CN105887887A - 水下混凝土灌注桩桩顶高程控制施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种水下混凝土灌注桩桩顶高程控制的施工方法，是借助制作水下灌注砼高程测量仪，浇筑时将高程测量仪放入桩孔内，利用测量仪在泥浆和混凝土中的浮力不同，高程测量仪随水下混凝土浇筑而上升，达至预设高度后测量复核，合格后停止浇筑。高程测量仪采用特制薄壁聚乙烯塑料管为主要材料，根据重力学特点，测量仪底部制作成锥形，后盖采用套丝连接，涂刷醒目的防锈漆。本发明能有效解决桩顶高程控制的难题，直观有效，简便易行。同时保证了灌注桩有效桩长，减少混凝土无谓浪费，保证了灌注桩的强度和整体稳定性，达到了施工快捷、节能高效的良好效果，有推广价值。

Description

水下混凝土灌注桩桩顶高程控制施工方法

技术领域

本发明涉及一种水下混凝土灌注桩桩顶高程控制施工方法,适用于桥梁水下混凝土灌注桩施工。

背景技术

目前混凝土灌注桩施工传统施工工艺桩顶高程控制主要使用测绳和浇筑方量估算，这样做的优点是操作熟练，但是无论测绳控制还是混凝土浇筑方量控制都不能做到准确，在施工过程中经常发生桩长过小或过大的毛病，过小会造成灌注桩桩身有效长度不足的质量缺陷；桩身超高造成材料浪费严重和桩头破除工作量增加，有的破除桩头高度甚至达3米，使得如何简洁、有效的控制灌注桩浇筑时的桩顶高程成为函待解决的问题。

济南城建集团针对以上问题开展技术攻关，调整施工工艺，经过现场实践，总结了水下灌注砼高程测量仪控制灌注桩高程施工方法，解决了灌注桩施工过程中高程控制困难、桩长过大或过小的质量通病。灌注桩的强度和整体稳定性方面有显著提高。

发明内容

本发明为了弥补现有技术的不足，提供一种缩短施工周期、克服质量通病的水下混凝土灌注桩桩顶高程控制施工方法。

本发明的目的是按以下方式实现的：

一种水下混凝土灌注桩桩顶高程控制施工方法,其特征在于，借助水下灌注砼高程测量仪，在浇筑水下混凝土时，将同条件的混凝土灌入预制好的高程测量仪内，使得高程测量仪的自重略低于同体积混凝土重量，泥浆的比重为1.1mg/mm3，混凝土的比重为2.4mg/mm3，高程控制器比重大于泥浆比重，而又略低于混凝土的比重，高程测量仪的自重大于其在泥浆中的的浮力又略小于其在混凝土中的浮力，故将高程测量仪放入桩孔内，其位置正好位于泥浆与水下混凝土交界处，利用测量仪在泥浆和混凝土中的浮力不同，随水下混凝土浇筑，高程测量仪随之上升，当升至预设高度后，进行测量复核，合格后停止浇筑。

施工步骤如下：施工准备→制作水下灌注砼高程测量仪→灌注桩成孔验收→钢筋笼安装→导管安装→二次清孔→复核孔底标高→水下混凝土浇筑→将同批次混凝土灌入高程测量仪内→控制测量、导管提升→浇筑至设计标高→施放水下灌注砼高程测量仪→浇筑混凝土至高出设计桩顶0.5～1m→随时观测高程测量仪上浮情况→达预定高度→ 测量复核→浇筑完成→检查验收→围护养护。

本发明的水下混凝土灌注桩桩顶高程控制施工方法所用的高程测量仪, 其特征在于，采用薄壁聚乙烯塑料管为主要材料，根据重力学特点，测量仪底部制作成锥形，后盖采用螺纹连接，后盖上固定有吊鼻，整体涂刷醒目的防锈漆层。

