混凝土灌注桩桩头标高探测装置研发与应用

杨宏宇

摘要：结合珠三角城际新白广铁路余家庄水库特大桥、荔湖城特大桥、荔湖城高架站混凝土灌注桩施工实例，进行了混凝土灌注桩施工技术研究。混凝土灌注桩桩头标高探测装置，具有结构简单、成本低、省时、易维修、低故障率、环保、方便携带的特点，探测钻孔混凝土灌注桩桩头标高时探测人员所见既所得，可以摄像、照相留存，施工钻孔混凝土灌注桩超灌混凝土合格率、误判率百分之百，节省大量桩头凿除、桩头接长、基坑开挖费用，广泛用在各种钻孔混凝土灌注桩桩头标高探测施工中，对类似工程施工具有一定的借鉴意义。

关键词：灌注桩;标高;探测装置

1 引言

随着我国通过基建拉动GDP形势的大气候，各类桥梁、港口码头、楼房等大型建筑越来越多，钻孔灌注桩是建筑的主要基础形式之一。钻孔桩成桩多采用水下混凝土灌注工艺，为保证桩顶质量，通常都将混凝土超灌出桩顶设计标高0.8～1.0m，在基坑开挖后再凿除超灌部分。由于灌注过程中孔内充满泥浆，不可视的工作环境造成地面上探测人员无法直视桩顶混凝土标高，从而导致混凝土超灌浪费及欠灌桩头质量不合格现象发生。长期以来，现场极大部分探测人员采取测锤加测绳及竹竿插入孔内凭经验、手感判定桩顶混凝土标高，无法准确量化桩顶混凝土标高，并且现场探测人员为了防止欠灌造成桩顶混凝土质量不合格现象发生，往往均采取超灌做法。探测人员的经验良莠不齐，在经验判断不准的情况下超灌出桩顶设计标高有时会达到2～4m，给下步基础开挖、桩头凿除造成极大的困难和极大浪费。为了克服上述现有技术凭经验、手感判定无法准确量化桩顶混凝土标高施工难题，结合施工需求研发了一种钻孔混凝土灌注桩桩头标高探测装置，结构简单、成本低、省时、易维修、低故障率、低误判率、极易上手、节能环保，减少浪费，降低水下混凝土灌注桩施工成本的装置。

2 工程概况

珠三角新白广城际铁路位于广州市，我部承建的余家庄水库特大桥、荔湖城特大桥、荔湖城车站，钻孔灌注桩共计1890根，以上的钻孔灌注桩施工中，通过自行研制的混凝土灌注桩桩头标高探测装置，有效的防止混凝土超灌、欠灌等不良现象。

3 混凝土灌注桩桩头标高探测装置设计及原理

3.1探测装置的组成

混凝土灌注桩桩头标高探测装置，该装置包括智能手机，智能手机通过WIFI与WIFI手机内窥镜连接，带长短刻度传输图像数据线带内窥摄像头，WIFI手机内窥镜摄像头与中空螺栓胶接成一整体旋进多边形垂球的螺纹中，多边形垂球上的可视窗口用疏水疏油纳米涂层的光学玻璃封堵。钻孔混凝土灌注桩桩头标高探测装置正面示意图见图3.1。

3.2探测装置的加工

将12cm高左右的多边形垂球及中空螺栓交机械加工作坊加工，将疏水疏油纳米涂层光学玻璃视窗交眼镜店加工，从市场购买带需要长度的视频线及2cm～10cm焦距的内窥镜，然后胶接、栓接组装该装置。

3.3探测装置的工作原理

该装置的工作原理是利用中空多边形垂球自重下潜到钻孔桩的泥浆及混凝土中，通过观察内窥镜拍摄的画面颜色变化分辨泥浆与混凝土，再通过视频线的进入泥浆孔的长度反求钻孔桩桩顶标高。

4 混凝土灌注桩桩头标高探测流程及操作要点

4.1混凝土灌注桩桩头标高探测流程

探测前工具及技术准备→现场探测→工具清洗。

4.2探测前工具及技术准备

（1）收集混凝土灌注桩护筒顶标高及桩顶设计标高，求出桩顶混凝土达到设计标高后视频线（垂球线）从护筒顶到桩顶的长度。

（2）检查内窥镜的充电及充电电池是否电量饱满及光学玻璃视窗是否干净，检查疏水疏油涂层是否有效。

4.3现场探测

（1）确定尾盘混凝土方量

待钻孔灌注桩灌注混凝土的方量与设计方量相比还差1～2立方时，暂停钻孔灌注桩灌注混凝土，将多边形垂球徐徐放入钻孔中，此时通过监视器观察到的图像是泥浆的颜色，继续将多边形垂球徐徐向钻孔下垂放，待监视器观察到的泥浆颜色变成混凝土颜色时，停止下放多边形垂球，此时多边形垂球已经进入混凝土一部分。为了更加精确的测量桩顶混凝土标高及计算尾盘混凝土方量，此时将多边形垂球以上下20cm的幅度快速提放5～6次，如果监视器观察的颜色还是混凝土颜色，此时将多边形垂球放置到第一次停止位置以上20cm处，再重复将多边形垂球以上下20cm的幅度快速提放5～6次，直到监视器观察的颜色变成泥浆颜色停止提放动作，此时的桩顶混凝土标高为护筒顶标高-视频线刻度长度-10cm左右，根据桩顶设计标高与实际探测标高的差值、钻孔桩的桩径计算尾盘混凝土方量。

（2）將多边形垂球提出钻孔桩外并清洗多边形垂球，尤其可视窗口。

（3）灌注尾盘混凝土。

（4）探测最终钻孔灌注桩桩顶混凝土标高。

再次将多边形垂球徐徐放入钻孔中，按照（1）的操作方法探测桩顶混凝土最终标高，当计算的桩顶混凝土最终标高与桩顶超灌混凝土设计标高相比差别在20～30cm时即可结束钻孔灌注桩混凝土灌注。

4.4工具清洗

清洗钻孔混凝土灌注桩桩头标高探测装置，下次备用。

4.5质量控制要点

（1）当钻孔桩孔径1.0m及以下时，一个探测点就可以。当钻孔桩孔径大于1.0m时，每增加0.5m孔径增加一个探测点，一个孔中多点探测时取桩顶混凝土标高最低值。

（2）经常保养该装置，尤其光学视窗上的疏水疏油涂层确保有效。

（3）当观察到的图像呈混凝土颜色时，可以结合下放多边形垂球手感相互佐证多边形垂球是否进入到桩顶混凝土。

5 结论

灌注桩桩头标高探测装置具有结构简单、成本低、省时、易维修、低故障率、环保、方便携带的特点，探测钻孔混凝土灌注桩桩头标高时探测人员所见既所得，可以摄像、照相留存，施工钻孔混凝土灌注桩超灌混凝土合格率、误判率百分之百，节省大量桩头凿除、桩头接长、基坑开挖费用，广泛用在各种钻孔混凝土灌注桩桩头标高探测施工中，对类似工程施工具有一定的借鉴意义。

（作者单位：中铁十二局集团第四工程有限公司）