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简介（作者编辑）：_桩身完整性综合因子判定方法应用研究.pdf
摘要（系统识别）：
第49卷第8期
建筑结构
Vol.49 No.8
2019年4月下
Building Structure
Apr.2019
D0I:10.19701/j-j☑jg2019.08.022
桩身完整性综合因子判定方法应用研究
常志红
(北京市建设工程质量第三检测所有限责任公司，北京100037)
[摘要]从超声波检测桩身完整性的缺陷判定技术出发，指出了当前判定技术存在超声波信号利用率低、缺陷判
定不够直观、声学参数多且不统一等主要问题。提出了如何充分利用超声波检测数据和波形信息的数字化处理与
应用技术、多种声参数合一的缺陷判定技术、三维成像显示技术等，使得超声波检测桩身缺陷的判定更加准确可
靠，结果展示更加直观清晰，从而有利于超声波的普及和应用。
关键词超声波法：桩身完整性；综合因子判定法；三维成像
中图分类号：TU473.16
文献标识码：A文章编号：1002848X(2019)08011904
Application research of comprehensive factor determination method for pile integrity
Chang Zhihong
(Beijing Construction Engineering Quality Third Test Institute Co.,Ltd.,Beijing 100037,China)
Abstract:Based on the defect determination technology of ultrasonic testing pile integrity,main problems of the current
determination technology were pointed out,such as low utilization rate of ultrasonic signal,unintuitive defect
determination,and multiple non-uniform acoustic parameters.Methods to make full use of digital processing and application
of information technology of ultrasonic testing data and waveform information,defect determination technology with a variety
of acoustic parameters combined and three-dimensional imaging display technology were put forward,which make the
ultrasonic detection more accurate and reliable in determination of pile defect and make the results more intuitive and clear.
It is conducive to the popularization and application of ultrasonic method.
Keywords:ultrasonic method;pile integrity;comprehensive factor determination method:three-dimensional imaging
1桩身完整性检测现状与问题
定性互相矛盾时，对分析人员的经验要求较高。超
超声波法进行桩身完整性检测的市场领域正在
声波法对声学参数的利用率较低。数据分析处理
逐渐扩大。随着电子科技的发展进步，计算机的软
时，现有阶段仅利用了声时（声速）和幅度两个声学
硬件配置不断更新换代，为研制高性能、自动化、快
参数信息。对最重要的一个参数一波形，由于缺
捷高效的非金属超声波检测分析仪提供了强有力的
少有效的分析处理手段，没有被利用起来。而波形携
科技支撑。多通道自动测桩仪成为了当今市场中的
带了大量的与桩身质量相关的信息，是判断缺陷的重
主流配置设备，逐步取代了以往的单通道、双通道手
要依据之一。超声波法的成果图多是以深度剖面曲
动测试仪器。高效快捷、准确无误、经济实用，成为
线的形式进行展示的，缺少直观的图像化处理软件。
了当前超声波检测设备的代名词。在公路桥梁建
当桩身局部存在缺陷时，需要采用钻芯方法对缺陷进
设、高速铁路建设、轨道交通建设等领域，要求50%
行验证分析，缺陷的水平定位往往比较困难。
以上甚至是100%采用超声波法进行桩身完整性检
针对以上问题，笔者查阅了大量的相关技术资