高程测量仪，长30cm，直径8cm,壁厚0.2cm。

本发明的有益效果是：

采用水下灌注砼高程测量仪法施工，在浇筑水下混凝土时，将同条件的混凝土灌入预制好的高程测量仪内，在混凝土浇筑至设计桩顶高程时，将高程测量仪放入桩孔内，由于泥浆和混凝土的比重不同，高程测量仪会随水下混凝土浇筑而上升，当高程测量仪上升至预设高度后，进行测量复核，合格后停止浇筑。与传统工艺相比较能有效解决桩顶高程控制的难题，这样可以保证高程控制准确，直观有效，简便易行。又可以保证灌注桩有效桩长，减少混凝土无谓浪费，保证了灌注桩的强度和整体稳定性，达到了施工快捷、节能高效的良好效果。获得建设单位充分肯定，社会效益显著。

附图说明

图1是水下灌注砼高程测量仪示意图；图2是钢筋笼示意图。

图中，1筒体，2后盖，3吊鼻，4锥形，6主筋，5加劲筋，7加强箍。

具体实施方式

参照说明书附图对本发明的方法作以下详细的说明。

一种水下混凝土灌注桩桩顶高程控制施工方法,借助水下灌注砼高程测量仪，在浇筑水下混凝土时，将同条件的混凝土灌入预制好的高程测量仪内，使得高程测量仪的自重略低于同体积混凝土重量，泥浆的比重为1.1mg/mm3，混凝土的比重为2.4mg/mm3，高程控制器比重大于泥浆比重，而又略低于混凝土的比重，高程测量仪的自重大于其在泥浆中的的浮力又略小于其在混凝土中的浮力，故将高程测量仪放入桩孔内，其位置正好位于泥浆与水下混凝土交界处，利用测量仪在泥浆和混凝土中的浮力不同，随水下混凝土浇筑，高程测量仪随之上升，当升至预设高度后，进行测量复核，合格后停止浇筑。

施工步骤如下：施工准备→制作水下灌注砼高程测量仪→灌注桩成孔验收→钢筋笼安装→导管安装→二次清孔→复核孔底标高→水下混凝土浇筑→将同批次混凝土灌入高程测量仪内→控制测量、导管提升→浇筑至设计标高→施放水下灌注砼高程测量仪→浇筑混凝土至高出设计桩顶0.5～1m→随时观测高程测量仪上浮情况→达预定高度→ 测量复核→浇筑完成→检查验收→围护养护。

关键技术：1、导管吊放完毕，要进行第二次清孔，清孔后要检查其沉渣厚度，复核孔底标高，报经监理工程师验收，做好水下灌注砼的施工准备。

2、高程测量仪内灌入的混凝土需为同批浇筑的混凝土，这样可以保证控制器内外混凝土比重一致。

3、施放高程测量仪的时间控制在混凝土浇筑至设计标高时，太早影响振捣效果，太迟则起不到控制桩顶高程的作用。

4、施工过程中测量复核要及时、准确。浇筑完成后要及时清理高程控制器内的混凝土，下次可重复利用。

5、高程测量仪,采用特制薄壁聚乙烯塑料管为主要材料，根据重力学特点，测量仪筒体1底部制作成锥形4，后盖2采用螺纹连接，后盖上固定有吊鼻3，整体涂刷醒目的防锈漆层。

6、高程测量仪，长30cm，直径8cm,壁厚0.2cm。

技术指标：桩表面不得出现孔洞、露筋和受力裂缝。桩身表面无蜂窝、麻面和超过0.15mm的收缩裂缝。桩身顶面应平整，桩台连接处应平顺且无局部修补。

适用范围：本发明的施工方法宜在桥梁水下混凝土灌注桩施工中采用。

该项目研究的目的意义：采用传统工艺控制水下混凝土灌注桩桩顶高程，施工速度慢，经常出现桩长过小或过大现象。水下灌注砼高程测量仪控制灌注桩高程施工方法，解决了灌注桩施工过程中高程控制困难、桩长过大或过小的质量通病。灌注桩的强度和整体稳定性方面有显著提高。既缩短了工期，也保证了工程质量，同时降低施工成本。该工艺比传统工艺比较，具有良好的社会效益和经济效益，在桥梁灌注桩施工中有推广价值。

