qū)間的百分比視為異常。設聲音時間的置信區(qū)間為：

聲時間閾值的平均值為：

②振幅白化函數閾值的平均。

根據判據，以振幅缺陷判別臨界值為參考，置信度區(qū)間設為：

因此，振幅閾值的平均值為：

③聲速白化函數閾值的平均。

根據判據，以聲速缺陷識別臨界值為參考，置信度區(qū)間設為：

聲速閾值的平均值為：

④頻率白化函數閾值的平均。

根據準則，以頻率缺陷識別臨界值為參考，置信度區(qū)間設為：

因此，頻率閾值的平均值為

綜上所述，得到的白化函數閾值矩陣為：

2.5 灰色聚類評價值的確定

2.5.1 白化函數折減系數的確定

2.5.2 確定各單元的灰色聚類評價值和灰色類型

①0.7m 處測點計算如下：

1）單元1 第一個灰色類型的評價值

2）單元1 的第二個灰色類型的評價值

3）單元1 的第三種灰色類型的評價值

4）單元1 第四個灰色類型的評價值

總之

即當k=2 時，屬于第二灰色類型的單元1 具有一般質量。

②采用與單元1 相同的算法，單元2（測點在2.3m處）的計算結果如下：

即當k=2 時，屬于第二種灰色類型的單元2 具有一般質量。

③單元3（測點在10.3m 處）計算結果如下：

即當k=4 時，屬于第四種灰色類型的單元3 質量不合格。

④單元4（測點在17.5m 處）計算結果如下：

即當k=3 時，屬于第三灰色類型的單元4 質量合格。

綜上所述，單元1 和單元2 質量一般；單元3 質量不合格；單元4 質量合格。根據灰色聚類評價，判定該樁為缺陷樁。

如表1 所示，比較了灰色聚類理論、模糊數學和核心抽樣的結果。如表1 所示，采用灰色聚類分析法對樁的缺陷進行評價是可行的。它可以綜合聲波、聲速、振幅、頻率等多個指標來判斷缺陷的大致范圍和嚴重程度。由于指標權重不同，模糊數學的評價結果略有不同。因此，與模糊數學方法相比，灰色聚類分析方法更加簡單明。

表1 采用不同的方法評價樁的完整性

3 結論

根據本文的研究，可以得出以下結論：

①采用灰色聚類評價方法，將聲波、聲速、幅值、頻率等多個指標進行綜合，確定對環(huán)境有危害的缺陷的范圍和嚴重程度；②從實例中樁的灰色聚類評價可以看出，單元1 和單元2 質量一般；單元3 質量不合格；單元4 質量合格，判定該樁為缺陷樁；③通過與核心抽樣檢驗結果和模糊數學評判法的比較，發(fā)現灰色聚類評價方法結果更加準確，與模糊數學方法相比，灰色聚類分析方法更加簡單明。