测；在其他领域，这个比例也在逐渐地提高。在过去
料，并结合现场试验数据和以往的科研成果，引进了
处于垄断地位的低应变反射波法所占的检测市场比
超声波综合因子判定法。该方法充分利用了超声波
例逐年减少。
信号携带的各种信息，并将各种信息进行综合分析
超声波法声学参数较多，数据分析工作量大，缺
处理，最后形成一个综合判定依据，并以三维图像的
少智能化综合分析处理软件。采用超声波法进行桩
形式展示出来，很好地解决了以上问题。
身完整性检测时，涉及到的声学参数有声时（声
2
超声波法检测技术研究
速)、幅度、主频、波形、波列等。每一个声学参数都
2.1首波声时判读技术的改进方法研究
要单独进行计算处理，参数之间没有联系。在对桩
当前首波声时的判读方法：人为设定一个绝对
身完整性进行分析时，又要综合考虑所有声学参数
致性问题，非常麻烦。特别是参数之间对缺陷的
作者简介：常志红，学士，高级工程师，Email:277038784@qq.com。
(C)1994-2019 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.//www.cnki.net
120
建筑结构
2019年
阀值（一般以信号的电压水平来衡量），实测信号超
仪器进行改进，改进方法二、改进方法三适用于数据
过设定的绝对阀值时，仪器自动识别出首波，根据信
后期处理。实际应用过程中，可以选择一种或多种
号特征自动判读声时初至点。由于首波信号较弱，
方法综合应用，达到对首波准确识别的目的。
采用上述判读方法识别有一定困难，往往会引起误
2.2波幅判定方法改进研究
判。对混凝土匀质性好、没有缺陷的基桩进行检测
目前超声波法检测仪器均是以首波峰值大小作
时效果比较理想，能够准确识别首波初至点位置，测
为波幅衡量的依据。与首波声时判读相对应，仪器
试速度比较快，如图1(a),(b)中的短竖线位置所
自动识别出首波后，首波波幅也是自动识别（图1、
示。很多实际工程中混凝土的匀质性差，或者桩身
图2中的短横线)。这种以首波半波信号峰值作为
存在缺陷时，如桩底沉渣、混凝土离析、夹泥、空洞、
衡量接收信号能量变化的方法具有很大的局限性，
不密实等情况时，首波信号差，信号幅度变化很大，
代表性较差，不能准确反映接收波信号能量的变化
采用上述判读方法往往不能有效识别首波，造成数
规律。
据错误，如图2中间竖线位置所示。因此需要对判
经过研究，建议以首波波组（前2~5个完整波
读方法进行改进。
形)作为衡量一个信号能量大小的方法比较合理。
改进方法一：从图1中可以看到，首波后半波或
方法是把前2~5个完整波形进行积分处理，以积分
第二组波信号较强，仪器可以先识别出这组波形，再
处理后的数据值代表一组信号的能量大小。经过对
根据信号波动周期规律向前推算，找到首波初至点，
比，效果比较明显。图3为以首波峰值代表接收波
判读声时。经过实际测试，该方法对正常信号、轻微
信号能量变化数据，可以看出，曲线比较平缓，对能
缺陷信号识别有较大的改进，提高首波判定准确性，
量变化反应不灵敏。图4为利用几组直达波组信号
测试速度较快。但是对严重缺陷类信号识别没有太
积分后的首波接受波组能量-深度曲线，可以看出，
大改善。该方法适用于测试过程对信号的快速识别
出现异常的区域信号波动比较大，说明对缺陷的反
和缺陷的判读。
应比较灵敏，有利于缺陷的综合分析判定。
改进方法二：仪器先识别出满量程信号或信号
3数据分析处理技术研究
峰值，再根据信号周期规律向前推算，找到首波初至
3.1波形信息的应用研究一波形互相关系数
点。这种方法对信号的识别均有一定的改善。但是
波形是反应桩身混凝土质量的重要参考信息，
由于计算的工作量较大，对测试速度有一定的影响，
其敏感度和稳定性较高。但是由于波形的不可量化
适用于测试完成后的整体信号二次判读。这种方法
等原因，一直以来没有找到合理利用波形信息对混
的判读结果与人工手动判读的结果比较接近，对有
凝土缺陷进行准确定量判定的方法，仅通过经验进
严重缺陷信号的首波初至点判读较准确。
行定性判别。为了利用波形信息，课题组在承担
改进方法三：利用首波同相轴和信号波动规律，
“十一五”国家科技支撑计划重大项目一梁柱节
在同相轴前或后1~2个周期内寻找首波初至时间
点质量测试的研究时，开展了相关波形信息利用的
点，进行二次判读，判读的准确度较高。该方法仅适
专题研究，引进了“波形互相关系数”这一概念。波
用于测试完成后的后期数据处理。
形互相关系数描述接收波直达波组与标准子波之间
对比上述三种方法，改进方法一适用于对测试
的相似程度，波形互相关系数越高，接收波与标准子
声时小s
时小
(a)负相位
(a)错误识别
(b)错误识别二
声时s
(b)正相位
(b)错误识别四
图1
首波初至点判读线正确识别示意图
图2首波初至点判读线错误识别示意图
(C)1994-2019 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.//www.cnki.net
