異常值檢驗(yàn)對(duì)結(jié)構(gòu)實(shí)體混凝土強(qiáng)度評(píng)定結(jié)果的影響

姚 翔 （安徽省萬(wàn)千建筑工程質(zhì)量檢測(cè)有限公司，安徽 合肥 238076）

0 前言

對(duì)于結(jié)構(gòu)實(shí)體混凝土強(qiáng)度的檢測(cè)，我國(guó)建立了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，包括《混凝土結(jié)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T50784-2013）、《回彈法檢測(cè)混凝土抗壓強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》（JGJ/T23-2011）、《鉆芯法檢測(cè)混凝土強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》（JGJ/T384-2016）和《鉆芯法檢測(cè)混凝土強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》（CECS03：2007）等，同時(shí)很多省份也建立了地方標(biāo)準(zhǔn)。混凝土強(qiáng)度現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)有間接法和直接法，間接法包括回彈法、超聲-回彈綜合法、后裝拔出法和后錨固法等。直接法一般指鉆芯法，當(dāng)具備條件時(shí)應(yīng)采用鉆芯法對(duì)間接法結(jié)果進(jìn)行修正。在實(shí)際檢測(cè)中，大部分采用回彈法和鉆芯法結(jié)合的方式。因?yàn)榛貜椃ú僮骱?jiǎn)便，對(duì)實(shí)體不造成破壞，可以大面積快速檢測(cè)，而鉆芯法雖然對(duì)實(shí)體造成一定損傷，但是結(jié)果直觀可靠，可對(duì)回彈法進(jìn)行修正，使檢測(cè)結(jié)果更加準(zhǔn)確合理。

從回彈檢測(cè)值和鉆芯檢測(cè)值的統(tǒng)計(jì)特征來(lái)看，回彈值樣本數(shù)量大，標(biāo)準(zhǔn)差小，分布區(qū)間狹窄；而鉆芯法由于取樣數(shù)量少，混凝土內(nèi)部不均勻、芯樣鉆取工藝和加工工藝等因素造成的誤差，使得芯樣檢測(cè)數(shù)據(jù)分布范圍大，標(biāo)準(zhǔn)差大，往往存在疑似異常值。《混凝土結(jié)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T50784-2013）明確規(guī)定采用鉆芯法修正時(shí)，應(yīng)對(duì)芯樣樣本進(jìn)行異常值的判別和處理，并在附錄B中提出了t檢驗(yàn)法的判別準(zhǔn)則，而《回彈法檢測(cè)混凝土抗壓強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》（JGJ/T23-2011）、《鉆芯法檢測(cè)混凝土強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》（JGJ/T384-2016）和《鉆芯法檢測(cè)混凝土強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》（CECS03：2007）未對(duì)鉆芯修正的異常值判別提出要求，僅對(duì)鉆芯法進(jìn)行檢測(cè)批推定時(shí)提出要按照《數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)處理和解釋正態(tài)樣本離群值的判斷和處理》（GB/T4883-2008）進(jìn)行異常值的判別?？梢?jiàn)目前國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于鉆芯修正的異常值判別要求不一致。本文通過(guò)工程案例，對(duì)不檢驗(yàn)異常值、t檢驗(yàn)法檢驗(yàn)異常值和Grubbs檢驗(yàn)法檢驗(yàn)異常值三種處理方式進(jìn)行對(duì)比和分析。

1 工程概況

某工程為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，地上5層，地下1層。地下室結(jié)構(gòu)施工完畢后未驗(yàn)收，停工一年。復(fù)工后由于原施工資料缺失，需要對(duì)地下室結(jié)構(gòu)實(shí)體進(jìn)行全面檢測(cè)和驗(yàn)收。首先對(duì)地下室柱混凝土強(qiáng)度進(jìn)行復(fù)核，混凝土強(qiáng)度設(shè)計(jì)等級(jí)為C35。現(xiàn)場(chǎng)抽檢16根柱，每根柱布置5個(gè)測(cè)區(qū)，采用回彈法按批量進(jìn)行檢測(cè)。同時(shí)在相應(yīng)測(cè)區(qū)鉆取了6個(gè)芯樣進(jìn)行對(duì)應(yīng)樣本修正量法修正。由回彈法取得的測(cè)區(qū)混凝土抗壓強(qiáng)度換算值見(jiàn)表1，由鉆芯法取得的芯樣抗壓強(qiáng)度和對(duì)應(yīng)測(cè)區(qū)回彈法抗壓強(qiáng)度換算值見(jiàn)表2。

地下室柱回彈法測(cè)區(qū)混凝土抗壓強(qiáng)度換算值（MPa） 表1

芯樣混凝土強(qiáng)度和對(duì)應(yīng)測(cè)區(qū)回彈法抗壓強(qiáng)度換算值（MPa） 表2

2 評(píng)定過(guò)程及結(jié)果

2.1 不檢驗(yàn)異常值

根據(jù)表2，分別計(jì)算6個(gè)芯樣和對(duì)應(yīng)測(cè)區(qū)回彈法強(qiáng)度換算值的平均值。

芯樣強(qiáng)度平均值：f1=（37.6+37.4+38.3+40.3+38.5+37.7）/6=38.3MPa

對(duì)應(yīng)測(cè)區(qū)混凝土強(qiáng)度換算值平均值 ：f2=（38.5+39.0+41.4+39.1+42.6+38.5）/6=39.8MPa

