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钻孔灌注桩中钢筋笼上浮原因和解决办法

添加时间:2023-01-10 08:59:47

钻孔灌注桩中钢筋笼上浮原因和解决办法


在公路桥梁基础钻孔灌注桩施工过程中,混凝土灌注桩出现钢筋笼上浮现象时有发生,轻者上浮几厘米至十几厘米,重者上浮达几米。如在中郝高速公路二合同段工程中,桥梁基础基本采用钻孔灌注桩,钻孔桩施工中出现了混凝土灌注时钢筋笼上浮的现象,因采取措施及时,控制了钢筋笼的上浮。


钻孔灌注桩施工中已上升的钢筋笼是不可逆转的,即使用较大的重力加压也不可能恢复到原来的位置。目前,施工单位在防止钻孔灌注桩时钢筋笼上浮方面已积累了许多经验,如在混凝土进入钢筋笼后严格控制导管埋深;钢筋笼就位后,在孔口端设井字架、将钢筋笼固定在井字架上或钢护筒上口;还有些施工单位在钢筋笼底部铺设混凝土预制块等。在某种程度上,虽然这些措施控制了钢筋笼的上浮,但未从根本上解决问题。其原因是,普遍认为导管埋深是影响钢筋笼上浮的主要原因。


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一、钢筋笼上浮的原因


浮力


钢筋笼在泥浆和混凝土中受到浮力作用,浮力的大小与混凝土泥浆比重、含砂率等有关。


摩擦力


在混凝土灌注过程中,随灌注高度的增加而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)、灌注时的温度、混凝土总灌注时间以及导管与钢筋笼在混凝土中的公共埋深等。


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、开始混凝土的流动性、导管底口标高、开始混凝土表面标高、钢筋笼底端标高等因素有关。


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,造成钢筋笼被顶拖上升。


导管底口标高、混凝土表面标高、钢筋笼底端标高间的关系。


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,混凝土从钢筋笼底上部往上翻升,钢筋笼一般情况下不会上浮。


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二、预防钢筋笼上浮的具体措施


在钻孔灌注桩基础施工过程中相应地采取了以下预防措施:


将钢筋笼的四根主筋下部各加长4m,延长至孔底,并在加长钢筋末端起弯钩,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,防止钢筋笼上浮。


在清孔和混凝土灌注之前把泥浆的比重控制在1:1.5―1:2.0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,防止混凝土拌和物从漏斗顶溢出或从漏斗处掉入孔中,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,过钢筋笼的液体浮力增大,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。


混凝土配制时严格控制其流动性(坍落度)和初凝时间,适当加大混凝土的含砂率和水灰比,含砂率采用40~50%,水灰比采用0.5~0.6,保证混凝土的坍落度达到18~22cm之间,使混凝土拌和物具有较好的流动性(和易性)。灌注前严格检查混凝土拌和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。


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,灌注开始后,应即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15s,严禁中途停工。


当井孔内混凝土面上升接近和初进入钢筋笼下端时,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流动性外,采取以下措施:


a.当混凝土面接近和初进入钢筋笼底面时,应保持导管有较大的埋深,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。


b.当孔内混凝土面进入钢筋笼底面3~4m左右时,提升导管,使导管底口提高到高于钢筋笼底面1.5m,使钢筋笼在导管下口的埋深在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压持力(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。


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作好记录,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,一般不超过6m。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骨架,可转动导管,使其脱开钢筋骨架后,移到钻孔中心。


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