樁基混凝土超澆預警裝置的設計與應用

段 景 朝，　郭 中 德，　王 亞 斌

(中國水利水電第五工程局有限公司 第二分局，四川 成都　610225)

樁基混凝土超澆預警裝置的設計與應用

段 景 朝，郭 中 德，王 亞 斌

(中國水利水電第五工程局有限公司 第二分局，四川 成都610225)

摘要：石濟客專項目利用現有成品圓鋼或薄壁鋼管作為主桿件，木板作為底托盤，頂端安裝可調節限位裝置，發明、研制出“樁基混凝土超澆預警裝置”。該預警裝置制作簡單，經濟實用，可實現樁基混凝土澆筑時對頂高程的有效控制。

關鍵詞：超澆預警裝置；高度控制；自動化；超澆；石濟客專

1概述

新建石家莊至濟南鐵路客運專線工程SJZ-2標段線路位于河北省境內，起于晉州市，向東南方向延伸至辛集市，設置辛集南站，標段起始里程為：DK51+213.36～DK79+555.99，正線長度為28.3 km，其中路基長度為2 004.49 m，橋梁26.3 km，共設2座特大橋，橋梁基礎全部為灌注樁，共計7 028根樁基，工程量較大。

根據驗標要求，在鉆孔灌注樁施工過程中，為避免樁頂浮漿對樁基質量造成影響，樁頂混凝土澆筑面高程應高出設計樁頂高程0.5～1 m，以確保設計高程以下樁基的完整性。傳統控制超澆高度主要采用測繩反復測定混凝土頂面距離孔口的深度，但由于測繩測量麻煩、不準確且需要多次反復測定，若工人稍有疏忽將造成樁基超澆高度過大或過小；為準確控制樁頂超澆高度,我們設計制造出一種樁基混凝土超澆預警裝置，有效地保證了樁身混凝土施工質量，同時避免了混凝土不必要的浪費，取得了較好的經濟效益。另外，該裝置由于制作加工簡單且可循環利用，制作成本低，應用過程操作簡便，給現場施工人員帶來了很大的便利，可大大加快樁基灌注施工進度。

2預警裝置的結構與原理

2.1超澆預警裝置的結構

混凝土灌注樁超澆預警裝置由掛鉤、筒壁帶有螺栓的套筒、主桿件、底盤四部分組成。掛鉤由鋼板和φ8鋼筋焊接而成，套筒為直徑30 mm、長200 mm的鋼管，主桿件由φ8鋼筋和圓形木質托盤螺栓連接而成(圖1、2)。

掛鉤焊接在套筒上，套筒位于主桿件的上下兩個圓形托盤之間，主桿件與托盤的連接通過螺母固定。主桿件為φ8螺紋鋼筋，位于主桿件上端的螺母可以在螺紋上移動用以控制主桿件伸出套筒的長度，以便適應不同設計樁頂標高的樁基。

圖1　超澆預警裝置使用示意圖

2.2超澆預警裝置的設計原理

超澆預警裝置放置在鉆孔樁內時，在混凝土灌注過程中只要確保當混凝土面上升到規定的樁頂標高位置時，樁頂的浮漿以及初灌混凝土等混合物會托住超澆預警裝置底盤上浮，在孔口直觀地看出裝置主桿件整體上浮，表明混凝土已經到達要求樁頂的標高，混凝土灌注施工即可停止。超澆預警裝置過重，將會導致預警失效出現不上浮現象，過輕將會導致裝置即刻上浮，不能達到預警效果，具體的超澆預警裝置工作原理見圖3。

圖2　超澆預警裝置結構示意圖

圖3　超澆預警裝置工作原理簡圖

超澆預警裝置總質量的確定是其關鍵。超澆預警裝置的總質量與孔內泥漿和初灌混凝土等混合物的比重、混凝土上涌速度、鉆孔樁孔徑、預警裝置底托盤面積都有直接的關系。確定其總質量的理論設計為：超澆預警裝置主要由鋼筋和圓形木板組合而成，只要保證裝置主桿件在泥漿中不上浮，但浸在混凝土中會上浮就能達到預警的目的。

超澆預警裝置底托盤形狀和面積的確定亦是其關鍵。超澆預警裝置底托盤面積和形狀的確定主要考慮導管外邊緣與鋼筋籠之間空隙的大小和孔內泥漿與初灌混凝土混合物的比重。經過多次現場試驗和修改，將超澆預警裝置底托盤設置成圓形，其不僅能滿足裝置受力需求，還能方便現場人員的施工。該標段根據鋼筋籠與導管的間距，將主桿件底托盤設置為直徑為220 mm的圓形底托盤，其厚度為20 mm，主桿件φ8圓鋼長度為2 m，主桿件上端托盤直徑為35 mm。

3超澆預警裝置的應用

3.1灌注樁施工工藝流程

樁基混凝土施工工藝流程見圖4。

圖4　樁基混凝土施工工藝流程圖

3.2超澆預警裝置的應用

根據樁頂設計高程和護筒頂部高程調節主桿件頂端螺栓位置、確定深入鉆孔樁內主桿件的長度，當樁基混凝土即將澆筑完畢時把超澆預警裝置放入導管與鋼筋籠之間，利用套管上的掛鉤固定到護筒上，當混凝土澆至預定標高時主桿件會出現上浮移動的現象說明其已經達到混凝土澆筑預定樁頂標高。

(1)在樁基灌注前，根據混凝土預澆筑高度計算主桿件有效長度，通過調節主桿件頂部調節螺栓調節主桿件的有效長度，安放時，將支撐套筒水平掛鉤與護桶邊緣固定；

(2)在混凝土灌注過程中，當混凝土面上升到預定的標高位置時，將托起超澆預警裝置底盤帶動超澆預警裝置上浮，當現場澆筑工人發現超澆預警裝置上浮且停止灌注后不再下沉時，表明混凝土已經到達所要求的樁頂標高，混凝土灌注施工即可停止。

4超澆預警裝置施工注意事項

(1)超澆預警裝置制作過程中，因現場情況而異，需根據樁基直徑、鋼筋籠直徑確定主桿件長度、下托盤面積以及固定掛鉤的長度。

(2)嚴格控制混凝土灌注速度，防止因灌注速度過快而導致預警效果不真實。

(3)嚴格控制主桿件鋼筋與木質托盤的比重，否則易造成主桿件太輕或太重而達不到預警效果。

5結語

樁基混凝土超澆預警裝置在石濟客專2標段得到全面應用，標段全線共設7 028根樁基，樁基在灌注過程中全部使用超澆預警裝置，與原有測繩法工藝相比，節約混凝土約9 654 m3，節約成本約289.62萬元，達到了經濟、安全、高效、快捷的效果，受到了業主方、設計和監理單位的一致好評。該超澆預警裝置制作簡單、成本低、使用方便，在行業內具有推廣應用價值。

收稿日期:2016-04-06

中圖分類號:TV553;TV554;TV52

文獻標識碼:B

文章編號:1001-2184(2016)03-0059-02

作者簡介:

段景朝(1982-)，男，河南陜縣人，項目部總工程師，工程師，從事水利、市政、鐵路等工程施工技術工作；

郭中德(1986-)男，河南范縣人，項目工程管理部副主任，助理工程師，學士，從事市政、鐵路等施工技術與管理工作；

王亞斌(1993-)，男，甘肅天水人，技術員，從事鐵路工程施工技術與管理工作.

(責任編輯：李燕輝)