灌注桩施工时钢筋笼上浮的影响因素及对策

农纪源，蓝才武

(1.广西交通科学研究院，广西 南宁 530007；2.广西大学，广西 南宁 530004)

灌注桩施工时钢筋笼上浮的影响因素及对策

农纪源1，蓝才武2

(1.广西交通科学研究院，广西 南宁 530007；2.广西大学，广西 南宁 530004)

灌注桩施工中常出现的钢筋笼上浮现象，是最令施工单位感到棘手的问题之一。文章针对钢筋笼上浮现象，分析影响钢筋笼上浮的主要因素，并从构造要求、材料要求及施工操作要求方面提出防止钢筋笼上浮的对策，以期对灌注桩的施工提供参考和借鉴。

灌注桩；施工；钢筋笼；上浮；影响因素；对策

0 引言

随着我国现代化建设事业的发展，越来越多的钻孔灌注桩被应用于房屋建筑、水工建筑和桥梁工程等领域中。灌注桩施工中出现钢筋笼上浮现象很常见，是最令施工单位感到棘手的问题之一。钢筋笼上浮现象轻者上浮几厘米到几十厘米，重者上浮数米，甚至全部浮起。由于钢筋笼上浮后很难通过后续补救措施使其恢复原位，这就造成桩基钢筋笼有效长度缩短，从而降低了桩的承载能力，轻则影响使用效果，重则整桩报废，对工程造成极为严重的后果和经济损失。针对灌注桩施工中钢筋笼上浮现象，笔者结合国内一些专家学者的研究成果，以及一些施工单位在施工中积累的宝贵经验，对其原因进行分析，并提出在施工过程中防止钢筋笼上浮的一些对策，以期对灌注桩的施工提供参考和借鉴。

1 钢筋笼上浮的影响因素分析

造成灌注桩钢筋笼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

土时对钢筋笼产生向上的合力大于向下的合力，从而导致钢筋笼上浮。在施工过程中，钢筋笼所受向上的力主要有泥浆和混凝土拌和物的浮力及其向上运动时产生的摩擦力、混凝土向上运动产生的动能传递给钢筋笼而表现为向上的顶托力、施工操作不当而产生的其它外力等。向下的力主要有钢筋笼自身的重力以及对钢筋笼采取的一些固定措施而产生的反力。

1.1 浮力的影响

施工时桩孔中的泥浆必然会对钢筋笼产生向上的浮力。根据浮力的计算公式F浮=ρ液gV排可知，浮力的大小与泥浆的密度和钢筋笼的体积有关，在钢筋笼体积不变的情况下，减小密度就可以减小浮力，因此施工中要严格控制好桩孔中泥浆的比重、含砂率等指标，避免泥浆密度过大。

1.2 摩擦力的影响

灌注混凝土时，混凝土相对钢筋笼向上运动而产生的摩擦力是引起钢筋上浮的重要因素。根据动摩擦力计算公式F=μN可知，摩擦力的大小与滑动摩擦系数和正压力有关，而滑动摩擦系数与混凝土材料及接触面粗糙程度有关。如果混凝土的初凝时间过短，初始灌注的混凝土过早具备一定的强度而加大对钢筋的握裹力，从而提高了混凝土材料的滑动摩擦系数，摩擦力也就越大，因此施工时应控制好混凝土的初凝时间。此外，导管与钢筋笼在混凝土中的公共埋深也会影响摩擦力的大小，公共埋深越深，其与混凝土的接触面积也越大，混凝土向上流动产生的摩擦力也就越大。

1.3 顶托力的影响

根据能量守恒定律，灌注的混凝土落至桩基底部时，混凝土势能转化为向上运动而产生的动能。当混凝土粗骨料在向上运动而撞击钢筋笼时，会有一部分动能传递给钢筋笼，表现为对钢筋笼产生向上的顶托力，这是导致钢筋笼上浮的主要因素。因此在施工时应尽可能减小混凝土向上运动产生的动能，进而减小顶托力。(1)灌注的桩基混凝土势能越大，转化为动能就越大。(2)根据动能公式Ek=mv2/2可知，动能的大小与物体的质量和运动速度的平方成正比，因此混凝土灌注速度越大，动能越大。因此减小混凝土灌注时的势能和控制灌注速度都可以有效减小顶托力。

1.4 其它因素的影响

灌注桩钢筋笼上浮的诸多原因中，施工操作不当也是一个不可忽视的因素。施工操作把握不好，不但会使摩擦力和顶托力增大，甚至会产生其它向上的附加力，更容易导致钢筋笼上浮。例如未在孔口处固定好钢筋笼上端的吊筋而导致钢筋笼受到的向下的反力小；导管偏离桩孔中心而造成导管挂靠在钢筋笼上，使得导管提升时钢筋笼一起上升；导管使用法兰盘接头或表面不光滑，当导管提升时加大了混凝土的顶托力等。此外，施工质量控制不严，混凝土材料质量达不到要求等也会使作用在钢筋笼上向上的力增加，导致钢筋笼上浮。

