采用水下混凝土灌注標高定位儀進行標高定位的研究

陳德強

摘要：為提高樁頭混凝土面定位精度，減少人為因素對最終測量結(jié)果的影響，并可降低勞動強度，節(jié)約混凝土及減少環(huán)境污染。因此開展對水下混凝土面標高定位儀器的研究，具有重要的意義。

Abstract： In order to improve the positioning accuracy of the concrete surface of the pile head， reduce the influence of human factors on the final measurement results， and reduce the labor intensity， save concrete and reduce environmental pollution，it is of great significance to carry out research on the underwater concrete surface elevation leveling instrument.

關(guān)鍵詞：鉆孔灌注樁；定位儀；標高定位

Key words： bored pile；locator；elevation positioning

中圖分類號：TU318 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）28-0126-03

0 引言

目前鉆孔灌注樁樁頭混凝土面標高定位普遍采用的測繩+測錘的方法，為提高樁頭混凝土面定位精度，減少人為因素對最終測量結(jié)果的影響，并可降低勞動強度。因此開展對水下混凝土面標高定位儀器的研究，是具有國內(nèi)領(lǐng)先水平的前沿課題，具有重要的意義。

1 主要研究內(nèi)容

①通過室內(nèi)和現(xiàn)場試驗，測試水下混凝土灌注過程中混凝土、泥漿、浮碴的電阻率、溫度、壓力等物性參數(shù)差異；

②通過超聲波現(xiàn)場試驗，測試水下混凝土灌注過程中混凝土、泥漿、浮碴的波速波形差異；通過測量實際混凝土面標高值與物性參數(shù)的比對，確定敏感特性，由此確定各測量參數(shù)的權(quán)重系數(shù)；

③通過以上試驗確定水下混凝土標高定位儀的可實用性。

2 試驗方案及方法

2.1 試驗方向及設(shè)備的確認

根據(jù)現(xiàn)有對水下混凝土和浮碴分界手段的了解，初步擬定從溫度、壓力、電阻、超聲波、主動源法等方面入手。組織會議進行討論，確定試驗設(shè)備和試驗方法。

①測壓力儀器確定，首先根據(jù)水下混凝土、浮碴的比重試驗確定其比重。再統(tǒng)計鉆孔樁混凝土面至護筒頂高差h。然后通過現(xiàn)場測量確定泥漿的高度h泥漿，和浮碴的高度h浮碴，最后通過下式計算我們需要準備的壓力儀器量程：

最大壓力確定后，試驗部門應(yīng)以此為依據(jù)進行側(cè)壓力儀器的準備和購置。

②測電阻儀器采用DT830型數(shù)字萬用表。

2.2 測溫試驗

①測溫探頭應(yīng)采用15～50℃范圍內(nèi)高靈敏度的傳感器，可直接進行溫度讀數(shù)。測溫探頭在使用前需進行校核。

②試驗前將測溫探頭用膠布固定于？準43鋼管上，探頭必須與鋼筋（管）進行隔絕處理，防止因金屬散熱對試驗結(jié)果造成的影響。按照@200mm間距布設(shè)，在1.2m范圍內(nèi)共布置7個探頭。各探頭引出線末端要進行編號，并記錄各探頭的位置情況。

③在鉆孔樁灌注前，將2根綁有測溫探頭的探桿固定在護筒上，或當水下混凝土面達到距樁頂標高1.5m的時候，對稱放置2根綁有測溫探頭的探測鋼管，使設(shè)計樁頂標高位于探頭放置段的中心，即樁頂標高處有1個探頭，其上下各有3個探頭。對探測鋼筋（管）進行固定，并作記號，防止其位置發(fā)生移動。

④水下混凝土面到達樁頂標高以下1m后，每灌注0.2m對各個探頭的溫度進行一次觀測，記錄每個探頭的溫度變化曲線。

⑤水下混凝土灌注完畢后，即時將探測鋼管取出，各個設(shè)備清理干凈。記錄好最終的灌注標高、比對標高，在承臺開挖后進行檢驗。

2.3 測壓力試驗

①壓力測量探頭采用頂壓和側(cè)壓測量兩種方式。

②頂壓測量探桿制作時，在？準43鋼管頂端固定壓力探頭，其長度應(yīng)大于護筒頂至樁頂?shù)母卟钪?。使用時直接從地面向下插入，測定泥漿、浮碴、混凝土的頂壓力。

