钻孔灌注桩浮笼的预防及处理
1 钻孔灌注桩浮笼的原因分析及预防
1.1原因分析
浮笼——钢筋笼上浮，主要原因是由于钢筋笼受到来自混凝土向上的涌动力。在灌注混凝土之前钢筋笼自重与悬吊力保持平衡状态，在混凝土灌注过程中，一旦涌动力超过了钢筋笼自重，钢筋笼就会上浮。混凝土涌动力的大小与混凝土的灌注速度、导管埋置深度、钢筋笼的构造以及混凝土的和易性等因素有关。
1.2预防措施
1.2.1加强钢筋笼的固定和增大握裹力
在钢筋笼上加载重物，并在钢筋笼上端加焊4根Φ20mm的钢筋或Φ40mm的黑铁管，将其固定在钢护筒顶部施工平台上。用细钢筋在钢筋笼底部加焊防浮倒刺。未通长布筋的孔桩， 在孔底设置直径不小于主筋的 1～2道加强环形筋，并以3～4根牵引筋牢固地焊接于钢筋笼底部。以此增大混凝土对钢筋笼的握裹力 。
1.2.2灌注工艺控制
对于未布置通长钢筋的孔桩，当混凝土面接近和初进入钢筋笼时，应使导管底口处于钢筋笼底口3m以下和lm以上处，并徐徐灌注混凝土(上升速度宜控制在0.4m／min以内)，以减小混凝土从导管底口出来后向上的冲击力。
当孔内混凝土进入钢筋骨架4～5m以后，适当提升导管，减小导管埋置深度(但一般≥1.5m)，以增加骨架在导管口以下的埋置深度，从而增加混凝土对钢筋骨架的握裹力。
1.2.3 改善混凝土流动性，延迟混凝土的初凝时间
灌注首批混凝土使用糖钙、木钙衍生物等缓凝剂以及粉煤灰增大混凝土的流动性，延迟混凝土的初凝时间，防止顶层混凝土进入钢筋骨架时混凝土的流动性过小，并尽量缩短混凝土总的灌注时间。同时要注重混凝土骨料的选用和配合比的优化。粗骨料优先选用卵石，如选用碎石，应适当增加含砂率；细骨料选用级配良好的中砂。含砂率宜控制在4O～5O，水灰比宜采用0.5～O.6。
1.2.4 防止导管钩挂钢筋笼
导管设置防护三角加劲板或锥形法兰护罩，防止导管提升时钩挂钢筋笼，避免浮笼质量事故的发生。
2 浮笼的处理
浮笼会导致桩身强度的降低，不能满足设计的受力要求，造成质量事故。施工过程中一旦出现浮笼现象在孔口钢筋笼顶面采取再加焊固定筋、压重不能制止时，应立即采取其他的技术措施，及时进行处理。处理方案的选定遵循技术可行、经济合理的原则。
2.1 钢筋笼可以拔出时的处理
2.1.1 停止灌注混凝土，拔出钢筋笼原位重钻
当发现浮笼而混凝土灌注时间不长尚未初凝的情况下钢筋笼可以从桩孔混凝土中拔出来时，应立即停止灌注混凝土，尽快拔出钢筋笼，并用高压水冲洗、扰动混凝土，原位重钻、清孔、重新下钢筋笼、重新灌注水下混凝土。
2.1.2 继续灌注混凝土，使钢筋笼继续上浮，边浮边割，然后原 位重钻
当发现浮笼，而现有设备又拔不出钢筋笼，若停止混凝土灌注，会在桩孔中残留空钢筋笼，处理难度很大。应一边继续灌注混凝土，并加快灌注速度，一边向上拔钢筋笼，使钢筋笼继续上浮，边浮边割，直至剩余的钢筋笼可提出孔口为止。然后，原位重钻，清孔，重新下钢筋笼，重新灌注水下混凝土。
2.2 钢筋笼不能拔出时的处理
(1)继续将桩身混凝土灌注至孔口，待混凝土达到一定强度后，原位重钻。
(2)在桩孔孔壁较为稳定，孔径较大，断桩位置离地面较近，施工单位有潜水人员和水下切割设备。发现浮笼后可考虑停止灌注混凝土，采取水下切割空钢筋笼，原位重钻重灌。
(3)当桩位处地质条件较好，且无渗水，桩较短。也可考虑停止灌注混凝土。采取抽干孔内泥浆，对孔壁进行防护后按接桩处理或切割空钢筋笼原位重钻重灌。
3 工程实例
3.1 工程概况
我单位施工的某公路跨铁路桥在灌注1号墩 A孔桩桩身水下砼时，因钢筋笼上浮
3.5m，而发生了断桩事故。断桩时，混凝土已浇注了 11.2m。
钻孔桩的施工长度为 29.04m。有圬工长度26m，桩直径2.0m。钢筋笼直径为1.8m，主筋为28mm的螺纹钢，自承台底至桩底依次为 45根(O～17m)、23根(17～23m)、12根(23～26m)。
地质情况：地面以下至桩底各层依次为人工填土厚1.74m；亚粘 土厚 5.Om；砂砾(粗砂夹少量小卵石)厚12.2m；强风化红褐色粉砂岩厚2.2m;弱风化红色、青灰色粉砂岩厚7.9m至桩底。地下水位标高在原地面下5.70m左右，标高19.Om，护简内水深10.Om。
3.2 事故的处理
经建设、设计、监理、施工单位共同研讨,决定采用接桩方案。即打入钢护筒作护壁、
