对钻孔灌注桩钢筋笼上浮原因的浅析

【摘要】 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，多则上浮几十厘米甚至过米，直接影响钻孔灌注桩的质量，本文结合实际，就桩基础施工过程中钢筋笼上浮的原因及控制措施进行了探讨和分析。

【关键词】 钻孔灌注桩；钢筋笼上浮

【中图分类号】 TU753.4【文献标识码】 A 【文章编号】 1727-5123（2012）03-024-02

钻孔灌注桩是民用和工业建筑广泛应用的一种基础形式，具有适应性强、施工操作简单、设备投入不大等优点。但是由于钻孔灌注桩的施工大部分是在地面以下进行，其施工过程无法直接观察，成桩后也不能进行直接开挖验收，它又是最容易出现质量问题的一种基础形式。分析钻孔灌注桩在施工过程中可能发生的事故，进行必要的防范是保证钻孔灌注桩成桩质量，确保基础工程安全的重要措施。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，直接影响钻孔灌注桩的质量，本文结合实际，简要分析钻孔灌注桩施工过程中可能存在的几种质量问题以及相应的防范措施，旨在为类似工程提供借鉴。

1钢筋笼上浮的原因

1.1浮力。钢筋笼在泥浆和混凝土中受到浮力作用，浮力的大小与泥浆及混凝土比重、含砂率有关，但浮力并不是导致钢筋笼上浮的主要原因。

1.2摩擦力。在混凝土灌注过程中上升的混凝土对钢筋笼的粘附力（摩擦力）是导致钢筋笼上浮的一个因素，它的大小主要取决于混凝土的初凝时间、流动性（和易性）及灌注时的温度、混凝土总的灌注时间和导管与钢筋笼在混凝土中的公共埋深等。

1.2.1混凝土初凝时间与流动性（坍落度）和摩擦力的关系。混凝土拌合物的流动性（坍落度）与钢筋笼的上浮力（摩擦力）成反比，特别是首批灌注的混凝土始终处于后灌混凝土之顶层，应从灌注开始至灌注完成始终保持必要的塑性和流动性，否则混凝土的流动性变小摩阻力增大而粘附于钢筋笼上致使钢筋笼上浮，因此要求混凝土拌合物要有足够的流动性和初凝时间，保证首批灌注的混凝土的初凝时间不得早于灌注桩全部混凝土灌注完成时间。而影响混凝土初凝时间和流动性的因素有以下几点：⑴气温：气温越高，混凝土凝结时间越快；⑵水泥品种：掺有混合料的水泥凝结时间较长，例如矿渣水泥较同标号普通水泥凝结时间长，低标号水泥较高标号水泥凝结时间长；⑶混凝土的标号：其它条件相同时，混凝土凝结时间随着标号的提高而缩短；⑷混凝土的水灰比：随着水灰比的增高而混凝土的凝结时间延长；⑸混凝土坍落度：一般混凝土坍落度增加，凝结时间可以延长；⑹外加剂：掺入少量缓凝剂可以延长混凝土初凝时间和终凝时间。

1.2.2钻孔桩混凝土灌注时间的温度和总的灌注时间与摩擦力的关系。灌注桩全部混凝土灌注完成及提升并拆除导管所耗总的时间越长，灌注混凝土时温度越高，导致钢筋笼上升的摩阻力就越大，因为混凝土的流动性（坍落度）降低率与时间、温度成正比，与拌合物原有坍落度的大小成反比，特别是在混凝土灌注的中、后期，混凝土的流动性降低，与钢筋笼的摩阻力大为增加。当钻孔灌注桩直径较大，桩身较长，所需灌注时间较长时，或混凝土拌和机与灌注地点距离较远、运输时间较长时，灌注温度较高时，配制混凝土混合物须增加其坍落度或掺入缓凝剂。

1.2.3导管与钢筋笼在混凝土中的公共埋深与摩擦力的关系。当孔内混凝土面进入钢筋笼底面以后，混凝土面到导管底口的距离即为导管与钢筋笼在混凝土中的公共埋深。灌注混凝土时导管底口以上的混凝土上升时间与钢筋笼间的摩阻力是导致钢筋笼上浮的上升力。而在导管底口以下部分的混凝土对钢筋笼的握裹力将抵消导致钢筋笼上浮的上升力，这部分力有利于防止钢筋笼的上浮。另外，在钢筋笼骨架主筋外侧设置的控制保护层厚度的部件，如于主筋上设置的“耳环”、绑扎在主筋上的预制混凝土方垫块，及较长的钻孔桩的钢筋骨架采用多节骨架焊接而成的主筋搭接焊头，也都使砼与钢筋笼的摩阻力增大。

