水電站工程實體質量驗證性抽查結果的分析評價

常昊天，楊 虎，劉偉寶

(1.水電水利規(guī)劃設計總院，北京 100120;2.南京水利科學研究院，江蘇 南京 210029)

中國經濟已進入新的發(fā)展時期，大力發(fā)展水電事業(yè)對于優(yōu)化能源結構、改善生態(tài)環(huán)境、促進區(qū)域經濟的協(xié)調和可持續(xù)發(fā)展，具有重要的意義。對水電工程實施全過程監(jiān)督管理是保障實體質量的重要途徑，主要包括施工單位自檢、監(jiān)理單位檢查、設計單位質量巡查、建設單位質量監(jiān)督檢查、第三方檢測單位質量檢測、質監(jiān)機構實體質量驗證性抽查等全過程、多維度的質量監(jiān)督模式。

實體質量驗證性抽查檢測工作中，質監(jiān)機構受能源主管部門委托，秉持獨立、客觀、公正的原則，以相關法律法規(guī)、工程建設有關規(guī)章制度和規(guī)范性文件、國家及行業(yè)有關標準規(guī)范為依據，針對涉及工程主體結構安全和主要使用功能的建設實體、工程所需原材料、機電設備等要素進行抽查驗證，對重點抽查項目和關鍵部位(環(huán)節(jié))、重要隱蔽工程、質量問題突出或者可能存在質量缺陷的部位，開展實體質量抽查檢測，基于獲得的抽查驗證或抽查檢測結果，與相關標準和現(xiàn)場驗評資料的分析評價，提出評價意見。

獲得水電站實體質量驗證性抽查結果后，現(xiàn)階段的通常做法是僅將其與設計要求進行對比，進而評判抽查結果是否滿足設計要求，所得結論雖然簡潔，但缺少對抽查結果分布規(guī)律的深入解讀，更無法對既有驗評資料的規(guī)律性甚至真實性做進一步的分析評判。為了對工程質量管理、工程實體質量等方面提出更加完善的質量監(jiān)督意見和建議，本文結合大渡河某水電站工程實體質量驗證性抽查檢測工作，對現(xiàn)階段通常做法進行補充和改進，將驗證性抽查結果同時與設計要求和現(xiàn)場驗評資料進行對比分析，并以箱型圖的方式直觀展示3者之間的關聯(lián)性，提出分析評價意見。與使用單一的合格率指標相比，這種方法包含了更加豐富的信息，能夠更好地為工程質量監(jiān)督工作提供技術支持。

1 檢測和分析方法

1.1 檢測方法和技術要求

大渡河某水電站樞紐工程由礫石土心墻堆石壩、泄洪建筑物、地下引水發(fā)電系統(tǒng)等建筑物組成，實體質量驗證性抽查現(xiàn)場檢測工作包括混凝土試塊抗壓強度檢測、錨桿無損檢測、鋼筋混凝土結構檢測等幾部分主要內容，獲得混凝土試塊抗壓強度、錨桿飽滿度、保護層厚度、鋼筋間距等指標的檢測結果，每項抽查檢測內容均依照現(xiàn)行相關規(guī)范規(guī)程開展。

1.2 分析評價方法

箱形圖是由美國的統(tǒng)計學家約翰·圖基(John Tukey)發(fā)明的，它由5個重要的特征值組成：最小值(min)，下四分位數(Q1)，中位數(median)，上四分位數(Q3)，最大值(max)。也可以往箱形圖里面加入平均值(mean)。下四分位數、中位數、上四分位數組成一個“帶有隔間的箱子”。上四分位數到最大值之間建立一條延伸線，這個延伸線成為“胡須(whisker)”。箱型圖的典型特征值釋義如圖1所示。

圖1 箱型圖的典型特征值釋義

由于現(xiàn)實數據中總是存在各式各樣的“離群點”，也稱為“異常值”，于是為了不因這些少數的離群數據導致整體特征的偏移，將這些離群點單獨繪出，將箱形圖中胡須的兩級修改成最小觀測值與最大觀測值。經驗表明，最大(最小)觀測值設置為與四分位數值間距離為1.5個IQR(中間四分位數極差)，即IQR=Q3-Q1，也就是上四分位數與下四分位數之間的差，圖中直觀地表現(xiàn)為箱子的長度。

