《超声式成孔质量检测仪》编制说明

交通运输部部门计量检定规程

《超声式成孔质量检测仪》

编制说明

（征求意见稿）

规程起草组

2019年8月

一、任务来源

据《交通运输部关于下达2018年交通运输标准化计划的通知》（交科技函

〔2018〕235号）的要求，由交通运输部公路科学研究所主持承担《超声式成孔

质量检测仪》检定规程的编写工作，计划编号为JJG2018-2。

在本规程的制定过程中，得到了相关单位的支持、协助与配合，多次组织行

业专家进行了研讨并开展了必要的试验验证工作，取得了大量具有建设性的意

见、建议和试验数据，主要协作单位名单如下：

国家道路与桥梁工程检测设备计量站。

二、编制背景

成孔是混凝土灌注桩的一个重要组成部分，成孔质量直接影响桩身质量及

其承载力，基桩成孔质量控制不好，则可能发生塌孔、缩颈、桩孔偏斜及桩端达

不到设计力层要求等，都直接影响到整个工程的质量，甚至会造成巨大的经济损

失及重大的安全事故。

中华人民共和国行业推荐标准JTG/TF81-01-2004《公路工程基桩动测技术

规程》中规定了评定公路工程基桩完整性、承载力、试打桩及打桩应力监控的几

种动力检测方法的行业标准，其中超声波法是重要的检测方法之一，而超声式成

孔质量检测仪在基桩成孔质量检测行业中应用广泛，日益成为工程基桩检测机

构的必备设备之一。但是，目前由于超声式成孔质量检测仪没有相应的行业标准，

使得仪器生产厂家不能实现技术参数的控制；同时，检定规程的缺失使得计量部

门无法对专用仪器设备进行真正有效的全面计量。为了防止质量低劣及不符合

公路工程领域需求的超声式成孔质量检测仪进入实际工程及检测活动中，有必

要在交通行业内编写完整的超声式成孔质量检测仪行业标准和检定规程，为使

用单位提供有保证的计量途径，满足公路工程基础设施建设的需要。

超声式成孔质量检测仪采用超声测距原理，利用超声波反射技术，将超声波

传感器沿充满泥浆的钻孔中心以一定速率下放，在探头下放过程中，接收并记录

四个方向（或两个方向）垂直孔壁的超声波脉冲反射信号。超声式成孔质量检测

1

仪应具有一发双收功能，实现对钻孔四个方向孔壁状态的监测，用于各种灌注桩

（或地下连续墙）等成孔成槽质量的综合检测。

超声式成孔质量检测仪包括信号放大器、数据采集及处理存储器、径向振动

换能器等。仪器工作流程图如下：

本规程主要是以超声式成孔质量检测仪的整体计量为目的，经过调研，以及

实验数据研究，对槽宽测量示值误差和重复性、孔径测量重复性三大主要计量技

术指标进行了规范。

超声式成孔质量检测仪结构示意图，如图1所示。

12345

图1超声式成孔质量检测仪示意图

1——记录仪外箱；2——记录仪；3——数据线；4——绞车；5——超声波探头

2

三、编制过程

（一）、编制原则

本规程的编制原则主要为以下几点：

1、本规程根据现有超声式成孔质量检测仪的特点，按范围、引用文件、概

述、计量性能要求、通用技术要求和计量器具控制等方面进行编写；

2、各项技术指标以实际产品技术指标为依据提出；

3、编制具有适应性、可操作性和适当引领性的技术法规文件。

（二）、工作进程

工作过程主要有以下几个阶段：

1、成立标准起草组

2018年05月~2018年08月，成立标准起草组，对超声式成孔质量检测仪

主要计量技术指标进行梳理，并编写草案稿，主要起草人工作安排如表1所示。

表1主要起草人工作安排

人员单位所做工作

周毅姝交通运输部公路科学研究所试验方案研究

超声式成孔质量检测仪的规程相

曹瑾瑾国家道路与桥梁工程检测设备计量站

关内容调研及现状分析研究

规划安排开展编制过程涉及的实

刘倡交通运输部公路科学研究所

验

何华阳交通运输部公路科学研究所部分实验验证