已应用和推广的情况：

该工法在济南市二环南路建设工程、西客站德州路桥梁工程应用，经设计单位、监理单位现场验收，灌注桩桩顶高程控制较好，桩身表面无蜂窝、麻面和超过0.15mm的收缩裂缝。桩身顶面平整，桩台连接处平顺。符合桥梁桩基验收标准，保证了灌注桩的整体结构稳定性，达到了桩身完好、高程准确的良好效果。在桥梁混凝土灌注桩工程中有广阔的应用空间，有推广价值。

施工准备

1）、钢筋笼安放完毕，经检查合格；

2）、材料已准备齐全，经现场复试符合施工要求；

3）、二次清孔完毕，检查其沉渣厚度，复核孔底标高，达到设计和灌注要求；

制作水下灌注砼高程测量仪

选用薄壁聚乙烯塑料管作为制作水下灌注砼高程测量仪的主要材料，长30cm，直径8cm,壁厚0.2cm,根据重力学特点，测量仪底部制作成锥形，后盖采用套丝连接，涂刷醒目的防锈漆，制作完成后备用。

钢筋笼安装

1）钢筋笼制作

①钢筋的加工在现场钢筋制作场进行，钢筋制安按图按规范要求进行，焊条的使用应符合规范要求。

钢筋笼包括若干条竖直方向的主筋6和焊接在主筋上的螺旋形加劲筋5，钢筋笼呈圆筒形；主筋上间隔一定高度焊接一圈加强箍7；

②钢筋笼采用加劲筋成型法，照钢筋骨架的外径尺寸制一块样板，将加劲筋围绕样板弯制成加劲筋圈。在加劲筋圈上标出主筋位置，同时在主筋上标出加劲筋位置。然后在水平的工作台上，在主筋长度范围内，放好全部加劲筋圈，将两根主筋伸入加劲筋圈内，按钢筋上所标位置的记号互相对准，依次扶正加劲筋并一一焊好，再将其余的主筋穿过加劲筋圈内焊成骨架。

③按施工的实际桩长下料，依桩的长度及运输能力来确定分段制作长度，分段长度不宜大于20m，并根据需要适当增加加强箍，以保证钢筋笼运输和吊装时不致变形。

④钢笼制作完成后，经监理工程师检查符合设计要求后，存放于专用存放场地内。

2）钢筋笼存放与运输

①钢筋笼制作完成后存放于平整、干燥的场地上。

②钢筋笼运输采用人力炮车运输，运输过程中采用钢筋笼内用可靠的内支撑加固的方法防止钢筋笼在运输过程中发生变形。

3）钢筋笼安装

桩孔达到设计及规范要求，经监理工程师检查有无缩径和坍孔现象，确认成孔正常立即进行钢筋笼的安装。

①钢笼制作验收后运抵桩位处，成孔验收第一次清孔后，利用汽车式起重机把钢筋笼吊入桩孔。

②为了钢筋笼起吊时不变形，采用两点吊，吊放钢筋笼入桩井孔时，下落速度要均匀，钢笼要居中，切勿碰撞孔壁。

③钢筋笼落到设计标高后，将其校正在桩中心位置并固定。

导管安装、二次清孔

1）安放导管

灌注水下砼采用DN300的螺栓卡式(便于拆装管)导管(每节长度为2.5m，另配有1m和0.5m导管)；导管在使用前和使用过程中对其进行质量检查(规格、拼接、过球、水压等)；导管连接时，中间夹有密封圈,连接盘必须上紧，防止漏气；吊放时，使其位置居中、轴线顺直，稳步沉放，防止挂钢筋笼和碰撞孔壁。根据钻孔实际总长确定导管的拼装长度。

