如何處治鉆孔灌注樁施工中鋼筋籠上浮的問題

嚴 星

(江蘇金堰交通工程有限公司,江蘇泰州 225500)

如何處治鉆孔灌注樁施工中鋼筋籠上浮的問題

嚴 星

(江蘇金堰交通工程有限公司,江蘇泰州 225500)

在鉆孔灌注樁施工過程中,由于鋼筋籠在樁孔內處于懸掛狀態,澆灌水下混凝土時,經常會發生鋼筋籠上浮,從而引起樁身配筋發生改變,影響成樁質量。本文結合工程實踐中積累的一些經驗和方法,針對鋼筋籠上浮的條件、原因,提出了控制鋼筋籠上浮的具體措施。

鉆孔灌注樁 鋼筋籠 上浮 防治措施

鉆孔灌注樁是一項隱蔽性工程，由于地質構造復雜，施工條件不一，一旦出現質量事故，處理難度大、工期長、成本高。鉆孔灌注樁的設計中，往往采用非全配筋型樁型，這樣，既可滿足樁身受力的要求，又能節省鋼材。然而，在混凝土灌注過程中，由于鋼筋籠在樁孔中處于懸掛狀態，澆灌水下混凝土時，時常會發生鋼筋籠上浮，從而使樁身配筋發生改變，影響成樁質量。某大橋鉆孔樁在混凝土灌注過程中出現此類問題，適當增加鋼筋籠的固定壓重后，仍然沒能有效地阻止鋼筋籠的上浮，最后不得已試圖強行施壓把鋼筋籠壓到設計高程，但因壓力過大使鋼筋籠失穩，產生較大變形，變形后的鋼筋碰撞孔壁，造成坍孔，被迫停工，給工程帶來很大的經濟損失。因此，為了保證橋梁工程的施工質量，如何有效預防及處治鋼筋籠上浮的問題，應當引起施工方和監理方的足夠重視。

1 鋼筋籠在混凝土灌注過程中的受力狀態

1.1 混凝土面在鋼筋籠底部以下

此時，鋼筋籠受合力作用，包括重力G、吊筋懸掛力N、泥漿浮力F1和泥漿上返作用力F2，此時G=N+F1+F2

在正常情況下，若泥漿密度滿足規范和設計要求，且沒有泥團包裹鋼筋籠，上式可簡化為G≈N。

1.2 導管底端在鋼筋籠底端以下,混凝土面剛進入鋼筋籠

混凝土從導管底端向上返，由于其密度較高，容重較大，當鋼筋籠被埋超過一定深度時，混凝土上返就產生一個很大的攜帶力F3(動態浮力)，使鋼筋籠上浮。其上浮大都發生在下面受力條件下：G＜N+F3。

1.3 混凝土面、導管底端都進入鋼筋籠

導管底端以下，鋼筋籠受壓持力F4、導管底端以上鋼筋籠受力作用(1.2)，當鋼筋籠上浮時，F4就表現出來了，以而大大減小了鋼筋籠上浮的機會，此時受力條件為：G=N+F3-F4。

鉆孔灌注樁施工中混凝土灌注的實踐證明，鋼筋籠上浮大都發生在(1.2)的受力狀態下，(1.3)受力狀態下較少發生，(1.1)受力狀態下根本不發生(除提升導管量掛籠外)。

理論計算證明：鋼筋籠長度L、箍筋間距增大或鋼筋籠直徑D、鋼筋直徑減小，就會使鋼筋籠不易上浮；混凝土容重rC和阻力系數C減小，也會使鋼筋籠不易上浮；在混凝土灌注中，控制導管、鋼筋籠的公共埋深和混凝土上返速度，可使鋼筋籠不上浮。

2 鋼筋籠上浮的其他原因分析

造成鋼筋籠上浮的原因往往是多方面的，具體問題應具體分析。但無論是什么原因造成的，都會給施工帶來很大麻煩。因此，事先應進行充分的分析論證，排除一切可能因素，必要時應首先進行試驗樁混凝土灌注施工，以取得經驗，確保成功。