规划安排开展编制过程涉及的实

谢峻交通运输部公路科学研究所

验方案

卢达义国家道路与桥梁工程检测设备计量站实验验证

张金凝国家道路与桥梁工程检测设备计量站实验验证

3

郭鸿博国家道路与桥梁工程检测设备计量站实验验证

冷正威国家道路与桥梁工程检测设备计量站实验验证

任励硕国家道路与桥梁工程检测设备计量站部分实验验证及数据整理

陈柳清国家道路与桥梁工程检测设备计量站部分实验验证及数据整理

王鹏飞交通运输部公路科学研究所部分实验验证及数据整理

2、完善检定规程草案稿

2018年09月~2018年12月，试验完善检定规程草案稿；

编制组通过文献调研和实地考察，了解了超声式成孔质量检测仪的主要生

产厂家及产品型号，目前全国生产超声式成孔质量检测仪的单位包括上海昌吉

地质仪器有限公司、武汉中岩科技有限公司、武汉长盛工程检测有限公司等，根

据超声式成孔质量检测仪仪的实际情况及大量的实验结果，对草案稿进行了完

善，主要完善了以下几个方面：

（1）范围

草案稿：本规程适用于孔径（槽宽）测量范围0~5m,孔（槽）深度0~200m

的超声式成孔质量检测仪的首次检定、后续检定和使用中检查。

修改为：本规程适用于超声式成孔质量检测仪的首次检定、后续检定和使用

中检查。

（2）计量能要求

草案稿：计量性能要求规定了槽宽测量示值误差、槽宽测量重复性、孔径测

量示值误差、孔测量重复性、垂直度测量示值误差、垂直度测量重复性、沉渣厚

度测量示值误差、沉渣厚度测量重复性、声波发送电压、声时测量准确度、幅值

准确度、接收系统频率响应及提升电缆长度误差等13个参数，具体内容见下表

2。

表2计量性能要求

检定项目首次检定后续检定使用中检查

通用技术要求+++

槽宽测量示值误差++-

4

槽宽测量重复性+--

孔径测量示值误差+--

孔径测量重复性++-

垂直度测量示值误差+++

垂直度测量重复性++-

沉渣厚度测量示值误差+++

沉渣厚度测量重复性++-

声波发送电压+++

声时测量准确度+++

幅值准确度+++

接收系统频率响应+++

注：凡须检定的项目用“+”表示，不须检定的项目用“-”表示。

修改为：槽宽测量示值误差、槽宽测量重复性、孔径测量示值误差、孔测量

重复性、垂直度测量示值误差、垂直度测量重复性、声波发送电压、声时测量准

确度、幅值准确度、接收系统频率响应及提升电缆长度误差等11个参数，。如表

3所示。

表3示值误差及重复性要求

检定项目首次检定后续检定使用中检查

通用技术要求+++

槽宽测量示值误差++-

槽宽测量重复性+--

孔径测量示值误差+--

孔径测量重复性++-

垂直度测量示值误差+++

垂直度测量重复性++-

声波发送电压+++

5

声时测量准确度+++

幅值准确度+++

接收系统频率响应+++

注：凡须检定的项目用“+”表示，不须检定的项目用“-”表示。

3、征求意见稿编制阶段

2019年01月~2019年07月，编制征求意见稿，举办征求意见会，征求意见

稿发送检测机构、生产厂家等广泛征求意见。

表4征求意见汇总表

序备

条款号意见内容提出单位处理意见

号注

建议不写孔径（槽宽）测量范围，已经依据征求意

四川升拓有

1.1建议孔（槽）深度写到150m，1MPa见会上专家意见

限公司

对应100m，1.5MPa对应150m。修改此条内容。

上海昌吉地已经依据征求意

孔径：由于超声波检测有盲区，建

2.1质仪器有限见会上专家意见

议测量范围0.5~2m，深度:150m。

公司修改此条内容。

四川升拓有采纳，根据专家

编制说明中解释沉渣检测方法及

限公司、上海意见，将与此项

3.3.1.2所需配套设备。进一步调查是否

