混凝土密實度檢測中綜合評判法的應(yīng)用分析

【摘要】綜合評判法是對多個對象運用多個指標(biāo)進行評價的方法，將多個指標(biāo)轉(zhuǎn)化成一個可以講綜合情況反映出來的指標(biāo)，然后進行評定。本文主要結(jié)合工程實際情況，對混凝土密實度檢測中，將高密度面波作為評判因素，對注漿密實度進行綜合評判，以能有效提高數(shù)據(jù)信息的可信度。

【關(guān)鍵詞】混凝土；密實度；綜合評判法；應(yīng)用

一、高密度面波對混凝土密實度檢測的基本原理

只有在介質(zhì)的表面才會進行面波傳播，但地下構(gòu)造關(guān)系與面波的傳播速度產(chǎn)生了一定的影響。因瑞利面波已經(jīng)廣泛應(yīng)用在了地基處理效果的評估當(dāng)中，本文探測采用瑞利面波。從介質(zhì)表面沿著深度方向衰減的瑞利面波振幅，半個波長之內(nèi)大約就集中了超過80%的全部能量，因此從介質(zhì)表面到半個波長深度決定了傳播的速度[1]。所以高頻面波具有較短的波長，僅能穿透較短的地表淺層，智能對淺層的地下構(gòu)造進行反應(yīng)；低頻面波具有較長的波長，可以深入到深處地層，可以對整個地表到深層的構(gòu)造影響進行反應(yīng)。經(jīng)探測獲得瑞利面波高頻到低頻傳播速度，采用數(shù)學(xué)方法依照深度分離這些信息，就可以對地下構(gòu)造進行推斷分析。

二、實例應(yīng)用

某水利工程采用沉管施工，采用壓力注漿法對沉管、基坑間的空隙進行填充。依據(jù)工程要求實施了兩次模型試驗，并將試驗平臺浮在水面上，下圖2所示為結(jié)構(gòu)剖面圖。測線、觀察窗、平臺的尺寸和形狀等布置如圖3。

試驗Ⅰ先對A孔進行單獨注漿，待完成預(yù)定效果后同時進行B孔和C孔的注漿；試驗Ⅱ先對C孔進行單獨注漿，達(dá)成預(yù)定效果后同時進行A孔和B孔的注漿。注漿前將初值狀態(tài)記錄一次，注漿結(jié)束后記錄終止?fàn)顟B(tài)。并在注漿過程中對漿液擴散狀況進行不斷的記錄[2]。選定SIR-20地質(zhì)雷達(dá)于1m之內(nèi)進行探測，混凝土εr=7，水εr=81，選用900MHz天線，采集時窗設(shè)定為80ns，將注漿孔周圍的密集鋼板影響避開進行數(shù)據(jù)的采集。選用McSeis-170f的面波儀，高截頻和低截頻分別為：4000Hz和30Hz，固有頻率為：100Hz。選擇距離孔口1m的位置進行采集。

1、數(shù)據(jù)采集。利用實驗可以獲得注漿之前和注漿后的面波、雷達(dá)數(shù)據(jù)，將平臺在注漿凝固72h之后移走，對測線方向上表面凹陷部位深度、范圍等進行統(tǒng)計。

2、建立綜合評判模型

（1）構(gòu)建因素集。因漿液中還有沙子，所以與水接觸面、內(nèi)部均會產(chǎn)生反射現(xiàn)象。以注漿前后，雷達(dá)信號和面波反演在注漿層空間內(nèi)的變化量作為元素進行因素集的構(gòu)建。

①雷達(dá)信號強度對注漿密實度產(chǎn)生的影響及關(guān)系

設(shè)定沙子的直徑均為r且整齊排列，沙子占漿液體積比為w，密實度為k，取出體積為r×dh的一部分。注漿之前的反射信號為0，珠江之后因沙子表面反射，設(shè)定反射系數(shù)為R，入射波強度為P。因選擇的體積較小，假設(shè)傳播過程中P不會改變，設(shè)定反射信號強度變化為dP，如式（2）。表明注漿區(qū)域內(nèi)的反射信號強度和注漿密實度之間存在正比的關(guān)系。

（2）

②面波速度變化對注漿密實度產(chǎn)生的影響及關(guān)系

本次采用剪切波（橫波反演），提高注漿密實度會增大反演后的波速，大致可以認(rèn)為是線性關(guān)系。

（2）建立權(quán)重集?；趯嶒灑窭母鳁l測線均采集樣本1個，構(gòu)建觀測樣本矩陣，并進行標(biāo)準(zhǔn)化處理，對指標(biāo)數(shù)據(jù)相關(guān)矩陣r及其特征根進行計算，判定主成分，獲得權(quán)重矩陣。雷達(dá)探測結(jié)果和面波反演結(jié)果分別占據(jù)了主要和次要地位。

（3）建立評價集。依據(jù)一定空間內(nèi)混凝土漿液占據(jù)的比例分為Ⅰ（密實度>90%）、Ⅱ（75%-90%之間）、Ⅲ（55%-75%之間）、Ⅳ（密實度<55%）4個等級的評價集[3]。

（4）單因素模糊評判。依據(jù)第一次模型試驗得知雷達(dá)強度信號最大和最小分別為65500和800；面波反演速度差的最大和最小分別為5500和400。依據(jù)上文的線性關(guān)系及密實度具體數(shù)值進行計算，獲得單因素評判集。

（5）構(gòu)建雷達(dá)信號強度變化量（U1）和面波反演速度變化量（U2）4級評價標(biāo)準(zhǔn)的4個隸屬度函數(shù)。

（6）綜合評判。依據(jù)前面分析計算獲得試驗?zāi)Ｐ蜋?quán)重集A、因素集U、評判集V、隸屬度函數(shù)及聚類中心值。采用對應(yīng)隸屬度函數(shù)進行計算，獲得模糊關(guān)系矩陣R（2×4）。模糊復(fù)合計算模糊關(guān)系矩陣R與權(quán)重集A：

（3）

式（3）中代表A和R需要先進行點乘運算，再進行和運算，最終獲得基于評判集各指標(biāo)的待評定指標(biāo)值的隸屬度矩陣，歸類評判標(biāo)準(zhǔn)為最大隸屬度。

三、結(jié)果和分析

本次采用1×1窗口的平均值來代替待處理對象，選擇模擬試驗中的一條測線分析。借測結(jié)果如圖4所示。

圖4中A表示雷達(dá)檢測的剖面圖，注漿后因碎石反射，反射信號出現(xiàn)顯著增強，上表面存在了多出較弱的反射區(qū)，下表面也有一部分。試驗中注漿空間相對較小，具有較好的漿液流動性，并不會發(fā)生底部填充不密實現(xiàn)象，并不能以此作為判定依據(jù)。B表示面波波速反演的剖面圖，注漿后出現(xiàn)了顯著的變化，從上到下漸大，符合實際情況。C表示依據(jù)綜合評判計算獲得的結(jié)果。表面附近位置等級低，下半部分出現(xiàn)了較高的等級，符合實際情況，結(jié)果中也準(zhǔn)確反映了實際中存在的凹坑[4]。D表示將實驗平臺移走之后統(tǒng)計的4個凹坑。通過對12條測線密實度情況進行統(tǒng)計研究分析，發(fā)現(xiàn)采用此種方法進行研究，伴隨直徑的減小，也會同時減小識別率，表明此項方法不適用于對小孔洞進行識別。綜上所述采用模糊綜合評判法可以對水利工程中混凝土密實度進行有效的判斷。