嚴(yán) 星

(江蘇金堰交通工程有限公司,江蘇泰州 225500)

如何處治鉆孔灌注樁施工中鋼筋籠上浮的問題

嚴(yán) 星

(江蘇金堰交通工程有限公司,江蘇泰州 225500)

在鉆孔灌注樁施工過程中,由于鋼筋籠在樁孔內(nèi)處于懸掛狀態(tài),澆灌水下混凝土?xí)r,經(jīng)常會發(fā)生鋼筋籠上浮,從而引起樁身配筋發(fā)生改變,影響成樁質(zhì)量。本文結(jié)合工程實(shí)踐中積累的一些經(jīng)驗(yàn)和方法,針對鋼筋籠上浮的條件、原因,提出了控制鋼筋籠上浮的具體措施。

鉆孔灌注樁 鋼筋籠 上浮 防治措施

鉆孔灌注樁是一項(xiàng)隱蔽性工程，由于地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，施工條件不一，一旦出現(xiàn)質(zhì)量事故，處理難度大、工期長、成本高。鉆孔灌注樁的設(shè)計(jì)中，往往采用非全配筋型樁型，這樣，既可滿足樁身受力的要求，又能節(jié)省鋼材。然而，在混凝土灌注過程中，由于鋼筋籠在樁孔中處于懸掛狀態(tài)，澆灌水下混凝土?xí)r，時(shí)常會發(fā)生鋼筋籠上浮，從而使樁身配筋發(fā)生改變，影響成樁質(zhì)量。某大橋鉆孔樁在混凝土灌注過程中出現(xiàn)此類問題，適當(dāng)增加鋼筋籠的固定壓重后，仍然沒能有效地阻止鋼筋籠的上浮，最后不得已試圖強(qiáng)行施壓把鋼筋籠壓到設(shè)計(jì)高程，但因壓力過大使鋼筋籠失穩(wěn)，產(chǎn)生較大變形，變形后的鋼筋碰撞孔壁，造成坍孔，被迫停工，給工程帶來很大的經(jīng)濟(jì)損失。因此，為了保證橋梁工程的施工質(zhì)量，如何有效預(yù)防及處治鋼筋籠上浮的問題，應(yīng)當(dāng)引起施工方和監(jiān)理方的足夠重視。

1 鋼筋籠在混凝土灌注過程中的受力狀態(tài)

1.1 混凝土面在鋼筋籠底部以下

此時(shí)，鋼筋籠受合力作用，包括重力G、吊筋懸掛力N、泥漿浮力F1和泥漿上返作用力F2，此時(shí)G=N+F1+F2

在正常情況下，若泥漿密度滿足規(guī)范和設(shè)計(jì)要求，且沒有泥團(tuán)包裹鋼筋籠，上式可簡化為G≈N。

1.2 導(dǎo)管底端在鋼筋籠底端以下,混凝土面剛進(jìn)入鋼筋籠

混凝土從導(dǎo)管底端向上返，由于其密度較高，容重較大，當(dāng)鋼筋籠被埋超過一定深度時(shí)，混凝土上返就產(chǎn)生一個(gè)很大的攜帶力F3(動態(tài)浮力)，使鋼筋籠上浮。其上浮大都發(fā)生在下面受力條件下：G＜N+F3。

1.3 混凝土面、導(dǎo)管底端都進(jìn)入鋼筋籠

導(dǎo)管底端以下，鋼筋籠受壓持力F4、導(dǎo)管底端以上鋼筋籠受力作用(1.2)，當(dāng)鋼筋籠上浮時(shí)，F(xiàn)4就表現(xiàn)出來了，以而大大減小了鋼筋籠上浮的機(jī)會，此時(shí)受力條件為：G=N+F3-F4。