2 防止钢筋笼上浮的对策

通过以上对灌注桩钢筋笼上浮影响因素的分析，可在施工中有针对性地采取相应的预防措施，从而避免出现钢筋笼上浮的现象。

2.1 施工构造要求

在制作钢筋笼时，采取一些必要的构造措施，可以有效预防灌注混凝土时钢筋笼上浮。一些常见的防止钢筋笼上浮所采取的构造措施有：

(1)避免钢筋笼使用过多的钢筋接头，主筋也尽可能顺直，以减小混凝土上升时对钢筋笼的顶托作用。

(2)钢筋笼底端尽可能靠近桩孔底部，必要时可将部分钢筋笼主筋延伸至桩孔底部，并在钢筋末端设置弯钩，利用初期灌注的桩底混凝土来锚住钢筋笼。

(3)在孔口处利用重物反压钢筋笼，或采取其他有效的固定措施，当钢筋笼出现上浮的趋势时就可以提供向下的反力以抵消上浮力。

(4)在钢筋笼底端设置混凝土预制块。

(5)导管表面应尽可能光滑，且尽量不要使用法兰盘接头。

2.2 泥浆和混凝土材料技术要求

控制好混凝土混浆的技术指标对减小浮力和摩擦力，防止钢筋笼上浮有着至关重要的作用。在灌注混凝土前，应先通过置换孔内的泥浆来进行清孔作业，将孔内残留的岩粉和钻渣尽量排出孔外。置换的泥浆中粘土塑性指数应≥15，清孔后孔内泥浆的相对密度应控制在1.03～1.10之间。灌注混凝土时应避免发生掉块或孔壁坍塌等现象，以防止泥浆变稠凝结而加大泥浆的密度从而导致浮力增大。

对于混凝土，要严格控制其初凝时间，必要时可掺加适量缓凝剂。同时要求混凝土具有良好的和易性，以保证混凝土灌注时具有足够的流动性，减小滑动摩擦系数，降低摩擦力。一般情况下，桩径<1.5m时，混凝土坍落度宜为18～22cm；桩径>1.5m时，混凝土坍落度宜为16～20cm。混凝土的初凝时间和坍落度应综合考虑气温、运距及灌注时间长短等因素的影响。混凝土运至灌注地点时，应检查其均匀性和坍落度，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响顶托力大小的主要因素，灌注速度过快会产生过大的顶托力而导致钢筋笼上浮，但如果灌注速度过慢，随着时间的增加，首批混凝土流动性降低也会导致摩擦力增大，特别是如果超过了首批混凝土的初凝时间，首批混凝土具有一定的强度而与钢筋笼粘结在一起，随着首批混凝土的上升，钢筋笼也被携带着一起上浮。因此合理控制混凝土灌注速度是解决钢筋笼上浮现象的重要对策之一。

(1)由于当上升的混凝土接触到钢筋笼底端时，钢筋笼受力面积最大，因此在初期灌注的混凝土时应尽量降低灌注速度，减小混凝土上升时产生的动能，进而减小传递给钢筋笼的能量，起到减小顶托力的作用。(2)当钢筋笼底端在导管底口以下有了足够的埋深后(一般为2m左右)，可以适当加快混凝土的灌注速度。应当注意的是在控制混凝土灌注速度以减小动能传递的同时，不得使灌注时间超过首批混凝土的初凝时间。

2.4 灌注混凝土操作技术要求

灌注混凝土施工操作方法对顶托力的大小有着决定性的作用，操作得当就可以有效减小混凝土对钢筋笼的顶托作用，避免钢筋笼上浮。

(1)在灌注首批混凝土时，要求导管底口埋入混凝土的深度≥1m，且灌注工作应紧凑，连续不断地进行，每斗混凝土灌注时间间隔尽量缩短，严禁中途停工。(2)当灌注的混凝土顶面上升至距钢筋笼底端1m左右时，减少混凝土出料量，尽量降低混凝土的灌注速度。(3)当混凝土顶面上升到距钢筋笼底端4m以上时，将导管底口提升至高于钢筋笼底端2m以上，使钢筋笼在导管底口以下的埋深≥2m。此时从导管底口流出的混凝土不再对钢筋笼底端产生顶托作用，反而因流出的混凝土的冲击而产生向下的压持力，随着混凝土的持续灌入，压持力继续增大，对防止钢筋笼出现上浮现象更为有利。最后，后续的灌注工作可按常规方法操作，但要合理控制灌注速度，并及时提升和拆除导管，严格控制导管在混凝土中的埋深，一般≤6m。此外还要注意使导管尽量位于钢筋笼正中心，防止在提升导管时出现挂笼现象。

3 结语

总之，钢筋笼上浮是由灌注混凝土时对钢筋笼产生的向上的合力大于向下的合力而引起的，其机理非常复杂，目前还没有一套完整的理论和计算模型可以准确计算出上浮的合力。但通过总结施工经验，并对钢筋笼上浮原因进行分析，笔者认为,在施工时采取在桩孔口处将钢筋笼固定等构造措施，同时将桩孔中泥浆的相对密度控制在1.03～1.10，并控制好混凝土的初凝时间及和易性，保证直径<1.5m的桩基混凝土坍落度控制在18～22cm，直径>1.5m的桩基混凝土坍落度控制在16～20cm。因此，只要灌注混凝土时施工方法得当，并合理控制灌注速度以及各个阶段导管的埋置深度，即可有效防止钢筋笼上浮现象的发生。

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[3]郝世龙.钻孔灌注桩施工中钢筋笼上浮问题[J].中国西部科技，2010.27:40,59.

[4]DG/TJ08-202-2007，钻孔灌注桩施工规程(附条文说明)[S].

[5]JTG/TF50-2011，公路桥涵施工技术规范[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

农纪源，工程师，主要从事道路桥梁勘察设计工作。