钻孔灌注桩钢筋笼上浮机理分析及控制措施

摘要：本文通过对钢筋笼上浮的机理分析以及影响钢筋笼上浮的主要因素研究，结合工程实际情况，对桩基工程的施工加以优化，通过控制影响因素来做好有效的预防措施，避免钢筋笼上浮这样的事故发生。

关键词：钻孔灌注桩 钢筋笼上浮  机理分析  控制措施

钻孔灌注桩在我国建筑工程中己经被广泛应用。在钻孔灌注桩施工过程中，钢筋笼上浮是影响桩基工程的主要因素之一，在灌注混凝土時，钢筋笼上浮现象时有发生，轻者上浮几厘米到几十厘米，重者上浮数米，有些甚至全部浮起。这不仅会严重影响灌注桩的整体承载能力，还可能会产生塌孔，严重影响桩的使用，甚至会引起工程质量事故，造成巨大的经济损失。

机理分析

产生钢筋笼上浮现象的原因是钢筋笼所受向上的合力大于向下的合力。向上的力主要有泥浆和新拌混凝土的浮力、钢筋笼向上运动时产生的摩擦力以及混凝土盯着主筋下部端头截面而引起向上的端头阻力;向下的力主要是钢筋笼的自重和固定措施产生的锚固力。

钻孔灌注桩在灌注混凝土的过程中，钢筋笼的受力情况分为以下三个阶段。

第一阶段：混凝土液面、导管都在钢筋笼底部以下

在该阶段，刚开始灌注混凝土，混凝土液面跟导管都在钢筋笼底部，混凝土还没有接触到钢筋笼。此时，钢筋笼受到的合力作用主要包括自身的重力G，泥浆给的浮力F1，G远远大于F1。由于混凝土液面距离钢筋笼底端还有一段距离，两者没有发生相对运动，故该阶段钢筋笼没有受到向上的合力（包括侧粘力、摩擦力、端头阻力）。则在实际工程中，该阶段只要按规范正常施工便可保证钢筋笼不会上浮。

第二阶段：混凝土液面刚进入钢筋笼，导管在钢筋笼底端

在该阶段，由于导管慢慢的提升，混凝土液面开始进入钢筋笼，开始接触钢筋笼，而导管还在钢筋笼底端。此时，钢筋笼受到的合力作用主要包括自身的重力G、泥浆的浮力F1和混凝土给予的合力F合（侧粘力、摩擦力、端头阻力、浮力）。通过实验可以看出：当其他条件保持不变时，钢筋笼受到向上合力的大小随着根数的增大而增大;当其他条件保持不变时，随着主筋直径的增大而增大;当其他条件保持不变时，随着圈径的增大而增大;当其他条件保持不变时，随着混凝土液面上升高度的增大而增大;当其他条件保持不变时，随着箍筋间距的增大而减小。

第三阶段：混凝土液面、导管都进入钢筋笼

在该阶段，随着灌注混凝土的持续进行，导管也开始进入钢筋笼，

当然混凝土的液面也在钢筋笼内，且持续上升。此时，钢筋笼受到的合力作用主要包括自身的重力G、泥浆的浮力F1、混凝土给予的合阻力F合（侧粘力、摩擦力）和钢筋笼下部混凝土对其的锚固力F2。这个阶段钢筋笼受到向上的力少了端头阻力，同时随着混凝土液

面的持续上升，下部凝固的混凝土给予的锚固力在持续变大，故比较安全。

通过对钢筋笼三个阶段的受力分析以及钻孔灌注桩施工中灌注混凝土的大量实践证明，可以得到如下结论：

1、第一阶段钢筋笼上浮的可能性比较低。只要泥浆的相对密度以及其他参数满足相关的规范和设计要求，且没有泥团包裹钢筋笼，那么泥浆给予的浮力相对于钢筋笼的自重基本可以忽略不计。

2、第二阶段往往是最容易发生钢筋笼上浮的阶段。由于混凝土从导管中流出，由于其密度较大，不仅给了更大的浮力和侧粘力，还给予了钢筋笼向上的摩擦力和端头阻力。

3、第三阶段发生钢筋笼上浮的概率也不大。由于导管进入钢筋笼内部，此时钢筋笼受到向上的阻力少了端头阻力，同时初始的混凝土给予了向下的锚固力，使得向上合力减小而向下的合力增大，故钢筋笼受到的总合力还是向下的。