鉆孔灌注樁施工中混凝土灌注的實(shí)踐證明，鋼筋籠上浮大都發(fā)生在(1.2)的受力狀態(tài)下，(1.3)受力狀態(tài)下較少發(fā)生，(1.1)受力狀態(tài)下根本不發(fā)生(除提升導(dǎo)管量掛籠外)。

理論計(jì)算證明：鋼筋籠長度L、箍筋間距增大或鋼筋籠直徑D、鋼筋直徑減小，就會使鋼筋籠不易上浮；混凝土容重rC和阻力系數(shù)C減小，也會使鋼筋籠不易上浮；在混凝土灌注中，控制導(dǎo)管、鋼筋籠的公共埋深和混凝土上返速度，可使鋼筋籠不上浮。

2 鋼筋籠上浮的其他原因分析

造成鋼筋籠上浮的原因往往是多方面的，具體問題應(yīng)具體分析。但無論是什么原因造成的，都會給施工帶來很大麻煩。因此，事先應(yīng)進(jìn)行充分的分析論證，排除一切可能因素，必要時(shí)應(yīng)首先進(jìn)行試驗(yàn)樁混凝土灌注施工，以取得經(jīng)驗(yàn)，確保成功。

在混凝土灌注樁施工過程中，鋼筋籠所受的力是泥漿和混凝土拌和物向上運(yùn)動時(shí)對其產(chǎn)生的浮托磨擦力與下部埋深混凝土的磨擦力、鋼筋籠自重及鋼筋籠固定對其產(chǎn)生的壓力的合力。如果浮托作用力超過向下的作用力，就會出現(xiàn)鋼筋籠上浮。

泥漿和混凝土拌和物是具有典型流變特性的材料，不同的加荷速度所產(chǎn)生的剪切應(yīng)力和應(yīng)變是不同的。在變形相同的情況下，加荷速度快則產(chǎn)生的剪切應(yīng)力大，加荷速度慢則產(chǎn)生的剪切應(yīng)力小。

2.1 鉆孔底部泥渣清理不符合要求

當(dāng)鉆孔深度達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高后，清孔時(shí)間短且不徹底，孔內(nèi)沉渣厚度過大，孔底的泥塊也未完全攪碎和沖出孔外，就拆卸掉鉆頭、鉆桿，安裝導(dǎo)管，往往導(dǎo)致鋼筋籠不能下放到設(shè)計(jì)高程。在首批混凝土灌注時(shí)，如下灌速度過快，會沖擊孔底沉渣上翻，對鋼筋籠產(chǎn)生較大的浮托作用；如果孔內(nèi)泥漿稠度過大，流速較大的泥漿在孔內(nèi)向上流動時(shí)對鋼筋籠的磨擦力大，極易造成鋼筋籠上浮，使首批混凝土不能將鋼筋埋住，在后序灌注過程中，鋼筋籠會在首批混凝土的頂托作用下繼續(xù)上浮，從而增加了處治難度。

2.2 鋼筋籠固定方面的問題

在混凝土灌注過程中，采取適當(dāng)?shù)墓潭ù胧┛梢杂行П苊怃摻罨\上浮，尤其在上浮力不大的情況下，這是一個(gè)非常有效的技術(shù)措施。不少工程出現(xiàn)的鋼筋籠上浮問題，就是由于鋼筋籠的上端吊筋在孔口未固定牢，當(dāng)提升導(dǎo)管時(shí)易被導(dǎo)管掛住而一同提起。但固定壓重也不能過大，否則會掩蓋鋼筋籠上浮的實(shí)質(zhì)，在上浮作用力很大時(shí)造成鋼筋籠局部失穩(wěn)變形。

2.3 首批混凝土灌注量與下灌速度

首批混凝土的灌注量大小，是關(guān)系鋼筋籠是否上浮的重要數(shù)據(jù)。因此，首批混凝土的灌注量應(yīng)能滿足導(dǎo)管初次埋深不小于2.0m，且導(dǎo)管內(nèi)有一定高度的混凝土，這樣一方面可以避免后灌注混凝土翻噴和孔內(nèi)泥漿進(jìn)入導(dǎo)管，影響混凝土灌注樁的質(zhì)量，另一方面在后續(xù)混凝土灌注時(shí)增加阻力，降低孔內(nèi)混凝土向上運(yùn)動的速度，減少對鋼筋籠的磨擦力。

