1、1钻孔灌注桩施工钢筋笼上浮原因分析及对策摘要：在钻孔灌注桩设计时，往往采用非全配筋桩型，这样既可满足桩身受力要求，又节约了钢材用量。然而半截笼经常会发生上浮现象，严重影响成桩质量。通过对青荣城际铁路桩基施工经验总结，对钻孔灌注桩施工钢筋笼上浮原因进行分析，并提出预防及补救对策。 关键词：钻孔灌注桩；钢筋笼；上浮；对策 中图分类号：U443.15+4 文献标识码：A 1、引言 青荣城际铁路位于胶东半岛,连接了青岛、烟台、威海地区的主要城市,是半岛城市群的重要联络通道。保证工程质量零缺陷是建设高标准现代化城际铁路的根本，施工中按照青荣城际标准化管理严把质量关，确保工程验收合格率 100%。根据设计
2、图纸，钻孔灌注桩基础大部分设计为半截钢筋笼，在桩基施工初期，极易发生钢筋笼浮笼现象，通过对钻孔灌注桩钢筋笼上浮原因进行分析，总结经验，制定一系列防止钢筋笼上浮对策，良好地解决了钢筋笼上浮这一棘手问题。 2、钢筋笼上浮现象 针对本地区砂层较厚（约 515m） 、岩层坚硬（约600KPa1200KPa）特殊地质情况，采用旋挖钻和冲击钻两种钻孔施工工艺，在施工过程中，都发生不同程度钢筋笼上浮现象，以冲击钻施工工艺居多。以某特大桥为例，钻孔灌注桩平均桩长 30m，桩径均 1m，钢筋2笼长均为 16.239m，混凝土面灌注至钢筋笼底以上 0.5m6m 时发生钢筋笼上浮现象，混凝土面超过钢筋笼 6m 以后
3、浮笼现象消失，此时钢筋笼悬浮在混凝土中，吊筋不受力直至灌注结束。 3、浮笼现象原因分析 钢筋笼发生浮笼现象后，项目工程技术部立即组织钢筋笼上浮技术分析，根据施工经验总结为以下几点。 3.1 操作不当 钢筋笼一般由吊筋悬吊在横向支撑上，吊机可上下吊动，当混凝土进入钢筋笼以后，钢筋笼在混凝土中处于悬浮状态，吊机拆卸导管时，由于钢筋笼直径较小（为 83cm） ，导管直径相对较大（为 30cm） ，当导管偏离孔位中心，提升导管极易发生导管挂笼现象，钢筋被吊起后难以恢复原位。 3.2 混凝土灌注速度影响 混凝土灌注至钢筋笼底部时，若仍按照正常灌注速度（约0.03m3/s）灌注混凝土，导致混凝土在导管口上
4、返速度过快，产生向上冲击力，进而带动钢筋笼一起上浮。 3.3 导管埋深影响 1）导管埋深一般宜控制在 26m，实际灌注混凝土过程中，作业人员未按要求拆卸导管，导致导管埋深超过 6m。 2）混凝土面进入钢筋笼后，若导管底口仍在钢筋笼底以下，这样会使得进入钢筋笼段混凝土带动钢筋笼一起向上浮动。 3）当混凝土面和导管底口都进入钢筋笼内以后，如果导管埋深过大，3将很容易造成钢筋笼上浮。 3.4 混凝土质量影响 钻孔灌注桩灌注是否顺利，主要由混凝土质量决定，混凝土塌落度、和易性、流动性是决定混凝土在灌注过程中是否会发生浮笼的主要原因。根据对发生钢筋笼浮笼现象的桩基混凝土质量数据统计发现，90%钢筋笼发生
5、上浮是由于混凝土品质影响，混凝土塌落度偏小，在灌注过程中混凝土翻滚困难，带动钢筋笼一起向上浮起。混凝土塌落度偏大易产生离析，混凝土粗骨料聚集，产生“垫层” ，拖动钢筋笼上浮。混凝土和易性是混凝土配合比是否合理的良好体现，和易性差的混凝土导致流动性变差，使得钻孔桩灌注困难。 3.5 灌注时间影响 钻孔灌注桩灌注时间越短，桩身完整性越好，设计灌注混凝土方量25m3 的桩基在 1h2h 灌注完成为宜，混凝土罐车在运输过程中混凝土精神损失较大，随着灌注时间增长，首灌混凝土接近初凝，在混凝土面形成硬壳，与钢筋笼有一定的握裹力，混凝土面上升带动钢筋笼上浮。由于旋挖钻采用吊车作业，灌注效率显著高于冲击钻机采
