鉆孔灌注樁鋼筋籠上浮控制因素及防治措施

余海 孟祥科 孔濤

摘 要：通過對鉆孔灌注樁在混凝土灌注過程中鋼筋籠的受力情況進行分析，發(fā)現(xiàn)泥漿重度、混凝土灌注速度、導(dǎo)管埋深、混凝土質(zhì)量是控制鋼筋籠上浮的主要因素，并提出相應(yīng)的防治措施避免在鉆孔灌注樁施工過程中鋼筋籠出現(xiàn)上浮現(xiàn)象。該方法在濟南市某鉆孔灌注樁工程中進行了應(yīng)用，取得了良好的效果。

關(guān)鍵詞：鉆孔灌注樁；鋼筋籠上?。豢刂埔蛩?；防治措施

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.13.099

0 引言

鉆孔灌注樁在混凝土灌注過程中，鋼筋籠上浮是較為常見的事故，它是影響成樁質(zhì)量的重要因素。本文通過對混凝土灌注過程中鋼筋籠受力情況進行分析，找出控制鋼筋籠上浮的因素，提出相應(yīng)的防治措施，并在濟南市某鉆孔灌注樁工程中進行了應(yīng)用驗證。

1 鋼筋籠上浮分析

1.1 鋼筋籠受力分析

在混凝土灌注時，鋼筋籠主要受以下幾個力的作用：鋼筋籠重力G，固定筋拉力T，泥漿對鋼筋籠產(chǎn)生的浮力F1，混凝土對鋼筋籠產(chǎn)生的浮力F2，泥漿上返力P1，混凝土上返力P2，已灌注混凝土對鋼筋籠的粘滯力N。根據(jù)鉆孔內(nèi)砼面、鋼筋籠底部及導(dǎo)管底部這三者的相對位置關(guān)系，可將鋼筋籠受力情況分為3種：

（1）砼面在鋼筋籠底部以下（如圖1a）。在該情況下，鋼筋籠受力主要包括重力G、固定筋拉力T、泥漿對鋼筋籠產(chǎn)生的浮力F1、泥漿上返力P1，合力滿足下式：

式中：γ1為泥漿重度，N/m3；C1為泥漿對鋼筋籠的阻力系數(shù)；S為鋼筋籠橫斷面累計面積，m2；ν為混凝土上升速度，m/s；g為重力加速度，m/s2。

（2）砼面剛進入鋼筋籠，導(dǎo)管底部在鋼筋籠底部以下（如圖1b）。在該情況下，砼面剛進入鋼筋籠底部，但導(dǎo)管仍在鋼筋籠底部以下。混凝土從導(dǎo)管底部流出向上頂托，由于砼重度較大，在砼上返時會產(chǎn)生上返力。此時，鋼筋籠受力主要包括重力G、固定筋拉力T、砼對鋼筋籠產(chǎn)生的浮力F2、砼上返力P2，合力滿足下式：

（3）砼面、導(dǎo)管底部均在鋼筋籠底部以上（如圖1c）。隨著砼灌注的進行，已灌注混凝土對鋼筋籠上浮的粘滯力開始發(fā)揮作用，表現(xiàn)為導(dǎo)管底部以下的鋼筋籠受到已灌注砼的壓持作用。當(dāng)鋼筋籠有上浮趨勢時就會表現(xiàn)出來，從而降低鋼筋籠上浮的可能性，此時合力滿足下式：

1.2 鋼筋籠上浮條件分析

根據(jù)鉆孔灌注樁砼灌注施工經(jīng)驗，鋼筋籠上浮現(xiàn)象主要發(fā)生在第二階段（圖1b），在第三階段（圖1c）極少發(fā)生鋼筋籠上浮現(xiàn)象，在第一階段（圖1a）根本不會發(fā)生鋼筋籠上浮。如果泥漿的重度及其他參數(shù)滿足規(guī)范和設(shè)計要求，并且沒有出現(xiàn)泥團包裹鋼筋籠的情況，則泥漿對鋼筋籠的浮力F1和泥漿上返力P1可以忽略不計，即（4）式可以簡化為：

1.2.1 砼對鋼筋籠產(chǎn)生的上返力

由于鋼筋籠呈網(wǎng)狀，故每增加一圈箍筋，鋼筋籠橫斷面面積就增加一部分，其累計面積可以按下式計算：

式中：n為主筋根數(shù)；r為主筋半徑，m；D為鋼筋籠直徑，m；d為螺旋箍筋直徑，m；d1為加強筋直徑，m；h為鋼筋籠與導(dǎo)管在砼中的公共埋深，m；Δ為螺旋箍筋間距，m；Δ1為加強筋間距，m。

鋼筋籠中螺旋箍筋間距一般為100mm～200mm，加強筋間距一般為1.0m～2.0m，即Δ1≈10Δ；一般情況加強筋直徑d1為螺旋箍筋直徑d的2.0～2.5倍，此處取d1≈2d；由于nπr2遠小于πDdh/Δ，因此公式（9）可以簡化為：

