巴基斯坦卡洛特庫區復建大橋沖擊鉆灌注樁 施工異常情況處理

高鵬

摘要：受巴基斯坦卡洛特水電站建設影響，需重建吉拉姆河上的阿扎德帕坦大橋。但由于該橋橋墩樁基作業場地狹小、臨河，加之受到不良地質條件及高地下水位的影響，灌注樁成孔較為困難，易出現漏漿、坍孔、卡鉆等問題。簡要概述了橋樁施工區的地質、水文條件，詳細介紹了施工中出現的異常情況以及具體的處理措施。第三方檢測結果表明，該施工樁滿足各項質量控制標準和要求，且混凝土檢測強度滿足設計強度要求，質量優良。鉆孔灌注樁施工效率分析結果表明，采用汽車底盤式沖擊鉆結合氣舉反循環的灌注樁清孔的施工工藝可達到清孔速度快、清渣徹底的效果且滿足規范的沉渣要求。

關鍵詞：灌注樁施工;不良地質條件;高水位;阿扎德帕坦大橋;卡洛特水電站;巴基斯坦

中圖法分類號：TV553文獻標志碼：ADOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2020.03.017

1工程簡介

卡洛特水電站是巴基斯坦境內吉拉姆（Jhelum）河規劃的5個梯級電站的第四級。壩址位于巴基斯坦旁遮普省與AJK特區交界處的卡洛特橋上游1 km處。壩址處控制流域面積26 700 km2，多年平均流量819 m3/s。

根據卡洛特水電站庫區交通現場調查，由于水庫建成蓄水影響，需重建吉拉姆河上的阿扎德帕坦大橋（2006年建成）。重建地址位于現址上游約330 m 處。

復建大橋橋型設計為三跨預應力混凝土連續剛構橋，跨徑為（50+90+50）m，橋梁設計總長為200.0 m，橋面寬11.5 m，共設有4個橋墩，橋墩（臺）采用Ф1.5m鉆孔灌注嵌巖樁基礎，1號、2號橋墩設9根樁，單根樁長35 m;0號橋臺設6根樁，單根樁長28 m;3號橋臺設8根樁，單根樁長35 m。

2 施工區地質條件及施工難點

2.1 地層巖性

橋位區出露地層主要為上第三系中新統姆里（Murree）組（N1m）地層，巖性主要為中砂巖、細砂巖、粉砂質泥巖與泥巖粉砂巖等，均呈不等厚互層狀。泥質巖分布較砂巖厚，砂巖一般為較硬巖，泥質巖屬軟巖-較軟巖，形成軟硬巖體相間分布結構[1]。

地表斜坡第四系地層分布較為廣泛。吉拉姆河兩側岸坡下分布大量的崩塌堆積體（Q4col+dl），主要由碎塊石土夾巨石組成，密實度差，架空現象較普遍，厚度一般為1.5～6.0 m，局部最厚達10 m;沖擊、崩積物（Q4al+col）主要分布于河床，河床沖積物厚度47 m，主要為砂礫卵石夾中砂巖塊石，質地松散[1]。

2.2 水文地質

區內地下水按賦存條件主要劃分為基巖裂隙水和第四系松散層孔隙潛水。吉拉姆河為區內最低排泄基準面，地下水補給來源主要是大氣降水、沖溝地表水。

地質勘探過程中，測得右岸1號橋墩處地下水深16.3 m，左岸2號橋墩處地下水深10.3 m。橋位區吉拉姆河枯水期水面寬30～50 m，水面高程441～445 m，水深一般為3～8 m。

復建大橋施工以下部結構為主，尤其是樁基施工，其中右岸1號橋墩樁頂高程455.75 m，左岸2號橋墩樁頂高程451.05 m;設計5 a一遇水位為454.37 m，施工期間平均水位在447～449.5 m，最高水位達到452.0 m，橋墩樁基施工階段基本處于深水條件。

3 施工難點及施工工藝流程

3.1 施工難點

橋墩樁基作業場地狹小且臨河，受到不良的地質條件及高地下水位影響，灌注樁成孔較為困難，易出現漏漿、坍孔、卡鉆等問題。成孔控制不當會造成孔徑過大或縮徑，縮徑不僅會導致混凝土超澆量大，而且會使樁的承載能力降低，不符合設計、施工規范和質量要求。因此，需采取措施增強成孔能力，保證灌注樁的正常施工。

3.2 施工工藝流程

工程采用汽車底盤式CZ-8A沖擊鉆鉆孔和氣舉反循環清孔的施工工藝。鉆孔樁施工工藝流程為：準備→樁位測量→埋設護套筒→鉆機就位→鉆進、取樣→成孔驗收→測量孔深、斜度→第一次清孔→安裝鋼筋籠→鉆機移位下導管→第二次清孔→檢查驗收合格→水下灌注混凝土→成樁檢測。