人工挖孔，在无水或少量渗水的情况下进行接桩作业。作业步骤如下：
(1)用砂砾和粘土及时回填桩孔，以保证既有铁路的行车安全；在地下水位以上，采用人工挖孔、砂浆砌砖或砼作护壁，其内径为 2.2～2.3m。
(2)加工壁厚10mm,Φ2.1m的钢护筒，每节长1.8m。
(3)用桩身主筋与横梁联结作后背、150t穿心式千斤顶反压钢护筒使之下沉；与此同时，护筒内抽水，人工开挖护筒内的粘土、砂砾及浮泥接长并下压钢护筒至断桩部位。
(4)凿除断桩头沉碴，在桩周围采取止水措施在无水或少量渗水的情况下进行接桩作业。
实施过程中，当护简下沉至距基岩面2.1m处时。因阻力太大，多根Φ28mm螺纹钢几次被拉断，且随着开挖加深、水头压力增大，护筒底渗水量越来越大，进而出现涌水翻砂。砂砾翻入护筒底以上约达lm高。施工被迫停止。
后改用地表注浆止水方案。打注浆孔21个，先后共压入水泥 l1t。但因孔深达2O余米，地质钻机钻孔极易偏斜，难以达到理想位置，也难以形成均匀连续的水泥浆止水围幕，止水效果不理想。开挖护筒内砂砾层时，依然出现涌水、翻砂，并掩埋了孔内的两台抽水机。后又在护简内打入6根压浆管，仅有1根压浆管能压入少量水泥浆。经孔外、孔内多次注浆，没有达到止水的目的。
后围绕护筒底至基岩面2.1m高的止水问题，又探讨了：重锤下打钢护筒、化学注浆、冷冻法施工、孔外连续墙等方案。均因经济、技术或环境污染等原因而一一排除。又因排
水施工，引起地下水位下降和水力梯度增大，会影响既有路基的稳定，并在排除补桩改跨方案的条件下，决定原位冲击钻孔，重新灌桩。
重钻前，处理断桩桩头以上的空钢筋笼和设在护筒内壁上的压浆管(避免卡钻)，是钻孔前一项很重要的工作。为保证既有线行车安全，采用不抽水作业，潜水工水下开挖孔内涌入的砂夹卵石，冲击钻机配 Φ1.25m钻头冲孔、抽碴、水下砼封闭，抽干钢护筒内的积水，切割护筒底以上的钢筋笼，冲击钻机钻孔。
施工步骤如下：
(1)潜水工水下开挖砂夹卵石，并初步摸清了水下钢筋笼和护筒底的相对位置，以及声测管在孔中的情况；
(2)将Φ1.55m、壁厚6mm，长10.5m的小钢护筒定位下放到空钢筋笼中间，并打入浮泥沉碴，用Φ1.25m钻头在小护筒内冲击，并用吸泥机、抽碴筒抽碴；
(3)提起小护筒，潜水工开挖大、小护筒间圆环状范围的浮泥、沉碴至桩孔中心范围；
(4)重复第2项和第3项工作，直至将圆环状范围的沉碴、浮泥开挖至护筒底时，停止潜水工的水下开挖；
(5)放下并打入小护筒，继续用钻头冲击、抽碴、清孔。清孔达到断桩桩顶时，在小护筒内填入砂袋，顶面与护筒底齐平，提起小护简；
(6)在大钢护筒底部，用穿心锤打入特制的插板，以防止大钢护筒底以下至断桩面水下施工时不致于孔壁坍塌；
(7)潜水工水下提起作充填用的砂袋；
(8)潜水工水下开挖大、小护筒间圆环状范围的浮泥、沉碴至桩孔中心小钻头钻出的空洞内，放下小护筒，继续用钻头冲击、抽碴、清孔；
(9)潜水工水下检查清孔效果结合地面尺检，确定是否达到水下砼封闭条件；
(10)灌注水下封底砼，提起小护筒，拔出水下插板；
(11)砼达到一定强度后，抽水、切割封底面以上的空钢筋笼，并逐层凿除护筒内的封底砼，分段切割钢筋以及预留的压浆角铁至护筒底；
(12)使用直径为1.90m钻头钻孔；
(13)灌注桩身水下砼。
4 经济分析及体会
上述处理方案取得了成功，但工期较长、投入较大。耗费人工费 1.5万元，钢护筒、特制钻头、钢筋、水泥、砂石等料具费15万元，钻机、空压机、泥浆泵等机械使用费6.5万元，施工成本约23万元。工期32天。
该事故发生时，如能及时提起钢筋笼，立即原位重钻、重新灌注桩身水下混凝土；如不能提起钢筋笼，采取一边继续灌注混凝土，一边提钢筋笼，使钢筋笼继续上浮，边浮边割，然后原位重钻、重新灌注桩身水下混凝土。处理时间分别为5天、1O天，工程费用分别约为2.万元、5.5万元。此两种方案的工期、成本均远小于前一方案的工期、成本。
此浮笼事故处理不及时，处理方法不当给以后的处理加大了施工难度、增加了工程费用、延误了施工工期。由此可知，事故越早处理，损失越小。灌桩时应随时观察，发现浮笼，及时提起钢筋笼，若不能提起钢筋笼，应根据现场实际情况和工期要求，进行技术经济分析，选定技术可行、经济合理的处理方案。
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