昌吉地质仪参数相关内容删

增加沉渣检测这一功能。

器有限公司除。

四川升拓有

建议在“图1仪器工作流程图”中限公司、上海

4.3.2采纳

标出电缆昌吉地质仪

器有限公司

建议以时域计算，建议参考日本四川升拓有

5.5采纳

工况要求，温度要求23±5℃限公司

四川升拓有

建议规定不同泥浆比重下的孔径限公司、上海

6.5.3部分采纳

测量示值误差昌吉地质仪

器有限公司

6

序备

条款号意见内容提出单位处理意见

号注

四川升拓有

未采纳，需要进

咨询会：建议删掉此项目参数。此限公司、上海

7.5.6一步试验数据证

参数为计算结果。昌吉地质仪

明。

器有限公司

四川升拓有

建议删掉“5.7沉渣厚度测量示值限公司、上海

8.5.7采纳

误差”昌吉地质仪

器有限公司

四川升拓有

建议删掉“5.8沉渣厚度测量重复限公司、上海

9.5.8采纳

性”昌吉地质仪

器有限公司

四川升拓有

限公司、上海

10.5.9建议根据标准修改。采纳

昌吉地质仪

器有限公司

建议增加“提升电缆长度误差不得上海昌吉地

11.5.13超过0.2%。（建议每半年自校准一质仪器有限未采纳

次，或根据次数进行自校准）”公司

标准样品：建议做不同泥浆比重

（0/1.1/1.2）下的标准块，在含沙四川升拓有

率4%以下等条件下，测各家仪器限公司、上海

12.6未采纳

的孔径示值误差分别为多少。泥昌吉地质仪

浆可现场配置。标准块大小需进器有限公司

行试验验证。

四川升拓有

表2中，建议删除“沉渣厚度测量

限公司、上海

13.6.2示值误差”、“沉渣厚度测量重复部分采纳

昌吉地质仪

性”，建议增加“电缆长度误差”。

器有限公司

征求意见审查会，将计量性能要求修改为槽宽测量示值误差、槽宽测量重复

性、孔径测量重复性三个指标，修改后内容如下：

1）槽宽测量示值最大允许误差为±0.2%；

2）槽宽测量重复性不大于1mm；

3）孔径测量重复性不大于1mm。

7

四、编制依据

根据超声式成孔质量检测仪使用的实际情况及未来的发展趋势，对行业内

目前的使用范围及需求进行了广泛的调研，了解了该仪器主要需要的计量参数

进行规程制定，本规程确定了主要内容为计量性能要求、通用技术要求、计量器

具检定控制等部分组成。

按照《国家计量检定规程编写规则（JJF1002-2010）》的要求制定超声式成

孔质量检测仪仪规程。在内容与格式上保持一致，规程的具体内容有范围、引用

文件、术语、概述、计量性能要求、通用技术要求、计量器具检定控制（包括检

定条件、检定项目、检定方法、检定结果的处理及检定周期）。

1、范围

本规程适用于超声式成孔质量检测仪的首次检定、后续检定和使用中检查。

编制依据：本章节依据固定的表述方式编制。

2、概述

超声式成孔质量检测仪是用于钻孔灌注桩和地下连续墙成孔成槽质量检测

的设备。

超声式成孔质量检测仪包括超声波探头和记录仪，记录仪由信号放大器、数

据采集及存储模块组成，如图1超声式成孔质量检测仪示意图所示。

12345

图1超声式成孔质量检测仪示意图

1——记录仪外箱；2——记录仪；3——数据线；4——绞车；5——超声波探头

超声式成孔质量检测仪的工作原理是基于超声波反射技术，通过超声波探

8

头收发信号，经记录仪进行信号放大、实时数据采集并处理，同步绘制出各方向

孔、槽壁的形态图。

编制依据：本节按照用途、结构、原理三个部分进行编写，内容均为经过专

家组讨论的结果。

3、计量性能要求

3.1槽宽测量示值误差

槽宽测量示值最大允许误差为±0.2%。

3.2槽宽测量重复性

槽宽测量重复性不大于1mm。

3.3孔径测量重复性