摘要（系统识别）：
第49卷第8期
建筑结构
Vol.49 No.8
2019年4月下
Building Structure
Apr.2019
D0I:10.19701/j-j☑jg2019.08.022
桩身完整性综合因子判定方法应用研究
常志红
(北京市建设工程质量第三检测所有限责任公司，北京100037)
[摘要]从超声波检测桩身完整性的缺陷判定技术出发，指出了当前判定技术存在超声波信号利用率低、缺陷判
定不够直观、声学参数多且不统一等主要问题。提出了如何充分利用超声波检测数据和波形信息的数字化处理与
应用技术、多种声参数合一的缺陷判定技术、三维成像显示技术等，使得超声波检测桩身缺陷的判定更加准确可
靠，结果展示更加直观清晰，从而有利于超声波的普及和应用。
关键词超声波法：桩身完整性；综合因子判定法；三维成像
中图分类号：TU473.16
文献标识码：A文章编号：1002848X(2019)08011904
Application research of comprehensive factor determination method for pile integrity
Chang Zhihong
(Beijing Construction Engineering Quality Third Test Institute Co.,Ltd.,Beijing 100037,China)
Abstract:Based on the defect determination technology of ultrasonic testing pile integrity,main problems of the current
determination technology were pointed out,such as low utilization rate of ultrasonic signal,unintuitive defect
determination,and multiple non-uniform acoustic parameters.Methods to make full use of digital processing and application
of information technology of ultrasonic testing data and waveform information,defect determination technology with a variety
of acoustic parameters combined and three-dimensional imaging display technology were put forward,which make the
ultrasonic detection more accurate and reliable in determination of pile defect and make the results more intuitive and clear.
It is conducive to the popularization and application of ultrasonic method.
Keywords:ultrasonic method;pile integrity;comprehensive factor determination method:three-dimensional imaging
1桩身完整性检测现状与问题
定性互相矛盾时，对分析人员的经验要求较高。超
超声波法进行桩身完整性检测的市场领域正在
声波法对声学参数的利用率较低。数据分析处理
逐渐扩大。随着电子科技的发展进步，计算机的软
时，现有阶段仅利用了声时（声速）和幅度两个声学
硬件配置不断更新换代，为研制高性能、自动化、快
参数信息。对最重要的一个参数一波形，由于缺
捷高效的非金属超声波检测分析仪提供了强有力的
少有效的分析处理手段，没有被利用起来。而波形携
科技支撑。多通道自动测桩仪成为了当今市场中的
带了大量的与桩身质量相关的信息，是判断缺陷的重
主流配置设备，逐步取代了以往的单通道、双通道手
要依据之一。超声波法的成果图多是以深度剖面曲
动测试仪器。高效快捷、准确无误、经济实用，成为
线的形式进行展示的，缺少直观的图像化处理软件。
了当前超声波检测设备的代名词。在公路桥梁建
当桩身局部存在缺陷时，需要采用钻芯方法对缺陷进
设、高速铁路建设、轨道交通建设等领域，要求50%
行验证分析，缺陷的水平定位往往比较困难。
以上甚至是100%采用超声波法进行桩身完整性检
针对以上问题，笔者查阅了大量的相关技术资
测；在其他领域，这个比例也在逐渐地提高。在过去
料，并结合现场试验数据和以往的科研成果，引进了
处于垄断地位的低应变反射波法所占的检测市场比