在混凝土灌注樁施工過程中，鋼筋籠所受的力是泥漿和混凝土拌和物向上運動時對其產生的浮托磨擦力與下部埋深混凝土的磨擦力、鋼筋籠自重及鋼筋籠固定對其產生的壓力的合力。如果浮托作用力超過向下的作用力，就會出現鋼筋籠上浮。

泥漿和混凝土拌和物是具有典型流變特性的材料，不同的加荷速度所產生的剪切應力和應變是不同的。在變形相同的情況下，加荷速度快則產生的剪切應力大，加荷速度慢則產生的剪切應力小。

2.1 鉆孔底部泥渣清理不符合要求

當鉆孔深度達到設計標高后，清孔時間短且不徹底，孔內沉渣厚度過大，孔底的泥塊也未完全攪碎和沖出孔外，就拆卸掉鉆頭、鉆桿，安裝導管，往往導致鋼筋籠不能下放到設計高程。在首批混凝土灌注時，如下灌速度過快，會沖擊孔底沉渣上翻，對鋼筋籠產生較大的浮托作用；如果孔內泥漿稠度過大，流速較大的泥漿在孔內向上流動時對鋼筋籠的磨擦力大，極易造成鋼筋籠上浮，使首批混凝土不能將鋼筋埋住，在后序灌注過程中，鋼筋籠會在首批混凝土的頂托作用下繼續上浮，從而增加了處治難度。

2.2 鋼筋籠固定方面的問題

在混凝土灌注過程中，采取適當的固定措施可以有效避免鋼筋籠上浮，尤其在上浮力不大的情況下，這是一個非常有效的技術措施。不少工程出現的鋼筋籠上浮問題，就是由于鋼筋籠的上端吊筋在孔口未固定牢，當提升導管時易被導管掛住而一同提起。但固定壓重也不能過大，否則會掩蓋鋼筋籠上浮的實質，在上浮作用力很大時造成鋼筋籠局部失穩變形。

2.3 首批混凝土灌注量與下灌速度

首批混凝土的灌注量大小，是關系鋼筋籠是否上浮的重要數據。因此，首批混凝土的灌注量應能滿足導管初次埋深不小于2.0m，且導管內有一定高度的混凝土，這樣一方面可以避免后灌注混凝土翻噴和孔內泥漿進入導管，影響混凝土灌注樁的質量，另一方面在后續混凝土灌注時增加阻力，降低孔內混凝土向上運動的速度，減少對鋼筋籠的磨擦力。

首批混凝土下灌的速度不能過快，既要保證將孔底沉渣沖起，又要保證不會對鋼筋籠形成過大沖擊和使孔內泥漿快速上涌。具體下灌速度應根據阻水塞及混凝土與導管壁的磨擦力、井孔深度、混凝土勢能等因素，并結合施工經驗和試驗確定。

2.4 混凝土灌注速度和間歇時間

在混凝土灌注初期應盡量放慢灌注速度，因為混凝土拌和物具有典型的流變性，如果灌注速度過快，混凝土在孔內上升時對鋼筋籠產生的摩擦力會大大增加，同時井孔內泥漿向上流動時對鋼筋籠的摩擦力也會大大增加，而此時鋼筋籠在導管底口以下混凝土內還沒有足夠的埋深，容易造成鋼筋籠上浮。當鋼筋籠在導管底口以下有足夠埋深后，應適當加快混凝土灌注速度，因為如果灌注時間太長，首批灌注的混凝土流動性降低，粘聚力有所增加，對鋼筋籠的摩擦力增加。

如果超過混凝土的初凝時間，混凝土會逐漸失去塑性，并且與鋼筋籠之間產生一定的粘結力，后續混凝土灌注時，鋼筋籠就有可能隨這部分混凝土一起上升。間歇時間過長，同樣會使混凝土流動性降低，粘聚力有所增加，對鋼筋籠的摩擦力增加，引起鋼筋籠上浮。

