钻孔灌注桩浮笼问题案例分析及防治措施

钻孔灌注桩浮笼问题案例分析及防治措施摘要：钻孔灌注桩在基础施工过程中是比较常见的施工方法，在钻孔灌注桩施工过程中经常会发生“浮笼现象”，本文就某工程遇到的浮笼问题进行结构安全分析，并提出防治措施。

关键词：钻孔灌注桩；浮笼现象；简要分析；防治措施

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工程概况

本工程位于南京市六合区，地上为5栋28层剪力墙结构，地下室为1层，底板标高为-5.20m。主楼下桩基采用钻孔灌注桩，桩径D=700mm，总桩长约38~40m，以5-2中风化泥质砂岩层为桩基持力层，入持力层2m，承载力特征值为3300kN，桩身混凝土强度为C40，纵筋为6跟14加6根12，在桩身下部1/3处减为6根12。

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现场问题

现场验桩发现，02栋桩基普遍出现浮笼现象，桩身钢筋笼整体比图中设计标高高出最大达2m。

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简要分析

3.1根据《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）第4.1.1-2条相关规定，端承型桩和位于坡地、岸边的基桩应沿桩身等截面或变截面通长配筋。浮笼现象导致桩身钢筋未通长，与此条规定不符。根据桩基规范4.1.1-4相关规定，受水平荷载较大的桩基、承受水平地震作用的桩基及考虑主筋作用计算桩身受压承载力时，桩顶以下5d范围内的箍筋应加密，间距不大于100mm。浮笼现象导致桩身部分箍筋加密区长度不足。

3.2查得地质报告，02栋底板对应的地质报告剖面如下截图：

3.3结合地质报告，就本工程02栋个例而言，有以下几点有利因素：

1）桩基以5-2中风化泥质砂岩层为持力层，其岩面比较平缓，岩面标高无突变。

2）本栋楼所在范围内基岩层上方覆土层土质比较好，以粉质粘土为主。

3）桩端部位及底板坐落于3-1层粉质粘土上，该土层硬塑，局部可塑，属于中等压缩性，中高强度的地基土。3-1土层的承载力特征值fak=200kpa。

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相关计算

4.1根据桩基规范第5.8.1-2条公式，不考虑桩身钢筋的作用，取成桩工艺系数为0.70，桩身承载力验算如下：

1）计算桩身横截面面积：

Ap=π*d2/4=3.14*7002/4=384845mm2

2）计算单桩竖向承载力设计值：

Q≤Ap*fc*ψc=384845*19.10*0.70/1000=5145.38kN

3）计算单桩竖向承载力特征值

Ra=Q/γz=5145.38/1.35=3811.39kN

故不考虑钢筋作用，桩身承载力特征值满足设计要求。

4.2桩身抗剪验算：

本工程共163根桩，单桩承受剪力为9119.1x1.3/163=73kN

灌注桩直径D（mm）：

700

灌注桩截面剪力设计值V（kN.m）：

73

基桩成桩工艺系数ψc：

0.70

桩身保护层厚度c（mm）：

50

桩身混凝土等级：

C40

混凝土轴心受拉强度设计值：ft=1.71N/mm2

桩身截面半径：r=D/2=700/2=350mm

Vcs=αcvψcftbh0+fyvAsvh0/s

=0.7×0.7x1.71x1.76x350x1.6x350+0（不考虑箍筋作用）

=289kN

V=73kN＜Vcs

抗剪满足要求

经计算可知，本工程灌注桩不考虑箍筋作用仍能满足抗剪要求。

4.3小结：

浮笼的桩基竖向承载力和抗剪满足设计要求，但现有钢筋配筋不满足规范中的构造规定。故提出施工措施：建议承台边砖胎膜外采用素混凝土回填密实。

本工程仅属于个例，在施工过程中仍应采取措施防止钢筋笼上浮。

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浮力对钢筋笼上浮的原因及采取的措施

5.1浮力产生的原因

钢筋笼在桩孔中受泥浆和混凝土的浮力作用，其浮力大小与泥浆和混凝土比重、孔底泥渣清孔程度有关。

5.2采取的措施

防止桩底泥渣、泥块过多。在灌注桩基水下混凝土施工时，混凝土将桩底的沉渣、泥块一起向上顶起，钢筋笼受到混凝土的冲击作用后，沉渣、泥块在混凝土面上形成较厚的浮浆，浮浆比重增大，对钢筋笼重新形成的受力平衡的浮力又增大，浮浆就裹着钢筋笼整体向上浮，从而引起其上浮。根据现场的实际情况，应采用优质膨润土造浆，通过置换孔内泥浆来完成清孔作业，在灌注混凝土时把泥浆比重控制在1．15～1．25之间，如果孔底有砂还要进行涝砂工作，待泥浆调均匀、泥块搅碎，方可进行下一道工序的施工。同时防止混凝土拌合物从漏斗顶溢出落人孔中，使泥浆内含有水泥而变稠凝结，加大泥浆比重。

