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一、设计背景
目前混凝土灌注桩施工，传统施工工艺桩顶高程控制主要使用测绳和浇筑方量估算。这样做的优点是易于操作，但无论测绳控制，还是混凝土浇筑方量控制，都难以做到准确。在施工过程中经常发生桩长过小或过大的毛病。桩长过小会造成灌注桩桩身有效长度不足的质量缺陷；桩身超高造成材料浪费严重和桩头破除工作量增加，有的破除桩头高度甚至达3米。如何简洁、有效地控制灌注桩浇筑时的桩顶高程，成为亟待解决的问题。（见图1、图2）
二、施工程序及方法
1.选用薄壁聚乙烯塑料管作为制作水下灌注砼高程测量仪的主要材料，长30cm，直径8cm，壁厚0.2cm。根据重力学特点，测量仪底部制作成锥形，后盖采用套丝连接，涂刷醒目的防锈漆，制作完成后备用。（见图3）
2.钢筋笼安装
（1）钢筋笼采用加劲筋成型法，按钢筋骨架的外径尺寸制一块样板，将加劲筋围绕样板弯制成加劲筋圈。在加劲筋圈上标出主筋位置，同时在主筋上标出加劲筋位置。然后在水平的工作台上，在主筋长度范同内，放好全部加劲筋圈，将两根主筋伸入加劲筋圈内，按钢筋上所标位置的记号互相对准，依次扶正加劲筋并一一焊好，再将其余的主筋穿过加劲筋圈内焊成骨架。（见图4）
（2）桩孔达到设计及规范要求，经监理工程师检查有无缩径和坍孔现象，确认成孔正常立即进行钢筋笼的安装。（见图5）
3.导管安装、二次清孔
（1）安放导管
灌注水下砼采用DN300的螺栓卡式（便于拆装管）导管（每节长度为2.5m，另配有1m和0.5m导管）；导管在使用前和使用过程中对其进行质量检查（规格、拼接、过球、水压等）；导管连接时，中间夹有密封圈，连接盘必须上紧，防止漏气。吊放时，使其位置居中、轴线顺直，稳步沉放，防止挂钢筋笼和碰撞孔壁。根据钻孔实际总长确定导管的拼装长度。
（2）二次清孔
导管吊放完毕，即进行第二次清孔。在导管上端安装带连接钢管的管帽，管帽通过高压橡胶管与泥浆泵相连，开肩泥浆泵往导管内加灌高压水，使沉淀在孔底的沉渣漂流。清孔后要检查其沉渣厚度，复核孔底标高，判断是否达到设计和灌注要求。
4.水下混凝土浇筑（见图6）
（1）砼采用商品砼：要有良好的和易性和流动性；砼的坍落度控制在200mm-220mm；为了延长砼的初凝时间，可加入缓凝剂。
（2）开始灌注时，应保证漏斗灌满，外加一储料斗同时下落，保证第一次下料后埋管1m以上；初濯完毕后立即检查埋管情况。
（3）灌注过程中，随时检查埋管情况（探测要采用较为准确的方法和探测工具）以便及时拆卸导管（注意提升导管时避免卡挂钢筋笼和起吊工具的能力、施工安全），要防止混凝土拌和物从漏斗顶溢出或从漏斗外掉入孔内，使泥浆含有水泥而变稠，而使测深不准确。
（4）每次提升导管应记录灌注砼方量，孔内砼表面高度及导管埋深，同时根据灌注砼的数量，计算校核导管的埋深度与实测是否相符，防止误测超拔导管而出现断桩现象；埋管深度控制在2-6m，拆完导管后埋深度必须大于2m。
（5）砼開始灌注后，要紧凑、连续地进行，严禁中途停工，必须一次性浇注完毕。最后砼面应比设计桩顶标高高1.5m。
（6）及时填写《水下砼灌注记录》，真实反映灌注情况。
（7）注混凝土同时留置3组试块，待测试时做混凝土强度试验。
5.施放水下灌注砼高程测量仪（见图7）
在水下混凝土即将浇筑至设计桩顶标高前5分钟，将高程测量仪内灌注同批次的混凝土，与提前固定好的测绳连接，放入桩孔泥浆内。由于高程测量仪的比重与混凝土比重基本相同，随着水下混凝土的不断浇筑，高程测量仪相应上浮，观测高程测量仪达预定高度时可暂停浇筑。
6.测量复核、浇筑完成
