水利工程質(zhì)量檢測中測量不確定度的影響研究

潘會

水發(fā)檢測科技有限公司 山東 濟(jì)南 250000

引言

水利建設(shè)是保證我國水資源安全的重要基礎(chǔ)，它的質(zhì)量直接關(guān)系到人民的生產(chǎn)和生活。在工程完工后，要對工程的結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢查，以排除安全和質(zhì)量問題。目前，大部分施工人員對測量不確定度的影響重視不足，往往只采用量值直接反映測量結(jié)果，水利工程質(zhì)量檢測中不確定測量方法的應(yīng)用還不夠廣泛，所以，本文對水利工程質(zhì)量檢測中測量不確定度的影響研究，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 測量不確定度及其影響

1.1 測量不確定度的含義

根據(jù)相關(guān)規(guī)章制度的要求，測量結(jié)果一般分為兩類：一類是不確定度，另一類是單獨(dú)的量值。在此基礎(chǔ)上，提出一種基于不確定度的方法，以準(zhǔn)確地反映出測量數(shù)據(jù)的離散特性，并將其納入到半寬度的概率中。相對于誤差，它可以看作是數(shù)軸線上的一段，而錯誤就是數(shù)軸線上的一點(diǎn)。因而，不確定度的運(yùn)用不僅適用性強(qiáng)、傳遞性強(qiáng)、一致性好，還能有效地提高測量的準(zhǔn)確性。一般情況下，如果不確定度的數(shù)值很低，那么這個測量的可信度就越高，其存在的價值也就越大。相反，如果不確定度的數(shù)值較大，則表示這種方法的可信度較低，其存在的價值也較低。在國際上，用不確定度來表示被測數(shù)據(jù)的分散程度是否合理等。在實(shí)際應(yīng)用中，由于外部環(huán)境、人為因素等因素的影響，測量結(jié)果可能會產(chǎn)生偏差。因此，在試驗(yàn)中存在著一定的分散性，利用不確定度可以更好地判斷這種分散性。不確定度的存在是判斷分散性的一個標(biāo)準(zhǔn)，它可以解釋測量結(jié)果，使其更好地運(yùn)用。在水利工程質(zhì)量檢驗(yàn)中，不確定度可以運(yùn)用到很多方面，其中包括對儀器設(shè)備的校驗(yàn)結(jié)果的判定；測量器具內(nèi)部標(biāo)定的量值溯源；某些測試項(xiàng)目的測試結(jié)果的表達(dá)；實(shí)驗(yàn)室內(nèi)比較測試及能力確認(rèn)結(jié)果的評估。在水利工程質(zhì)量檢驗(yàn)中，推動不確定度的建立，將有助于提升行業(yè)技術(shù)水平，改善服務(wù)系統(tǒng)。

1.2 不確定度對測量結(jié)果的影響

在水利工程質(zhì)量檢驗(yàn)中，由于其測試條件和測試環(huán)境等方面的問題，常常會受到外界因素的干擾，從而使實(shí)測結(jié)果與實(shí)際數(shù)據(jù)有很大的偏差。在質(zhì)量檢驗(yàn)中，僅僅依據(jù)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和實(shí)測結(jié)果來判定工程測量是否合格，將極大地影響到工程質(zhì)量檢驗(yàn)工作的科學(xué)性。因此，有關(guān)部門既要考慮到實(shí)測數(shù)據(jù)，又要兼顧不確定度。從某種意義上來說，測量不確定度和實(shí)際測量值都會對工程測量的不確定度產(chǎn)生影響，通過將測量不確定度和真實(shí)測量值之間的相關(guān)性進(jìn)行分析，可以在一定程度上反映出實(shí)際測量數(shù)據(jù)的質(zhì)量控制效果[1]。

2 質(zhì)量檢驗(yàn)技術(shù)在水利工程中的應(yīng)用

2.1 回彈探測技術(shù)