1.3顶托力。顶托力主要来自混凝土从漏斗向下灌注时的位能而产生的冲击力，混凝土从导管底口流出来向上升起时，向下的冲击力转变为向上的顶托力。顶托力是导致钢筋笼上浮的主要因素，钢筋笼所受到的顶托力的大小与混凝土灌注时的位能、灌注速度、首批混凝土的流动性、及表面标高、导管底口标高、钢筋笼底端标高等因素有关。

1.3.1混凝土在钢筋笼中上翻速度的影响。在钻孔桩混凝土灌注过程中不难发现，如果混凝土灌注速度过快，将会使向上的顶托力增大，造成钢筋笼被顶托上升。造成混凝土灌注速度过快的因素主要有以下几点：⑴漏斗高度过高，导致混凝土的位能过大，加快了混凝土下落速度；⑵井底清孔不彻底，尚有少量沉淀物被首批灌注的混凝土置换使导管底口距孔底距离过大，混凝土流出导管底时流速过快；⑶刚开始灌注混凝土时往往导管埋置较浅，或混凝土下落时导管提升过猛，使混凝土灌注速度过快。

1.3.2导管底标高、混凝土表面标高、钢筋笼底端标高间的影响。当导管底口在钢筋笼底端下面，混凝土从钢筋笼下口往上翻升，钢筋笼受到混凝土的顶托后很容易上浮。反之，导管底口在钢筋笼底端上面，混凝土从钢筋笼底端上部往上翻升，钢筋笼受混凝土的握裹力作用，钢筋笼上浮现象一般情况下不太明显。

1.3.3其他原因。钻孔弯曲或倾斜，两节钢筋笼连接不竖直，导管法兰盘钢筋骨架，钢筋笼的直径大小和箍筋间距对钢筋笼均能导致钢筋笼上浮，但这些不是主要原因。

2预防钢筋笼上浮的具体措施

2.1要保证安装在砼灌注桩中钢筋笼位置的准确。

2.1.1桩基定位要准确。在打桩施工前，首先要进行桩基位置的定位，桩位的准确是保证桩基及钢筋笼子位置准确的前提条件，这里就涉及到工程施工中桩基的定位的问题，施工员的工作不仅要把桩基的位置找准，而且还要做好保护桩的工作，以备桩基施工钢筋定位等后期使用。一般施工现场都要出入一些大型工程车辆，一不注意就将事先布置好的保护桩碾压破坏掉，因此在做保护桩的时候，考虑的是不仅能方便恢复桩位点，而且还要尽量避免做好的保护桩遭到破坏。

2.1.2护筒的质量、规格要满足施工的要求。钻孔使用的护筒要圆而且制作护筒的钢板不能小于8毫米（冲击钻施工时用的护筒的钢板不能小于12毫米），护筒的直径应比桩基的直径大约200～300毫米左右即可（冲击钻施工时护筒的直径要比上述值适当大些），埋设护筒时使其中心与桩位的中心重合，（规范中规定误差不能超过50毫米，实际操作中要控制在20毫米内），因为护筒是保证钢筋笼位置准确的第一个屏障，钢筋笼子要通过护筒安装进桩基钻孔内。另外护筒周围的回填土要尽量用不易渗水的粘土或煤矸石粉沫等回填，并要夯打结实。防止钻孔施工时外溢的泥浆渗过护筒周围的回填土，从而使护筒的位置倾斜或者发生位置改变。

2.1.3做到钻杆中心和桩位中心重合。埋好护筒后开始稳螺旋钻机，钻机的基础平台要平整和结实，稳钻机时最重要的是保证钻杆的中心和桩位的中心要重合，并且要保证钻机的竖直，使钻机的磨盘中心和桩位的中心重合为止（通过吊线坠检查两者误差不宜超过10毫米）；冲击钻是使其钢丝绳中心和桩位的中心重合，经校和无误后才能制备泥浆准备钻孔。在钻孔的过程，通过保护桩恢复桩位中心，在钻孔时，要经常检查、校和钻杆的中心是否与桩位中心重合。