暂停浇筑后，测量人员迅速对桩顶高程进行复核。达标准后即可停止浇筑，最后混凝土顶面应比设计桩顶标高高1.5m，浇筑完成。
三、成效
采用水下灌注砼高程测量仪法施工，在浇筑水下混凝土时，将同条件的混凝土灌入预制好的高程测量仪内。在混凝土浇筑至设计桩顶高程时，将高程测量仪放入桩孔内，由于泥浆和混凝土的比重不同，高程测量仪会随水下混凝土浇筑而上升。当高程测量仪上升至预设高度后，进行测量复核，合格后停止浇筑。这样可以保证高程控制准确，直观有效，简便易行。又可以保证灌注桩有效桩长，减少混凝土无谓浪费，保证了灌注桩的强度和整体稳定性，达到了施工快捷、节能高效的良好效果。
四、创新理论
技术矛盾主要为测量方法的矛盾，利用TRIZ矛盾矩阵表，转换成TRIZ标准冲突。改善的参数：监控与测试的困难程度。恶化的参数：测试精度。（见图8）
根据分割原理在制作水下灌注砼高程测量仪时选用薄壁聚乙烯塑料管为主要材料，根据重力学特点，测量仪底部制作成锥形，后盖采用套丝连接，涂刷醒曰的防锈漆，制作完成后备用。在浇筑水下混凝土时，为了使高程测量仪具有较强的适应性和多用性，测量仪后盖采用套丝连接，使其容易组装和拆卸，便于对测量仪进行调整。（见图9）
根据重量补偿原理，在浇筑水下混凝土时，将同条件的混凝土灌入预制好的高程测量仪内，使得高程测量仪的自重大于其在泥浆中的的浮力，又略小于其在混凝土中的浮力，故将高程测量仪放入桩孔内，其位置正好位于泥浆与水下混凝土交界处，随水下混凝土浇筑，高程测量仪随之上升。
根据预先反作用原理及反馈原理，事先对高程测量工具施加向上的拉力，抵消测量仪本身的重力，同时根据反馈原理，为反映出水下灌注砼高程，故将水下灌注砼高程测量仪与测绳连接，当高程测量仪升至预设高度后，进行测量复核，合格后停止浇筑。这样可以保证高程控制准确，直观有效，简便易行。
相比传统施工工艺，本方法提高了灌注桩桩顶高程控制精度，缩短了工期，降低了工程成本，降低环境污染。
五、应用实例
工程名称：济南市二环南路建设工程（东段）第二标段
开工日期：2014年3月18日
竣工日期：2016年3月18日
工程地点：济南市二环南路西起国家电网技术学院，东至山大南校
实物工程量：
济南市二环南路西起国家电网技术学院，东至山大南校，道路全长2558m。
断面形式：高架桥采用整体式一块板断面。桥面宽25m，具体为0.5m防撞墙+11.75m机动车道+0.5m中央防撞墙+11.75m机动车道+0.5m防撞墙。道路红线宽度55m，其中中央绿化带7m，两侧向外依次为11.5m宽机动车道，2.5m宽机非分隔绿化带，5.5m宽非机动车道，4.5m宽人行道。
路面结构：快车道结构总厚度为68cm，18cm二灰碎石+2x17cm水泥稳定碎石+7cm粗粒+5cm中粒+4cm细粒；慢车道结构总厚度为46cm，18cm二灰碎石+18cm水泥稳定碎石+6cm中粒+4cm细粒；人行道面层为8cm彩色水泥花砖+2cm水泥砂浆找平层+18cm水泥稳定碎石，镶边石、立沿石、树池石均为石质。
建筑面积：快车道100134m2，慢车道24530m2，人行道花砖22455m2。
主要构筑物数量：主线箱梁26联，匝道2处，墩柱120座，混凝土灌注桩472颗，立沿石26590m。
应用效果：
道路线型直顺美观，路拱饱满，路面平整，雨水斗、立沿石与路面接顺，细部处理精致，无障碍设计符合规范要求，路口接顺无积水，构筑物内清理干净无杂物，各种管线贯通，交通设施齐全，位置准确。混凝土灌注桩均采用水下灌注砼高程测量仪工艺施工，灌注桩在混凝土浇筑完成后检测，高程偏差±10mm，桩长偏差±50mm，桩横截面边长偏差±5mm，桩顶平面对桩纵轴线倾斜偏差（0，+10） mm。桩表面不得出现孔洞、露筋和受力裂缝，桩身顶面平整，桩台连接处应平顺且无局部修补。通过检验评定。