回彈法測試技術(shù)是以彈簧和重錘來完成水利工程的測試工作，其工作原理是：通過彈簧的彈性變形所產(chǎn)生的彈力作為重錘的動力，通過動力使重錘可以對混凝土進(jìn)行沖擊；然后通過測量整個過程中彈簧的位移，計算出相應(yīng)的數(shù)值，并將其與相應(yīng)的指標(biāo)進(jìn)行比較，從而判斷出整個結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度。回彈測試技術(shù)最大的優(yōu)點(diǎn)在于可以得到較好的測試結(jié)果，即回彈測試技術(shù)可以對混凝土的強(qiáng)度和均勻性進(jìn)行檢測，同時保證目標(biāo)結(jié)構(gòu)的整體性能。在采用回彈探測技術(shù)時，應(yīng)注意：①保證被測對象建筑物的表面光滑、無灰塵；②合理地設(shè)置所有探測結(jié)構(gòu)的位置和范圍，在試驗(yàn)結(jié)構(gòu)的大小比較小的情況下，可以將預(yù)先確定的試驗(yàn)位置數(shù)目減少到2m；③在試驗(yàn)部位，應(yīng)確保檢測點(diǎn)的設(shè)計均勻，且測量點(diǎn)外露的鋼筋之間的間隔應(yīng)大于30mm；④在回彈測試完成后，盡可能選擇最適合的位置進(jìn)行碳化深度測量，并選擇平均測試值；⑤在計算回彈數(shù)值時，要從測量點(diǎn)的所有回彈數(shù)值中剔除3個最大和最小值，然后用剩余的數(shù)據(jù)求平均；⑥在檢測期間，應(yīng)使回彈儀的周線與混凝土探測面保持垂直，并對其進(jìn)行均勻的加壓，不要太快或太猛，否則會造成瞬間的沖擊而損壞工程結(jié)構(gòu)[2]。

2.2 超聲波技術(shù)的測試

根據(jù)水利工程混凝土的特性，將超聲波技術(shù)廣泛用于水利工程中的混凝土質(zhì)量檢測。在檢測深部混凝土裂縫時，可以采用斜測法，獲得其分布范圍和長度。如果采用鉆孔方法檢測裂縫，則在混凝土裂縫附近等距設(shè)置3個小孔，其大小與傳感器的尺寸相符，并在鉆孔中添加水泥和傳感器的耦合，并將探針伸入鉆孔中進(jìn)行檢測。特別是采用斜測法對混凝土進(jìn)行質(zhì)量檢測時，由于裂縫中含有大量的沙粒和碎片，因此，超聲波檢測時產(chǎn)生的測量聲波有可能通過含有沙粒的裂縫而造成誤差；而在不通過裂縫的情況下，聲波直接進(jìn)入接收機(jī)，則會導(dǎo)致裂紋位置的錯誤。在此基礎(chǔ)上，提出采用雙面斜邊法進(jìn)行混凝土裂縫傾斜測量的方法，其測量精度高、速度快?？傊?，超聲波技術(shù)具有穿透能力強(qiáng)、操作簡單、能迅速完成混凝土的無損檢測等優(yōu)點(diǎn)，在中國已得到廣泛的應(yīng)用，但在實(shí)際應(yīng)用時，必須根據(jù)實(shí)際情況來確定檢測參數(shù)，以確保質(zhì)量檢驗(yàn)的準(zhǔn)確性[3]。

