鉆孔灌注樁鋼筋籠上浮機(jī)理分析及控制措施

摘要：本文通過對鋼筋籠上浮的機(jī)理分析以及影響鋼筋籠上浮的主要因素研究，結(jié)合工程實(shí)際情況，對樁基工程的施工加以優(yōu)化，通過控制影響因素來做好有效的預(yù)防措施，避免鋼筋籠上浮這樣的事故發(fā)生。

關(guān)鍵詞：鉆孔灌注樁 鋼筋籠上浮 ?機(jī)理分析 ?控制措施

鉆孔灌注樁在我國建筑工程中己經(jīng)被廣泛應(yīng)用。在鉆孔灌注樁施工過程中，鋼筋籠上浮是影響樁基工程的主要因素之一，在灌注混凝土?xí)r，鋼筋籠上浮現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，輕者上浮幾厘米到幾十厘米，重者上浮數(shù)米，有些甚至全部浮起。這不僅會(huì)嚴(yán)重影響灌注樁的整體承載能力，還可能會(huì)產(chǎn)生塌孔，嚴(yán)重影響樁的使用，甚至?xí)鸸こ藤|(zhì)量事故，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。

機(jī)理分析

產(chǎn)生鋼筋籠上浮現(xiàn)象的原因是鋼筋籠所受向上的合力大于向下的合力。向上的力主要有泥漿和新拌混凝土的浮力、鋼筋籠向上運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的摩擦力以及混凝土盯著主筋下部端頭截面而引起向上的端頭阻力;向下的力主要是鋼筋籠的自重和固定措施產(chǎn)生的錨固力。

鉆孔灌注樁在灌注混凝土的過程中，鋼筋籠的受力情況分為以下三個(gè)階段。

第一階段：混凝土液面、導(dǎo)管都在鋼筋籠底部以下

在該階段，剛開始灌注混凝土，混凝土液面跟導(dǎo)管都在鋼筋籠底部，混凝土還沒有接觸到鋼筋籠。此時(shí)，鋼筋籠受到的合力作用主要包括自身的重力G，泥漿給的浮力F1，G遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于F1。由于混凝土液面距離鋼筋籠底端還有一段距離，兩者沒有發(fā)生相對運(yùn)動(dòng)，故該階段鋼筋籠沒有受到向上的合力（包括側(cè)粘力、摩擦力、端頭阻力）。則在實(shí)際工程中，該階段只要按規(guī)范正常施工便可保證鋼筋籠不會(huì)上浮。

第二階段：混凝土液面剛進(jìn)入鋼筋籠，導(dǎo)管在鋼筋籠底端

在該階段，由于導(dǎo)管慢慢的提升，混凝土液面開始進(jìn)入鋼筋籠，開始接觸鋼筋籠，而導(dǎo)管還在鋼筋籠底端。此時(shí)，鋼筋籠受到的合力作用主要包括自身的重力G、泥漿的浮力F1和混凝土給予的合力F合（側(cè)粘力、摩擦力、端頭阻力、浮力）。通過實(shí)驗(yàn)可以看出：當(dāng)其他條件保持不變時(shí)，鋼筋籠受到向上合力的大小隨著根數(shù)的增大而增大;當(dāng)其他條件保持不變時(shí)，隨著主筋直徑的增大而增大;當(dāng)其他條件保持不變時(shí)，隨著圈徑的增大而增大;當(dāng)其他條件保持不變時(shí)，隨著混凝土液面上升高度的增大而增大;當(dāng)其他條件保持不變時(shí)，隨著箍筋間距的增大而減小。

第三階段：混凝土液面、導(dǎo)管都進(jìn)入鋼筋籠

在該階段，隨著灌注混凝土的持續(xù)進(jìn)行，導(dǎo)管也開始進(jìn)入鋼筋籠，

當(dāng)然混凝土的液面也在鋼筋籠內(nèi)，且持續(xù)上升。此時(shí)，鋼筋籠受到的合力作用主要包括自身的重力G、泥漿的浮力F1、混凝土給予的合阻力F合（側(cè)粘力、摩擦力）和鋼筋籠下部混凝土對其的錨固力F2。這個(gè)階段鋼筋籠受到向上的力少了端頭阻力，同時(shí)隨著混凝土液

面的持續(xù)上升，下部凝固的混凝土給予的錨固力在持續(xù)變大，故比較安全。

通過對鋼筋籠三個(gè)階段的受力分析以及鉆孔灌注樁施工中灌注混凝土的大量實(shí)踐證明，可以得到如下結(jié)論：

1、第一階段鋼筋籠上浮的可能性比較低。只要泥漿的相對密度以及其他參數(shù)滿足相關(guān)的規(guī)范和設(shè)計(jì)要求，且沒有泥團(tuán)包裹鋼筋籠，那么泥漿給予的浮力相對于鋼筋籠的自重基本可以忽略不計(jì)。

2、第二階段往往是最容易發(fā)生鋼筋籠上浮的階段。由于混凝土從導(dǎo)管中流出，由于其密度較大，不僅給了更大的浮力和側(cè)粘力，還給予了鋼筋籠向上的摩擦力和端頭阻力。

3、第三階段發(fā)生鋼筋籠上浮的概率也不大。由于導(dǎo)管進(jìn)入鋼筋籠內(nèi)部，此時(shí)鋼筋籠受到向上的阻力少了端頭阻力，同時(shí)初始的混凝土給予了向下的錨固力，使得向上合力減小而向下的合力增大，故鋼筋籠受到的總合力還是向下的。

