濟(jì)南市城建集團(tuán)第四分公司

一、設(shè)計(jì)背景

目前混凝土灌注樁施工，傳統(tǒng)施工工藝樁頂高程控制主要使用測(cè)繩和澆筑方量估算。這樣做的優(yōu)點(diǎn)是易于操作，但無(wú)論測(cè)繩控制，還是混凝土澆筑方量控制，都難以做到準(zhǔn)確。在施工過(guò)程中經(jīng)常發(fā)生樁長(zhǎng)過(guò)小或過(guò)大的毛病。樁長(zhǎng)過(guò)小會(huì)造成灌注樁樁身有效長(zhǎng)度不足的質(zhì)量缺陷；樁身超高造成材料浪費(fèi)嚴(yán)重和樁頭破除工作量增加，有的破除樁頭高度甚至達(dá)3米。如何簡(jiǎn)潔、有效地控制灌注樁澆筑時(shí)的樁頂高程，成為亟待解決的問(wèn)題。（見(jiàn)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(cè)量?jī)x的主要材料，長(zhǎng)30cm，直徑8cm，壁厚0.2cm。根據(jù)重力學(xué)特點(diǎn)，測(cè)量?jī)x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(jiàn)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(biāo)出主筋位置，同時(shí)在主筋上標(biāo)出加勁筋位置。然后在水平的工作臺(tái)上，在主筋長(zhǎng)度范同內(nèi)，放好全部加勁筋圈，將兩根主筋伸入加勁筋圈內(nèi)，按鋼筋上所標(biāo)位置的記號(hào)互相對(duì)準(zhǔn)，依次扶正加勁筋并一一焊好，再將其余的主筋穿過(guò)加勁筋圈內(nèi)焊成骨架。（見(jiàn)圖4）

（2）樁孔達(dá)到設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，經(jīng)監(jiān)理工程師檢查有無(wú)縮徑和坍孔現(xiàn)象，確認(rèn)成孔正常立即進(jìn)行鋼筋籠的安裝。（見(jiàn)圖5）

3.導(dǎo)管安裝、二次清孔

（1）安放導(dǎo)管

灌注水下砼采用DN300的螺栓卡式（便于拆裝管）導(dǎo)管（每節(jié)長(zhǎng)度為2.5m，另配有1m和0.5m導(dǎo)管）；導(dǎo)管在使用前和使用過(guò)程中對(duì)其進(jìn)行質(zhì)量檢查（規(guī)格、拼接、過(guò)球、水壓等）；導(dǎo)管連接時(shí)，中間夾有密封圈，連接盤(pán)必須上緊，防止漏氣。吊放時(shí)，使其位置居中、軸線順直，穩(wěn)步沉放，防止掛鋼筋籠和碰撞孔壁。根據(jù)鉆孔實(shí)際總長(zhǎng)確定導(dǎo)管的拼裝長(zhǎng)度。

（2）二次清孔

導(dǎo)管吊放完畢，即進(jìn)行第二次清孔。在導(dǎo)管上端安裝帶連接鋼管的管帽，管帽通過(guò)高壓橡膠管與泥漿泵相連，開(kāi)肩泥漿泵往導(dǎo)管內(nèi)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(fù)核孔底標(biāo)高，判斷是否達(dá)到設(shè)計(jì)和灌注要求。

4.水下混凝土澆筑（見(jiàn)圖6）

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

（2）開(kāi)始灌注時(shí)，應(yīng)保證漏斗灌滿，外加一儲(chǔ)料斗同時(shí)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(guò)程中，隨時(shí)檢查埋管情況（探測(cè)要采用較為準(zhǔn)確的方法和探測(cè)工具）以便及時(shí)拆卸導(dǎo)管（注意提升導(dǎo)管時(shí)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(nèi)，使泥漿含有水泥而變稠，而使測(cè)深不準(zhǔn)確。

（4）每次提升導(dǎo)管應(yīng)記錄灌注砼方量，孔內(nèi)砼表面高度及導(dǎo)管埋深，同時(shí)根據(jù)灌注砼的數(shù)量，計(jì)算校核導(dǎo)管的埋深度與實(shí)測(cè)是否相符，防止誤測(cè)超拔導(dǎo)管而出現(xiàn)斷樁現(xiàn)象；埋管深度控制在2-6m，拆完導(dǎo)管后埋深度必須大于2m。

（5）砼開(kāi)始灌注后，要緊湊、連續(xù)地進(jìn)行，嚴(yán)禁中途停工，必須一次性澆注完畢。最后砼面應(yīng)比設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高高1.5m。

（6）及時(shí)填寫(xiě)《水下砼灌注記錄》，真實(shí)反映灌注情況。

（7）注混凝土同時(shí)留置3組試塊，待測(cè)試時(shí)做混凝土強(qiáng)度試驗(yàn)。

5.施放水下灌注砼高程測(cè)量?jī)x（見(jiàn)圖7）

在水下混凝土即將澆筑至設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高前5分鐘，將高程測(cè)量?jī)x內(nèi)灌注同批次的混凝土，與提前固定好的測(cè)繩連接，放入樁孔泥漿內(nèi)。由于高程測(cè)量?jī)x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(cè)量?jī)x相應(yīng)上浮，觀測(cè)高程測(cè)量?jī)x達(dá)預(yù)定高度時(shí)可暫停澆筑。

6.測(cè)量復(fù)核、澆筑完成

暫停澆筑后，測(cè)量人員迅速對(duì)樁頂高程進(jìn)行復(fù)核。達(dá)標(biāo)準(zhǔn)后即可停止?jié)仓詈蠡炷另斆鎽?yīng)比設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高高1.5m，澆筑完成。