6携带力对钢筋笼上浮的原因及采取的措施

6.1携带力产生的原因

在灌注混凝土过程中，混凝土从导管底端向上返，由于其密度较高，容重较大，当钢筋笼被埋超过一定深度时，混凝土上返就产生一个很大的携带力（动态浮力），使钢筋笼上浮。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、混凝土灌注时的位能、灌注速度和导管与钢筋笼在混凝土中的公共埋深等因素有关。

6.2采取的措施

（1）调整好混凝土的坍落度，保证初灌注混凝土的质量。由于初灌混凝土一直处于钻孔内已灌注混凝土的上部，一旦混凝土出现易离析、初凝时间短、坍落度损失大等质量问题，时间稍长就会导致混凝土流动性变差，使上部的初灌混凝土出现凝固的趋势。当流动性差甚至凝结的混凝土面接触钢筋笼底端时，极易托起钢筋笼上浮。一般灌注水下混凝土坍落度应控制在18～22cm，灌注桩基的混凝土都要求有很好的和易性与流动性，以此来保证混凝土在浇注的过程中能有很好的“泛浆”，同时控制每根桩的灌注时间应在混凝土的初凝时间内完成。

（2）合理控制导管和钢筋笼的埋深和混凝土上返速度。

当混凝土面接近钢筋笼底部时，如果导管埋深较浅，混凝土灌注量相对过大，将导致混凝土上返速度过大，产生很大的上冲力（携带力），从而托起导管和钢筋笼上浮，这种状况应控制导管的提升高度，使其不超过0．85m／rain，或减少混凝土的出料量，以降低携带力（动态浮力）；当混凝土面已进入钢筋笼时，应尽量减小导管埋深，边提升导管边灌注混凝土，导管埋深控制在2-6m，这时只要混凝土流动性好，钢筋笼一般不会上浮；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。合理控制混凝土上返速度，在灌注混

凝土时随时测量孔内混凝土面高度，严格控制混凝土灌注速度，以控制混凝土上返的速度，减少其对钢筋笼的携带能力；同时注意观察悬吊钢筋笼的吊筋变化情况，如发现吊筋有一点向上“撺”时，已表明钢筋笼已经上浮了，此时应放慢混凝土的灌注速度，反复的用钻机上的卷扬机“慢提快落”导管，即慢慢的将浮出的钢筋笼带回灌注的混凝土中。

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其他因素对钢筋笼上浮的原因及采取的措施

7.1操作不当产生的原因及采取的措施

在钢筋笼制作方面对浮笼的影响主要表现两方面；一方面，堆放要防止扭转、弯曲，堆放不宜超过两层；另一方面，钢筋笼入孔对接一定要顺直。在这两方面处理不好，均有可能导致钢筋笼挂在导管上，引起浮笼。因此，施工人员应对入孔的钢筋笼提前检查，严格把关消除此类影响。

7.2运输距离、气温产生的原因及采取的措施

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。因此遇这种情况应经常活动导管，加快灌注。

7.3导管的配置产生的原因及采取的措施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。因此事先要安排对要灌注的钻孔桩进行导管的配置，避免以上事情的发生。

7.4加固措施

采用在主筋上焊“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3～4个“倒刺”，每个笼子设两道即可；同时加大吊筋直径，并在井口加配重，并可焊在护筒上。

结语

在钻孔灌注设计中，通常采用非通配筋钢筋笼桩型。虽然这样既可满足桩身受力要求，又能节省钢材；但是在混凝土灌注过程中，由于钢筋笼在孔内处于悬挂状态，灌注水下混凝土时，时常会发生钢筋笼上浮，有的少则几厘米至十几厘米，多则上浮几米，直接影响钻孔灌注桩的成桩质量。因此对钢筋笼在混凝土