灌注桩钢筋笼上浮问题分析及处理措施

黄钧力

摘 要：本文针对灌注桩钢筋笼上浮问题进行分析研究，从形成原因、影响因素、材料构造、施工操作等方面入手，针对性地提出相关处理措施，以科学合理的技术手段预防钢筋笼上浮问题的出现，供相关人员参考借鉴。

关键词：灌注桩；钢筋笼；上浮；处理措施；技术要求

0 前言

灌注桩是当下建筑工程普遍使用的一种基础形式，在房屋建造、水利工程、桥梁建设等施工项目中的应用广泛。由于灌注桩的施工场所集中在地面以下，其施工效果无法直接观察验收，使得灌注桩成为了极易出现质量问题的建筑。在灌注桩基础施工过程中，灌注混凝土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，直接影响灌注桩的质量，现对灌注桩钢筋笼上浮问题进行研究分析，进行必要的防范措施，以保证灌注桩的成桩质量，确保工程的安全进行。

1 钢筋笼上浮的影响因素分析

造成灌注桩钢筋笼上浮的因素是多方面的，但究其原因，主要是由于在灌注混凝土时对钢筋笼产生向上的合力大于向下的合力，从而导致钢筋笼上浮。在施工过程中，钢筋笼所受向上的力主要有泥浆和混凝土拌和物的浮力及其向上运动时产生的摩擦力、混凝土向上运动产生的动能传递给钢筋笼而表现为向上的顶托力、施工操作不当而产生的其它外力等。向下的力主要有钢筋笼自身的重力以及对钢筋笼采取的一些固定措施而产生的反力。

1.1 浮力的影响

施工时桩孔中的泥浆必然会对钢筋笼产生向上的浮力。根据浮力的计算公式F浮=ρ液gV排可知，浮力的大小与泥浆的密度和钢筋笼的体积有关，在钢筋笼体积不变的情况下，减小密度就可以减小浮力，因此施工中要严格控制好桩孔中泥浆的比重、含砂率等指标，避免泥浆密度过大。

1.2 摩擦力的影响

灌注混凝土时，混凝土相对钢筋笼向上运动而产生的摩擦力是引起钢筋上浮的重要因素。根据动摩擦力计算公式F=μN可知，摩擦力的大小与滑动摩擦系数和正压力有关，而滑动摩擦系数与混凝土材料及接触面粗糙程度有关。如果混凝土的初凝时间过短，初始灌注的混凝土过早具备一定的强度而加大对钢筋的握裹力，从而提高了混凝土材料的滑动摩擦系数，摩擦力也就越大，因此施工时应控制好混凝土的初凝时间。此外，导管与钢筋笼在混凝土中的公共埋深也会影响摩擦力的大小，公共埋深越深，其与混凝土的接触面积也越大，混凝土向上流动产生的摩擦力也就越大。

1.3 顶托力的影响

根据能量守恒定律，灌注的混凝土落至桩基底部时，混凝土势能转化为向上运动而产生的动能。当混凝土粗骨料在向上运动而撞击钢筋笼时，会有一部分动能传递给钢筋笼，表现为对钢筋笼产生向上的顶托力，这是导致钢筋笼上浮的主要因素。因此在施工时应尽可能减小混凝土向上运动产生的动能，进而减小顶托力。

（1）灌注的桩基混凝土势能越大，转化为动能就越大。

（2）根据动能公式Ek=mv2/2可知，动能的大小与物体的质量和运动速度的平方成正比，因此混凝土灌注速度越大，动能越大。因此减小混凝土灌注时的势能和控制灌注速度都可以有效减小顶托力。