三、成效

采用水下灌注砼高程測(cè)量?jī)x法施工，在澆筑水下混凝土?xí)r，將同條件的混凝土灌入預(yù)制好的高程測(cè)量?jī)x內(nèi)。在混凝土澆筑至設(shè)計(jì)樁頂高程時(shí)，將高程測(cè)量?jī)x放入樁孔內(nèi)，由于泥漿和混凝土的比重不同，高程測(cè)量?jī)x會(huì)隨水下混凝土澆筑而上升。當(dāng)高程測(cè)量?jī)x上升至預(yù)設(shè)高度后，進(jìn)行測(cè)量復(fù)核，合格后停止?jié)仓?。這樣可以保證高程控制準(zhǔn)確，直觀有效，簡(jiǎn)便易行。又可以保證灌注樁有效樁長(zhǎng)，減少混凝土無(wú)謂浪費(fèi)，保證了灌注樁的強(qiáng)度和整體穩(wěn)定性，達(dá)到了施工快捷、節(jié)能高效的良好效果。

四、創(chuàng)新理論

技術(shù)矛盾主要為測(cè)量方法的矛盾，利用TRIZ矛盾矩陣表，轉(zhuǎn)換成TRIZ標(biāo)準(zhǔn)沖突。改善的參數(shù)：監(jiān)控與測(cè)試的困難程度。惡化的參數(shù)：測(cè)試精度。（見(jiàn)圖8）

根據(jù)分割原理在制作水下灌注砼高程測(cè)量?jī)x時(shí)選用薄壁聚乙烯塑料管為主要材料，根據(jù)重力學(xué)特點(diǎn)，測(cè)量?jī)x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?xí)r，為了使高程測(cè)量?jī)x具有較強(qiáng)的適應(yīng)性和多用性，測(cè)量?jī)x后蓋采用套絲連接，使其容易組裝和拆卸，便于對(duì)測(cè)量?jī)x進(jìn)行調(diào)整。（見(jiàn)圖9）

根據(jù)重量補(bǔ)償原理，在澆筑水下混凝土?xí)r，將同條件的混凝土灌入預(yù)制好的高程測(cè)量?jī)x內(nèi)，使得高程測(cè)量?jī)x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(cè)量?jī)x放入樁孔內(nèi)，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(cè)量?jī)x隨之上升。

根據(jù)預(yù)先反作用原理及反饋原理，事先對(duì)高程測(cè)量工具施加向上的拉力，抵消測(cè)量?jī)x本身的重力，同時(shí)根據(jù)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(cè)量?jī)x與測(cè)繩連接，當(dāng)高程測(cè)量?jī)x升至預(yù)設(shè)高度后，進(jìn)行測(cè)量復(fù)核，合格后停止?jié)仓?。這樣可以保證高程控制準(zhǔn)確，直觀有效，簡(jiǎn)便易行。

相比傳統(tǒng)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(huán)境污染。

五、應(yīng)用實(shí)例

工程名稱(chēng)：濟(jì)南市二環(huán)南路建設(shè)工程（東段）第二標(biāo)段

開(kāi)工日期：2014年3月18日

竣工日期：2016年3月18日

工程地點(diǎn)：濟(jì)南市二環(huán)南路西起國(guó)家電網(wǎng)技術(shù)學(xué)院，東至山大南校

實(shí)物工程量：

濟(jì)南市二環(huán)南路西起國(guó)家電網(wǎng)技術(shù)學(xué)院，東至山大南校，道路全長(zhǎng)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(jī)動(dòng)車(chē)道+0.5m中央防撞墻+11.75m機(jī)動(dòng)車(chē)道+0.5m防撞墻。道路紅線寬度55m，其中中央綠化帶7m，兩側(cè)向外依次為11.5m寬機(jī)動(dòng)車(chē)道，2.5m寬機(jī)非分隔綠化帶，5.5m寬非機(jī)動(dòng)車(chē)道，4.5m寬人行道。

路面結(jié)構(gòu)：快車(chē)道結(jié)構(gòu)總厚度為68cm，18cm二灰碎石+2x17cm水泥穩(wěn)定碎石+7cm粗粒+5cm中粒+4cm細(xì)粒；慢車(chē)道結(jié)構(gòu)總厚度為46cm，18cm二灰碎石+18cm水泥穩(wěn)定碎石+6cm中粒+4cm細(xì)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(wěn)定碎石，鑲邊石、立沿石、樹(shù)池石均為石質(zhì)。

建筑面積：快車(chē)道100134m2，慢車(chē)道24530m2，人行道花磚22455m2。

主要構(gòu)筑物數(shù)量：主線箱梁26聯(lián)，匝道2處，墩柱120座，混凝土灌注樁472顆，立沿石26590m。

應(yīng)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(xì)部處理精致，無(wú)障礙設(shè)計(jì)符合規(guī)范要求，路口接順無(wú)積水，構(gòu)筑物內(nèi)清理干凈無(wú)雜物，各種管線貫通，交通設(shè)施齊全，位置準(zhǔn)確?；炷凉嘧毒捎盟鹿嘧㈨鸥叱虦y(cè)量?jī)x工藝施工，灌注樁在混凝土澆筑完成后檢測(cè)，高程偏差±10mm，樁長(zhǎng)偏差±50mm，樁橫截面邊長(zhǎng)偏差±5mm，樁頂平面對(duì)樁縱軸線傾斜偏差（0，+10） mm。樁表面不得出現(xiàn)孔洞、露筋和受力裂縫，樁身頂面平整，樁臺(tái)連接處應(yīng)平順且無(wú)局部修補(bǔ)。通過(guò)檢驗(yàn)評(píng)定。