二、预防措施

通过上述对钻孔灌注桩钢筋笼上浮的受力分析研究，可以在桩基工程施工中有针对性地采取相应的预防措施，从而有效地避免出现钢筋笼上浮的现象。具体的预防措施如下：

1、钢筋笼的施工构造要求

在制作钢筋笼时，可以采取一些必要的构造措施，这样便能有效地预防浇灌混凝土时钢筋笼上浮的情况。一些常见的防止钢筋笼上浮的构造措施有：

（1）避免钢筋笼使用过多的钢筋接头，主筋也尽可能的顺直，可以减小混凝土液面上升时对钢筋笼的摩擦力以及侧粘力。

（2）钢筋笼底端尽可能靠近桩孔的底部，必要时也可以将部分钢筋笼的主筋延伸至桩孔底部，并在钢筋末端设置弯钩，利用初期浇灌混凝土的桩底混凝土来锚固住钢筋笼。

（3）在孔口利用重物反压钢筋笼，或者采取其他的有效的固定措施，为了在钢筋笼出现上浮的趋势时可以提供一个向下的反力来抵消上浮力。

（4）适当的增加箍筋的间距，能够起到减小上浮力的作用。

2、控制泥浆和混凝土材料的品质

控制好泥浆和混凝土的技术指标对减小浮力和摩擦力，防止钢筋笼上浮有着很重要的作用。在浇灌混凝土之前，应先通过置换孔内的泥浆来进行清孔工作，将孔内的残留的岩粉和残渣都尽量的排出孔外，这样可以减小混合浆体的密度，降低上浮力和摩擦力的作用。清孔后孔内的泥浆的相对密度应该控制在1.0-1.1之间。浇灌混凝土时应避

免发生掉块或塌孔等现象，以防止泥浆变粘稠凝结而加大泥浆的密度从而导致浮力的增大。

对于混凝土来说，需要严格控制其初凝的时间，必要时可以掺加适量的缓凝剂。同时要求混凝土具有良好的和易性，以保证混凝土在浇灌的时候具有足够的流动性，减小与钢筋笼之间的摩擦，降低摩擦力的作用。一般情况下，桩径<1.5m时，混凝土的塌落度适宜为180-220mm;桩径>1.5m时，混凝土的塌落度适宜为160-200mm。此外，混凝土的初凝时间和塌落度还应考虑温度、运距等因素的影响。混凝土运至灌注地点时，应检查其均匀性和塌落度，如果不符合要求不得使用。

3、混凝土浇灌速度的要求

虽然提拉试验中发现提拉速度对阻力的影响不大，但是在工程中混凝土的浇灌速度仍然是影响钢筋笼上浮的主要因素之一，浇灌速度过快会使得混凝土上涌的冲击过大而造成钢筋笼上浮，但是如果灌注速度过慢，随着时间的增加，首批混凝土流动性降低也会导致摩擦力的增大，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。因此合理控制浇灌混凝土的速度是防止钢筋笼上浮的重要方法之一，具体有以下两点：

（1）由于混凝土的液面在上升过程中，刚接触到钢筋笼底部时，钢筋笼的受力面积最大，因此在初期灌注混凝土的时候应当尽量降低灌注速度，减小混凝土液面上升引起导致对钢筋笼的冲击作用。

（2）当钢筋笼底端在导管底部以下有了一定的埋深，可以适当加快混凝土的浇灌速度。因为下部的混凝土具有一定的强度并对钢筋笼有一定的锚固作用，从而抵消了一部分的上浮力。

（3）降低灌注速度的同时应当注意灌注时间不能超过首批混凝土的初凝时间。

4、导管与钢筋笼的公共埋深

当混凝土液面上升到钢筋笼底端时，是最容易发生上浮的阶段。此时可以通过控制导管底端与钢筋笼底端的相对位置，保证导管有较大的埋深，以降低混凝土从导管底口出来后向上翻升所带给钢筋笼的冲击作用。

5、其他有效措施

将钢筋笼锚固在地面或在地面上部给予一定的压重;避免钢筋笼发生弯曲;在钢筋笼底端设混凝土预制块。

参考文献：

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[4]王怀栋.钻孔灌注桩施工中钢筋笼上浮成因及控制[J].建筑，2012（10）

作者简介：

关超（1988—）男，籍贯：湖北荆州，学士，助理工程师，湖北湘荆建设集团有限公司，研究方向：建筑施工