修正量 Δf=f1–f2=38.3–39.8=–1.5MPa

80個(gè)回彈測(cè)區(qū)樣本修正后的平均值為：

fcu，m=mfcu+ Δf=39.3+（ – 1.5）=37.8MPa

修正后的抗壓強(qiáng)度平均值37.8MPa處于區(qū)間（25，60）內(nèi)，且標(biāo)準(zhǔn)差 1.50MPa 不大于 5.5MPa，滿足批量檢測(cè)的要求。

地下室柱的抗壓強(qiáng)度推定值為：

滿足強(qiáng)度設(shè)計(jì)等級(jí)C35的要求。

2.2t檢驗(yàn)法檢驗(yàn)異常值

《混凝土結(jié)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T50784-2013）附錄B提出了t檢驗(yàn)法準(zhǔn)則，并給出了統(tǒng)計(jì)量t的計(jì)算公式：

式中：t—統(tǒng)計(jì)量

xk—樣本中芯樣強(qiáng)度的最大值或最小值

mx—余下的n–1個(gè)芯樣強(qiáng)度平均值

sx—余下的n–1個(gè)芯樣強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差

n—芯樣樣本數(shù)量

將計(jì)算出的t值和臨界值tα（查表得出）比較，當(dāng)t大于tα?xí)r，可認(rèn)為xk是異常值，高端異常值直接剔除，低端異常值如果有充分理由時(shí)可剔除，沒(méi)有充分理由可在附近重新取樣，增加樣本數(shù)量。

將6個(gè)芯樣強(qiáng)度值按照從小到大排列為37.4、37.6、37.7、38.3、38.5、40.3。查表得 6 個(gè)樣本的臨界值 t（6）=2.13。首先檢驗(yàn)最小值37.4，統(tǒng)計(jì)量t1=0.92，小于臨界值t（6），37.4不是異常值。其次檢驗(yàn)最大值 40.3，統(tǒng)計(jì)量 t6=4.65，大于臨界值 t（6），將高端異常值 40.3 剔除。將剩余的5個(gè)強(qiáng)度值從小到大排列為37.4、37.6、37.7、38.3、38.5。查表得5 個(gè)樣本的臨界值 t（5）=2.35。首先檢驗(yàn)最小值 37.4，統(tǒng)計(jì)量 t1=1.21，小于臨界值t（5），37.4不是異常值。其次檢驗(yàn)最大值 38.5，統(tǒng)計(jì)量 t5=1.60，小于臨界值t（5），38.5也不是異常值。最終取 5個(gè)芯樣強(qiáng)度值 37.4、37.6、37.7、38.3、38.5。

芯樣強(qiáng)度平均值：f1=（37.6+37.4+38.3+38.5+37.7）/5=37.9MPa

對(duì)應(yīng)測(cè)區(qū)混凝土強(qiáng)度換算值的平均值：f2=（38.5+39.0+41.4+42.6+38.5）/5=40.0MPa

修正量 Δf=f1–f2=37.9–40.0=–2.1MPa

80個(gè)回彈測(cè)區(qū)樣本修正后的平均值為：

fcu，m=mfcu+ Δf=39.3+（ – 2.1）=37.2MPa

地下室柱的抗壓強(qiáng)度推定值為：

fcu，e=fcu，m– 1.645×Sfcu=37.2 –1.645×1.50=34.7MPa＜35MPa

不滿足強(qiáng)度設(shè)計(jì)等級(jí)C35的要求。

2.3Grubbs檢驗(yàn)法檢驗(yàn)異常值

《數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)處理和解釋正態(tài)樣本離群值的判斷和處理》（GB/T4883-2008）提出了Grubbs檢驗(yàn)法雙側(cè)情形的準(zhǔn)則，并給出了統(tǒng)計(jì)量Gn和的計(jì)算公式：

式中：x(n)—樣本最大值

x(1)—樣本最小值

s—樣本標(biāo)準(zhǔn)差

雙側(cè)情形下，確定檢出水平α后，查表得出臨界值 G1α/2（n），當(dāng) Gn＞G'n，且Gn大于 G1α/2（n），判定 x(n)為離群值，當(dāng)G'n＞Gn，且 G'n大于 G1α/2（n），判定 x(1)為離群值，否則判定無(wú)離群值。對(duì)于檢出的離群值，確定剔除水平α?，并查表得出臨 界值 G1α?/2（n），當(dāng) G'n大于 G1α?/2（n）時(shí)，判定x(1)為統(tǒng)計(jì)離群值，當(dāng)Gn大于G1α?/2（n）時(shí)，判定 x(n)為統(tǒng)計(jì)離群值。對(duì)于離群值，若找到技術(shù)或物理原因，可以剔除或修正，如果找不到原因，一般保留離群值，剔除統(tǒng)計(jì)離群值。

