灌注樁施工時鋼筋籠上浮的影響因素及對策

農(nóng)紀(jì)源，藍(lán)才武

(1.廣西交通科學(xué)研究院，廣西 南寧 530007；2.廣西大學(xué)，廣西 南寧 530004)

灌注樁施工時鋼筋籠上浮的影響因素及對策

農(nóng)紀(jì)源1，藍(lán)才武2

(1.廣西交通科學(xué)研究院，廣西 南寧 530007；2.廣西大學(xué)，廣西 南寧 530004)

灌注樁施工中常出現(xiàn)的鋼筋籠上浮現(xiàn)象，是最令施工單位感到棘手的問題之一。文章針對鋼筋籠上浮現(xiàn)象，分析影響鋼筋籠上浮的主要因素，并從構(gòu)造要求、材料要求及施工操作要求方面提出防止鋼筋籠上浮的對策，以期對灌注樁的施工提供參考和借鑒。

灌注樁；施工；鋼筋籠；上浮；影響因素；對策

0 引言

隨著我國現(xiàn)代化建設(shè)事業(yè)的發(fā)展，越來越多的鉆孔灌注樁被應(yīng)用于房屋建筑、水工建筑和橋梁工程等領(lǐng)域中。灌注樁施工中出現(xiàn)鋼筋籠上浮現(xiàn)象很常見，是最令施工單位感到棘手的問題之一。鋼筋籠上浮現(xiàn)象輕者上浮幾厘米到幾十厘米，重者上浮數(shù)米，甚至全部浮起。由于鋼筋籠上浮后很難通過后續(xù)補救措施使其恢復(fù)原位，這就造成樁基鋼筋籠有效長度縮短，從而降低了樁的承載能力，輕則影響使用效果，重則整樁報廢，對工程造成極為嚴(yán)重的后果和經(jīng)濟(jì)損失。針對灌注樁施工中鋼筋籠上浮現(xiàn)象，筆者結(jié)合國內(nèi)一些專家學(xué)者的研究成果，以及一些施工單位在施工中積累的寶貴經(jīng)驗，對其原因進(jìn)行分析，并提出在施工過程中防止鋼筋籠上浮的一些對策，以期對灌注樁的施工提供參考和借鑒。

1 鋼筋籠上浮的影響因素分析

造成灌注樁鋼筋籠上浮的因素是多方面的，但究其原因，主要是由于在灌注混凝

土?xí)r對鋼筋籠產(chǎn)生向上的合力大于向下的合力，從而導(dǎo)致鋼筋籠上浮。在施工過程中，鋼筋籠所受向上的力主要有泥漿和混凝土拌和物的浮力及其向上運動時產(chǎn)生的摩擦力、混凝土向上運動產(chǎn)生的動能傳遞給鋼筋籠而表現(xiàn)為向上的頂托力、施工操作不當(dāng)而產(chǎn)生的其它外力等。向下的力主要有鋼筋籠自身的重力以及對鋼筋籠采取的一些固定措施而產(chǎn)生的反力。

1.1 浮力的影響

施工時樁孔中的泥漿必然會對鋼筋籠產(chǎn)生向上的浮力。根據(jù)浮力的計算公式F浮=ρ液gV排可知，浮力的大小與泥漿的密度和鋼筋籠的體積有關(guān)，在鋼筋籠體積不變的情況下，減小密度就可以減小浮力，因此施工中要嚴(yán)格控制好樁孔中泥漿的比重、含砂率等指標(biāo)，避免泥漿密度過大。

1.2 摩擦力的影響

灌注混凝土?xí)r，混凝土相對鋼筋籠向上運動而產(chǎn)生的摩擦力是引起鋼筋上浮的重要因素。根據(jù)動摩擦力計算公式F=μN可知，摩擦力的大小與滑動摩擦系數(shù)和正壓力有關(guān)，而滑動摩擦系數(shù)與混凝土材料及接觸面粗糙程度有關(guān)。如果混凝土的初凝時間過短，初始灌注的混凝土過早具備一定的強度而加大對鋼筋的握裹力，從而提高了混凝土材料的滑動摩擦系數(shù)，摩擦力也就越大，因此施工時應(yīng)控制好混凝土的初凝時間。此外，導(dǎo)管與鋼筋籠在混凝土中的公共埋深也會影響摩擦力的大小，公共埋深越深，其與混凝土的接觸面積也越大，混凝土向上流動產(chǎn)生的摩擦力也就越大。

1.3 頂托力的影響

根據(jù)能量守恒定律，灌注的混凝土落至樁基底部時，混凝土勢能轉(zhuǎn)化為向上運動而產(chǎn)生的動能。當(dāng)混凝土粗骨料在向上運動而撞擊鋼筋籠時，會有一部分動能傳遞給鋼筋籠，表現(xiàn)為對鋼筋籠產(chǎn)生向上的頂托力，這是導(dǎo)致鋼筋籠上浮的主要因素。因此在施工時應(yīng)盡可能減小混凝土向上運動產(chǎn)生的動能，進(jìn)而減小頂托力。(1)灌注的樁基混凝土勢能越大，轉(zhuǎn)化為動能就越大。(2)根據(jù)動能公式Ek=mv2/2可知，動能的大小與物體的質(zhì)量和運動速度的平方成正比，因此混凝土灌注速度越大，動能越大。因此減小混凝土灌注時的勢能和控制灌注速度都可以有效減小頂托力。

