異常值檢驗對結構實體混凝土強度評定結果的影響

姚 翔 （安徽省萬千建筑工程質量檢測有限公司，安徽 合肥 238076）

0 前言

對于結構實體混凝土強度的檢測，我國建立了相關標準，包括《混凝土結構現場檢測技術標準》（GB/T50784-2013）、《回彈法檢測混凝土抗壓強度技術規程》（JGJ/T23-2011）、《鉆芯法檢測混凝土強度技術規程》（JGJ/T384-2016）和《鉆芯法檢測混凝土強度技術規程》（CECS03：2007）等，同時很多省份也建立了地方標準。混凝土強度現場檢測有間接法和直接法，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，當具備條件時應采用鉆芯法對間接法結果進行修正。在實際檢測中，大部分采用回彈法和鉆芯法結合的方式。因為回彈法操作簡便，對實體不造成破壞，可以大面積快速檢測，而鉆芯法雖然對實體造成一定損傷，但是結果直觀可靠，可對回彈法進行修正，使檢測結果更加準確合理。

從回彈檢測值和鉆芯檢測值的統計特征來看，回彈值樣本數量大，標準差小，分布區間狹窄；而鉆芯法由于取樣數量少，混凝土內部不均勻、芯樣鉆取工藝和加工工藝等因素造成的誤差，使得芯樣檢測數據分布范圍大，標準差大，往往存在疑似異常值。《混凝土結構現場檢測技術標準》（GB/T50784-2013）明確規定采用鉆芯法修正時，應對芯樣樣本進行異常值的判別和處理，并在附錄B中提出了t檢驗法的判別準則，而《回彈法檢測混凝土抗壓強度技術規程》（JGJ/T23-2011）、《鉆芯法檢測混凝土強度技術規程》（JGJ/T384-2016）和《鉆芯法檢測混凝土強度技術規程》（CECS03：2007）未對鉆芯修正的異常值判別提出要求，僅對鉆芯法進行檢測批推定時提出要按照《數據的統計處理和解釋正態樣本離群值的判斷和處理》（GB/T4883-2008）進行異常值的判別。可見目前國家標準對于鉆芯修正的異常值判別要求不一致。本文通過工程案例，對不檢驗異常值、t檢驗法檢驗異常值和Grubbs檢驗法檢驗異常值三種處理方式進行對比和分析。

1 工程概況

某工程為鋼筋混凝土框架結構，地上5層，地下1層。地下室結構施工完畢后未驗收，停工一年。復工后由于原施工資料缺失，需要對地下室結構實體進行全面檢測和驗收。首先對地下室柱混凝土強度進行復核，混凝土強度設計等級為C35。現場抽檢16根柱，每根柱布置5個測區，采用回彈法按批量進行檢測。同時在相應測區鉆取了6個芯樣進行對應樣本修正量法修正。由回彈法取得的測區混凝土抗壓強度換算值見表1，由鉆芯法取得的芯樣抗壓強度和對應測區回彈法抗壓強度換算值見表2。

地下室柱回彈法測區混凝土抗壓強度換算值（MPa） 表1

芯樣混凝土強度和對應測區回彈法抗壓強度換算值（MPa） 表2

2 評定過程及結果

2.1 不檢驗異常值

根據表2，分別計算6個芯樣和對應測區回彈法強度換算值的平均值。

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

對應測區混凝土強度換算值平均值 ：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個回彈測區樣本修正后的平均值為：

fcu，m=mfcu+ Δf=39.3+（ – 1.5）=37.8MPa

修正后的抗壓強度平均值37.8MPa處于區間（25，60）內，且標準差 1.50MPa 不大于 5.5MPa，滿足批量檢測的要求。

地下室柱的抗壓強度推定值為：

滿足強度設計等級C35的要求。

2.2t檢驗法檢驗異常值

《混凝土結構現場檢測技術標準》（GB/T50784-2013）附錄B提出了t檢驗法準則，并給出了統計量t的計算公式：

式中：t—統計量

xk—樣本中芯樣強度的最大值或最小值

mx—余下的n–1個芯樣強度平均值

sx—余下的n–1個芯樣強度標準差

n—芯樣樣本數量

將計算出的t值和臨界值tα（查表得出）比較，當t大于tα時，可認為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可剔除，沒有充分理由可在附近重新取樣，增加樣本數量。