最小觀測值為min=Q1-1.5×IQR，如果存在離群點小于最小觀測值，則胡須下限為最小觀測值，離群點單獨繪出。如果沒有比最小觀測值小的數，則胡須下限為最小值。

最大觀測值為max=Q3+1.5×IQR，如果存在離群點大于最大觀測值，則胡須上限為最大觀測值，離群點單獨繪出。如果沒有比最大觀測值大的數，則胡須上限為最大值。

在分析數據的時候，箱形圖能夠有效地幫助我們識別數據的特征：首先，同一坐標軸上，幾批數據的箱形圖并行排列，它們的中位數、尾長、異常值、分布區(qū)間等形狀信息一目了然；其次，在一批數據中，哪幾個數據點出類拔萃，哪些數據點表現(xiàn)不及一般，這些數據點放在同類其它群體中處于什么位置，可以通過比較各箱形圖的異常值得出；第三，各批數據的四分位距大小，正常值的分布是集中還是分散，觀察各方盒和線段的長短便可明了；最后，每批數據分布的偏態(tài)如何，分析中位線和異常值的位置也可估計出來。

2 結果與討論

2.1 混凝土試塊抗壓強度抽查

隨機抽取進水口及進廠交通洞2個部位各1組混凝土立方體試塊，開展抗壓強度試驗，抽查結果見表1。

由表1可知，抽查結果全部滿足設計要求。

表1 某水電站混凝土抗壓強度抽查結果

借助箱型圖，將進水口與進廠交通洞2個部位的抽查結果與已有統(tǒng)計資料進行對比分析，分別如圖2—3所示。由于每個部位抽查數據量少，故抽查結果以散點形式繪出。

圖2 進水口混凝土強度抽查結果與統(tǒng)計資料的對比分析

由圖2可以得到如下結論：統(tǒng)計資料全部滿足設計要求；抽查結果全部滿足設計要求。值得注意的是，圖2中的箱子之上出現(xiàn)了游離于箱體之外的短橫線，這個值被稱為為“異常值”。一批數據中的異常值需要引起關注，忽視異常值或者不加剔除地把異常值包進數據的分析過程，會對結果帶來不良影響；重視異常值的出現(xiàn)，分析其產生的原因，常常成為發(fā)現(xiàn)問題進而改進決策的契機。

如前文所述，箱形圖定義異常值的標準為小于最小觀測值(Q1-1.5IQR)或大于最大觀測值(Q3+1.5IQR)的值。也就是說，進廠交通洞這個部位混凝土抗壓強度的統(tǒng)計資料中存在與整體分布偏離較大的值。由此可見，箱形圖在識別異常值方面有一定的優(yōu)越性。

因此，從圖2還可進一步地得到：抽查結果落在統(tǒng)計資料最大值和最小值的范圍之內；抽查結果未落在統(tǒng)計資料最大觀測值與最小觀測值之間，這意味著其與統(tǒng)計資料整體分布偏離較大。綜上可知，進水口混凝土試塊抗壓強度抽查結果與統(tǒng)計資料的符合性一般。

同樣地，從圖3可以得到，進廠交通洞混凝土抗壓強度的統(tǒng)計資料全部滿足設計要求；抽查結果全部滿足設計要求；抽查結果落在統(tǒng)計資料最大值與最小值的范圍之內，抽查結果落在統(tǒng)計資料上四分位數與下四分位數之間。綜上可知，進廠交通洞混凝土試塊抗壓強度抽查結果與統(tǒng)計資料的符合性較好。

圖3 進廠交通洞混凝土強度抽查結果與統(tǒng)計資料的對比分析

2.2 錨桿無損抽查

采用彈性波反射原理及彈性波在復雜邊界的傳播、散射、反射和衰減的特性，對壩肩、主廠房、主變室、尾調室、洞式溢洪道、放空洞、深孔泄洪洞和豎井泄洪洞錨桿的質量進行抽查，共抽查46根。限于篇幅，此處僅以主廠房和尾調室錨桿的抽查結果為例，見表2。

由表2可知，主廠房共抽查5根錨桿，其中1根錨桿的注漿飽滿度小于設計值，4根錨桿的注漿飽滿度滿足設計要求；尾調室共抽查6根錨桿，其中1根錨桿的注漿飽滿度小于設計值，5根錨桿的注漿飽滿度滿足設計要求。此外，很難再從表2中直觀地得出抽查結果的分布規(guī)律。

表2 某水電站注漿飽滿度抽查結果

借助箱型圖，將主廠房和尾調室這兩個部位飽滿度的抽查結果與驗評資料進行對比分析，分別如圖4—5所示。

由圖4可以得到：驗評資料與設計要求相比，合格率較高；抽查結果與設計要求相比，合格率較高，為80%；抽查結果5個測點全部落在驗評資料最大值和最小值范圍之內，也全部落在最大觀測值和最小觀測值之間，這說明抽查數據中沒有出現(xiàn)像圖2所示的與驗評資料整體分布偏離較大的異常值；抽查結果3/5落在驗評資料上、下四分位范圍之間。綜上可知，主廠房錨桿注漿飽滿度的抽查結果與該部位驗評資料的符合性較好。