6、用的钻机作业，导管易拆卸，灌注时间接近冲击钻机灌注时间一半，因而在灌注过程中出现浮笼现象较少。 3.6 泥浆比重影响 孔内泥浆比重是钢筋笼上浮一个影响因素，泥浆比重与钢筋笼相对密度影响着钢筋笼在泥浆中浮力，同时泥浆比重影响着混凝土上返难易程度。灌注桩虽然经二次清孔后保证了孔底泥浆比重，但是在混凝土灌4注过程中，随着泥浆沉淀使得混凝土面的泥浆比重增大，与钢筋笼接触面摩擦力增大，使得钢筋笼有向上运动趋势。 3.7 孔内沉渣影响 孔内沉渣清除不到位也影响钢筋笼在孔内受力情况，首灌后虚渣漂浮在混凝土面，同沉淀的泥浆一起带动钢筋笼向上运动。 3.8 地质条件影响 沿海地区砂层较厚，清孔时粉细砂悬浮在泥浆
7、中，含砂率难以降到规范要求的 2%，同时按规范要求泥浆比重降到 1.1g/cm3 以下，在灌注过程中粉细砂沉淀在混凝土面上，形成一定厚度的垫层，随着混凝土上升，托起钢筋笼浮起。 4、钢筋笼上浮预防措施 4.1 减少人为操作失误 由于导管挂笼使钢筋笼上浮现象完全可以避免，吊车提升导管过程中应缓慢提升，遇到障碍及时停止提升，用钢管撬动钢丝绳旋转导管使导管离开钢筋笼，继续提升导管。 4.2 控制混凝土灌注速率 灌注前计算好混凝土面位置，在钻孔桩灌注过程中预估混凝土面进入导管时间，提前做好准备，混凝土面接近钢筋笼底时减小灌注速率，使混凝土冲击力尽可能对钢筋笼产生最小影响。 4.3 灵活控制导管埋深 混
8、凝土灌注过程需严格控制导管埋深，当混凝土面接近钢筋笼底时测量混凝土面位置，计算导管埋深，拆除导管控制埋深至 24m，混凝土5面超过钢筋笼底后勤测混凝土面标高，可拆除导管时及时拆除，保证导管底部一次升至钢筋笼底以上，这时导管底口尽量远离钢筋笼底口，使钢筋笼发生上浮几率大大减小。 4.4 严控混凝土塌落度及和易性 混凝土配合比设计时应充分考虑运距、气温等外界因素，添加缓凝剂，保障混凝土运输至现场后各项指标能满足灌注要求。混凝土灌注前，先使混凝土罐车搅拌罐快速转动，混凝土在搅拌罐中充分搅拌均匀，再卸料灌注。发现混凝土灌注时塌落度减小或和易性变差，应及时通知试验室及拌和站，重新调整后继续灌注，严禁灌注
9、指标不合格的混凝土，很容易产生钢筋笼浮笼现象。 4.5 减少灌注时间 首先做好灌注前准备工作，混凝土罐车到达施工场地前做好导管减压及安装料斗等工作，保证混凝土及时灌注。其次，采用先进灌注设备，优先采用汽车吊吊放导管及料斗，提升混凝土灌注速度。首灌结束后，更换小料斗灌注，易于拆卸。采用有经验的作业人员，提高操作技能，减少灌注时间。 4.6 控制泥浆比重 二次清孔泥浆比重根据砂层厚度控制在 1.051.1g/cm3，保证混凝土上返顺利，同时控制灌注时泥浆内粉砂沉淀厚度，降低钢筋浮笼概率。泥浆制取尽量采用优质钠基膨润土造浆，保证孔壁稳定同时易于控制泥浆密度和滤失量。 4.7 尽可能减小沉渣厚度 6孔