2）二次清孔

导管吊放完毕，即进行第二次清孔。在导管上端安装带连接钢管的管帽，管帽通过高压橡胶管与泥浆泵相连，开启泥浆泵往导管内加灌高压水，使沉淀在孔底的沉渣漂流，清孔后要检查其沉渣厚度，复核孔底标高，判断是否达到设计和灌注要求。

水下混凝土浇筑

1）砼采用商品砼：要有良好的和易性和流动性；砼的坍落度控制在200mm～220mm；为了延长砼的初凝时间，可加入缓凝剂。

2）开始灌注时，应保证漏斗灌满，外加一储料斗同时下落，保证第一次下料后埋管1m以上；初灌完毕后立即检查埋管情况。

初灌量计算式V=h1*π*d2/4+Hc*π*D2/4

V—漏斗和储料斗容量(m3)

h1—孔内混凝土高度达到Hc时导管内混凝土与导管外水压平衡所需高度(m) h1=Hw*γw/γc

Hc—钻孔初次灌注需要的混凝土至孔底的高度(一般取1.3-1.5m)

Hw—孔内水面至初次灌注需要的混凝土面高度(m)

D—钻孔设计直径(m)

d—导管内直径(m)

w—孔内泥浆的容重(t/m3)

γc—混凝土拌和物的容重(t/m3)

3）灌注过程中随时检查埋管情况(探测要采用较为准确的方法和探测工具)以便及时拆卸导管(注意提升导管时避免卡挂钢筋笼和起吊工具的能力、施工安全)，要防止混凝土拌和物从漏斗顶溢出或从漏斗外掉入孔内，使泥浆含有水泥而变稠，而使测深不准确。

4）每次提升导管应记录灌注砼方量，孔内砼表面高度及导管埋深，同时根据灌注砼的数量，计算校核导管的埋深度与实测是否相符，防止误测超拔导管而出现断桩现象；埋管深度控制在2～6m，拆完导管后埋深度必须大于2m。

5）砼开始灌注后，要紧凑地、连续地进行，严禁中途停工，必须一次性浇注完毕；最后砼面应比设计桩顶标高高1.5m。

6）及时填写《水下砼灌注记录》，真实反映灌注情况。

7）注混凝土同时留置3组试块，待测试时做混凝土强度试验。

施放水下灌注砼高程测量仪

在水下混凝土即将浇筑至设计桩顶标高前5分钟，将高程测量仪内灌注同批次的混凝土，与提前固定好的测绳连接，放入桩孔泥浆内，由于高程测量仪的比重与混凝土比重基本相同，随着水下混凝土的不断浇筑，高程测量仪相应上浮，观测高程测量仪达预定高度时可暂停浇筑。

测量复核、浇筑完成

暂停浇筑后，测量人员迅速对桩顶高程进行复核，达标准后即可停止浇筑，最后混凝土顶面面应比设计桩顶标高高1.5m。浇筑完成。

检查验收

每完成一颗桩，项目部进行自检。用水准仪、水平尺及钢尺进行检查验收，记录误差值，确保每一颗桩的桩长、桩横截面边长及桩顶平面对桩纵轴线倾斜满足设计及规范要求。

围护养护

混凝土初凝后在表面洒水并覆盖麻袋或土工布，养护时间不小于7d；养护期间由专人进行交通管制，采取防护或封闭措施。

Claims (6)

1.一种水下混凝土灌注桩桩顶高程控制施工方法,其特征在于，借助水下灌注砼高程测量仪，在浇筑水下混凝土时，将同条件的混凝土灌入预制好的高程测量仪内，使得高程测量仪的自重略低于同体积混凝土重量，泥浆的比重为1.1mg/mm3，混凝土的比重为2.4mg/mm3，高程控制器比重大于泥浆比重，而又略低于混凝土的比重，高程测量仪的自重大于其在泥浆中的的浮力又略小于其在混凝土中的浮力，故将高程测量仪放入桩孔内，其位置正好位于泥浆与水下混凝土交界处，利用测量仪在泥浆和混凝土中的浮力不同，随水下混凝土浇筑，高程测量仪随之上升，当升至预设高度后，进行测量复核，合格后停止浇筑；