首先計(jì)算最大值40.3的統(tǒng)計(jì)量G6=1.87，最小值 37.4 的統(tǒng)計(jì)量 G'6=0.84。雙側(cè)情形下，檢出水平α取0.05，查表得G1α/2=G0.975=1.887，可知 G6和 G1均小于G0.975。所以不存在離群值，也不需要進(jìn)一步檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)離群值。因不需要剔除樣本中的數(shù)據(jù)，地下室柱混凝土強(qiáng)度推定值和不檢驗(yàn)離群值結(jié)果一樣，滿足強(qiáng)度設(shè)計(jì)等級(jí)C35的要求。

3 評(píng)定結(jié)果對(duì)比分析

3.1 不檢驗(yàn)異常值和t檢驗(yàn)法檢驗(yàn)異常值

不檢驗(yàn)異常值時(shí)，對(duì)全部芯樣強(qiáng)度數(shù)據(jù)求平均值，然后與對(duì)應(yīng)測(cè)區(qū)的回彈法抗壓強(qiáng)度換算值的平均值比較，計(jì)算出修正量。在本案例中，芯樣強(qiáng)度最大值40.3的偏離程度較大，使芯樣強(qiáng)度平均值和修正量均較大，從而使修正后的強(qiáng)度數(shù)據(jù)變大。采用t檢驗(yàn)法檢出最大值40.3為異常值，剔除最大值后，芯樣強(qiáng)度值和修正量較剔除前變小，從而使修正后的強(qiáng)度數(shù)據(jù)變小。不檢驗(yàn)異常值的強(qiáng)度推定值是40.3MPa，滿足C35要求；t檢驗(yàn)法檢驗(yàn)異常值的強(qiáng)度推定值是34.7MPa，評(píng)定結(jié)果是不滿足C35要求。

3.2 不檢驗(yàn)異常值和Grubbs檢驗(yàn)法檢驗(yàn)異常值

采用Grubbs檢驗(yàn)法檢驗(yàn)異常值時(shí)，最小值37.4和最大值40.3在檢出水平0.05的條件下均不屬于離群值，也不需要進(jìn)一步檢驗(yàn)剔除水平0.01條件下的統(tǒng)計(jì)離群值，因此不需要剔除芯樣強(qiáng)度數(shù)據(jù)。不檢驗(yàn)異常值和Grubbs檢驗(yàn)法檢驗(yàn)異常值的評(píng)定結(jié)果一樣，均滿足C35的要求。

3.3t檢驗(yàn)法檢驗(yàn)異常和Grubbs檢驗(yàn)法檢驗(yàn)異常值

t檢驗(yàn)法剔除了最大值40.3，評(píng)定結(jié)果滿足C35的要求；Grubbs檢驗(yàn)法未檢出異常值，評(píng)定結(jié)果不滿足C35要求。兩種異常值檢驗(yàn)方式，由于計(jì)算方法的不同導(dǎo)致檢驗(yàn)結(jié)果不同，前者檢出最大值為異常值，后者未檢出異常值。兩種方式推導(dǎo)出兩種結(jié)果35.3MPa和34.7MPa，雖然僅相差 0.6MPa，但恰好處于設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)C35的兩側(cè)，導(dǎo)致了截然相反的結(jié)果。

4 結(jié)論

鉆芯取樣時(shí)，應(yīng)采取措施減少芯樣的破損，降低芯樣之間的差異性，使芯樣數(shù)據(jù)更合理準(zhǔn)確。比如避開鋼筋位置、采用合理的鉆進(jìn)速度和保證鉆芯機(jī)具穩(wěn)定牢固。加工芯樣時(shí)，小心切割和打磨，打磨后認(rèn)真核對(duì)芯樣的尺寸、垂直度和端面平整度。

由于鉆芯法測(cè)得的強(qiáng)度數(shù)據(jù)離散程度較大，從提高數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性的角度出發(fā)，應(yīng)當(dāng)按照標(biāo)準(zhǔn)要求對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行異常值檢驗(yàn)。檢驗(yàn)方法可采用《混凝土結(jié)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T50784-2013）中的t檢驗(yàn)法，也可以采用《數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)處理和解釋正態(tài)樣本離群值的判斷和處理》（GB/T4883-2008）中的 Grubbs檢驗(yàn)法，并說(shuō)明具體采取的檢驗(yàn)方法，必要時(shí)可兩種方法同時(shí)使用。

對(duì)檢驗(yàn)出的異常值要進(jìn)行全面分析，盡可能找到原因后剔除，也可以剔除后重新取芯補(bǔ)充數(shù)據(jù)后再次進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。當(dāng)不能找到原因后要謹(jǐn)慎處理，可采取補(bǔ)充芯樣數(shù)據(jù)等方式進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。從工程安全性角度考慮，應(yīng)按保守方式進(jìn)行評(píng)定。

采用不同的異常值檢驗(yàn)方法得到不同的評(píng)定結(jié)論，且結(jié)論對(duì)工程質(zhì)量判定有重大影響時(shí)，應(yīng)建議委托方進(jìn)行專家論證，從設(shè)計(jì)方面給出更全面科學(xué)的結(jié)論。