1、科钻孔灌注桩中钢筋笼上浮的原因及预防措施【摘要】现代化建设的发展越来越快，同时，钻孔灌注桩在土木工程施工中的应用也越来越广泛，然而,钻孔灌注桩的存在的问题确是不容忽视的。本文针对钻孔灌注桩施工中钢筋笼上浮问题，根据理论与实践经验分析和原因探讨，提出了防止钻孔灌注桩中钢筋笼上浮的预防措施。 【关键词】钻孔灌注桩 钢筋笼上浮 原因 预防措施引言：在钻孔灌注桩基础施工过程中，灌注混凝土时钢筋笼上浮现象时有发生，少则上浮几厘米至十几厘米，多则上浮几十厘米甚至过米，迄今为止很少有一个工程的全部工程的桩从未发生过钢筋笼上浮事故的。钢筋笼上浮程度的大小对桩的使用价值影响不同。轻微上浮一般不致影响桩的使用价值
2、, 但钢筋笼上浮过大会影响桩的使用价值。灌注中一旦发生钢筋笼上浮, 一般是不能纠正的, 所以应当了解钢筋笼上浮的原因。多年来，大量的工程实践积累了许防止钻孔灌注桩中钢筋笼上浮方面的经验，所以在施工中尽量减少和避免钢筋笼上浮事故。成功一、 钢筋笼上浮的原因在钻孔灌注桩施工过程中，钢筋笼上浮是钻孔灌注桩常见质量问题之一。但造成钢筋笼上浮的原因有很多（1）混凝土灌注速度和间歇时间在混凝土灌注初期应尽量放慢灌注速度, 因为混凝土拌合物具有典型的流变特性, 如果灌注速度过快, 混凝土在孔内上升时对钢筋笼产生的摩擦力会大大增加, 同时井孔内泥浆向上流动时对钢筋笼的摩擦力也会大大增加, 而此时钢筋笼在导管底
3、口以下混凝土内还没有足够的埋深, 容易造成钢筋笼上浮。当钢筋笼在导口以下有足够埋深后, 应适当加快混凝土灌注速度, 因为如果灌注时间过长, 首批灌注的混凝土流动性降低, 对钢筋笼的摩擦力增加。如果超过混凝土的初凝时间, 混凝土则会逐渐失去塑性, 并且与钢筋笼之间产生一定的粘结力, 在后续混凝土灌注时,钢筋笼就有可能随这部分混凝土一起上升。如果间歇时间过长,同样会使混凝土流动性降低, 粘聚力增加, 对钢筋笼的摩擦力增加, 引起钢筋笼上浮。（2）钻孔后清孔方面的问题成孔后为保证混凝土的灌注质量, 必须进行清孔, 以降低泥浆稠度和清除孔底沉淀层。如果孔底沉淀层厚度过大, 则钢筋笼不能下达到设计高程。
4、在首批混凝土灌注时, 如果混凝土下灌过快, 导管内泥浆会冲击孔底使沉渣上翻, 对钢筋笼产生较大的冲出浮托作用; 如果孔内的泥浆稠度较大, 流速较大的泥浆在孔内向上流动时对钢筋笼的摩擦力大, 极易造成钢筋笼上浮（3）孔斜原因造成钢筋笼上浮在成孔过程中，钻机的摆放、地盘的坚实度、钻头连接的松紧度、地层（土层中夹有大孤石等）等原因都可以造成钻孔偏斜。由于钻孔偏斜，钢筋笼下放时，挂蹭支于孔壁，下放不到位。另外，由于钻孔的偏斜，在起拔导管时，导管很容易挂着钢筋笼，使钢筋笼向上产生了位移，造成钢筋笼上浮。（4） 孔口基础设置造成钢筋笼上浮孔口基础设置，往往在不经意间，造成了钢筋笼的错位。不是上浮就是下沉。
5、各种标高计算后，包括钢筋笼的吊筋、穿吊筋的横杆、放横杆的枕木，这些硬件设施具备后，还有一些是我们不能忽略的：枕木放置位置，它是放在地面，而不是放在护筒上（以护筒上边缘作基准面），这个高差一定要计算，枕木万万不能放在护筒上，因有的钢筋笼重达数吨，放在护筒上，一定会产生位移变化。即使枕木放在地面，也得考虑孔口地表的坚实度，重达数吨的钢筋笼同样能使软基下沉。有的，由于考虑了软基因素，而没有采取好措施，理想化的加高软基，结果加的过高，人为的造成了钢筋笼上浮。（5） 灌注过程中导管底口位置不当造成钢筋笼上浮在灌注混凝土过程中，当混凝土面到达钢筋笼底部附近时，此时导管的埋深控制很关键，其实，也就是导管底口