施工步骤如下：施工准备→制作水下灌注砼高程测量仪→灌注桩成孔验收→钢筋笼安装→导管安装→二次清孔→复核孔底标高→水下混凝土浇筑→将同批次混凝土灌入高程测量仪内→控制测量、导管提升→浇筑至设计标高→施放水下灌注砼高程测量仪→浇筑混凝土至高出设计桩顶0.5～1m→随时观测高程测量仪上浮情况→达预定高度→ 测量复核→浇筑完成→检查验收→围护养护。

2. 根据权利要求1所述的水下混凝土灌注桩桩顶高程控制施工方法, 其特征在于，具体步骤如下：

一、施工准备

二、制作水下灌注砼高程测量仪

选用薄壁聚乙烯塑料管作为制作水下灌注砼高程测量仪的主要材料，根据重力学特点，测量仪底部制作成锥形，后盖采用套丝连接，涂刷醒目的防锈漆，制作完成后备用；

三、钢筋笼安装

1）钢筋笼制作

钢筋笼包括若干条竖直方向的主筋和焊接在主筋上的螺旋形加劲筋，钢筋笼呈圆筒形；主筋上间隔一定高度焊接一圈加强箍；

钢筋笼采用加劲筋成型法，照钢筋骨架的外径尺寸制一块样板，将加劲筋围绕样板弯制成加劲筋圈；在加劲筋圈上标出主筋位置，同时在主筋上标出加劲筋位置；然后在水平的工作台上，在主筋长度范围内，放好全部加劲筋圈，将两根主筋伸入加劲筋圈内，按钢筋上所标位置的记号互相对准，依次扶正加劲筋并一一焊好，再将其余的主筋穿过加劲筋圈内焊成骨架；

钢筋笼的材料按施工的实际桩长下料，依桩的长度及运输能力来确定分段制作长度，分段长度不宜大于20m，并根据需要适当增加加强箍，以保证钢筋笼运输和吊装时不致变形；

2）钢筋笼存放与运输

①钢筋笼制作完成后存放于平整、干燥的场地上；

②钢筋笼运输采用人力炮车运输，运输过程中采用钢筋笼内用可靠的内支撑加固的方法防止钢筋笼在运输过程中发生变形；

3）钢筋笼安装

桩孔达到设计及规范要求，经监理工程师检查有无缩径和坍孔现象，确认成孔正常立即进行钢筋笼的安装；

①钢笼制作验收后运抵桩位处，成孔验收第一次清孔后，利用汽车式起重机把钢筋笼吊入桩孔；

②为了钢筋笼起吊时不变形，采用两点吊，吊放钢筋笼入桩井孔时，下落速度要均匀，钢笼要居中，切勿碰撞孔壁；

③钢筋笼落到设计标高后，将其校正在桩中心位置并固定；

四、导管安装、二次清孔

1）安放导管

灌注水下砼采用DN300的螺栓卡式导管，导管每节长度为2.5m，另配有1m和0.5m导管；导管在使用前和使用过程中对其进行质量检查，检查其规格、拼接、过球、水压；导管连接时，中间夹有密封圈,连接盘必须上紧，防止漏气；吊放时，使其位置居中、轴线顺直，稳步沉放，防止挂钢筋笼和碰撞孔壁；根据钻孔实际总长确定导管的拼装长度；

2）二次清孔

导管吊放完毕，即进行第二次清孔；在导管上端安装带连接钢管的管帽，管帽通过高压橡胶管与泥浆泵相连，开启泥浆泵往导管内加灌高压水，使沉淀在孔底的沉渣漂流，清孔后要检查其沉渣厚度，复核孔底标高，判断是否达到设计和灌注要求；

