水下灌注砼高程測量儀工工法

濟南市城建集團第四分公司

一、設計背景

目前混凝土灌注樁施工，傳統施工工藝樁頂高程控制主要使用測繩和澆筑方量估算。這樣做的優點是易于操作，但無論測繩控制，還是混凝土澆筑方量控制，都難以做到準確。在施工過程中經常發生樁長過小或過大的毛病。樁長過小會造成灌注樁樁身有效長度不足的質量缺陷；樁身超高造成材料浪費嚴重和樁頭破除工作量增加，有的破除樁頭高度甚至達3米。如何簡潔、有效地控制灌注樁澆筑時的樁頂高程，成為亟待解決的問題。（見圖1、圖2）

二、施工程序及方法

1.選用薄壁聚乙烯塑料管作為制作水下灌注砼高程測量儀的主要材料，長30cm，直徑8cm，壁厚0.2cm。根據重力學特點，測量儀底部制作成錐形，后蓋采用套絲連接，涂刷醒目的防銹漆，制作完成后備用。（見圖3）

2.鋼筋籠安裝

（1）鋼筋籠采用加勁筋成型法，按鋼筋骨架的外徑尺寸制一塊樣板，將加勁筋圍繞樣板彎制成加勁筋圈。在加勁筋圈上標出主筋位置，同時在主筋上標出加勁筋位置。然后在水平的工作臺上，在主筋長度范同內，放好全部加勁筋圈，將兩根主筋伸入加勁筋圈內，按鋼筋上所標位置的記號互相對準，依次扶正加勁筋并一一焊好，再將其余的主筋穿過加勁筋圈內焊成骨架。（見圖4）

（2）樁孔達到設計及規范要求，經監理工程師檢查有無縮徑和坍孔現象，確認成孔正常立即進行鋼筋籠的安裝。（見圖5）

3.導管安裝、二次清孔

（1）安放導管

灌注水下砼采用DN300的螺栓卡式（便于拆裝管）導管（每節長度為2.5m，另配有1m和0.5m導管）；導管在使用前和使用過程中對其進行質量檢查（規格、拼接、過球、水壓等）；導管連接時，中間夾有密封圈，連接盤必須上緊，防止漏氣。吊放時，使其位置居中、軸線順直，穩步沉放，防止掛鋼筋籠和碰撞孔壁。根據鉆孔實際總長確定導管的拼裝長度。

（2）二次清孔

導管吊放完畢，即進行第二次清孔。在導管上端安裝帶連接鋼管的管帽，管帽通過高壓橡膠管與泥漿泵相連，開肩泥漿泵往導管內加灌高壓水，使沉淀在孔底的沉渣漂流。清孔后要檢查其沉渣厚度，復核孔底標高，判斷是否達到設計和灌注要求。

4.水下混凝土澆筑（見圖6）

（1）砼采用商品砼：要有良好的和易性和流動性；砼的坍落度控制在200mm-220mm；為了延長砼的初凝時間，可加入緩凝劑。

（2）開始灌注時，應保證漏斗灌滿，外加一儲料斗同時下落，保證第一次下料后埋管1m以上；初濯完畢后立即檢查埋管情況。

（3）灌注過程中，隨時檢查埋管情況（探測要采用較為準確的方法和探測工具）以便及時拆卸導管（注意提升導管時避免卡掛鋼筋籠和起吊工具的能力、施工安全），要防止混凝土拌和物從漏斗頂溢出或從漏斗外掉入孔內，使泥漿含有水泥而變稠，而使測深不準確。

（4）每次提升導管應記錄灌注砼方量，孔內砼表面高度及導管埋深，同時根據灌注砼的數量，計算校核導管的埋深度與實測是否相符，防止誤測超拔導管而出現斷樁現象；埋管深度控制在2-6m，拆完導管后埋深度必須大于2m。

（5）砼開始灌注后，要緊湊、連續地進行，嚴禁中途停工，必須一次性澆注完畢。最后砼面應比設計樁頂標高高1.5m。

（6）及時填寫《水下砼灌注記錄》，真實反映灌注情況。

（7）注混凝土同時留置3組試塊，待測試時做混凝土強度試驗。

5.施放水下灌注砼高程測量儀（見圖7）

在水下混凝土即將澆筑至設計樁頂標高前5分鐘，將高程測量儀內灌注同批次的混凝土，與提前固定好的測繩連接，放入樁孔泥漿內。由于高程測量儀的比重與混凝土比重基本相同，隨著水下混凝土的不斷澆筑，高程測量儀相應上浮，觀測高程測量儀達預定高度時可暫停澆筑。