6、距钢筋笼底部的距离，该距离在一米左右时，由于浇筑的混凝土自导管流出后冲击力很大，并以一定的速度向上顶升，推动钢筋笼上浮。（6） 灌注导管埋深过大造成钢筋笼上浮在混凝土灌注过程中，如果导管起拔不及时，埋深过大，其上层混凝土因浇筑时间较长，就接近初凝，开始硬化。这样，在混凝土表面就形成了和易性极差的一层硬壳，表面形成的硬壳混凝土对钢筋笼有相当大的握裹力，新灌注的混凝土自导管中流出后，将以一定的速度向上顶升，推动钢筋笼上浮。（7） 混凝土质量不合格造成钢筋笼上浮灌注混凝土质量差，对于易离析、坍落度偏差过大的混凝土，很容易造成钢筋笼上浮。其原因是，混凝土离析层和易性极差，形成一层石块堆积层，它裹卡着钢
7、筋笼，新灌注的混凝土自导管中流出后，同样以一定的速度向上顶升，带动钢筋笼上浮。（8） 钢筋笼及导管下放偏位造成钢筋笼上浮无论是钢筋笼或导管，向孔内下放时，位置都不能发生偏差，一旦发生偏差，在灌注混凝土过程中，起拔导管时，很容易发生导管挂钢筋笼的情况，从而造成钢筋笼上浮。二、钢筋笼产生上浮的后果根据钻孔灌注桩的施工实践证明, 钢筋笼产生上浮一般出现在混凝土灌注初期, 如果这段时间不出现此种现象, 随着钢筋笼在混凝土中埋深增加, 再出现此种质量问题的可能性很小。因此, 在混凝土灌注初期应特别注意。如果发现产生了钢筋笼上浮问题, 应立即采取相应措施, 否则将会造成严重的后果。钢筋笼上浮所产生的严重后
8、果主要有以下几种:（1) 钢筋笼上浮影响钻孔灌注桩的整体承载能力, 不能安全承受设计荷载, 必然造成返工, 否则将存在质量隐患。2) 钢筋笼上浮过程中可能会碰撞孔壁, 严重者造成塌孔, 较轻者出现断桩或缩颈质量问题, 大幅度降低桩的承载力。造成钢筋笼上浮的原因往往是多方面的, 具体问题应具体分析。但无论什么原因造成的钢筋笼上浮, 都会给施工带来很大麻烦。因此, 事先对可能引起钢筋笼上浮的原因进行充分分析论证, 排除一切可能因素, 必要时应首先进行验桩然后进行混凝土灌注施工, 以取得经验, 确保三、 预防钢筋笼上浮的具体措施针对以上分析的原因，在钻孔灌注桩基础施工过程中，可以采取以下预防措施：（
9、1）在钢筋笼的制作中，将对称的4根主筋的下部各加长34m,延长至孔底，并将加长钢筋末端弯起或加工成圈状，加强混凝土灌注初期对钢筋笼下部的握裹力。在设计要求允许范围内，适当减少钢筋笼下部的箍筋和加强筋的数量。钢筋笼就位后，在钢筋笼顶部用钢筋或钢管将上部主筋与钻台架连接顶牢，或将钢筋笼顶部固定在钢护筒上，防止钢筋笼上浮。 （2）在清孔和混凝土灌注之前把泥浆的比重控制适当的范围内，在1.52.0 之间，要求作泥浆用的粘土塑性指数不小于15。且清孔应尽量彻底。在混凝土灌注过程中，防止混凝土拌合物从漏斗顶溢出落入孔中，使泥浆内含有水泥而变稠凝结，加大泥浆比重。泥浆比重过大，孔中液体对钢筋笼浮力增大，而且