2.5 導管埋深的影響

導管埋深的控制是保證鉆孔灌注樁施工質量的重要環節，如果導管埋深過小容易造成斷樁。一般導管埋深應在4～6m為宜。在混凝土灌注過程中，當混凝土面上返到達鋼筋籠底端時，由于導管埋深較淺，混凝土灌注量相對過大，導致混凝土上返速度過大，產生很大的上沖力，從而托起導管和鋼筋籠上浮；當混凝土面和導管底端都進入鋼筋籠內之后，如果導管埋深過大，將很容易造成鋼筋籠上浮。

導管提升應以測繩實測混凝土高度為依據，而不應根據混凝土灌注方量進行估算。因為在不同孔深處地質條件不同，其擴孔系數不同。井孔內混凝土灌注到一定高度時，導管內混凝土勢能較小，這時可適當減少導管埋深，加快灌注速度，縮短灌注時間。

2.6 地質條件不利

當地層中存在粉細砂層時，若泥漿密度偏小，塌落的粉細砂則會鋪在混凝土面上，從而形成具有一定厚度的墊層，墊住鋼筋籠。隨著混凝土面的上升，同樣會托起鋼筋籠一起上浮。

總之，由于鉆孔灌注樁施工條件復雜，應根據不同工程特點進行具體分析，產生鋼筋籠上浮的原因是多方面的。要從根本上避免鋼筋籠上浮，應綜合分析，從多方面采取措施。

3 防止鋼筋籠上浮的具體措施

根據混凝土灌注樁施工過程中受力狀態和上浮的綜合分析，防止鋼筋籠上浮的措施主要包括以下幾個方面：

(1)清孔時應逐級換漿，泥漿變化梯度應根據孔壁地質條件而定，但切不可直接注入大量清水，這樣會使鉆渣快速沉底，另外還可能造成坍塌，使孔底沉淀層加厚。

(2)對鋼筋籠適當固定，但固定壓重不宜過大，具體應根據力學計算，求出鋼筋籠受壓失穩的臨界壓力，根據臨界壓力確定固定壓重，尤其在孔深較大時應特別注意，因為此時鋼筋籠高與直徑之比較大，受壓時極易造成局部失穩。

(3)混凝土的坍落度、和易性、初凝時間應符合質量控制和灌注時間的要求。

(4)合理控制導管和鋼筋籠的共同埋深，當混凝土面接近鋼筋籠底部時，應控制導管的提升高度，使其不超過0.85m/min，或減少混凝土的出料量，以降低超壓力F3；當混凝土面已進入鋼筋籠時，應盡量減小導管埋深，邊提升導管邊灌注混凝土，當混凝土面進入鋼筋籠1～2m時，導管埋深應控制在2～3m之間。

(5)合理控制混凝土上返速度。在混凝土面沒過鋼筋籠下端面之后，要將導管的埋深始終控制在最小埋深(≥1.0m)以上，不能將導管底端提到籠內時，應通過減少混凝土的出料量來降低混凝土的上返速度。

(6)混凝土入孔坍落度宜為180～200mm，在進行混凝土配合比設計時，應根據季節特點、施工方法、運輸方式、運輸距離等適當考慮混凝土坍落度的經時損失。

(7)在混凝土中摻加適量的優質粉煤灰和高效減水劑，可大大改善拌和物的流變性及和易性。

4 結語

在鉆孔樁混凝土灌注時，非全配筋鋼筋籠發生上浮的現象并不少見。在正確分析混凝土灌注過程中鋼筋籠受力狀態的基礎上，筆者認為造成鋼筋籠上浮的主要原因包括固定不牢、技術操作不當、混凝土和易性差、灌注速度及導管埋深掌握不準等因素，以及地質條件不利等方面。具體實踐過程中，要做到超前預防，發生問題后，快速組織技術人員分析論證，找出鋼筋籠上浮的主要原因，制定切實可行的措施，避免造成大的質量事故。

嚴星(1980.4—),女,一級建造師,檢測工程師,多年從事工程質量檢測及技術管理工作。