采用水下混凝土灌注标高定位仪进行标高定位的研究

陈德强

摘要：为提高桩头混凝土面定位精度，减少人为因素对最终测量结果的影响，并可降低劳动强度，节约混凝土及减少环境污染。因此开展对水下混凝土面标高定位仪器的研究，具有重要的意义。

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.

关键词：钻孔灌注桩；定位仪；标高定位

Key words： bored pile；locator；elevation positioning

中图分类号：TU318 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）28-0126-03

0 引言

目前钻孔灌注桩桩头混凝土面标高定位普遍采用的测绳+测锤的方法，为提高桩头混凝土面定位精度，减少人为因素对最终测量结果的影响，并可降低劳动强度。因此开展对水下混凝土面标高定位仪器的研究，是具有国内领先水平的前沿课题，具有重要的意义。

1 主要研究内容

①通过室内和现场试验，测试水下混凝土灌注过程中混凝土、泥浆、浮碴的电阻率、温度、压力等物性参数差异；

②通过超声波现场试验，测试水下混凝土灌注过程中混凝土、泥浆、浮碴的波速波形差异；通过测量实际混凝土面标高值与物性参数的比对，确定敏感特性，由此确定各测量参数的权重系数；

③通过以上试验确定水下混凝土标高定位仪的可实用性。

2 试验方案及方法

2.1 试验方向及设备的确认

根据现有对水下混凝土和浮碴分界手段的了解，初步拟定从温度、压力、电阻、超声波、主动源法等方面入手。组织会议进行讨论，确定试验设备和试验方法。

①测压力仪器确定，首先根据水下混凝土、浮碴的比重试验确定其比重。再统计钻孔桩混凝土面至护筒顶高差h。然后通过现场测量确定泥浆的高度h泥浆，和浮碴的高度h浮碴，最后通过下式计算我们需要准备的压力仪器量程：

最大压力确定后，试验部门应以此为依据进行侧压力仪器的准备和购置。

②测电阻仪器采用DT830型数字万用表。

2.2 测温试验

①测温探头应采用15～50℃范围内高灵敏度的传感器，可直接进行温度读数。测温探头在使用前需进行校核。

②试验前将测温探头用胶布固定于？准43钢管上，探头必须与钢筋（管）进行隔绝处理，防止因金属散热对试验结果造成的影响。按照@200mm间距布设，在1.2m范围内共布置7个探头。各探头引出线末端要进行编号，并记录各探头的位置情况。

③在钻孔桩灌注前，将2根绑有测温探头的探杆固定在护筒上，或当水下混凝土面达到距桩顶标高1.5m的时候，对称放置2根绑有测温探头的探测钢管，使设计桩顶标高位于探头放置段的中心，即桩顶标高处有1个探头，其上下各有3个探头。对探测钢筋（管）进行固定，并作记号，防止其位置发生移动。

④水下混凝土面到达桩顶标高以下1m后，每灌注0.2m对各个探头的温度进行一次观测，记录每个探头的温度变化曲线。

⑤水下混凝土灌注完毕后，即时将探测钢管取出，各个设备清理干净。记录好最终的灌注标高、比对标高，在承台开挖后进行检验。

2.3 测压力试验

①压力测量探头采用顶压和侧压测量两种方式。

②顶压测量探杆制作时，在？准43钢管顶端固定压力探头，其长度应大于护筒顶至桩顶的高差值。使用时直接从地面向下插入，测定泥浆、浮碴、混凝土的顶压力。

③侧压测量探杆制作，试验前将测压力探头用胶布固定于？准43钢管上，按照@200mm间距布设，在1.2m范围内共布置7个探头。各探头引出线末端要进行编号，并记录各探头的位置情况。

④在钻孔桩灌注前，将2根绑有测压力探头的探杆固定在护筒上，当水下混凝土面达到距桩顶标高1.5m的时候，对称放置2根绑有压力探头的探杆，使设计桩顶标高位于探头放置段的中心，即桩顶标高处有1个探头，其上下各有3个探头。对探杆进行固定，并作记号，防止其位置发生移动。

⑤水下混凝土面到达桩顶标高以下1m后，每0.2m对各个探头的压力进行一次观测，记录每个探头的压力变化曲线。

⑥水下混凝土灌注完畢后，即时将探杆取出，各个设备清理干净。记录好最终的灌注标高、比对标高，在承台开挖后进行检验。

2.4 电阻率试验

①电阻率测量探头采用两种方式，一种将微电极安装在探头外部，直接进行测量；另一种是为了防止桩孔中的钢筋笼、灌注导管等金属导体的影响，将微电极安装在探头的内部进行测量。

②电阻率测量探杆制作，试验前将测电阻率探头用胶布固定于？准43钢管上，探头必须与钢筋（管）进行绝缘处理，防止金属导体对试验结果造成的影响。按照@200mm间距布设，在1.2m范围内共布置7个探头。各探头引出线末端要进行编号，并记录各探头的位置情况。