10、在混凝土面上形成较厚的浮浆， 使孔内混凝土顶面标高探测不准确，并在混凝土上升时浮浆会裹着钢筋笼上升。（3）混凝土配制时严格控制其流动性（坍落度）和初凝时间，选用初凝时间较长的水泥品种，适当加大混凝土的水灰比，水灰比采用0.50.6，含砂率采用40%一50%，而且粗骨料的最大粒径应不大于40mm，保证混凝土的坍落度达到1822cm 范围之间，使混凝土拌合物具有较好的流动性（和易性）。混凝土灌注前严格检查混凝土拌合物的均匀性和坍落度等，如不符合要求进行第二次拌和，严禁不合格的混凝土灌入孔内。尽量缩短混凝土总的灌注时间，防止顶层混凝土进入钢筋笼时其流动性变小，在不利的施工条件下，推广用缓凝剂，以推迟
11、混凝土的凝结过程，增加其和易性。（4）按照施工规范要求，合理计算确定首批混凝土数量和漏斗的高度，要求导管底口埋入首批混凝土的深度不小于1m，在灌注1.5m桩时保证有2.7m3 的蓄料斗；灌注1.2m 桩时保证有2.0m3 的蓄料斗，及采取下料后导管回插10cm 的方法来保证埋管深度，防止混凝土流出导管底口时流速过快导致钢筋笼上浮。灌注开始后，应紧凑连续地不断进行，每斗混凝土灌注间隔时间尽量缩短，严格限制拆除导管所耗时间，一般不超过去时15s，灌注中途不得停工。（5）当钻孔内混凝土顶面上升到接近钢筋笼下端时，是比较容易产生钢筋笼上浮的阶段，为防止钢筋笼被混凝土顶托上升，除保证首层混凝土进入钢筋笼
12、时有足够的流动性外，采取以下措施：1.当混凝土面接近钢筋笼底面时，应保证导管有较大的埋深，但一般不得大于6m，使导管底口与钢筋笼底端保持较大距离，最好有3m以上并放慢混凝土灌注速度，减小混凝土的冲击力，以降低混凝土从导管底口出来后向上翻升时钢筋笼所受到的顶托力。2.当孔内混凝土面进入钢筋笼34cm 时，提升导管，并保证导管在混凝土内的埋深在1.5m 以上，钢筋笼被该段非流动混凝土压持住（混凝土对钢筋笼骨架的握裹力）。在继续灌注混凝土时，随着混凝土面的上升，导管底口以下钢筋笼受到混凝土的握裹力也随之增大。一般情况下，有了这段安全埋置距离，钢筋笼便不会上浮。（6）在混凝土灌注过程中，用测绳经常测量
13、孔内混凝土顶面标高并做好记录，据此确定导管已埋深多少，及时提升并拆除导管，控制混凝土灌注速度，及时调整导管的埋深，控制灌注速度，以控制混凝土向上翻升速度，减少其对钢筋笼的携带能力。考虑到灌注中后期混凝土的流动性降低，与钢筋笼及导管壁的摩阻力大为增加， 应严格控制导管与钢筋笼在混凝土中的公共埋深，一般不少于2m。导管提升时应保持轴线竖直和位置居中，逐步提升；如导管的法兰盘卡挂钢筋笼，可转动导管，使其脱开钢筋笼后，移到钻孔中心。四、工程实例（1）某市立交桥钻孔灌注桩, 桩径1m, 孔深30m, 笼长28. 8m, 属于吊笼。施工工程中, 将吊筋的525mm 螺纹钢换成5 50mm 钢管作成压笼,
14、将钢管与机台底座焊牢。使用混凝土罐车灌浆时, 严格控制灌注速度, 安配技术骨干操作罐车, 在临时停电40 分钟的情况下, 轻轻上下窜动导管, 有效地防止了混凝土料固结及瞬时冲力的产生。利用如上措施有效地防止了钢筋笼上浮, 所施工的38 根桩全部合格。（2）某铁路干线跨河特大桥钻孔灌注桩, 桩径1. 5m, 孔深17m, 钢筋笼17m, 属压笼。灌注设备为微机控制的高压注浆泵, 在距桩孔50- 800m 的范围内用管线输送, 甲方依照我公司的建议配备了发电机、简易混凝土搅拌机及运料机具作为备用。通过微机控制配料, 合理设置浆料运输速度, 配合桩孔专业人员负责监测钢筋笼的形位变化情况。这一工程成功