圖4 主廠房錨桿飽滿度抽查結果與驗評資料的對比分析

同樣地，由圖5可以得到：驗評資料與設計要求相比，合格率為100%；抽查結果與設計要求相比，合格率較高為83%；抽查結果6個測點中，有5/6落在驗評資料最大值和最小值范圍之內，僅有1/6落在驗評資料最大觀測值和最小觀測值范圍之內，這說明抽查數據有5/6與驗評資料整體分布偏離較大；抽查結果未落在驗評資料上、下四分位范圍之間。綜上可知，尾調室錨桿注漿飽滿度的抽查結果與該部位驗評資料的符合性一般。

圖5 尾調室錨桿飽滿度抽查結果與驗評資料的對比分析

2.3 鋼筋混凝土結構抽查

采用電磁感應法和雷達法對進水口柵墩、進水口閘墩、交通洞等3個部位的鋼筋混凝土結構進行抽查，獲得保護層厚度和鋼筋間距檢測結果。根據DL/T 5169—2013《水工混凝土鋼筋施工規(guī)范》鋼筋保護層厚度允許偏差為±1/4設計值，鋼筋間距允許偏差為±0.1設計值。

限于篇幅，此處僅將進水口閘墩的3個測區(qū)共計30個測點的抽查結果分別列于表3—4。

由表3可知，5#尾水洞鋼筋保護層厚度共檢測100點，合格91點，合格率91%。由表4知，5#尾水洞鋼筋間距共檢測100點，合格80點，合格率80%。

表3 某水電站進水口閘墩鋼筋保護層厚度抽查結果

表4 某水電站進水口閘墩鋼筋間距檢測結果

同樣地借助箱型圖，將抽查結果與驗評資料進行對比分析，如圖6—7所示。由于每個部位抽查數據量較多，已有驗評資料和抽查結果均以箱型圖的形式展示于圖中。需要指出的是，本次抽查是混凝土澆筑后實體檢測鋼筋保護層厚度與鋼筋間距，驗評資料為混凝土澆筑前鋼筋間距以及鋼筋與模板間的保護層厚度。

由圖6可以得到：驗評資料與設計要求相比，全部合格，總體合格率為100%；抽查結果與設計要求相比，總體合格率為67%，且箱體未出現(xiàn)偏離較大的異常值，整體分布較為集中；2-2號閘墩的抽查結果全部合格，抽查結果四分位箱體基本落在驗評資料四分位箱體的范圍之內，表明抽查結果與已有驗評資料的符合性較好；1-2號閘墩的抽查結果全部合格，抽查結果的四分位箱體與驗評資料四分位箱體存在交叉區(qū)域，但整體位于驗評資料四分位箱體以下，表明抽查結果與已有驗評資料的符合性一般；3-1號閘墩的抽查結果全部不合格，抽查結果的四分位箱體整體高于驗評資料四分位箱體，且兩者之間偏離較大，表明抽查結果與已有驗評資料的符合性較弱。

圖6 某水電站進水口閘墩保護層厚度抽查結果與驗評資料的對比分析

同樣地，由圖7可以得到：驗評資料與設計要求相比，總體合格率較高；抽查結果與設計要求相比，總體合格率較高，且箱體未出現(xiàn)偏離較大的異常值，整體分布較為集中；1-2號閘墩、2-2號閘墩、3-1號閘墩的抽查結果的四分位箱體與各自對應部位的驗評資料四分位箱體存在交叉區(qū)域，但整體位于驗評資料四分位箱體以下，表明這些部位的抽查結果與已有驗評資料的符合性一般。

圖7 某水電站進水口閘墩鋼筋間距抽查結果與驗評資料的對比分析

3 結語

在開展水電工程實體質量驗證性抽查結果的分析評價工作時，使用基于箱型圖的統(tǒng)計分析工具能夠更加有效地幫助我們識別數據的特征，判斷數據集的數據離散程度和偏向，直觀地展示抽查結果與驗評資料各自的分布規(guī)律以及兩者之間的相關性，因此與使用單一的合格率指標相比，包含了更加豐富的信息，從而使政府監(jiān)管部門能依靠有限的抽檢組次獲得工程質量行為和質量記錄的更全面把握。如果能夠建立反映實測數據與驗評資料數據離散和偏向的數學表達，將會更加有利于指導工程建設質量的監(jiān)督工作。