將6個芯樣強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 個樣本的臨界值 t（6）=2.13。首先檢驗最小值37.4，統計量t1=0.92，小于臨界值t（6），37.4不是異常值。其次檢驗最大值 40.3，統計量 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個強度值從小到大排列為37.4、37.6、37.7、38.3、38.5。查表得5 個樣本的臨界值 t（5）=2.35。首先檢驗最小值 37.4，統計量 t1=1.21，小于臨界值t（5），37.4不是異常值。其次檢驗最大值 38.5，統計量 t5=1.60，小于臨界值t（5），38.5也不是異常值。最終取 5個芯樣強度值 37.4、37.6、37.7、38.3、38.5。

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

對應測區混凝土強度換算值的平均值：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個回彈測區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

不滿足強度設計等級C35的要求。

2.3Grubbs檢驗法檢驗異常值

《數據的統計處理和解釋正態樣本離群值的判斷和處理》（GB/T4883-2008）提出了Grubbs檢驗法雙側情形的準則，并給出了統計量Gn和的計算公式：

式中：x(n)—樣本最大值

x(1)—樣本最小值

s—樣本標準差

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

首先計算最大值40.3的統計量G6=1.87，最小值 37.4 的統計量 G'6=0.84。雙側情形下，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，也不需要進一步檢驗統計離群值。因不需要剔除樣本中的數據，地下室柱混凝土強度推定值和不檢驗離群值結果一樣，滿足強度設計等級C35的要求。

3 評定結果對比分析

3.1 不檢驗異常值和t檢驗法檢驗異常值

不檢驗異常值時，對全部芯樣強度數據求平均值，然后與對應測區的回彈法抗壓強度換算值的平均值比較，計算出修正量。在本案例中，芯樣強度最大值40.3的偏離程度較大，使芯樣強度平均值和修正量均較大，從而使修正后的強度數據變大。采用t檢驗法檢出最大值40.3為異常值，剔除最大值后，芯樣強度值和修正量較剔除前變小，從而使修正后的強度數據變小。不檢驗異常值的強度推定值是40.3MPa，滿足C35要求；t檢驗法檢驗異常值的強度推定值是34.7MPa，評定結果是不滿足C35要求。

3.2 不檢驗異常值和Grubbs檢驗法檢驗異常值

采用Grubbs檢驗法檢驗異常值時，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，也不需要進一步檢驗剔除水平0.01條件下的統計離群值，因此不需要剔除芯樣強度數據。不檢驗異常值和Grubbs檢驗法檢驗異常值的評定結果一樣，均滿足C35的要求。

3.3t檢驗法檢驗異常和Grubbs檢驗法檢驗異常值

t檢驗法剔除了最大值40.3，評定結果滿足C35的要求；Grubbs檢驗法未檢出異常值，評定結果不滿足C35要求。兩種異常值檢驗方式，由于計算方法的不同導致檢驗結果不同，前者檢出最大值為異常值，后者未檢出異常值。兩種方式推導出兩種結果35.3MPa和34.7MPa，雖然僅相差 0.6MPa，但恰好處于設計強度等級C35的兩側，導致了截然相反的結果。

4 結論

鉆芯取樣時，應采取措施減少芯樣的破損，降低芯樣之間的差異性，使芯樣數據更合理準確。比如避開鋼筋位置、采用合理的鉆進速度和保證鉆芯機具穩定牢固。加工芯樣時，小心切割和打磨，打磨后認真核對芯樣的尺寸、垂直度和端面平整度。

由于鉆芯法測得的強度數據離散程度較大，從提高數據準確性的角度出發，應當按照標準要求對數據進行異常值檢驗。檢驗方法可采用《混凝土結構現場檢測技術標準》（GB/T50784-2013）中的t檢驗法，也可以采用《數據的統計處理和解釋正態樣本離群值的判斷和處理》（GB/T4883-2008）中的 Grubbs檢驗法，并說明具體采取的檢驗方法，必要時可兩種方法同時使用。

對檢驗出的異常值要進行全面分析，盡可能找到原因后剔除，也可以剔除后重新取芯補充數據后再次進行數據處理。當不能找到原因后要謹慎處理，可采取補充芯樣數據等方式進行數據處理。從工程安全性角度考慮，應按保守方式進行評定。

采用不同的異常值檢驗方法得到不同的評定結論，且結論對工程質量判定有重大影響時，應建議委托方進行專家論證，從設計方面給出更全面科學的結論。