15、的应用微机信息系统进行了施工, 完全避免了钢筋笼上浮现象的发生, 所施工的68根桩全部优良 (3)、郑州黄河大桥钻孔灌注桩的施工中钢筋笼上浮在灌注过程中,混凝土的灌入速度是我们所追求的,所以导管的埋置深度是控制钢筋笼上浮的重要手段。施工中,常常在灌注很顺利的时候发生钢筋笼的上浮事故,就是因为导管的埋置深度过大而引起的。在郑州黄河大桥钻孔灌注桩的施工中,沿线不少桩就发生过类似的现象。虽然他们利用钻机配合灌注,把钢筋笼顶部与钻机一起固定起来,但灌注过程中仍有不少桩出现了钢筋笼的上浮事故,甚至出现过能把钻机顶翻的现象。如果了解了产生钢筋笼上浮事故的原因,拆除几节导管,减小导管底部混凝土与钢筋笼的接触
16、面积,问题便解决了。(4)、日东高速公路兖州段钻孔灌注桩钢筋笼上浮问题处理以及经验作总结日（照）东（明）高速公路兖州段为全高架桥，全长11.6km，桩型分两种：1.5m的孔深60m、笼长40 m，1.2m的孔深45m、笼长28m，主要地层为粘土，亚粘土，中间夹数层细砂、中砂。地下水位深3.5米。1.非通长配筋钢筋笼上浮的形成原因：当混凝土灌注至钢筋笼底时，由于浇注的混凝土自导管翻出由下而上的压力较大，托动了钢筋笼上浮； 或由于混凝土因浇注时间较长，已近初凝，表面形成硬壳，砼与钢筋笼有一定握裹力，混凝土在导管翻出后将以一定的速度向上顶升，同时也带动钢筋笼上移。2.非通长配筋钢筋笼上浮的防止措施：
17、2.1减少沉渣厚度：沉渣过厚尤其块状粘土，在和混凝土一起上升的过程中，非常容易使钢筋笼上浮。当钻进到设计孔深时，应冲孔1小时左右，并把钻头上携带的粘土块、孔底残留的粘土块搅碎，清干净。2.2混凝土一定要搅拌好：当混凝土坍落度偏小或和易性差时钢筋笼易上浮，应严格控制混凝土配制、坍落度，坚决禁止使用不合格的混凝土。2.3导管埋深的影响：混凝土灌注快到钢筋笼底部时，尽量减小埋深，减小对导管的冲力（有人认为导管埋深离导管越远对导管的冲力越小，但在实践施工中发现埋深越小笼子越不容易上浮）。2.4尽可能减少浇注时间：减少灌注时间，挣取在最短的时间灌注完混凝土，防止混凝土表面形成硬壳带动钢筋笼上浮。2.5当
18、灌注到钢筋笼底部时，应缓慢放料：缓慢放料减少对钢筋笼的冲力，直到埋住钢筋笼并且导管口也在钢筋笼内时才可加大放料速度。2.6应考虑运输距离、气温影响：在夏季或运输过程中时间较长时，应加混凝土缓凝剂，气温高、运距远，混凝土容易初凝，以至于在灌注时出现混凝土极易抱裹导管，提导管时带动笼子上浮，遇这种情况应经常活动导管，加快灌注。2.7导管的配置要好：导管的配置要使混凝土灌注到钢筋笼底部时不拆导管，导管口距离钢筋笼底较远，拆除导管后导管口进入钢筋笼底部以上，不可配置成拆除导管后，导管口在钢筋笼底附近。2.8法兰盘导管注意挂笼子：法兰盘导管容易挂住笼子，当导管提升有困难时，应旋转导管，不可硬提。2.9采
19、用在主筋上焊倒刺的方法，来防止钢筋笼上浮，效果很好。钢筋笼同一截面焊34个倒刺，每个笼子设两道即可。2.10加大吊筋直径，并在井口加配重，并可焊在护筒上。2.11当混凝土埋过钢筋笼底端3m时，应及时将导管提至钢筋笼底端以上。3.非通长配筋钢筋笼上浮的处理措施：当发现钢筋笼开始上浮时，应立即停止浇注，并准确计算导管埋深和已浇混凝土标高，可拆除导管时必须拆除后再进行浇注，上浮现象可能消除。当钢筋笼已经上浮了，应准确计算导管埋深和已浇混凝土标高，在导管提升的最大在限度内，快速提升，缓慢下放，反复几次，上升的钢筋笼可恢复原标高。灌注混凝土过程中，应随时掌握混凝土浇注标高及导管埋深。切不可因浮笼问题而把