二、預(yù)防措施

通過上述對鉆孔灌注樁鋼筋籠上浮的受力分析研究，可以在樁基工程施工中有針對性地采取相應(yīng)的預(yù)防措施，從而有效地避免出現(xiàn)鋼筋籠上浮的現(xiàn)象。具體的預(yù)防措施如下：

1、鋼筋籠的施工構(gòu)造要求

在制作鋼筋籠時(shí)，可以采取一些必要的構(gòu)造措施，這樣便能有效地預(yù)防澆灌混凝土?xí)r鋼筋籠上浮的情況。一些常見的防止鋼筋籠上浮的構(gòu)造措施有：

（1）避免鋼筋籠使用過多的鋼筋接頭，主筋也盡可能的順直，可以減小混凝土液面上升時(shí)對鋼筋籠的摩擦力以及側(cè)粘力。

（2）鋼筋籠底端盡可能靠近樁孔的底部，必要時(shí)也可以將部分鋼筋籠的主筋延伸至樁孔底部，并在鋼筋末端設(shè)置彎鉤，利用初期澆灌混凝土的樁底混凝土來錨固住鋼筋籠。

（3）在孔口利用重物反壓鋼筋籠，或者采取其他的有效的固定措施，為了在鋼筋籠出現(xiàn)上浮的趨勢時(shí)可以提供一個(gè)向下的反力來抵消上浮力。

（4）適當(dāng)?shù)脑黾庸拷畹拈g距，能夠起到減小上浮力的作用。

2、控制泥漿和混凝土材料的品質(zhì)

控制好泥漿和混凝土的技術(shù)指標(biāo)對減小浮力和摩擦力，防止鋼筋籠上浮有著很重要的作用。在澆灌混凝土之前，應(yīng)先通過置換孔內(nèi)的泥漿來進(jìn)行清孔工作，將孔內(nèi)的殘留的巖粉和殘?jiān)急M量的排出孔外，這樣可以減小混合漿體的密度，降低上浮力和摩擦力的作用。清孔后孔內(nèi)的泥漿的相對密度應(yīng)該控制在1.0-1.1之間。澆灌混凝土?xí)r應(yīng)避

免發(fā)生掉塊或塌孔等現(xiàn)象，以防止泥漿變粘稠凝結(jié)而加大泥漿的密度從而導(dǎo)致浮力的增大。

對于混凝土來說，需要嚴(yán)格控制其初凝的時(shí)間，必要時(shí)可以摻加適量的緩凝劑。同時(shí)要求混凝土具有良好的和易性，以保證混凝土在澆灌的時(shí)候具有足夠的流動(dòng)性，減小與鋼筋籠之間的摩擦，降低摩擦力的作用。一般情況下，樁徑<1.5m時(shí)，混凝土的塌落度適宜為180-220mm;樁徑>1.5m時(shí)，混凝土的塌落度適宜為160-200mm。此外，混凝土的初凝時(shí)間和塌落度還應(yīng)考慮溫度、運(yùn)距等因素的影響。混凝土運(yùn)至灌注地點(diǎn)時(shí)，應(yīng)檢查其均勻性和塌落度，如果不符合要求不得使用。

3、混凝土澆灌速度的要求

雖然提拉試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)提拉速度對阻力的影響不大，但是在工程中混凝土的澆灌速度仍然是影響鋼筋籠上浮的主要因素之一，澆灌速度過快會(huì)使得混凝土上涌的沖擊過大而造成鋼筋籠上浮，但是如果灌注速度過慢，隨著時(shí)間的增加，首批混凝土流動(dòng)性降低也會(huì)導(dǎo)致摩擦力的增大，特別是如果超過了首批混凝土的初凝時(shí)間，首批混凝土具有一定的強(qiáng)度而與鋼筋籠粘在一起，隨著首批混凝土的上升，鋼筋籠也被攜帶著一起上浮。因此合理控制澆灌混凝土的速度是防止鋼筋籠上浮的重要方法之一，具體有以下兩點(diǎn)：

（1）由于混凝土的液面在上升過程中，剛接觸到鋼筋籠底部時(shí)，鋼筋籠的受力面積最大，因此在初期灌注混凝土的時(shí)候應(yīng)當(dāng)盡量降低灌注速度，減小混凝土液面上升引起導(dǎo)致對鋼筋籠的沖擊作用。

（2）當(dāng)鋼筋籠底端在導(dǎo)管底部以下有了一定的埋深，可以適當(dāng)加快混凝土的澆灌速度。因?yàn)橄虏康幕炷辆哂幸欢ǖ膹?qiáng)度并對鋼筋籠有一定的錨固作用，從而抵消了一部分的上浮力。

（3）降低灌注速度的同時(shí)應(yīng)當(dāng)注意灌注時(shí)間不能超過首批混凝土的初凝時(shí)間。

4、導(dǎo)管與鋼筋籠的公共埋深

當(dāng)混凝土液面上升到鋼筋籠底端時(shí)，是最容易發(fā)生上浮的階段。此時(shí)可以通過控制導(dǎo)管底端與鋼筋籠底端的相對位置，保證導(dǎo)管有較大的埋深，以降低混凝土從導(dǎo)管底口出來后向上翻升所帶給鋼筋籠的沖擊作用。

5、其他有效措施

將鋼筋籠錨固在地面或在地面上部給予一定的壓重;避免鋼筋籠發(fā)生彎曲;在鋼筋籠底端設(shè)混凝土預(yù)制塊。

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作者簡介：

關(guān)超（1988—）男，籍貫：湖北荊州，學(xué)士，助理工程師，湖北湘荊建設(shè)集團(tuán)有限公司，研究方向：建筑施工