2.3 碳化深度測量法

若需要使用無損測試技術(shù)，對水利工程的質(zhì)量做出更加深入、更細(xì)致的檢測時，也可考慮采用碳化深度的方式。當(dāng)采用該方式進(jìn)行測試時，相關(guān)人員還需要通過電錘工具對被測部位進(jìn)行鉆孔，并進(jìn)行去除在鉆孔時形成的粉末，之后再將含量約為百分之一的酚類乙醇溶液加入孔內(nèi)。在進(jìn)行變色處理和深度檢測時，必須采用碳化深度計或者游標(biāo)卡尺，而最后的結(jié)論就是碳化深[4]。但是在實(shí)際測量中，為了確定鋼筋保護(hù)層的結(jié)構(gòu)以及內(nèi)部元件的資料的真實(shí)性，通常需要使用定位掃描裝置進(jìn)行施工。在完成所有的測量工作之后，相關(guān)的工作人員還要對最后的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和分析，并對鋼筋的碳化程度進(jìn)行詳細(xì)的分析，如果鋼筋的厚度是比較低的，那么在后期的施工中，鋼筋和其他構(gòu)件就會被腐蝕，很難保證水利工程的安全和質(zhì)量。然而，與混凝土碳化程度比較，鋼筋保護(hù)層的厚度值更大時，可以得出不會出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象。因此，在運(yùn)用無損檢測技術(shù)進(jìn)行水利工程質(zhì)量檢驗(yàn)時，相關(guān)工作人員必須保證資料的正確性，并根據(jù)資料的結(jié)果，對鋼筋構(gòu)件的銹蝕問題做出合理的判斷，若出現(xiàn)問題，則由相關(guān)工作人員根據(jù)問題的根源，采取相應(yīng)的對策，保證水利工程的質(zhì)量和安全，從而保證水利事業(yè)的健康發(fā)展[5]。

2.4 地質(zhì)雷達(dá)法

地質(zhì)雷達(dá)探測的基本原則是將高頻電磁波與發(fā)射天線相結(jié)合，從而實(shí)現(xiàn)對水利工程的質(zhì)量監(jiān)測。在探測到雷達(dá)波的時候，雷達(dá)波會被反射到不同的界面上。由于地面天線能迅速地收到雷達(dá)波的反饋，所以探測工作可以進(jìn)行得很好。為保證測試效果，在水利工程中運(yùn)用GRT探測技術(shù)，必須按照下列的應(yīng)用程序進(jìn)行。操作人員必須正確地使用電腦，并向控制部公布相關(guān)的需求。在控制部收到后，向發(fā)射天線及接收天線發(fā)射對應(yīng)的信號，發(fā)射后向地面發(fā)射高頻電磁波。在探測區(qū)域內(nèi)，介質(zhì)屬性的均勻性取決于電磁靶和面向電磁波的交界面，并把對應(yīng)的電磁波反射到地表。地面接收天線在接收到反射信號后，必須將有關(guān)的信號通過數(shù)據(jù)傳送回控制裝置，并將其送回電腦后，以圖片的方式呈現(xiàn)在工作人員眼前。檢驗(yàn)人員可以對圖像進(jìn)行快速的分析，并采取相應(yīng)的措施，從而決定工程中的實(shí)際狀況[6]。

3 測量不確定度在水利工程質(zhì)量檢測中的具體應(yīng)用

3.1 測量不確定度在設(shè)備內(nèi)部校準(zhǔn)評定方面的應(yīng)用

水利工程中，由于涉及許多甲等資質(zhì)的指標(biāo)，所涉及的儀器種類也比較多，所以往往會出現(xiàn)一些無法送?；蛩蜋z的情況，必須進(jìn)行內(nèi)部的校驗(yàn)，以保證量值的追溯。內(nèi)部標(biāo)定是校驗(yàn)工作中的一個重要環(huán)節(jié)，它在很大程度上是在實(shí)驗(yàn)室中完成的。具體來說，實(shí)驗(yàn)室的工作人員會按照參照標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)文件來進(jìn)行操作，這是為判斷儀器的精度，所以在實(shí)施這一工作時，實(shí)驗(yàn)室必須提供儀器的不確定度和示值偏差。在測量儀器的不確定度評估時，必須按照有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的特定要求來實(shí)施，而在不確定度的評估中，必須采用下列兩種方法。第一，當(dāng)測試條件符合有關(guān)要求時，采用統(tǒng)計學(xué)方法對測試結(jié)果進(jìn)行 A級不確定度評價。第二，根據(jù)相關(guān)的經(jīng)驗(yàn)和資料，進(jìn)行 B級的不確定度評估[7]。