20、导管拨出混凝土面。在进行钻孔灌注桩混凝土灌注时，非全配筋钢筋笼是很容易上浮的，进而导致桩基质量达不到设计要求。要正确分析混凝土灌注过程中钢筋笼的受力状态的基础上，结合施工现场的具体情况来分析。(5)、大龙溪大桥钻孔灌注桩钢筋笼上浮云桂铁路为南宁昆明新建时速250km高速铁路，我公司承建云南段站前7标段土建任务，大龙溪货车左联络线大桥(以下简称大龙溪大桥)全长470.8m，位于半径R=800 m的左偏曲线上，设计为单线有砟轨道，设计时速为120km/h。该桥采用挖、钻孔灌注桩接承台基础，其中3#墩7#墩，9#墩、10#墩、11#墩、13#墩、14#台为直径1.25 m钻孔灌注桩39根。1.钻孔灌
21、注桩钢筋笼上浮原因以及预防措施大龙溪桥处于山谷之中沿河而走，地下水比较旺盛，平凡出现砂层及淤泥层，在钻孔过程中经常偏钻。在混凝土灌注中屡次出现钢筋笼上浮情况，在3号墩4号桩混凝土灌注中，钢筋笼上浮严重，项目部立即发出整改通知，对其重新钻孔灌注，要求不能再次出现类似情况，确保工程质量及施工成本可控。2.钻孔灌注桩钢筋笼上浮施工控制大龙溪大桥钻孔灌注桩采用冲击钻成孔，设计桩径1.25米，设计桩长最长29米，最短8.5米，桩基为通长钢筋笼配筋;以此桥3号墩为第一个开始施工，设计桩长为16米，5根桩。地质情况，以粉质黏土、泥岩为主，夹杂沙层及淤泥层;钻孔作业人员从事钻孔作业多年，钻孔经验丰富;搅拌站距
22、离较远，砼从开盘至现场需45分钟。3#墩钻孔灌注桩灌注时出现了浮笼，其基本浮笼情况如下表： 3#墩钻孔灌注桩钢筋笼上浮情况桩基编号设计桩长（m）上浮高度（m）备注3-1160.13现场处理3-21603-31603-4160.55返工处理3-51603.针对钢筋笼浮笼屡次发生的现状，项目部组织相关人员开会讨论分析原因并制定相应控制措施：3.1 分析原因3.1.1、钻孔超钻致钢筋笼悬空增多：钻孔桩钢筋笼底原设计距孔底10cm，钻孔过程中有超钻现象，一旦存在钻孔桩超钻太大时，导管在灌注混凝土时会伸入至钢筋笼底部，混凝土从钢筋笼底端向上返，由于混凝土密度较高，容重较大，很容易托起钢筋笼，对钢筋笼上浮
23、有一定影响。3.1.2、导管埋深过大：混凝土面接近和初入钢筋骨架时，导管口处于钢筋笼底口0.2m0.5m处;钢筋笼底部不断受到灌注混凝土的冲击，给上部的混凝土产生向上的顶推力，而上部的混凝土由于浇筑时间早，与钢筋产生力，再灌注第2车混凝土时，导管口位置不变，导致钢筋笼底受到冲击力持续不断、握裹钢筋笼的混凝土增多，进而导致钢筋笼上浮系数增大，对钢筋笼上浮影响较大。3.1.3、防浮补救措施欠缺：作业人员无任何防浮措施，并且无钢筋标杆，在严重浮笼发生时，没有及时发现，当发现后，没有有效措施遏制浮笼，其图如下3.1.4、混凝土灌注：混凝土浇筑过程中，经常发生间隔，间隔最长时间1.5小时，影响了混凝土灌
