如何处治钻孔灌注桩施工中钢筋笼上浮的问题

严 星

(江苏金堰交通工程有限公司,江苏泰州 225500)

如何处治钻孔灌注桩施工中钢筋笼上浮的问题

严 星

(江苏金堰交通工程有限公司,江苏泰州 225500)

在钻孔灌注桩施工过程中,由于钢筋笼在桩孔内处于悬挂状态,浇灌水下混凝土时,经常会发生钢筋笼上浮,从而引起桩身配筋发生改变,影响成桩质量。本文结合工程实践中积累的一些经验和方法,针对钢筋笼上浮的条件、原因,提出了控制钢筋笼上浮的具体措施。

钻孔灌注桩 钢筋笼 上浮 防治措施

钻孔灌注桩是一项隐蔽性工程，由于地质构造复杂，施工条件不一，一旦出现质量事故，处理难度大、工期长、成本高。钻孔灌注桩的设计中，往往采用非全配筋型桩型，这样，既可满足桩身受力的要求，又能节省钢材。然而，在混凝土灌注过程中，由于钢筋笼在桩孔中处于悬挂状态，浇灌水下混凝土时，时常会发生钢筋笼上浮，从而使桩身配筋发生改变，影响成桩质量。某大桥钻孔桩在混凝土灌注过程中出现此类问题，适当增加钢筋笼的固定压重后，仍然没能有效地阻止钢筋笼的上浮，最后不得已试图强行施压把钢筋笼压到设计高程，但因压力过大使钢筋笼失稳，产生较大变形，变形后的钢筋碰撞孔壁，造成坍孔，被迫停工，给工程带来很大的经济损失。因此，为了保证桥梁工程的施工质量，如何有效预防及处治钢筋笼上浮的问题，应当引起施工方和监理方的足够重视。

1 钢筋笼在混凝土灌注过程中的受力状态

1.1 混凝土面在钢筋笼底部以下

此时，钢筋笼受合力作用，包括重力G、吊筋悬挂力N、泥浆浮力F1和泥浆上返作用力F2，此时G=N+F1+F2

在正常情况下，若泥浆密度满足规范和设计要求，且没有泥团包裹钢筋笼，上式可简化为G≈N。

1.2 导管底端在钢筋笼底端以下,混凝土面刚进入钢筋笼

混凝土从导管底端向上返，由于其密度较高，容重较大，当钢筋笼被埋超过一定深度时，混凝土上返就产生一个很大的携带力F3(动态浮力)，使钢筋笼上浮。其上浮大都发生在下面受力条件下：G＜N+F3。

1.3 混凝土面、导管底端都进入钢筋笼

导管底端以下，钢筋笼受压持力F4、导管底端以上钢筋笼受力作用(1.2)，当钢筋笼上浮时，F4就表现出来了，以而大大减小了钢筋笼上浮的机会，此时受力条件为：G=N+F3-F4。

钻孔灌注桩施工中混凝土灌注的实践证明，钢筋笼上浮大都发生在(1.2)的受力状态下，(1.3)受力状态下较少发生，(1.1)受力状态下根本不发生(除提升导管量挂笼外)。

理论计算证明：钢筋笼长度L、箍筋间距增大或钢筋笼直径D、钢筋直径减小，就会使钢筋笼不易上浮；混凝土容重rC和阻力系数C减小，也会使钢筋笼不易上浮；在混凝土灌注中，控制导管、钢筋笼的公共埋深和混凝土上返速度，可使钢筋笼不上浮。

2 钢筋笼上浮的其他原因分析

造成钢筋笼上浮的原因往往是多方面的，具体问题应具体分析。但无论是什么原因造成的，都会给施工带来很大麻烦。因此，事先应进行充分的分析论证，排除一切可能因素，必要时应首先进行试验桩混凝土灌注施工，以取得经验，确保成功。

在混凝土灌注桩施工过程中，钢筋笼所受的力是泥浆和混凝土拌和物向上运动时对其产生的浮托磨擦力与下部埋深混凝土的磨擦力、钢筋笼自重及钢筋笼固定对其产生的压力的合力。如果浮托作用力超过向下的作用力，就会出现钢筋笼上浮。

泥浆和混凝土拌和物是具有典型流变特性的材料，不同的加荷速度所产生的剪切应力和应变是不同的。在变形相同的情况下，加荷速度快则产生的剪切应力大，加荷速度慢则产生的剪切应力小。

2.1 钻孔底部泥渣清理不符合要求

当钻孔深度达到设计标高后，清孔时间短且不彻底，孔内沉渣厚度过大，孔底的泥块也未完全搅碎和冲出孔外，就拆卸掉钻头、钻杆，安装导管，往往导致钢筋笼不能下放到设计高程。在首批混凝土灌注时，如下灌速度过快，会冲击孔底沉渣上翻，对钢筋笼产生较大的浮托作用；如果孔内泥浆稠度过大，流速较大的泥浆在孔内向上流动时对钢筋笼的磨擦力大，极易造成钢筋笼上浮，使首批混凝土不能将钢筋埋住，在后序灌注过程中，钢筋笼会在首批混凝土的顶托作用下继续上浮，从而增加了处治难度。

2.2 钢筋笼固定方面的问题

在混凝土灌注过程中，采取适当的固定措施可以有效避免钢筋笼上浮，尤其在上浮力不大的情况下，这是一个非常有效的技术措施。不少工程出现的钢筋笼上浮问题，就是由于钢筋笼的上端吊筋在孔口未固定牢，当提升导管时易被导管挂住而一同提起。但固定压重也不能过大，否则会掩盖钢筋笼上浮的实质，在上浮作用力很大时造成钢筋笼局部失稳变形。