10、底沉渣除了影响桩身质量外，沉渣过多也会使钢筋笼上浮，严格按设计要求摩擦桩沉渣厚度10cm，柱桩沉渣厚度5cm，减少灌注前清孔停止的时间。 4.8 外力固定方法 当内在因素不可避免时，可采用外力加以固定钢筋笼，强制使其固定，避免上浮。 1）固定吊筋方法。 采用直径 20mm 以上吊筋四根，使其对称焊接在护筒上，吊筋与钢筋笼及护筒之间焊接牢固，可承受部分钢筋笼上浮顶托力，方法简单易于操作，护筒拆除时除去护筒与吊筋连接即可。注意浇筑时护筒上加配重，或将护筒与钻机相连，防止护筒被钢筋笼托起。 2）制作专门防上浮角叉 为解决吊筋不可重复使用浪费钢材问题，可单独制作角叉固定钢筋笼。用直径 60mm 以上钢
11、管两根，钢管一头切割成槽状，卡住钢筋笼第一根加强箍筋，或用直径 25mm 以上的螺纹钢两根，一头焊接成角叉形状卡住钢筋笼加强箍筋，钢管（钢筋）另一头焊接在护筒上。同样，此种方法须对护筒加固防止护筒上移，还要对钢筋笼加强箍筋进行双面点焊，保证浇筑时与钢筋笼不脱焊。本工程采用此方法，效果显著。 3）钢筋笼加“倒刺”方法 在钢筋笼上设置“倒刺”的方法同样可防止钢筋笼上浮，倒刺设置在钢筋笼主筋上，每个截面设置对称设置 4 个，整个笼子设置两个截面。钢筋笼上浮时倒刺抵住或插入孔壁阻止其继续上浮。 74）钢筋笼底加配重 钢筋笼下放前，在钢筋笼底部加一定的配重，例如在笼底焊接两道加强箍，并在加强箍上焊接钢筋
12、网片，加强箍筋与笼底间距 2m，用钢筋与钢筋笼相连，灌注时通过底部加强箍筋与混凝土重力和摩擦力托住上部钢筋笼，使其达到防上浮作用。 5、钢筋笼浮笼后对策 混凝土灌注过程中，操作人员应时刻注意钢筋笼是否有向上浮起趋势，一旦不可避免地发生了钢筋笼上浮现象，首先停止灌注，测量导管埋深，若导管埋深较大，可采用“慢提快落”导管，慢慢将钢筋笼带回浇筑的混凝土中，直到吊筋完全受力时，钢筋笼恢复至设计位置，此时拆除导管，缓慢浇筑，如仍发生浮笼，继续此项操作；若导管埋深较小，不能通过上述方法处理时，可用角叉抵住钢筋笼，焊接在护筒或者配重上，防止钢筋笼继续上浮，待导管埋深较多时再采用上述方法将钢筋笼带回至设计位置
13、，提升导管时注意导管埋深情况，切不可因为浮笼问题使导管拔离混凝土导致断桩。如因混凝土流动性差使导管口混凝土上返困难，导致钢筋笼浮笼时，可从导管上口添加少量膨胀剂，上下活动导管，使混凝土松动后继续缓慢灌注。 钢筋笼上浮后如不能将其恢复至原位，根据钢筋笼浮起情况向设计单位汇报，分析事故原因，提出解决方案，通过设计单位重新验算桩基承载力及抗拉拔力等指标，若可采用植筋等补救措施满足设计要求时，需重新设计。如不允许，及时将钢筋笼拔出重新钻孔，减少工程损失。 6、结束语 8根据近年来桩基施工技术不断成熟，钢筋笼浮笼防措施研究已取得较大进步，依据设计施工，钢筋笼浮笼现象完全可以避免，但由于人为因素及外界条件影响使得这一现象成为桩基施工中较为棘手问题，处理不当严重影响成桩质量，因而在施工当中应当得到足够重视。充分做好施工前准备工作，灵活掌握钻孔灌注桩施工工艺，严格控制主要技术指标，制定相应的预防和应急措施，能够较容易地防止钢筋笼上浮事故的发生。 参考文献： （1）铁路桥梁钻孔桩施工技术指南（TZ 322-2010） （2） 高速铁路桥涵工程施工技术指南 （铁建设2010241 号） （3） 铁路混凝土工程施工技术指南 （铁建设2010241 号）