目前混凝土灌注桩施工，传统施工工艺桩顶高程控制主要使用测绳和浇筑方量估算。这样做的优点是易于操作，但无论测绳控制，还是混凝土浇筑方量控制，都难以做到准确。在施工过程中经常发生桩长过小或过大的毛病。桩长过小会造成灌注桩桩身有效长度不足的质量缺陷；桩身超高造成材料浪费严重和桩头破除工作量增加，有的破除桩头高度甚至达3米。如何简洁、有效地控制灌注桩浇筑时的桩顶高程，成为亟待解决的问题。（见图1、图2）
二、施工程序及方法
1.选用薄壁聚乙烯塑料管作为制作水下灌注砼高程测量仪的主要材料，长30cm，直径8cm，壁厚0.2cm。根据重力学特点，测量仪底部制作成锥形，后盖采用套丝连接，涂刷醒目的防锈漆，制作完成后备用。（见图3）
2.钢筋笼安装
（1）钢筋笼采用加劲筋成型法，按钢筋骨架的外径尺寸制一块样板，将加劲筋围绕样板弯制成加劲筋圈。在加劲筋圈上标出主筋位置，同时在主筋上标出加劲筋位置。然后在水平的工作台上，在主筋长度范同内，放好全部加劲筋圈，将两根主筋伸入加劲筋圈内，按钢筋上所标位置的记号互相对准，依次扶正加劲筋并一一焊好，再将其余的主筋穿过加劲筋圈内焊成骨架。（见图4）
（2）桩孔达到设计及规范要求，经监理工程师检查有无缩径和坍孔现象，确认成孔正常立即进行钢筋笼的安装。（见图5）
3.导管安装、二次清孔
（1）安放导管
灌注水下砼采用DN300的螺栓卡式（便于拆装管）导管（每节长度为2.5m，另配有1m和0.5m导管）；导管在使用前和使用过程中对其进行质量检查（规格、拼接、过球、水压等）；导管连接时，中间夹有密封圈，连接盘必须上紧，防止漏气。吊放时，使其位置居中、轴线顺直，稳步沉放，防止挂钢筋笼和碰撞孔壁。根据钻孔实际总长确定导管的拼装长度。
（2）二次清孔
导管吊放完毕，即进行第二次清孔。在导管上端安装带连接钢管的管帽，管帽通过高压橡胶管与泥浆泵相连，开肩泥浆泵往导管内加灌高压水，使沉淀在孔底的沉渣漂流。清孔后要检查其沉渣厚度，复核孔底标高，判断是否达到设计和灌注要求。
4.水下混凝土浇筑（见图6）
（1）砼采用商品砼：要有良好的和易性和流动性；砼的坍落度控制在200mm-220mm；为了延长砼的初凝时间，可加入缓凝剂。
（2）开始灌注时，应保证漏斗灌满，外加一储料斗同时下落，保证第一次下料后埋管1m以上；初濯完毕后立即检查埋管情况。
（3）灌注过程中，随时检查埋管情况（探测要采用较为准确的方法和探测工具）以便及时拆卸导管（注意提升导管时避免卡挂钢筋笼和起吊工具的能力、施工安全），要防止混凝土拌和物从漏斗顶溢出或从漏斗外掉入孔内，使泥浆含有水泥而变稠，而使测深不准确。
（4）每次提升导管应记录灌注砼方量，孔内砼表面高度及导管埋深，同时根据灌注砼的数量，计算校核导管的埋深度与实测是否相符，防止误测超拔导管而出现断桩现象；埋管深度控制在2-6m，拆完导管后埋深度必须大于2m。
（5）砼開始灌注后，要紧凑、连续地进行，严禁中途停工，必须一次性浇注完毕。最后砼面应比设计桩顶标高高1.5m。
（6）及时填写《水下砼灌注记录》，真实反映灌注情况。
（7）注混凝土同时留置3组试块，待测试时做混凝土强度试验。
5.施放水下灌注砼高程测量仪（见图7）
在水下混凝土即将浇筑至设计桩顶标高前5分钟，将高程测量仪内灌注同批次的混凝土，与提前固定好的测绳连接，放入桩孔泥浆内。由于高程测量仪的比重与混凝土比重基本相同，随着水下混凝土的不断浇筑，高程测量仪相应上浮，观测高程测量仪达预定高度时可暂停浇筑。
6.测量复核、浇筑完成
暂停浇筑后，测量人员迅速对桩顶高程进行复核。达标准后即可停止浇筑，最后混凝土顶面应比设计桩顶标高高1.5m，浇筑完成。