五、水下混凝土浇筑

1）砼采用商品砼：要有良好的和易性和流动性；砼的坍落度控制在200mm～220mm；为了延长砼的初凝时间，可加入缓凝剂；

2）开始灌注时，应保证漏斗灌满，外加一储料斗同时下落，保证第一次下料后埋管1m以上；初灌完毕后立即检查埋管情况；

初灌量计算式V=h1*π*d2/4+Hc*π*D2/4

V—漏斗和储料斗容量(m3)

h1—孔内混凝土高度达到Hc时导管内混凝土与导管外水压平衡所需高度(m) h1=Hw*γw/γc

Hc—钻孔初次灌注需要的混凝土至孔底的高度(一般取1.3-1.5m)

Hw—孔内水面至初次灌注需要的混凝土面高度(m)

D—钻孔设计直径(m)

d—导管内直径(m)

w—孔内泥浆的容重(t/m3)

γc—混凝土拌和物的容重(t/m3)

3）灌注过程中随时检查埋管情况以便及时拆卸导管，注意提升导管时避免卡挂钢筋笼，要防止混凝土拌和物从漏斗顶溢出或从漏斗外掉入孔内，使泥浆含有水泥而变稠，而使测深不准确；

4）每次提升导管应记录灌注砼方量，孔内砼表面高度及导管埋深，同时根据灌注砼的数量，计算校核导管的埋深度与实测是否相符，防止误测超拔导管而出现断桩现象；埋管深度控制在2～6m，拆完导管后埋深度必须大于2m；

5）砼开始灌注后，要紧凑地、连续地进行，严禁中途停工，必须一次性浇注完毕；最后砼面应比设计桩顶标高高1.5m；

6）及时填写《水下砼灌注记录》，真实反映灌注情况；

7）注混凝土同时留置3组试块，待测试时做混凝土强度试验；

六、施放水下灌注砼高程测量仪

在水下混凝土即将浇筑至设计桩顶标高前5分钟，将高程测量仪内灌注同批次的混凝土，与提前固定好的测绳连接，放入桩孔泥浆内，由于高程测量仪的比重与混凝土比重基本相同，随着水下混凝土的不断浇筑，高程测量仪相应上浮，观测高程测量仪达预定高度时可暂停浇筑；

七、测量复核、浇筑完成

暂停浇筑后，测量人员迅速对桩顶高程进行复核，达标准后即可停止浇筑，最后混凝土顶面面应比设计桩顶标高高1.5m；浇筑完成；

八、检查验收

每完成一颗桩，进行自检；用水准仪、水平尺及钢尺进行检查验收，记录误差值，确保每一颗桩的桩长、桩横截面边长及桩顶平面对桩纵轴线倾斜满足设计及规范要求；

九、围护养护

混凝土初凝后在表面洒水并覆盖麻袋或土工布，养护时间不小于7d；养护期间由专人进行交通管制，采取防护或封闭措施。

3.根据权利要求1或2所述的水下混凝土灌注桩桩顶高程控制施工方法, 其特征在于，施放高程测量仪的时间控制在混凝土浇筑至设计标高时，太早影响振捣效果，太迟则起不到控制桩顶高程的作用。

4.根据权利要求1或2所述的水下混凝土灌注桩桩顶高程控制施工方法，其特征在于，高程测量仪内灌入的混凝土需为同批浇筑的混凝土，这样可以保证控制器内外混凝土比重一致。

5.一种权利要求1所述的水下混凝土灌注桩桩顶高程控制施工方法所用的高程测量仪, 其特征在于，采用薄壁聚乙烯塑料管为主要材料，根据重力学特点，测量仪底部制作成锥形，后盖采用螺纹连接，后盖上固定有吊鼻，整体涂刷醒目的防锈漆层。

6.根据权利要求5所述的水下混凝土灌注桩桩顶高程控制施工方法所用的高程测量仪，其特征在于，长30cm，直径8cm,壁厚0.2cm。