6.測量復核、澆筑完成

暫停澆筑后，測量人員迅速對樁頂高程進行復核。達標準后即可停止澆筑，最后混凝土頂面應比設計樁頂標高高1.5m，澆筑完成。

三、成效

采用水下灌注砼高程測量儀法施工，在澆筑水下混凝土時，將同條件的混凝土灌入預制好的高程測量儀內。在混凝土澆筑至設計樁頂高程時，將高程測量儀放入樁孔內，由于泥漿和混凝土的比重不同，高程測量儀會隨水下混凝土澆筑而上升。當高程測量儀上升至預設高度后，進行測量復核，合格后停止澆筑。這樣可以保證高程控制準確，直觀有效，簡便易行。又可以保證灌注樁有效樁長，減少混凝土無謂浪費，保證了灌注樁的強度和整體穩定性，達到了施工快捷、節能高效的良好效果。

四、創新理論

技術矛盾主要為測量方法的矛盾，利用TRIZ矛盾矩陣表，轉換成TRIZ標準沖突。改善的參數：監控與測試的困難程度。惡化的參數：測試精度。（見圖8）

根據分割原理在制作水下灌注砼高程測量儀時選用薄壁聚乙烯塑料管為主要材料，根據重力學特點，測量儀底部制作成錐形，后蓋采用套絲連接，涂刷醒曰的防銹漆，制作完成后備用。在澆筑水下混凝土時，為了使高程測量儀具有較強的適應性和多用性，測量儀后蓋采用套絲連接，使其容易組裝和拆卸，便于對測量儀進行調整。（見圖9）

根據重量補償原理，在澆筑水下混凝土時，將同條件的混凝土灌入預制好的高程測量儀內，使得高程測量儀的自重大于其在泥漿中的的浮力，又略小于其在混凝土中的浮力，故將高程測量儀放入樁孔內，其位置正好位于泥漿與水下混凝土交界處，隨水下混凝土澆筑，高程測量儀隨之上升。

根據預先反作用原理及反饋原理，事先對高程測量工具施加向上的拉力，抵消測量儀本身的重力，同時根據反饋原理，為反映出水下灌注砼高程，故將水下灌注砼高程測量儀與測繩連接，當高程測量儀升至預設高度后，進行測量復核，合格后停止澆筑。這樣可以保證高程控制準確，直觀有效，簡便易行。

相比傳統施工工藝，本方法提高了灌注樁樁頂高程控制精度，縮短了工期，降低了工程成本，降低環境污染。

五、應用實例

工程名稱：濟南市二環南路建設工程（東段）第二標段

開工日期：2014年3月18日

竣工日期：2016年3月18日

工程地點：濟南市二環南路西起國家電網技術學院，東至山大南校

實物工程量：

濟南市二環南路西起國家電網技術學院，東至山大南校，道路全長2558m。

斷面形式：高架橋采用整體式一塊板斷面。橋面寬25m，具體為0.5m防撞墻+11.75m機動車道+0.5m中央防撞墻+11.75m機動車道+0.5m防撞墻。道路紅線寬度55m，其中中央綠化帶7m，兩側向外依次為11.5m寬機動車道，2.5m寬機非分隔綠化帶，5.5m寬非機動車道，4.5m寬人行道。

路面結構：快車道結構總厚度為68cm，18cm二灰碎石+2x17cm水泥穩定碎石+7cm粗粒+5cm中粒+4cm細粒；慢車道結構總厚度為46cm，18cm二灰碎石+18cm水泥穩定碎石+6cm中粒+4cm細粒；人行道面層為8cm彩色水泥花磚+2cm水泥砂漿找平層+18cm水泥穩定碎石，鑲邊石、立沿石、樹池石均為石質。

建筑面積：快車道100134m2，慢車道24530m2，人行道花磚22455m2。

主要構筑物數量：主線箱梁26聯，匝道2處，墩柱120座，混凝土灌注樁472顆，立沿石26590m。

應用效果：

道路線型直順美觀，路拱飽滿，路面平整，雨水斗、立沿石與路面接順，細部處理精致，無障礙設計符合規范要求，路口接順無積水，構筑物內清理干凈無雜物，各種管線貫通，交通設施齊全，位置準確。混凝土灌注樁均采用水下灌注砼高程測量儀工藝施工，灌注樁在混凝土澆筑完成后檢測，高程偏差±10mm，樁長偏差±50mm，樁橫截面邊長偏差±5mm，樁頂平面對樁縱軸線傾斜偏差（0，+10） mm。樁表面不得出現孔洞、露筋和受力裂縫，樁身頂面平整，樁臺連接處應平順且無局部修補。通過檢驗評定。