③側(cè)壓測量探桿制作，試驗前將測壓力探頭用膠布固定于？準43鋼管上，按照@200mm間距布設(shè)，在1.2m范圍內(nèi)共布置7個探頭。各探頭引出線末端要進行編號，并記錄各探頭的位置情況。

④在鉆孔樁灌注前，將2根綁有測壓力探頭的探桿固定在護筒上，當水下混凝土面達到距樁頂標高1.5m的時候，對稱放置2根綁有壓力探頭的探桿，使設(shè)計樁頂標高位于探頭放置段的中心，即樁頂標高處有1個探頭，其上下各有3個探頭。對探桿進行固定，并作記號，防止其位置發(fā)生移動。

⑤水下混凝土面到達樁頂標高以下1m后，每0.2m對各個探頭的壓力進行一次觀測，記錄每個探頭的壓力變化曲線。

⑥水下混凝土灌注完畢后，即時將探桿取出，各個設(shè)備清理干凈。記錄好最終的灌注標高、比對標高，在承臺開挖后進行檢驗。

2.4 電阻率試驗

①電阻率測量探頭采用兩種方式，一種將微電極安裝在探頭外部，直接進行測量；另一種是為了防止樁孔中的鋼筋籠、灌注導管等金屬導體的影響，將微電極安裝在探頭的內(nèi)部進行測量。

②電阻率測量探桿制作，試驗前將測電阻率探頭用膠布固定于？準43鋼管上，探頭必須與鋼筋（管）進行絕緣處理，防止金屬導體對試驗結(jié)果造成的影響。按照@200mm間距布設(shè)，在1.2m范圍內(nèi)共布置7個探頭。各探頭引出線末端要進行編號，并記錄各探頭的位置情況。

③電阻率測量探桿的放置和測量方法同測溫度試驗。

2.5 超聲波試驗

①利用已有聲測管，即把原有對稱的兩根聲測管接長至護筒頂以上20cm即可；如設(shè)置單獨的聲測管，則對稱于鉆孔樁的中心布設(shè)兩根，聲測管底部應(yīng)低于設(shè)計樁頂面標高1～2m，頂部應(yīng)高于護筒頂以上20cm。

②聲測管應(yīng)與鉆孔樁鋼筋籠固定，并保證其垂直度，其垂直度偏差控制在1%以內(nèi)。

③水下混凝土灌注前應(yīng)將聲測管里注清水，頂部用蓋子封嚴或用木塞封閉。

④水下混凝土面到達樁頂標高以下1m時，將聲測管蓋打開，在兩個聲測管中分別放入超聲波發(fā)射和接收探頭。

⑤將探頭應(yīng)下到專用測錘測定的密實混凝土面以下30cm，測量出密實混凝土的超聲波波速；在將探頭提升至專用測錘測定的密實混凝土面以上15cm位置，測量出浮碴的超聲波波速，兩者進行比對，是否存在差異。測量時應(yīng)注意超聲波發(fā)射和接收探頭應(yīng)處于同一水平面上。

2.6 主動源法定位試驗

①測定水下混凝土的比重。

②制作發(fā)射源浮球，浮球中心為一兵乓球，其內(nèi)放入發(fā)射源，采用下式確定浮球的半徑：

r——浮球半徑；

R浮球——浮球的比重，取2g/cm3；

R砼——水下混凝土比重標準值。

當R砼取2.4g/cm3帶入上式時，求得浮球半徑r=3.64cm。

③浮球的混凝土標號不應(yīng)低于鉆孔樁混凝土標號。

④水下混凝土灌注時，發(fā)射源浮球一個與第一斗混凝土一起通過導管灌注入鉆孔樁中，另外一個在第一罐混凝土灌注完畢后，從導管外和鋼筋籠之間投入鉆孔樁內(nèi)。