2 防止钢筋笼上浮的处理措施

通过以上对灌注桩钢筋笼上浮影响因素的分析，可在施工中有针对性地采取相应的预防措施，从而避免出现钢筋笼上浮的现象。

2.1 施工构造要求

在制作钢筋笼时，采取一些必要的构造措施，可以有效预防灌注混凝土时钢筋笼上浮。一些常见的防止钢筋笼上浮所采取的构造措施有：

（1）避免钢筋笼使用过多的钢筋接头，主筋也尽可能顺直，以减小混凝土上升时对钢筋笼的顶托作用。

（2）钢筋笼底端尽可能靠近桩孔底部，必要时可将部分钢筋笼主筋延伸至桩孔底部，并在钢筋末端设置弯钩，利用初期灌注的桩底混凝土来锚住钢筋笼。

（3）在孔口处利用重物反压钢筋笼，或采取其他有效的固定措施，当钢筋笼出现上浮的趋势时就可以提供向下的反力以抵消上浮力。

（4）在钢筋笼底端设置混凝土预制块。

（5）导管表面应尽可能光滑，且尽量不要使用法兰盘接头。

2.2 泥浆和混凝土材料技术要求

控制好混凝土混浆的技术指标对减小浮力和摩擦力，防止钢筋笼上浮有着至关重要的作用。在灌注混凝土前，應先通过置换孔内的泥浆来进行清孔作业，将孔内残留的岩粉和钻渣尽量排出孔外。置换的泥浆中粘土塑性指数应≥15，清孔后孔内泥浆的相对密度应控制在1.03～1.10之间。灌注混凝土时应避免发生掉块或孔壁坍塌等现象，以防止泥浆变稠凝结而加大泥浆的密度从而导致浮力增大。

对于混凝土，要严格控制其初凝时间，必要时可掺加适量缓凝剂。同时要求混凝土具有良好的和易性，以保证混凝土灌注时具有足够的流动性，减小滑动摩擦系数，降低摩擦力。一般情况下，桩径<1.5m时，混凝土坍落度宜为18～22cm；桩径>1.5m时，混凝土坍落度宜为16～20cm。混凝土的初凝时间和坍落度应综合考虑气温、运距及灌注时间长短等因素的影响。混凝土运至灌注地点时，应检查其均匀性和坍落度，如不符合要求不得使用。

2.3 混凝土灌注速度的要求

混凝土灌注速度是影响顶托力大小的主要因素，灌注速度过快会产生过大的顶托力而导致钢筋笼上浮，但如果灌注速度过慢，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结在一起，随着首批混凝土的上升，钢筋笼也被携带着一起上浮。因此合理控制混凝土灌注速度是解决钢筋笼上浮现象的重要对策之一。

（1）由于当上升的混凝土接触到钢筋笼底端时，钢筋笼受力面积最大，因此在初期灌注的混凝土时应尽量降低灌注速度，减小混凝土上升时产生的动能，进而减小传递给钢筋笼的能量，起到减小顶托力的作用。

（2）当钢筋笼底端在导管底口以下有了足够的埋深后（一般为2m左右），可以适当加快混凝土的灌注速度。应当注意的是在控制混凝土灌注速度以减小动能传递的同时，不得使灌注时间超过首批混凝土的初凝时间。

2.4 灌注混凝土操作技术要求

灌注混凝土施工操作方法对顶托力的大小有着决定性的作用，操作得当就可以有效减小混凝土对钢筋笼的顶托作用，避免钢筋笼上浮。

（1）在灌注首批混凝土时，要求导管底口埋入混凝土的深度≥1m，且灌注工作应紧凑，连续不断地进行，每斗混凝土灌注时间间隔尽量缩短，严禁中途停工。

（2）当灌注的混凝土顶面上升至距钢筋笼底端1m左右时，减少混凝土出料量，尽量降低混凝土的灌注速度。

（3）当混凝土顶面上升到距钢筋笼底端4m以上时，将导管底口提升至高于钢筋笼底端2m以上，使钢筋笼在导管底口以下的埋深≥2m。此时从导管底口流出的混凝土不再对钢筋笼底端产生顶托作用，反而因流出的混凝土的冲击而产生向下的压持力，随着混凝土的持续灌入，压持力继续增大，对防止钢筋笼出现上浮现象更为有利。最后，后续的灌注工作可按常规方法操作，但要合理控制灌注速度，并及时提升和拆除导管，严格控制导管在混凝土中的埋深，一般≤6m。此外还要注意使导管尽量位于钢筋笼正中心，防止在提升导管时出现挂笼现象。

3 结语

综上所述，在进行灌注桩混凝土施工时，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。因此，相关人员应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，根据实际情况来分析归纳，结合合理的处理措施，将每个工序严格按照规范操作，尽最大努力杜绝事故的发生。

参考文献

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