超声波综合因子判定法。该方法充分利用了超声波
例逐年减少。
信号携带的各种信息，并将各种信息进行综合分析
超声波法声学参数较多，数据分析工作量大，缺
处理，最后形成一个综合判定依据，并以三维图像的
少智能化综合分析处理软件。采用超声波法进行桩
形式展示出来，很好地解决了以上问题。
身完整性检测时，涉及到的声学参数有声时（声
2
超声波法检测技术研究
速)、幅度、主频、波形、波列等。每一个声学参数都
2.1首波声时判读技术的改进方法研究
要单独进行计算处理，参数之间没有联系。在对桩
当前首波声时的判读方法：人为设定一个绝对
身完整性进行分析时，又要综合考虑所有声学参数
致性问题，非常麻烦。特别是参数之间对缺陷的
作者简介：常志红，学士，高级工程师，Email:277038784@qq.com。
(C)1994-2019 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.//www.cnki.net
120
建筑结构
2019年
阀值（一般以信号的电压水平来衡量），实测信号超
仪器进行改进，改进方法二、改进方法三适用于数据
过设定的绝对阀值时，仪器自动识别出首波，根据信
后期处理。实际应用过程中，可以选择一种或多种
号特征自动判读声时初至点。由于首波信号较弱，
方法综合应用，达到对首波准确识别的目的。
采用上述判读方法识别有一定困难，往往会引起误
2.2波幅判定方法改进研究
判。对混凝土匀质性好、没有缺陷的基桩进行检测
目前超声波法检测仪器均是以首波峰值大小作
时效果比较理想，能够准确识别首波初至点位置，测
为波幅衡量的依据。与首波声时判读相对应，仪器
试速度比较快，如图1(a),(b)中的短竖线位置所
自动识别出首波后，首波波幅也是自动识别（图1、
示。很多实际工程中混凝土的匀质性差，或者桩身
图2中的短横线)。这种以首波半波信号峰值作为
存在缺陷时，如桩底沉渣、混凝土离析、夹泥、空洞、
衡量接收信号能量变化的方法具有很大的局限性，
不密实等情况时，首波信号差，信号幅度变化很大，
代表性较差，不能准确反映接收波信号能量的变化
采用上述判读方法往往不能有效识别首波，造成数
规律。
据错误，如图2中间竖线位置所示。因此需要对判
经过研究，建议以首波波组（前2~5个完整波
读方法进行改进。
形)作为衡量一个信号能量大小的方法比较合理。
改进方法一：从图1中可以看到，首波后半波或
方法是把前2~5个完整波形进行积分处理，以积分
第二组波信号较强，仪器可以先识别出这组波形，再
处理后的数据值代表一组信号的能量大小。经过对
根据信号波动周期规律向前推算，找到首波初至点，
比，效果比较明显。图3为以首波峰值代表接收波
判读声时。经过实际测试，该方法对正常信号、轻微
信号能量变化数据，可以看出，曲线比较平缓，对能
缺陷信号识别有较大的改进，提高首波判定准确性，
量变化反应不灵敏。图4为利用几组直达波组信号
测试速度较快。但是对严重缺陷类信号识别没有太
积分后的首波接受波组能量-深度曲线，可以看出，
大改善。该方法适用于测试过程对信号的快速识别
出现异常的区域信号波动比较大，说明对缺陷的反
和缺陷的判读。
应比较灵敏，有利于缺陷的综合分析判定。
改进方法二：仪器先识别出满量程信号或信号
3数据分析处理技术研究
峰值，再根据信号周期规律向前推算，找到首波初至
3.1波形信息的应用研究一波形互相关系数
点。这种方法对信号的识别均有一定的改善。但是
波形是反应桩身混凝土质量的重要参考信息，
由于计算的工作量较大，对测试速度有一定的影响，
其敏感度和稳定性较高。但是由于波形的不可量化
适用于测试完成后的整体信号二次判读。这种方法
等原因，一直以来没有找到合理利用波形信息对混
的判读结果与人工手动判读的结果比较接近，对有
凝土缺陷进行准确定量判定的方法，仅通过经验进
严重缺陷信号的首波初至点判读较准确。
行定性判别。为了利用波形信息，课题组在承担
改进方法三：利用首波同相轴和信号波动规律，
“十一五”国家科技支撑计划重大项目一梁柱节
在同相轴前或后1~2个周期内寻找首波初至时间
点质量测试的研究时，开展了相关波形信息利用的
点，进行二次判读，判读的准确度较高。该方法仅适
专题研究，引进了“波形互相关系数”这一概念。波
用于测试完成后的后期数据处理。
形互相关系数描述接收波直达波组与标准子波之间
对比上述三种方法，改进方法一适用于对测试
的相似程度，波形互相关系数越高，接收波与标准子
声时小s
时小
(a)负相位
(a)错误识别
(b)错误识别二
声时s
(b)正相位
(b)错误识别四
图1
首波初至点判读线正确识别示意图
图2首波初至点判读线错误识别示意图
(C)1994-2019 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.//www.cnki.net
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