孔径测量重复性不大于1mm。

编制依据：由于公路计量的特点主要是对仪器设备的直接输出量值进行计

量，因此考虑到后续溯源及效率等问题，直接对超声式成孔质量检测仪的直接输

出量值进行要求即可，同时考虑到孔径示值误差和槽宽示值误差参数一样，保留

槽宽示值误差参数即可。

4、通用技术要求

4.1外观

超声式成孔质量检测仪外表不应有明显的损伤、缺陷，紧固部件无松动，用

力晃动仪器内部无异常响动。

4.2铭牌

超声式成孔质量检测仪应有清晰的铭牌，铭牌内容包括仪器名称、型号、制

造厂和出厂编号等。

4.3整机功能

超声式成孔质量检测仪的各操作键及插头应工作可靠，各种操作功能应运

行正常。

编制依据：通用技术要求一般按照外观、铭牌等顺利编制，内容为仪器设备

必不可少的通用技术要求，如有特殊要求的，应增加安全性、可靠性、整机功能

9

等内容。

5、计量器具控制

5.1检定条件

5.1.1检定环境条件

检定环境条件要求如下：

a）环境温度：（23±5）℃；

b）环境湿度：不大于85%RH；

编制依据：超声式成孔质量检测仪检定环境条件的内容是按照仪器设备性

能要求编制，保证超声式成孔质量检测仪和检定器具在此环境下均可正常使用。

5.1.2检定器具

检定器具要求如下：

a）等宽度标准槽组件：宽度0.2m～1m、等直径标准孔组件：直径0.5m～

1.0m；

b）钢卷尺：测量范围0～2m，分度值0.1mm；

编制依据：超声式成孔质量检测仪是用于钻孔灌注桩和地下连续墙成孔成

槽质量检测的设备，因此定做了等宽度标准槽组件和等直径标准孔组件对设备

的性能进行检定校准，直接对设备的槽宽和孔径进行检定校准。

五、主要技术内容

按照《国家计量检定规程编写规则（JJF1002-2010）》的要求制定超声式成

孔质量检测仪规程。在内容与格式上保持一致，规程的具体内容有范围、引用文

件、术语、概述、计量性能要求、通用技术要求、计量器具检定控制（包括检定

条件、检定项目、检定方法、检定结果的处理及检定周期）。

1、计量性能要求

编制组通过文献调研和实地考察，了解了超声式成孔质量检测仪的主要生

产厂家及产品型号，根据超声式成孔质量检测仪的实际情况及大量的实验结果，

确定了计量性能参数，

计量参数的确定主要来源于国内较大厂家仪器的试验数据，武汉中岩科技

10

股份有限公司、武汉长盛工程检测技术开发有限公司和四川升拓检测技术股份

有限公司。具体试验数据见附件1。

3.1槽宽测量示值误差

槽宽测量示值最大允许误差为±0.2%。

3.2槽宽测量重复性

槽宽测量重复性不大于1mm。

3.3孔径测量重复性

孔径测量重复性不大于1mm。

2、通用技术要求

超声式成孔质量检测仪应此节根据专家组意见，将其分为3小节，分别为

5.1外观、5.2铭牌和5.3整机功能。

3、计量器具控制

根据计量性能要求以及通用技术要求，综合考虑了并调研了目前的试验方

法，兼顾现有技术一定程度创新的基础上确定了检定环境条件、检定器具、检定

项目和检定方法等。其中：

检定环境条件要求如下：

a）环境温度：23℃±5℃；

b）环境湿度：不大于80%RH；

c）电源电压：220（1±10%）V，频率50×（1±20%）Hz；

d）检定无影响正常工作的振动、无腐蚀气体和电磁干扰等情况的室内进行。

检定器具：

a）等宽度标准槽组件：宽度0.2m～1m、等直径标准孔组件：直径0.5m～

2.0m；

b）钢卷尺：测量范围0～2m，分度值0.1mm；

4、检定方法如下：

（1）槽宽测量示值误差

试验过程如下：

a）用钢卷尺测量超声探头与标准槽边的距离，选取任意三点重复测量三次；

11

b）计算钢卷尺测量值的算术平均值作为槽宽标准值CK0；

