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，發現泥漿重度、混凝土灌注速度、導管埋深、混凝土質量是控制鋼筋籠上浮的主要因素，并提出相應的防治措施避免在鉆孔灌注樁施工過程中鋼筋籠出現上浮現象。該方法在濟南市某鉆孔灌注樁工程中進行了應用，取得了良好的效果。

關鍵詞：鉆孔灌注樁；鋼筋籠上浮；控制因素；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，提出相應的防治措施，并在濟南市某鉆孔灌注樁工程中進行了應用驗證。

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，泥漿對鋼筋籠產生的浮力F1，混凝土對鋼筋籠產生的浮力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。根據鉆孔內砼面、鋼筋籠底部及導管底部這三者的相對位置關系，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；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，但導管仍在鋼筋籠底部以下。混凝土從導管底部流出向上頂托，由于砼重度較大，在砼上返時會產生上返力。此時，鋼筋籠受力主要包括重力G、固定筋拉力T、砼對鋼筋籠產生的浮力F2、砼上返力P2，合力滿足下式：

（3）砼面、導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揮作用，表現為導管底部以下的鋼筋籠受到已灌注砼的壓持作用。當鋼筋籠有上浮趨勢時就會表現出來，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

根據鉆孔灌注樁砼灌注施工經驗，鋼筋籠上浮現象主要發生在第二階段（圖1b），在第三階段（圖1c）極少發生鋼筋籠上浮現象，在第一階段（圖1a）根本不會發生鋼筋籠上浮。如果泥漿的重度及其他參數滿足規范和設計要求，并且沒有出現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 砼對鋼筋籠產生的上返力

由于鋼筋籠呈網狀，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；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G=F2+P2時，即T=0時，鋼筋籠處于上浮臨界狀態，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生影響的主要為混凝土上升速度ν，砼對鋼筋籠阻力系數C2，鋼筋籠與導管在砼中的公共埋深h。其中混凝土上升速度ν影響為平方關系，起主導和決定作用。

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砼的上升速度，根據流體力學中關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，所以砼灌注速度越快，砼上返力越大，越有可能導致鋼筋籠上浮現象發生。由推導出的（14）式可以發現砼上升速度ν影響為平方關系，是鋼筋籠上浮的主要控制因素。

2.2 鋼筋籠與導管在砼中的公共埋深

鋼筋籠與導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，導致混凝土出現離析現象，這些會導致砼對鋼筋籠的阻力系數C增大，進而增大鋼筋籠上浮風險性。若混凝土的初凝時間過短，或砼灌注到鋼筋籠底部時，首批砼發生初凝現象，也會導致鋼筋籠被頂起，產生鋼筋籠上浮事故。

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，因此應在砼灌注過程中，嚴格把控好砼的灌注速度。

（2）把握好鋼筋籠與導管在砼中的公共埋深。隨著砼灌注的進

行，當砼面已經進入鋼筋籠時，應盡量減小導管埋深，邊提升導管邊灌注混凝土，嚴格控制鋼筋籠與導管在砼中的公共埋深h，h最大深度不應超過5m。

（3）保證砼本身質量。施工時應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。混凝土在運輸和灌注過程中不應出現離析現象，混凝土中可摻入適量緩凝劑，使混凝土保持良好流動性。

（4）嚴格控制鋼筋籠質量。鋼筋籠在制作過程中應保證鋼筋順直，對接時應保證軸線一致。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 結語

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

參考文獻：

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