3.2 測量不確定度在設(shè)備校準(zhǔn)評定方面的應(yīng)用

對測量儀器來說，其校驗(yàn)要進(jìn)行成果鑒定，校驗(yàn)證書會清楚地表明被校儀器的不確定度和錯誤，校驗(yàn)證書也會給出相應(yīng)的鑒定結(jié)論。對已標(biāo)定的儀器，其能否達(dá)到有關(guān)工作的要求，還要根據(jù)校驗(yàn)證書所提供的不確定度來進(jìn)行科學(xué)的判定。在測量設(shè)備中，MPE表示最大誤差參數(shù)的容許范圍，它的主要依據(jù)是制造商標(biāo)注的技術(shù)參數(shù)、最小設(shè)備的最小分度值和測量標(biāo)準(zhǔn)的要求，在進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)結(jié)果的評價時，必須將標(biāo)定的示值誤差和最大容許偏差進(jìn)行比較[8]。

3.3 測量不確定度在檢測結(jié)果評定方面的應(yīng)用

在水利工程質(zhì)量檢驗(yàn)方面，目前有關(guān)部門尚未就測量不確定度提出明確的要求，但檢驗(yàn)單位是否能夠采用一種科學(xué)的評估方法來評估測量不確定度，是衡量其資質(zhì)的一個重要標(biāo)準(zhǔn)，因而，在激烈的市場環(huán)境下，檢驗(yàn)單位必須根據(jù)實(shí)際情況，制定相應(yīng)的評估方法[9]。下面詳細(xì)描述評估不確定度的步驟。首先，要明確測量的主要目標(biāo)，根據(jù)測量的實(shí)際情況和周圍的環(huán)境，建立相應(yīng)的計算模型，并對各種測量參數(shù)和最終測量值之間的關(guān)系進(jìn)行分析，利用相應(yīng)的測試儀器來完成測試的準(zhǔn)備工作，并在測量過程中有效地減少相關(guān)因素的影響。其次，結(jié)合實(shí)測資料，求出測量資料所對應(yīng)的不確定度，從而得到整個測量資料的不確定度。再次，將以上各個環(huán)節(jié)所得到的測量數(shù)據(jù)與所對應(yīng)的不確定度進(jìn)行歸類，并對它們之間的相關(guān)性進(jìn)行分析，如果有相關(guān)性，則利用相關(guān)的資料和計算方法，對各個組之間的偏差和不確定度進(jìn)行分析，然后利用以前的測量參數(shù)，得到相應(yīng)的測量值，然后通過對各個組的權(quán)重進(jìn)行綜合計算，得出總的不確定度。最后，要對測量資料的影響因子進(jìn)行分析，明確各個要素之間的關(guān)系，并建立其可信性，將其詳細(xì)地記錄下來，并與有關(guān)部門進(jìn)行討論，發(fā)現(xiàn)有問題的地方要及時進(jìn)行處理，以保證測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。最后，根據(jù)以往的記錄，對試驗(yàn)裝置進(jìn)行調(diào)試，對固定誤差進(jìn)行修正，有效地減少測量不確定度，從而改善測量數(shù)據(jù)的質(zhì)量[10]。

4 結(jié)束語

綜上所述，水利工程是我國重大基礎(chǔ)設(shè)施中的一項(xiàng)重大工程。為確保水利工程的長期功能，必須對現(xiàn)行技術(shù)的優(yōu)劣、適用條件和使用情況進(jìn)行全面的了解，掌握影響測量精度的主要因素和方法，以提高工程質(zhì)量檢驗(yàn)的質(zhì)量和精確度，為水利工程的建設(shè)與運(yùn)行提供強(qiáng)有力的支持。