③电阻率测量探杆的放置和测量方法同测温度试验。

2.5 超声波试验

①利用已有声测管，即把原有对称的两根声测管接长至护筒顶以上20cm即可；如设置单独的声测管，则对称于钻孔桩的中心布设两根，声测管底部应低于设计桩顶面标高1～2m，顶部应高于护筒顶以上20cm。

②声测管应与钻孔桩钢筋笼固定，并保证其垂直度，其垂直度偏差控制在1%以内。

③水下混凝土灌注前应将声测管里注清水，顶部用盖子封严或用木塞封闭。

④水下混凝土面到达桩顶标高以下1m时，将声测管盖打开，在两个声测管中分别放入超声波发射和接收探头。

⑤将探头应下到专用测锤测定的密实混凝土面以下30cm，测量出密实混凝土的超声波波速；在将探头提升至专用测锤测定的密实混凝土面以上15cm位置，测量出浮碴的超声波波速，两者进行比对，是否存在差异。测量时应注意超声波发射和接收探头应处于同一水平面上。

2.6 主动源法定位试验

①测定水下混凝土的比重。

②制作发射源浮球，浮球中心为一兵乓球，其内放入发射源，采用下式确定浮球的半径：

r——浮球半徑；

R浮球——浮球的比重，取2g/cm3；

R砼——水下混凝土比重标准值。

当R砼取2.4g/cm3带入上式时，求得浮球半径r=3.64cm。

③浮球的混凝土标号不应低于钻孔桩混凝土标号。

④水下混凝土灌注时，发射源浮球一个与第一斗混凝土一起通过导管灌注入钻孔桩中，另外一个在第一罐混凝土灌注完毕后，从导管外和钢筋笼之间投入钻孔桩内。

⑤水下混凝土灌注完毕后，记录好最终的灌注标高、比对标高，在承台开挖后寻找浮球位置，看是否在密实的混凝土顶面。

⑥如果本次试验成功，可在浮球内放入发射源，进行下一步测距试验。

3 施工数值分析

经过多次现场试验结果表明：

在钻孔灌注桩中泥浆、浮碴和混凝土的分界面上下，电阻率测量值变化不明显，且测量时间持续很长，测量值不稳定等，缺点明显。

在钻孔灌注桩中泥浆、浮碴和混凝土的分界面上下，温度测量值有明显变化，温度变化幅度在1℃～3℃之间。

①压力探头的侧压力测量值在钻孔灌注桩中泥浆、浮碴和混凝土的分界面上下有明显变化。

②超声波在流塑状的泥浆、浮碴和混凝土中的测量值没有变化。

③主动源法的浮球经过多次试验无法准确定位于钻孔灌注桩的浮碴和混凝土的分界面上，因此无法准确定位。

4 水下混凝土灌注标高定位仪的设计

根据试验结果和上海长凯岩土工程有限公司JTG-1B型水下混凝土灌注标高定位仪的定位原理相吻合。因此可采用该公司研制的JTG-1B型水下混凝土灌注标高定位仪进行水下混凝土灌注施工。

4.1 JTG-1B型水下混凝土灌注标高定位仪组成

仪器由孔下测量探管、地面控制仪、不间断电源、声光报警器和电缆绞车组成。

4.2 JTG-1B型水下混凝土灌注标高定位仪的工作方式

探头信号有探头电路采集后通过电缆串行传输到地面控制单元，地面控制单元对信号进行处理和判别。在探管送到孔中测量位置后，控制单元由测量键控制开始接收数据，作为判别用的标准值，以便对随后测量的数据进行比较判别。接受探头的变送信号、进行A/D转换，采用四排四位数码显示模块，分别显示压力、温度；用报警器提示测点温度、压力的异常，报警器由温度、压力两个参数控制。

4.3 JTG-1B型水下混凝土灌注标高定位仪的施工方法

在最后一车混凝土灌注之前的施工方法和使用测锤法是一样的，当使用专用测锤大致测定混凝土顶面标高，确定还需要最后一车混凝土时，将JTG-1B型水下混凝土灌注标高定位仪的测量探管慢慢放入孔内，当报警后通过牵引探管的标有刻度的牵引绳读取深度，即可反算所需的混凝土方量。然后将探管的底部放在设计桩顶标高+50cm的位置（该定位仪的测量误差为20cm），即可灌注剩余的水下混凝土，报警后，立即停灌，结束灌注。

5 结论和建议

水下混凝土灌注标高定位仪采用声光报警装置进行混凝土标高定位，提高了准确性和减少了劳动强度。重要的是使非可视条件下水下混凝土面标高的判定由人为判断改进为数字判断，使判断更加直观，更容易掌握，在技术人员素质不高或者人手不足的工程项目进行推广应用具有重大意义。

参考文献：

[1]张国强，曹惠宾.水下混凝土灌注标高定位研究[J].地质装备，2006，7（2）：33-36.

[2]沈幼文.十年磨一剑，水下砼灌注标高定位智能监测取得技术突破-兼谈发明专利JTG-I水下砼灌注标高定位仪[J].第一届中国国际桩与深基础峰会，2011.

[3]陈艺通.关于桩底后注浆施工技术的应用初探[J]. 河南建材，2015（04）.