c）安装被检超声式成孔质量检测仪，将探头安置于靠近槽底的位置，确保

探头竖向方向与槽壁竖向方向平行；

d）读取超声式成孔质量检测仪显示的槽宽测量值三次；

e）计算超声式成孔质量检测仪测量值的算术平均值作为槽宽测量值CK1；

f）按公式（1）计算槽宽测量示值误差∆：

CK−CK

∆=10×100%（1）

CK0

式中：

∆——槽宽测量示值误差，mm；

CK1——槽宽测量值，mm；

CK0——槽宽标准值，mm。

（2）槽宽测量重复性

试验过程如下：

a）用钢卷尺测量超声探头与标准槽边的距离，选取任意三点重复测量三次；

b）读取超声式成孔质量检测仪显示槽宽值

퐶퐾1푖，并计算超声式成孔质量检测仪槽宽测量算术平均值퐶퐾̅̅̅̅1̅；

c）按公式（2）计算槽宽测量实验标准差：

∑푛(퐶퐾−퐶퐾̅̅̅̅̅̅)2

푆=√푖=11푖1(2)

퐶퐾푛−1

式中：

푆퐶퐾——槽宽测量实验标准差，mm；

퐶퐾1푖——显示槽宽值，mm，푖=1,2……；

퐶퐾̅̅̅̅1̅——槽宽测量算术平均值，mm；

푛——测量次数，10。

（3）孔径测量重复性

试验过程如下：

a）随机选取某一直径标准孔，安装被检超声式成孔质量检测仪对标准孔直

12

径测量，读取超声式成孔质量检测仪显示孔径值퐾1푖；

b）重复步骤a)10次，并计算超声式成孔质量检测仪孔径测量算术平均值

퐾̅̅1̅；

c）按公式（3）计算孔径测量实验标准差：

∑푛(퐾−퐾̅̅̅̅)2

푆=√푖=11푖1(3)

퐾푛−1

式中：

푆퐾——孔径测量实验标准差，mm；

퐾1푖——显示孔径值퐾1푖，mm，푖=1,2……；

퐾̅̅1̅——孔径测量算术平均值，mm；

푛——测量次数，10。

六、附件

附件1试验验证报告

附件2不确定度分析报告

13

附件1试验验证报告

超声式成孔质量检测仪试验验证报告

一、试验目的

通过对有代表性的计量器具进行试验的方法，验证所制定的《超声式成孔质

量检测仪》检定规程的科学性、合理性和可行性。

二、试验方法

在规程制定过程中，编写组做了大量的试验，为规程的制定积累了充足的试

验数据和经验，使规程得以顺利制定完成。现在，规程已基本制定完成，为验证

其科学性、合理性和可行性，选取市场占有率最大，且最具代表性的不同批次的

超声式成孔质量检测仪，依据制定的检定规程逐条进行试验，并依据规程附录所

提供的检定记录格式出具检定记录（见附录A）。

三、数据分析

规程编写过程中，对超声式成孔质量检测仪计量特性所涉及的具体指标进

行了试验验证。

主要对不同型号不同厂家的设备进行试验验证，试验过程及试验条件依据

本规程，主要对槽宽测量示值误差、槽宽测量重复性、孔径测量重复性进行了试

验，试验步骤及试验数据如下。

（一）槽宽测量示值误差：

槽宽测量示值误差的试验步骤如下：

试验过程如下：

a）用钢卷尺对标准槽某一边长重复测量三次；

b）计算钢卷尺测量值的算术平均值作为槽宽标准值CK0；

c）安装被检超声式成孔质量检测仪，将探头安置于靠近槽底的位置，确保

探头竖向方向与槽壁竖向方向平行；

d）读取超声式成孔质量检测仪显示的槽宽测量值三次；

e）计算超声式成孔质量检测仪测量值的算术平均值作为槽宽标准值CK1；

14

f）按公式（1）计算槽宽测量示值误差∆：

CK−CK

∆=10×100%

CK0

式中：

∆——槽宽测量示值误差；

CK1——槽宽测量值，mm；

CK0——槽宽标准值，mm。

武汉中岩科技股份有限公司的仪器设备及试验过程见图1和图2，槽宽示值

误差试验数据见附件表1。

图1武汉中岩仪器设备

图2试验过程示意图

15

表1武汉中岩科技股份有限公司槽宽示值误差

序号测量值(mm)