首批混凝土下灌的速度不能過快，既要保證將孔底沉渣沖起，又要保證不會對鋼筋籠形成過大沖擊和使孔內(nèi)泥漿快速上涌。具體下灌速度應(yīng)根據(jù)阻水塞及混凝土與導(dǎo)管壁的磨擦力、井孔深度、混凝土勢能等因素，并結(jié)合施工經(jīng)驗(yàn)和試驗(yàn)確定。

2.4 混凝土灌注速度和間歇時(shí)間

在混凝土灌注初期應(yīng)盡量放慢灌注速度，因?yàn)榛炷涟韬臀锞哂械湫偷牧髯冃?，如果灌注速度過快，混凝土在孔內(nèi)上升時(shí)對鋼筋籠產(chǎn)生的摩擦力會大大增加，同時(shí)井孔內(nèi)泥漿向上流動時(shí)對鋼筋籠的摩擦力也會大大增加，而此時(shí)鋼筋籠在導(dǎo)管底口以下混凝土內(nèi)還沒有足夠的埋深，容易造成鋼筋籠上浮。當(dāng)鋼筋籠在導(dǎo)管底口以下有足夠埋深后，應(yīng)適當(dāng)加快混凝土灌注速度，因?yàn)槿绻嘧r(shí)間太長，首批灌注的混凝土流動性降低，粘聚力有所增加，對鋼筋籠的摩擦力增加。

如果超過混凝土的初凝時(shí)間，混凝土?xí)饾u失去塑性，并且與鋼筋籠之間產(chǎn)生一定的粘結(jié)力，后續(xù)混凝土灌注時(shí)，鋼筋籠就有可能隨這部分混凝土一起上升。間歇時(shí)間過長，同樣會使混凝土流動性降低，粘聚力有所增加，對鋼筋籠的摩擦力增加，引起鋼筋籠上浮。

2.5 導(dǎo)管埋深的影響

導(dǎo)管埋深的控制是保證鉆孔灌注樁施工質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)，如果導(dǎo)管埋深過小容易造成斷樁。一般導(dǎo)管埋深應(yīng)在4～6m為宜。在混凝土灌注過程中，當(dāng)混凝土面上返到達(dá)鋼筋籠底端時(shí)，由于導(dǎo)管埋深較淺，混凝土灌注量相對過大，導(dǎo)致混凝土上返速度過大，產(chǎn)生很大的上沖力，從而托起導(dǎo)管和鋼筋籠上浮；當(dāng)混凝土面和導(dǎo)管底端都進(jìn)入鋼筋籠內(nèi)之后，如果導(dǎo)管埋深過大，將很容易造成鋼筋籠上浮。

導(dǎo)管提升應(yīng)以測繩實(shí)測混凝土高度為依據(jù)，而不應(yīng)根據(jù)混凝土灌注方量進(jìn)行估算。因?yàn)樵诓煌咨钐幍刭|(zhì)條件不同，其擴(kuò)孔系數(shù)不同。井孔內(nèi)混凝土灌注到一定高度時(shí)，導(dǎo)管內(nèi)混凝土勢能較小，這時(shí)可適當(dāng)減少導(dǎo)管埋深，加快灌注速度，縮短灌注時(shí)間。

2.6 地質(zhì)條件不利

當(dāng)?shù)貙又写嬖诜奂?xì)砂層時(shí)，若泥漿密度偏小，塌落的粉細(xì)砂則會鋪在混凝土面上，從而形成具有一定厚度的墊層，墊住鋼筋籠。隨著混凝土面的上升，同樣會托起鋼筋籠一起上浮。