⑤水下混凝土灌注完畢后，記錄好最終的灌注標高、比對標高，在承臺開挖后尋找浮球位置，看是否在密實的混凝土頂面。

⑥如果本次試驗成功，可在浮球內(nèi)放入發(fā)射源，進行下一步測距試驗。

3 施工數(shù)值分析

經(jīng)過多次現(xiàn)場試驗結(jié)果表明：

在鉆孔灌注樁中泥漿、浮碴和混凝土的分界面上下，電阻率測量值變化不明顯，且測量時間持續(xù)很長，測量值不穩(wěn)定等，缺點明顯。

在鉆孔灌注樁中泥漿、浮碴和混凝土的分界面上下，溫度測量值有明顯變化，溫度變化幅度在1℃～3℃之間。

①壓力探頭的側(cè)壓力測量值在鉆孔灌注樁中泥漿、浮碴和混凝土的分界面上下有明顯變化。

②超聲波在流塑狀的泥漿、浮碴和混凝土中的測量值沒有變化。

③主動源法的浮球經(jīng)過多次試驗無法準確定位于鉆孔灌注樁的浮碴和混凝土的分界面上，因此無法準確定位。

4 水下混凝土灌注標高定位儀的設(shè)計

根據(jù)試驗結(jié)果和上海長凱巖土工程有限公司JTG-1B型水下混凝土灌注標高定位儀的定位原理相吻合。因此可采用該公司研制的JTG-1B型水下混凝土灌注標高定位儀進行水下混凝土灌注施工。

4.1 JTG-1B型水下混凝土灌注標高定位儀組成

儀器由孔下測量探管、地面控制儀、不間斷電源、聲光報警器和電纜絞車組成。

4.2 JTG-1B型水下混凝土灌注標高定位儀的工作方式

探頭信號有探頭電路采集后通過電纜串行傳輸?shù)降孛婵刂茊卧?，地面控制單元對信號進行處理和判別。在探管送到孔中測量位置后，控制單元由測量鍵控制開始接收數(shù)據(jù)，作為判別用的標準值，以便對隨后測量的數(shù)據(jù)進行比較判別。接受探頭的變送信號、進行A/D轉(zhuǎn)換，采用四排四位數(shù)碼顯示模塊，分別顯示壓力、溫度；用報警器提示測點溫度、壓力的異常，報警器由溫度、壓力兩個參數(shù)控制。

4.3 JTG-1B型水下混凝土灌注標高定位儀的施工方法

在最后一車混凝土灌注之前的施工方法和使用測錘法是一樣的，當使用專用測錘大致測定混凝土頂面標高，確定還需要最后一車混凝土時，將JTG-1B型水下混凝土灌注標高定位儀的測量探管慢慢放入孔內(nèi)，當報警后通過牽引探管的標有刻度的牽引繩讀取深度，即可反算所需的混凝土方量。然后將探管的底部放在設(shè)計樁頂標高+50cm的位置（該定位儀的測量誤差為20cm），即可灌注剩余的水下混凝土，報警后，立即停灌，結(jié)束灌注。

5 結(jié)論和建議

水下混凝土灌注標高定位儀采用聲光報警裝置進行混凝土標高定位，提高了準確性和減少了勞動強度。重要的是使非可視條件下水下混凝土面標高的判定由人為判斷改進為數(shù)字判斷，使判斷更加直觀，更容易掌握，在技術(shù)人員素質(zhì)不高或者人手不足的工程項目進行推廣應(yīng)用具有重大意義。

參考文獻：

[1]張國強，曹惠賓.水下混凝土灌注標高定位研究[J].地質(zhì)裝備，2006，7（2）：33-36.

[2]沈幼文.十年磨一劍，水下砼灌注標高定位智能監(jiān)測取得技術(shù)突破-兼談發(fā)明專利JTG-I水下砼灌注標高定位儀[J].第一屆中國國際樁與深基礎(chǔ)峰會，2011.

[3]陳藝通.關(guān)于樁底后注漿施工技術(shù)的應(yīng)用初探[J]. 河南建材，2015（04）.