24、注的连续性;作业人员一味追求速度，灌注混凝土速度过快，引起混凝土对钢筋笼的冲力瞬间增大，引起上浮，对钢筋笼上浮影响较大。3.2制定控制措施3.21、钻孔超钻致钢筋笼悬空：发生超钻形成如下图 存在超钻时，导管在灌孔时会伸入至钢筋笼底部，混凝土从导管底端向上返，由于其密度较高，容重较大，很容易托起钢筋笼。经分析，只要超钻在允许范围内，该情况就可以完全避免，因此对作业人员的技术交底上明确规定超钻范围最大为20cm。3.22、导管埋深过大导管埋深过大时，钢筋笼底部不断受到灌注混凝土的冲击，给上部的混凝土产生向上的顶推力，而上部的混凝土由于浇筑时间早，与钢筋产生握裹力，从而带动钢筋笼一起上浮。因此合理的
25、埋管深度至关重要，混凝土面接近和初入钢筋骨架时，导管口处于钢筋笼底口0.2m0.5m处;技术人员对导管长度及混凝土面要测量准确，正确指导作业人员拆除导管。配导管时顶管应适当配制0.5m、1m管节，以备灌注混凝土时钢筋笼有小量上浮拆除导管减少导管埋深。3.23、防浮补救措施欠缺在钢筋笼加强筋上焊接钢管，钢管末端焊接在护筒上;钢筋笼主筋顶端焊接钢筋伸出泥浆作为浮标; 3.24、混凝土灌注混凝土灌注时上反力对钢筋笼的携带力(F)可按照下式计算：F=Crcsv2/2g其中：g重力加速度(m/s2);rc混凝土容重(N/m3);s钢筋笼正面积(m2); v混凝土上返速度(m/s);C阻力系数(与笼构造，
26、钢筋表面性质有关)。由上式可以得到以下结论：(1)对于固定配合比的混凝土，其容重rc变化不大，所以对携带力影响不大;(2)对于固定的钢筋笼，其钢筋笼正面积s均相同，所以对携带力影响不大;(3)对于固定的混凝土和钢筋笼而言，其阻力系数C也是固定的，对携带力影响不大，但混凝土接近初凝后阻力系数明显增大，对钢筋笼携带力产生较大影响。综上所述，可以确定混凝土上返速度和混凝土接近初凝时对钢筋笼携带力影响最大，所以灌注混凝土时要严格控制灌注速度和时间，具体方法如下：(1)通过减小漏斗活门的开启度来降低灌注速度;(2)通过降低漏斗装料量来减小灌注速度;(3)灌注混凝土应连续，严防混凝土接近初凝。另外，调整便
27、道路线，整修拌合站至施工现场的所有便道，减少混凝土罐车运输时间;组织混凝土罐车司机及混凝土拌合站相关作业人员开会，要求钻孔桩混凝土灌注时应及时连续。技术人员在灌注钻孔桩混凝土时应计算好混凝土用量，以便一次性从拌合站发出混凝土，保证灌注混凝土连续性。4、大龙溪大桥钻孔桩自2010年10月20日，到2011年4月6日全部顺利结束，共历时4.5个月。虽然由于复杂的地质原因，施工中出现突发事件多，但由于采用了切实可行的施工技术措施，克服了诸多困难，安全、优质地完成施工任务，成功的经验可供今后类似工程借鉴。五、 结语在多次的实践中证明，钻孔灌注桩在混凝土灌注过程中，只要控制好混凝土的流动性和上翻速度，控
28、制好导管底口和钢筋笼底端的相互位置及导管与钢筋笼在混凝土中的公共埋深，钢筋笼上浮的事故是可以避免的。控制好泥浆的比重，将钢筋笼主筋延长到孔底，把钢筋笼固定在平台或护筒上，也是一种有效的辅助方法，能够解决灌注时钢筋笼上浮的问题。在钻孔桩混凝土灌注过程中,非全配筋钢筋笼发生上浮的现象并不少见。在正确分析混凝土灌注时钢筋笼受力状态的基础上,我认为造成钢筋笼上浮的主要原因包括固定不牢、技术操作不当、混凝土和易性差、灌注速度及导管埋深掌握不准等因素,以及地质条件不利等方面。具体实践过程中,要做到超前预防,发生问题后,快速组织技术人员分析论证,找出钢筋笼上浮的主要原因,制定切实可行的措施,避免造成大的质量
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