1.4 其它因素的影響

灌注樁鋼筋籠上浮的諸多原因中，施工操作不當(dāng)也是一個不可忽視的因素。施工操作把握不好，不但會使摩擦力和頂托力增大，甚至?xí)a(chǎn)生其它向上的附加力，更容易導(dǎo)致鋼筋籠上浮。例如未在孔口處固定好鋼筋籠上端的吊筋而導(dǎo)致鋼筋籠受到的向下的反力??；導(dǎo)管偏離樁孔中心而造成導(dǎo)管掛靠在鋼筋籠上，使得導(dǎo)管提升時鋼筋籠一起上升；導(dǎo)管使用法蘭盤接頭或表面不光滑，當(dāng)導(dǎo)管提升時加大了混凝土的頂托力等。此外，施工質(zhì)量控制不嚴(yán)，混凝土材料質(zhì)量達(dá)不到要求等也會使作用在鋼筋籠上向上的力增加，導(dǎo)致鋼筋籠上浮。

2 防止鋼筋籠上浮的對策

通過以上對灌注樁鋼筋籠上浮影響因素的分析，可在施工中有針對性地采取相應(yīng)的預(yù)防措施，從而避免出現(xiàn)鋼筋籠上浮的現(xiàn)象。

2.1 施工構(gòu)造要求

在制作鋼筋籠時，采取一些必要的構(gòu)造措施，可以有效預(yù)防灌注混凝土?xí)r鋼筋籠上浮。一些常見的防止鋼筋籠上浮所采取的構(gòu)造措施有：

(1)避免鋼筋籠使用過多的鋼筋接頭，主筋也盡可能順直，以減小混凝土上升時對鋼筋籠的頂托作用。

(2)鋼筋籠底端盡可能靠近樁孔底部，必要時可將部分鋼筋籠主筋延伸至樁孔底部，并在鋼筋末端設(shè)置彎鉤，利用初期灌注的樁底混凝土來錨住鋼筋籠。

(3)在孔口處利用重物反壓鋼筋籠，或采取其他有效的固定措施，當(dāng)鋼筋籠出現(xiàn)上浮的趨勢時就可以提供向下的反力以抵消上浮力。

(4)在鋼筋籠底端設(shè)置混凝土預(yù)制塊。

(5)導(dǎo)管表面應(yīng)盡可能光滑，且盡量不要使用法蘭盤接頭。

2.2 泥漿和混凝土材料技術(shù)要求

控制好混凝土混漿的技術(shù)指標(biāo)對減小浮力和摩擦力，防止鋼筋籠上浮有著至關(guān)重要的作用。在灌注混凝土前，應(yīng)先通過置換孔內(nèi)的泥漿來進(jìn)行清孔作業(yè)，將孔內(nèi)殘留的巖粉和鉆渣盡量排出孔外。置換的泥漿中粘土塑性指數(shù)應(yīng)≥15，清孔后孔內(nèi)泥漿的相對密度應(yīng)控制在1.03～1.10之間。灌注混凝土?xí)r應(yīng)避免發(fā)生掉塊或孔壁坍塌等現(xiàn)象，以防止泥漿變稠凝結(jié)而加大泥漿的密度從而導(dǎo)致浮力增大。

對于混凝土，要嚴(yán)格控制其初凝時間，必要時可摻加適量緩凝劑。同時要求混凝土具有良好的和易性，以保證混凝土灌注時具有足夠的流動性，減小滑動摩擦系數(shù)，降低摩擦力。一般情況下，樁徑<1.5m時，混凝土坍落度宜為18～22cm；樁徑>1.5m時，混凝土坍落度宜為16～20cm?；炷恋某跄龝r間和坍落度應(yīng)綜合考慮氣溫、運距及灌注時間長短等因素的影響?；炷吝\至灌注地點時，應(yīng)檢查其均勻性和坍落度，如不符合要求不得使用。

2.3 混凝土灌注速度的要求

混凝土灌注速度是影響頂托力大小的主要因素，灌注速度過快會產(chǎn)生過大的頂托力而導(dǎo)致鋼筋籠上浮，但如果灌注速度過慢，隨著時間的增加，首批混凝土流動性降低也會導(dǎo)致摩擦力增大，特別是如果超過了首批混凝土的初凝時間，首批混凝土具有一定的強度而與鋼筋籠粘結(jié)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。因此合理控制混凝土灌注速度是解決鋼筋籠上浮現(xiàn)象的重要對策之一。