2.3 首批混凝土灌注量与下灌速度

首批混凝土的灌注量大小，是关系钢筋笼是否上浮的重要数据。因此，首批混凝土的灌注量应能满足导管初次埋深不小于2.0m，且导管内有一定高度的混凝土，这样一方面可以避免后灌注混凝土翻喷和孔内泥浆进入导管，影响混凝土灌注桩的质量，另一方面在后续混凝土灌注时增加阻力，降低孔内混凝土向上运动的速度，减少对钢筋笼的磨擦力。

首批混凝土下灌的速度不能过快，既要保证将孔底沉渣冲起，又要保证不会对钢筋笼形成过大冲击和使孔内泥浆快速上涌。具体下灌速度应根据阻水塞及混凝土与导管壁的磨擦力、井孔深度、混凝土势能等因素，并结合施工经验和试验确定。

2.4 混凝土灌注速度和间歇时间

在混凝土灌注初期应尽量放慢灌注速度，因为混凝土拌和物具有典型的流变性，如果灌注速度过快，混凝土在孔内上升时对钢筋笼产生的摩擦力会大大增加，同时井孔内泥浆向上流动时对钢筋笼的摩擦力也会大大增加，而此时钢筋笼在导管底口以下混凝土内还没有足够的埋深，容易造成钢筋笼上浮。当钢筋笼在导管底口以下有足够埋深后，应适当加快混凝土灌注速度，因为如果灌注时间太长，首批灌注的混凝土流动性降低，粘聚力有所增加，对钢筋笼的摩擦力增加。

如果超过混凝土的初凝时间，混凝土会逐渐失去塑性，并且与钢筋笼之间产生一定的粘结力，后续混凝土灌注时，钢筋笼就有可能随这部分混凝土一起上升。间歇时间过长，同样会使混凝土流动性降低，粘聚力有所增加，对钢筋笼的摩擦力增加，引起钢筋笼上浮。

2.5 导管埋深的影响

导管埋深的控制是保证钻孔灌注桩施工质量的重要环节，如果导管埋深过小容易造成断桩。一般导管埋深应在4～6m为宜。在混凝土灌注过程中，当混凝土面上返到达钢筋笼底端时，由于导管埋深较浅，混凝土灌注量相对过大，导致混凝土上返速度过大，产生很大的上冲力，从而托起导管和钢筋笼上浮；当混凝土面和导管底端都进入钢筋笼内之后，如果导管埋深过大，将很容易造成钢筋笼上浮。

导管提升应以测绳实测混凝土高度为依据，而不应根据混凝土灌注方量进行估算。因为在不同孔深处地质条件不同，其扩孔系数不同。井孔内混凝土灌注到一定高度时，导管内混凝土势能较小，这时可适当减少导管埋深，加快灌注速度，缩短灌注时间。

2.6 地质条件不利

当地层中存在粉细砂层时，若泥浆密度偏小，塌落的粉细砂则会铺在混凝土面上，从而形成具有一定厚度的垫层，垫住钢筋笼。随着混凝土面的上升，同样会托起钢筋笼一起上浮。

总之，由于钻孔灌注桩施工条件复杂，应根据不同工程特点进行具体分析，产生钢筋笼上浮的原因是多方面的。要从根本上避免钢筋笼上浮，应综合分析，从多方面采取措施。

3 防止钢筋笼上浮的具体措施

根据混凝土灌注桩施工过程中受力状态和上浮的综合分析，防止钢筋笼上浮的措施主要包括以下几个方面：

(1)清孔时应逐级换浆，泥浆变化梯度应根据孔壁地质条件而定，但切不可直接注入大量清水，这样会使钻渣快速沉底，另外还可能造成坍塌，使孔底沉淀层加厚。

(2)对钢筋笼适当固定，但固定压重不宜过大，具体应根据力学计算，求出钢筋笼受压失稳的临界压力，根据临界压力确定固定压重，尤其在孔深较大时应特别注意，因为此时钢筋笼高与直径之比较大，受压时极易造成局部失稳。

(3)混凝土的坍落度、和易性、初凝时间应符合质量控制和灌注时间的要求。

(4)合理控制导管和钢筋笼的共同埋深，当混凝土面接近钢筋笼底部时，应控制导管的提升高度，使其不超过0.85m/min，或减少混凝土的出料量，以降低超压力F3；当混凝土面已进入钢筋笼时，应尽量减小导管埋深，边提升导管边灌注混凝土，当混凝土面进入钢筋笼1～2m时，导管埋深应控制在2～3m之间。

(5)合理控制混凝土上返速度。在混凝土面没过钢筋笼下端面之后，要将导管的埋深始终控制在最小埋深(≥1.0m)以上，不能将导管底端提到笼内时，应通过减少混凝土的出料量来降低混凝土的上返速度。

(6)混凝土入孔坍落度宜为180～200mm，在进行混凝土配合比设计时，应根据季节特点、施工方法、运输方式、运输距离等适当考虑混凝土坍落度的经时损失。

(7)在混凝土中掺加适量的优质粉煤灰和高效减水剂，可大大改善拌和物的流变性及和易性。

4 结语

在钻孔桩混凝土灌注时，非全配筋钢筋笼发生上浮的现象并不少见。在正确分析混凝土灌注过程中钢筋笼受力状态的基础上，笔者认为造成钢筋笼上浮的主要原因包括固定不牢、技术操作不当、混凝土和易性差、灌注速度及导管埋深掌握不准等因素，以及地质条件不利等方面。具体实践过程中，要做到超前预防，发生问题后，快速组织技术人员分析论证，找出钢筋笼上浮的主要原因，制定切实可行的措施，避免造成大的质量事故。

严星(1980.4—),女,一级建造师,检测工程师,多年从事工程质量检测及技术管理工作。