4 異常情況及其處理措施

4.1 塌 孔

塌孔是樁基施工中的一項常見問題。重建工程施工過程中發生塌孔主要原因有以下幾個方面。

（1）地表下3.6～8.0 m為卵礫石和碎石土地層，土質松散。僅埋設2 m護筒，埋置較淺會導致護筒底部出現漏水，造成灌漿水頭高度不足，對孔壁壓力小。

（2）在卵礫石和碎石土層中進尺過快，泥漿護壁形成較慢，孔壁滲水。

（3）由于該地區安保原因，樁基施工前期未能開展連續作業（僅白班作業），鉆進時中途停鉆時間較長，孔內水頭未能保持在孔外水位或地下水位線以上2 m，降低了水頭對孔壁的壓力。

（4）清孔后未能及時灌注混凝土，放置時間過長。

處理措施有：①輕微塌孔時，增大泥漿比重，提高泥漿水頭，增大水頭壓力;②塌孔不深時，改用埋深護筒，夯實護筒周圍，重新開鉆;③嚴重塌孔時，將碎石土回填至塌孔位置以上，待回填穩定后重鉆，改善泥漿性能[2]。

4.2 孔身偏斜

沖擊鉆施工出現孔身偏斜情況較少，分析其原因主要有：①場地未平整或壓實，鉆機未處于水平位置;②土層軟硬不均，或存在孤石，致使鉆錘受力不均，從而導致鉆機發生不均勻沉降。

處理措施有：①鉆孔偏斜不嚴重時，在偏斜處吊住鉆錘反復掃孔，使鉆孔正直;②鉆孔偏斜超過規范要求時，回填碎石土至偏斜處，待沉積密實后再重新鉆進。

4.3 孔徑過大或不足

遇到軟弱地層，在鉆進過程中鉆錘擺動過大，便孔壁塌落而形成孔徑過大。處理措施為：①鉆孔過程中平穩進尺，防止鉆錘晃動過大;②遇到軟弱地層造成孔壁塌落時，應加大泥漿比重至1.3～1.4 g/cm3 [2]。

在土的壓力下，軟弱地層向孔內擠壓造成孔徑不足，加上鉆錘磨損、補焊不及時，鉆出的孔徑較設計樁徑小。處理措施為：①根據地質鉆探資料，遇到軟弱層時，采取措施防止塌孔或鉆錘擺動過大;②已發生孔徑不足時，采取鉆錘上下反復掃孔以擴大孔徑;③當錘頭磨損嚴重時，及時補焊再進行掃孔至設計孔徑。

4.4鉆孔漏漿

由于下部巖石強風化存在較多裂隙，與河道相連形成通道，鉆孔時出現漏漿情況，無法保持護筒內水頭。處理措施為：①漏漿不嚴重時，將護筒周圍回填筑實，增加護筒埋深，適當減小水頭高度，并加稠泥漿，以增強護壁;②漏漿嚴重時，填入秸稈、片石或碎石土至漏漿處反復沖擊，待沉積密實后再重新鉆進。

4.5 卡鉆、掉鉆

受到地質條件變化或操作不當的影響，卡鉆、掉鉆現象具有偶然性、突發性和不可預見性。

處理措施為：①發生卡鉆時，不宜強提而應輕提;②無法輕提時，采用小沖擊鉆錘沖擊或用沖吸的方法將鉆錘周圍的鉆渣松動后再提出。發生鉆錘掉落時，采用吊鉤法，現場迅速加工柔性鉤，在探測準確的鉆頭位置后，將鉤端落于孔中并計算好長度，上下反復小幅升降鋼絲繩，直至勾住鉆頭并提升出孔。

4.6 混凝土灌注故障

在樁基施工期間，出現過一次灌注水下混凝土堵管造成的澆筑中斷情況。

（1）原因分析。施工時間為5月，當地氣候炎熱，水下混凝土灌注時段為上午，氣溫升高快，混凝土內水分蒸發過快，導致混凝土坍落度在30 min內從210 mm降至190 mm，擴散度較澆筑時有明顯變化。在灌注過程中，因坍落度及擴散度不足，發生堵管，由于未能及時疏通導管，最終導致澆筑停止。