將（10）式代入（6）式可得：

1.2.2 砼對鋼筋籠產(chǎn)生的浮力

鋼筋籠在砼中部分的體積可以按下式計算：

1.2.3 鋼筋籠上浮臨界條件

當(dāng)G=F2+P2時，即T=0時，鋼筋籠處于上浮臨界狀態(tài)，于是將（11）式和（13）式代入（8）式可得：

對于某個具體的鉆孔灌注樁工程而言，鋼筋籠的直徑D，主筋根數(shù)n，主筋半徑R，螺旋箍筋直徑d，螺旋箍筋間距Δ，混凝土重度γ2等參數(shù)均為已知量，可將（14）式做進一步簡化處理得到：

由（15）式可知，在灌注中對鋼筋籠上浮產(chǎn)生影響的主要為混凝土上升速度ν，砼對鋼筋籠阻力系數(shù)C2，鋼筋籠與導(dǎo)管在砼中的公共埋深h。其中混凝土上升速度ν影響為平方關(guān)系，起主導(dǎo)和決定作用。

2 鋼筋籠上浮控制因素

2.1 砼灌注速度

砼灌注速度直接影響鉆孔內(nèi)砼的上升速度，根據(jù)流體力學(xué)中關(guān)于運動物理所受流體阻力的理論，可知砼上返力與砼上返速度呈正相關(guān)，所以砼灌注速度越快，砼上返力越大，越有可能導(dǎo)致鋼筋籠上浮現(xiàn)象發(fā)生。由推導(dǎo)出的（14）式可以發(fā)現(xiàn)砼上升速度ν影響為平方關(guān)系，是鋼筋籠上浮的主要控制因素。

2.2 鋼筋籠與導(dǎo)管在砼中的公共埋深

鋼筋籠與導(dǎo)管在砼中的公共埋深h也是影響鋼筋籠上浮的控制因素，h越大，則導(dǎo)管底部以上混凝土與鋼筋籠的接觸面積越大，相同情況下對鋼筋籠作用的上返力越大。

2.3 砼本身質(zhì)量

砼含砂率較低、流動性差，或商品混凝土在運輸途中未邊走邊攪拌，導(dǎo)致混凝土出現(xiàn)離析現(xiàn)象，這些會導(dǎo)致砼對鋼筋籠的阻力系數(shù)C增大，進而增大鋼筋籠上浮風(fēng)險性。若混凝土的初凝時間過短，或砼灌注到鋼筋籠底部時，首批砼發(fā)生初凝現(xiàn)象，也會導(dǎo)致鋼筋籠被頂起，產(chǎn)生鋼筋籠上浮事故。

3 鋼筋籠上浮防治措施

山東省某鉆孔灌注樁施工過程中，為防止出現(xiàn)鋼筋籠上浮事故，主要采取了以下防治措施：

（1）控制好砼灌注速度。砼灌注速度越大，砼上返速度也越大，砼在上返過程中對鋼筋籠的上返力也就越大，因此應(yīng)在砼灌注過程中，嚴(yán)格把控好砼的灌注速度。

（2）把握好鋼筋籠與導(dǎo)管在砼中的公共埋深。隨著砼灌注的進

行，當(dāng)砼面已經(jīng)進入鋼筋籠時，應(yīng)盡量減小導(dǎo)管埋深，邊提升導(dǎo)管邊灌注混凝土，嚴(yán)格控制鋼筋籠與導(dǎo)管在砼中的公共埋深h，h最大深度不應(yīng)超過5m。

（3）保證砼本身質(zhì)量。施工時應(yīng)保證砼具有良好的和易性，使灌注的混凝土坍落度長期保持在18mm左右?；炷猎谶\輸和灌注過程中不應(yīng)出現(xiàn)離析現(xiàn)象，混凝土中可摻入適量緩凝劑，使混凝土保持良好流動性。

（4）嚴(yán)格控制鋼筋籠質(zhì)量。鋼筋籠在制作過程中應(yīng)保證鋼筋順直，對接時應(yīng)保證軸線一致。樁身通長配筋時，鋼筋籠底部主筋可向中心稍微收攏成錐形，當(dāng)混凝土灌注后對鋼筋籠起埋敷作用，有利于防止鋼筋籠上浮。

4 結(jié)語

通過工程實踐證明了只要嚴(yán)格地執(zhí)行鉆孔灌注樁鋼筋籠上浮防治措施，嚴(yán)格管理，科學(xué)組織，可以有效避免鋼筋籠在混凝土灌注過程中出現(xiàn)上浮事故。

參考文獻：

[1]張澤輝.樁基施工中鋼筋籠上浮因素及預(yù)防[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2010（03）：63-64.