總之，由于鉆孔灌注樁施工條件復(fù)雜，應(yīng)根據(jù)不同工程特點(diǎn)進(jìn)行具體分析，產(chǎn)生鋼筋籠上浮的原因是多方面的。要從根本上避免鋼筋籠上浮，應(yīng)綜合分析，從多方面采取措施。

3 防止鋼筋籠上浮的具體措施

根據(jù)混凝土灌注樁施工過程中受力狀態(tài)和上浮的綜合分析，防止鋼筋籠上浮的措施主要包括以下幾個(gè)方面：

(1)清孔時(shí)應(yīng)逐級換漿，泥漿變化梯度應(yīng)根據(jù)孔壁地質(zhì)條件而定，但切不可直接注入大量清水，這樣會使鉆渣快速沉底，另外還可能造成坍塌，使孔底沉淀層加厚。

(2)對鋼筋籠適當(dāng)固定，但固定壓重不宜過大，具體應(yīng)根據(jù)力學(xué)計(jì)算，求出鋼筋籠受壓失穩(wěn)的臨界壓力，根據(jù)臨界壓力確定固定壓重，尤其在孔深較大時(shí)應(yīng)特別注意，因?yàn)榇藭r(shí)鋼筋籠高與直徑之比較大，受壓時(shí)極易造成局部失穩(wěn)。

(3)混凝土的坍落度、和易性、初凝時(shí)間應(yīng)符合質(zhì)量控制和灌注時(shí)間的要求。

(4)合理控制導(dǎo)管和鋼筋籠的共同埋深，當(dāng)混凝土面接近鋼筋籠底部時(shí)，應(yīng)控制導(dǎo)管的提升高度，使其不超過0.85m/min，或減少混凝土的出料量，以降低超壓力F3；當(dāng)混凝土面已進(jìn)入鋼筋籠時(shí)，應(yīng)盡量減小導(dǎo)管埋深，邊提升導(dǎo)管邊灌注混凝土，當(dāng)混凝土面進(jìn)入鋼筋籠1～2m時(shí)，導(dǎo)管埋深應(yīng)控制在2～3m之間。

(5)合理控制混凝土上返速度。在混凝土面沒過鋼筋籠下端面之后，要將導(dǎo)管的埋深始終控制在最小埋深(≥1.0m)以上，不能將導(dǎo)管底端提到籠內(nèi)時(shí)，應(yīng)通過減少混凝土的出料量來降低混凝土的上返速度。

(6)混凝土入孔坍落度宜為180～200mm，在進(jìn)行混凝土配合比設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)季節(jié)特點(diǎn)、施工方法、運(yùn)輸方式、運(yùn)輸距離等適當(dāng)考慮混凝土坍落度的經(jīng)時(shí)損失。

(7)在混凝土中摻加適量的優(yōu)質(zhì)粉煤灰和高效減水劑，可大大改善拌和物的流變性及和易性。

4 結(jié)語

在鉆孔樁混凝土灌注時(shí)，非全配筋鋼筋籠發(fā)生上浮的現(xiàn)象并不少見。在正確分析混凝土灌注過程中鋼筋籠受力狀態(tài)的基礎(chǔ)上，筆者認(rèn)為造成鋼筋籠上浮的主要原因包括固定不牢、技術(shù)操作不當(dāng)、混凝土和易性差、灌注速度及導(dǎo)管埋深掌握不準(zhǔn)等因素，以及地質(zhì)條件不利等方面。具體實(shí)踐過程中，要做到超前預(yù)防，發(fā)生問題后，快速組織技術(shù)人員分析論證，找出鋼筋籠上浮的主要原因，制定切實(shí)可行的措施，避免造成大的質(zhì)量事故。

嚴(yán)星(1980.4—),女,一級建造師,檢測工程師,多年從事工程質(zhì)量檢測及技術(shù)管理工作。