（2）現場緊急處理措施。在發現第一車混凝土出現較明顯塌損時，第一時間通知拌和站進行混凝土調整。罐車中適當加外加劑攪拌，現場調整塌落度;在出現下料不暢時采取上下活動、敲擊導管方式，促使導管內混凝土下料。將導管拔出混凝土后，重新插入混凝土下3 m，更換大料斗進行2次初灌，但未能成功。嘗試使用吊車將鋼筋籠提出，二次打孔安裝鋼筋籠，但混凝土澆筑已有6 m，吊車已無法將鋼筋籠拔出。使用小直徑80 cm鉆頭對樁芯混凝土進行鑿除，使周邊混凝土松動后，再次嘗試使用40 t吊車拔出鋼筋籠，仍未能成功。

（3）最終處理措施。由于水位高、覆蓋層厚，若采用排水后干孔內切割鋼筋籠的方案，易發生塌孔。在評估安全風險并做好充足準備的前提下，最終采取了水下切割鋼筋籠并在原位重新鉆孔的方案。由專業水下作業人員使用水下切割設備將混凝土面附近的鋼筋切斷，將鋼筋籠拔出;用鉆機沖擊剩余的鋼筋混凝土，同時用磁鐵將沖擊過程中斷裂的鋼筋吸出，最終在原樁位重新下放鋼筋籠并重新澆筑混凝土。

5 質量控制

巴基斯坦第三方檢測機構對灌注樁進行了小應變檢測。結果表明，該樁滿足各項質量控制標準和要求，且混凝土滿足設計強度要求，質量優良。檢測成果見表1。

6 鉆孔灌注樁施工效率分析

受工程所在國地區安全形勢和安保限制等因素影響、施工效率分析僅限本工程。因0號、3號橋臺樁基為調節工作，僅統計分析關鍵線路1號、2號橋墩樁基施工效率。根據表2統計分析結果，單樁護筒埋設及鉆機就位平均耗時2.3 d，鉆孔平均耗時22.1 d，安裝鋼筋籠平均耗時1.7 d，清孔及驗收平均耗時1.4 d，澆筑平均耗時0.5 d，單樁工序全部完成總計28 d。施工進度滿足總進度計劃要求，為承臺及橋墩施工創造了有利條件。

7 結 語

2019年巴基斯坦卡洛特庫區復建大橋灌注樁施工期間，采用了汽車底盤式沖擊鉆對灌注樁進行鉆孔，以及氣舉反循環的灌注樁清孔施工工藝，可達到清孔速度快、清渣徹底，滿足規范的沉渣要求。鉆機具備移動迅速、氣舉反環洗孔工藝速度快、質量好等特點，有效提高了施工效率，降低了施工成本。泥漿中采用摻膨潤土形成高濃度泥漿進行護壁，保證泥漿比重在1.03～1.1 g/cm3，減少了灌注樁施工中常見的漏漿及塌孔現象。

灌注樁鉆孔檢測結果表明：孔徑、孔斜率、孔深等指標均符合設計及規范要求;鉆孔、鋼筋籠吊裝、混凝土灌注全過程均由專人質量控制，灌注樁施工過程中未出現嚴重的漏漿、縮孔及塌孔現象;成樁后所有樁基小應變檢測及混凝土強度均符合設計及規范要求。

參考文獻：

[1] 張博，沈金剛. 巴基斯坦Karot水電站庫周交通復建大橋地質與巖土條件[R]. 武漢：長江勘測規劃設計研究院有限公司，2018.

[2] JTG/TF 50-2011 公路橋涵施工技術規范[S].

（編輯：李曉濛）

Abnormal conditions and countermeasures in pile filling construction using percussion drill for Azad Pattan Bridge of Karot Reservoir ?in ?Pakistan

GAO Peng

（Yangtze Three Gorges Technology & Economy Development Co.， Ltd.， Beijing 100038， China）

Abstract： Investigation towards the reservoir traffic area revealed that reconstruction was needed for the Azad Patten Bridge sitting on the Jhelum River. In addition to the poor geological conditions and high groundwater level of the area， the construction site for pile foundation was narrow and close to the river， which made the hole drilling process of cast-in-place pile more challenging， such as the problems of mud leakage， frequent caving and driller jamming. We briefly introduced the geological and hydrological conditions of the construction area， and listed a few abnormal situations occurred during the construction， along with the measures for avoiding such problems. According to the third-party test results， the finished pile meets all the quality control standards and requirements; concrete strength also meets the designed standard. Efficiency test on the filling pile shows that， employing chassis-type percussion drill and adopting air-lift reverse circulation method for hole cleaning contribute to speeding up the cleaning process， improving effectiveness in cutting removal， and meeting the sliming standard.

Key words：pile filling construction; poor geological condition; high groundwater level; Azad Pattan Bridge; Karot Hydropower Station; Pakistan