三、成效
采用水下灌注砼高程测量仪法施工，在浇筑水下混凝土时，将同条件的混凝土灌入预制好的高程测量仪内。在混凝土浇筑至设计桩顶高程时，将高程测量仪放入桩孔内，由于泥浆和混凝土的比重不同，高程测量仪会随水下混凝土浇筑而上升。当高程测量仪上升至预设高度后，进行测量复核，合格后停止浇筑。这样可以保证高程控制准确，直观有效，简便易行。又可以保证灌注桩有效桩长，减少混凝土无谓浪费，保证了灌注桩的强度和整体稳定性，达到了施工快捷、节能高效的良好效果。
四、创新理论
技术矛盾主要为测量方法的矛盾，利用TRIZ矛盾矩阵表，转换成TRIZ标准冲突。改善的参数：监控与测试的困难程度。恶化的参数：测试精度。（见图8）
根据分割原理在制作水下灌注砼高程测量仪时选用薄壁聚乙烯塑料管为主要材料，根据重力学特点，测量仪底部制作成锥形，后盖采用套丝连接，涂刷醒曰的防锈漆，制作完成后备用。在浇筑水下混凝土时，为了使高程测量仪具有较强的适应性和多用性，测量仪后盖采用套丝连接，使其容易组装和拆卸，便于对测量仪进行调整。（见图9）
根据重量补偿原理，在浇筑水下混凝土时，将同条件的混凝土灌入预制好的高程测量仪内，使得高程测量仪的自重大于其在泥浆中的的浮力，又略小于其在混凝土中的浮力，故将高程测量仪放入桩孔内，其位置正好位于泥浆与水下混凝土交界处，随水下混凝土浇筑，高程测量仪随之上升。
根据预先反作用原理及反馈原理，事先对高程测量工具施加向上的拉力，抵消测量仪本身的重力，同时根据反馈原理，为反映出水下灌注砼高程，故将水下灌注砼高程测量仪与测绳连接，当高程测量仪升至预设高度后，进行测量复核，合格后停止浇筑。这样可以保证高程控制准确，直观有效，简便易行。
相比传统施工工艺，本方法提高了灌注桩桩顶高程控制精度，缩短了工期，降低了工程成本，降低环境污染。
五、应用实例
工程名称：济南市二环南路建设工程（东段）第二标段
开工日期：2014年3月18日
竣工日期：2016年3月18日
工程地点：济南市二环南路西起国家电网技术学院，东至山大南校
实物工程量：
济南市二环南路西起国家电网技术学院，东至山大南校，道路全长2558m。
断面形式：高架桥采用整体式一块板断面。桥面宽25m，具体为0.5m防撞墙+11.75m机动车道+0.5m中央防撞墙+11.75m机动车道+0.5m防撞墙。道路红线宽度55m，其中中央绿化带7m，两侧向外依次为11.5m宽机动车道，2.5m宽机非分隔绿化带，5.5m宽非机动车道，4.5m宽人行道。
路面结构：快车道结构总厚度为68cm，18cm二灰碎石+2x17cm水泥稳定碎石+7cm粗粒+5cm中粒+4cm细粒；慢车道结构总厚度为46cm，18cm二灰碎石+18cm水泥稳定碎石+6cm中粒+4cm细粒；人行道面层为8cm彩色水泥花砖+2cm水泥砂浆找平层+18cm水泥稳定碎石，镶边石、立沿石、树池石均为石质。
建筑面积：快车道100134m2，慢车道24530m2，人行道花砖22455m2。
主要构筑物数量：主线箱梁26联，匝道2处，墩柱120座，混凝土灌注桩472颗，立沿石26590m。
应用效果：
道路线型直顺美观，路拱饱满，路面平整，雨水斗、立沿石与路面接顺，细部处理精致，无障碍设计符合规范要求，路口接顺无积水，构筑物内清理干净无杂物，各种管线贯通，交通设施齐全，位置准确。混凝土灌注桩均采用水下灌注砼高程测量仪工艺施工，灌注桩在混凝土浇筑完成后检测，高程偏差±10mm，桩长偏差±50mm，桩横截面边长偏差±5mm，桩顶平面对桩纵轴线倾斜偏差（0，+10） mm。桩表面不得出现孔洞、露筋和受力裂缝，桩身顶面平整，桩台连接处应平顺且无局部修补。通过检验评定。