1749745746

2745747747

3745747745

平均值(mm)746.3746.3746.0

标准值（mm）746746746

误差(mm)0.04%0.04%0%

由以上试验数据可知，槽宽示值误差均未超过±0.2%。

武汉长盛工程检测技术开发有限公司的仪器设备见图3，槽宽示值误差试验

数据见附件表2。

表2武汉长盛科技股份有限公司槽宽示值误差

卷尺测标准值设备测量显测量值误差(△

量值（CK0）示值(CK1)=CK1-CK0)

mmmmmmmm

665.00665.617

665.60665.616

665.6170.417

A665.20

665.00665.617

530.20531.225

槽宽测量

1530.80531.228

示值误差530.433531.2280.795

B

530.30531.232

1191.601193.623

1191.501193.632

1191.5671193.6252.058

C

1191.601193.620

1768.501768.582

1767.001768.5341.534

16

1766.001768.500

D

1766.501768.520

（二）槽宽测量重复性：

试验步骤如下：

a）取标准槽，安装被检超声式成孔质量检测仪对标准槽测量10次；

b）读取超声式成孔质量检测仪显示槽宽值

퐶퐾1푖，并计算超声式成孔质量检测仪槽宽测量算术平均值퐶퐾̅̅̅̅1̅；

c）按公式（2）计算槽宽测量实验标准差：

∑푛(퐶퐾−퐶퐾̅̅̅̅̅̅)2

푆=√푖=11푖1(2)

퐶퐾푛−1

式中：

푆퐶퐾——槽宽测量实验标准差，mm；

퐶퐾1푖——显示槽宽值，mm，푖=1,2……；

퐶퐾̅̅̅̅1̅——槽宽测量算术平均值，mm；

푛——测量次数，10。

武汉中岩科技股份有限公司的槽宽测量重复性试验数据见附件表3。

表3武汉中岩科技股份有限公司槽宽测量重复性

序号测量值(mm)

1.747745745

2.745747747

3.746745746

4.745746746

5.746745747

6.745746747

7.745745746

8.745747746

17

9.746745746

10.745747745

平均值(mm)745.7745.8746.1

标准差（mm）0.70.90.7

武汉长盛工程检测技术开发有限公司的槽宽测量重复性试验数据见附件表

4。

表4武汉长盛工程检测技术开发有限公司槽宽测量重复性

序

检定试验项目试验测试槽宽检定试验结果

号

mm

测量次数测量值mm

1665.617

2665.617

3665.610

4665.617

5665.617

6656665.617

7665.615

8665.617

9665.617

2槽宽测量重复性10665.617

槽宽测量重复性0.007

1531.225

2531.225

3531.225

4531.225

5315531.223

6531.225

7531.225

8531.225

9531.225

18

10531.225

槽宽测量重复性0.0006

11193.623

21193.620

31193.623

41193.625

51193.620

119361193.623

71193.623

81193.623

91193.623

101193.623

槽宽测量重复性0.0016

11768.582

21768.582

31768.582

41768.582

51768.582

176861768.582

71768.582

81768.582

91768.582

101768.582

槽宽测量重复性0

11559.815

21559.810

单边31559.815

1560x2=312041559.815

51559.815

61559.810

19

71559.825

81559.815

91559.815

101559.815

槽宽测量重复性0.0041

由以上试验数据可知，槽宽测量重复性均未超过1.0mm。

四、试验结论

经验证，本规程所规定的计量性能要求及检定方法能够符合桥梁动态小信

号分析仪的检定要求，各项要求充分、合理，检定方法严谨、可行，规程具备了

科学性、合理性和可行性。依据本规程对超声式成孔质量检测仪进行检定能够保

证超声式成孔质量检测仪计量性能的准确可靠。

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附件2测量不确定度评定报告

《超声式成孔质量检测仪》测量不确定度评定报告

一、概述

本附录对