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钻孔灌注桩施工中防止钢筋笼上浮的措施研究
摘要:在钻孔灌注桩施工过程中,由于钢筋笼在桩孔内处于悬挂状态,浇灌水下混凝土时,经常会发生钢筋笼上浮,从而引起桩身配筋发生改变,影响成桩质量。因此,深入研究钢筋笼在混凝土灌注过程中的受力状态和上浮条件,对钻孔灌注桩施工的顺利进行和质量控制意义重大。本文详细分析了钢筋笼在钻孔灌注桩混凝土灌注过程中的受力情况、上浮条件以及产生钢筋笼上浮的原因,提出了钻孔灌注桩施工过程中控制钢筋笼上浮的具体措施。
关键词:钻孔灌注桩;钢筋笼;上浮;预防措施
中图分类号:TD214+.4 文献标识码:B 文章编号:1009-9166(2009)017(c)-0000-02
在钻孔灌注桩的工程设计中,往往采用非全配筋桩型。这样,既可满足桩身受力的要求,又能节省钢材。然而,在混凝土灌注过程中,由于钢筋笼在桩孔内处于悬挂状态,浇灌水下混凝土时,经常会发生钢筋笼上浮,从而使桩身配筋发生改变,影响成桩质量。因此,对钢筋笼在混凝土灌注过程中的受力状态和上浮条件进行深入研究,进而提出能够有效防止钢筋笼上浮的具体措施,在钻孔灌注桩施工中显得尤为重要[1-2]。
一、钢筋笼在混凝土灌注过程中的受力状况
1—导管底端;2—砼面;3—钢筋笼底端;4—吊筋;h—导管、钢筋笼共同埋深
图1 混凝土灌注过程中钢筋笼受力状态分布
(一)混凝土面在钢筋笼底部以下(图1a)
此时,钢筋笼受到合力作用,包括重力G、吊筋悬挂力N、泥浆浮力F1和泥浆上返作用力F2。
G=N+F1+F2 (1)
在正常情况下,若泥浆密度满足规范和设计要求,且没有泥团色裹钢筋笼,上式可简化为。
(二)导管底端在钢筋笼底端以下,混凝土面刚进入钢筋笼(图1b)
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F3(动态浮力),使钢筋笼上浮。其上浮大都发生在下面受力条件下:
G<N+F3 (2)
(三)混凝土面、导管底端都进入钢筋笼(图1c)
导管底端以下,钢筋笼受压持力F4、导管底端以上钢筋笼受力作用1b,当钢筋笼上浮时,F4就表现出来了,以而大火减小了钢筋笼上浮的机会,此时受力条件为:
G=N+F3-F4 (3)
三、钢筋笼上浮条件分析
钻孔灌注桩施工中混凝土灌注的实践证明,钢筋笼上浮大都发生在图1b的受力状态下,图1c受力状态下较少发生,图1a受力状态下根本不发生(除提升导管时挂笼外)。
(一)混凝土上返产生的钢筋笼携带力
混凝土上返时对钢筋笼造成的携带力F3按下式计算:
F3=cgcsv22g (4)
式中:
g—重力加速度(m/s2);rc—混凝土容重(N/m3);s—钢筋笼正面积(m2);
v—混凝土上返速度(m/s);c—阻力系数(与笼构造,钢筋表面性质,雷诺数有关)。
(1)钢筋笼正面积按下式计算:
S=nπR2+πD1d1h/△1 (5)
式中:
n—主筋根数(m);R—加劲箍直径(m);D—钢筋笼直径(m);
D1—加劲箍间距(m);d—箍筋直径(m);d1—加劲箍直径(m);
△—箍筋间距(m);△1—加劲箍间距(m);h—导管、钢筋笼的共同埋深(m)。
-,箍筋间距一般为150-200mm[2],即;而式中D1<D; ;d1=(2-)d,取;由于nπR2=πDdh/△,因此可忽略不计,公式(5)可简化为:
S=/△(6)
(2)混凝土上返速度可按下式计算:
V=△h/t (7)
混凝土上返速度为单位时间内孔内混凝土上返的高度,在浇注混凝土时,可用测绳测量出混凝土上返高度△h,记下所用的时间,即可求出混凝土的上返速度。工程中,混凝土上返速度单位常用m/min。
钢筋笼上浮的临界条件
当F3>G时,吊筋拉力N=0时,钢筋开始上浮。
(1)钢筋笼重量G的计算
G=G1+G2 (8)
式中:
G1—主筋重量(kg);G2—箍筋、加劲箍总重量(kg)
由于钢筋笼主筋重量一般占总重量的80%-90%,因此上式可简化为:
G= (9)
式中:
n—主筋根数;L—笼长度(m);j—公称直径钢筋的公称质量(kg/m)。
(2)钢筋笼上浮临界条件的确定
F3=G为钢筋上浮的临界条件,统一单位后可得:
Crcsv2/2g= (10)
将(9)式代入(10)式可得:
hv2=()nLJ△/Ddyc
hmaxv2max=×103×△/ (11)
从(11)式可以看出,钢筋笼长度L、箍筋间距增大或钢筋笼直径D、钢筋直径减小,就会使钢筋笼不易上浮;砼容重rc和阻力系数C减小,也会使钢筋笼不易上