(1)由于當(dāng)上升的混凝土接觸到鋼筋籠底端時，鋼筋籠受力面積最大，因此在初期灌注的混凝土?xí)r應(yīng)盡量降低灌注速度，減小混凝土上升時產(chǎn)生的動能，進(jìn)而減小傳遞給鋼筋籠的能量，起到減小頂托力的作用。(2)當(dāng)鋼筋籠底端在導(dǎo)管底口以下有了足夠的埋深后(一般為2m左右)，可以適當(dāng)加快混凝土的灌注速度。應(yīng)當(dāng)注意的是在控制混凝土灌注速度以減小動能傳遞的同時，不得使灌注時間超過首批混凝土的初凝時間。

2.4 灌注混凝土操作技術(shù)要求

灌注混凝土施工操作方法對頂托力的大小有著決定性的作用，操作得當(dāng)就可以有效減小混凝土對鋼筋籠的頂托作用，避免鋼筋籠上浮。

(1)在灌注首批混凝土?xí)r，要求導(dǎo)管底口埋入混凝土的深度≥1m，且灌注工作應(yīng)緊湊，連續(xù)不斷地進(jìn)行，每斗混凝土灌注時間間隔盡量縮短，嚴(yán)禁中途停工。(2)當(dāng)灌注的混凝土頂面上升至距鋼筋籠底端1m左右時，減少混凝土出料量，盡量降低混凝土的灌注速度。(3)當(dāng)混凝土頂面上升到距鋼筋籠底端4m以上時，將導(dǎo)管底口提升至高于鋼筋籠底端2m以上，使鋼筋籠在導(dǎo)管底口以下的埋深≥2m。此時從導(dǎo)管底口流出的混凝土不再對鋼筋籠底端產(chǎn)生頂托作用，反而因流出的混凝土的沖擊而產(chǎn)生向下的壓持力，隨著混凝土的持續(xù)灌入，壓持力繼續(xù)增大，對防止鋼筋籠出現(xiàn)上浮現(xiàn)象更為有利。最后，后續(xù)的灌注工作可按常規(guī)方法操作，但要合理控制灌注速度，并及時提升和拆除導(dǎo)管，嚴(yán)格控制導(dǎo)管在混凝土中的埋深，一般≤6m。此外還要注意使導(dǎo)管盡量位于鋼筋籠正中心，防止在提升導(dǎo)管時出現(xiàn)掛籠現(xiàn)象。

3 結(jié)語

總之，鋼筋籠上浮是由灌注混凝土?xí)r對鋼筋籠產(chǎn)生的向上的合力大于向下的合力而引起的，其機理非常復(fù)雜，目前還沒有一套完整的理論和計算模型可以準(zhǔn)確計算出上浮的合力。但通過總結(jié)施工經(jīng)驗，并對鋼筋籠上浮原因進(jìn)行分析，筆者認(rèn)為,在施工時采取在樁孔口處將鋼筋籠固定等構(gòu)造措施，同時將樁孔中泥漿的相對密度控制在1.03～1.10，并控制好混凝土的初凝時間及和易性，保證直徑<1.5m的樁基混凝土坍落度控制在18～22cm，直徑>1.5m的樁基混凝土坍落度控制在16～20cm。因此，只要灌注混凝土?xí)r施工方法得當(dāng)，并合理控制灌注速度以及各個階段導(dǎo)管的埋置深度，即可有效防止鋼筋籠上浮現(xiàn)象的發(fā)生。

[1]劉瀚飚.鉆孔灌注樁中鋼筋籠上浮原因及預(yù)防措施[J].廣東公路交通，1997.3:26-28.

[2]羅愛萍.淺談施工過程中的“浮籠”問題[J].河南科學(xué)，2003，21(5):546-548.

[3]郝世龍.鉆孔灌注樁施工中鋼筋籠上浮問題[J].中國西部科技，2010.27:40,59.

[4]DG/TJ08-202-2007，鉆孔灌注樁施工規(guī)程(附條文說明)[S].

[5]JTG/TF50-2011，公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范[S].

Influencing Factors and Countermeasures of Steel Cage Floating during Casting Pile Construction

NONG Ji-yuan1，LAN Cai-wu2

(1.Guangxi Transportation Research Institute，Nanning，Guangxi，530007； 2.Guangxi University，Nanning，Guangxi，530004)

The steel cage floating phenomenon commonly seen in casting pile construction is the most difficult issue encountered by construction units.Regarding the steel cage floating phenomenon，this article analyzed the main factors affecting the steel cage floating，and proposed the countermeasures to prevent the steel cage floating from the aspects of structure requirements，material requirements and construction operation requirements，aiming to provide the reference for the construction of casting pile.

Casting pile； Construction； Steel cages； Floating； Influencing factors； Countermeasure

U445.55+

A

10.13282/j.cnki.wccst.2015.06.013

1673-4874(2015)06-0053-03

2015-05-02

農(nóng)紀(jì)源，工程師，主要從事道路橋梁勘察設(shè)計工作。