2.1.4壁杆与吊线坠相结合的方法来控制钢筋笼子的位置准确性。为了保证安装后的钢筋笼能在钻孔灌注桩的中心位置，通常在安装钢筋笼之前，用长6m～8m，直径50～80mm的钢管在一端焊接上“n”型的挂钩，制作4个壁杆，均匀挂在护筒的四周后，才能开始安装钢筋笼子。在护筒的周围均匀安装4个壁杆的目的是能使钢筋笼在壁杆的挤靠下，在钻孔内保持垂直，同时也能有效防止钢筋笼嵌入孔壁的泥里，设计上在钢筋笼周围上焊接几个长几十厘米长的“]”型的钢筋来做混凝土的保护层几乎是没有用的，经过实践检验，壁杆的作用基本上能控制住钢筋笼的位置，使其不会有产生太大的偏差，使钢筋笼子的位置基本上能满足规范规定的要求。 精确的控制还要用吊线坠来实现，在安装完钢筋笼后，通过保护桩恢复桩位的中心点，然后抽孔内的泥浆，直到漏出钢筋笼的顶面，在钢筋笼的顶端挂“十”字线，用线坠来校和钢筋笼上挂的“十”字线中心与桩位的中心是否重合，否则用大锤、钢管敲打、撬动钢筋笼的吊筋使其中心与桩位的中心重合为止。但当钢筋笼的顶面至泥浆的上面距离较大时（例如超过2.0米时），抽泥浆的方法往往容易造成塌方，因此用吊线坠的方法就不再适用。那么处理方法就是在钻孔之前尽量使桩基位置的标高降低，来减少桩基副孔的高度。

2.2在钻孔灌注桩基础施工过程中相应地采取以下预防措施：将钢筋笼的主筋下部各加长3～4m，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。

2.3在清孔和混凝土灌注之前把泥浆的比重控制在1.5～2.0之间，要求作泥浆用的粘土塑性指数不小于15。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。

2.4混凝土配制时严格控制其流动性（坍落度）和初凝时间，适当加大混凝土的水灰比。水灰比采用0.5～0.6，保证混凝土的坍落度达到18～22cm之间，使混凝土拌合物具有较好的流动性（和易性）。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，必要时使用缓凝剂，

2.5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。

2.6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时有足够的流动性外，采取以下措施：

2.6.1当混凝土面接近钢筋笼底面时，应保证导管有较大的埋深，使导管底口与钢筋笼底端保持较大距离，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。

2.6.2当孔内混凝土面进入钢筋笼3～4cm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。

2.6.3在混凝土灌注过程中，用测绳经常测量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，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。

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。在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，造成钢筋上浮的原因主要包括技术操作不当，混凝土品质差以及地层条件不利等方面。在混凝土灌注过程，压住钢筋笼的活动压杆对控制钢筋上浮起了至关重要的作用，由于焊接了“笼头形”距离调节段，能够根据混凝土标高的要求灵活调节钢管的安装位置，继续固定钢筋笼。此外，还应合理控制钢筋笼和导管的共同埋深，混凝土上返速度、导管提升速度以及泥浆密度等。在今后的钻孔灌注桩施工中，建议深入研究钢筋笼在混凝土浇注过程中与孔内流体的动态耦合作用机理，从而更加有效地控制钢筋笼上浮。

3结语

钻孔灌注桩施工连续性强，又属于隐蔽工程，其成桩质量优劣直接影响建筑物的安全，在施工过程中要充分了解其施工工艺的特性及成桩机理，必须做到每个工序严格按照规范操作，钻孔灌注桩施工中遇到的问题是多种多样的，在实际施工过程中，应根据实际情况来分析归纳，对可能出现的问题制定切实有效的防范措施，尽最大努力杜绝事故的发生。事先按质量控制要点和检验标准，以旁站、巡查及平行抽检为手段，督促施工单位按照一定的工序进行施工，严格隐蔽工程的签证和验收，使其工程质量得到有效控制，确保整个工程的质量。我们切实加强质量管理意识，严格按照施工技术规范执行，不断提高施工管理水平，努力提高科学技术水平。

本文根据多年来从事钻孔灌注桩设计和施工经验，分析了影响钻孔灌注桩施工质量的几种因素，包括孔壁坍塌、缩颈、钢筋笼上浮、桩底沉渣、导管进水、断桩、钻孔内有害气体，并提出了相应的防范和处理措施，可以为类似工程提供借鉴。