巴基斯坦卡洛特库区复建大桥冲击钻灌注桩 施工异常情况处理

高鹏

摘要：受巴基斯坦卡洛特水电站建设影响，需重建吉拉姆河上的阿扎德帕坦大桥。但由于该桥桥墩桩基作业场地狭小、临河，加之受到不良地质条件及高地下水位的影响，灌注桩成孔较为困难，易出现漏浆、坍孔、卡钻等问题。简要概述了桥桩施工区的地质、水文条件，详细介绍了施工中出现的异常情况以及具体的处理措施。第三方检测结果表明，该施工桩满足各项质量控制标准和要求，且混凝土检测强度满足设计强度要求，质量优良。钻孔灌注桩施工效率分析结果表明，采用汽车底盘式冲击钻结合气举反循环的灌注桩清孔的施工工艺可达到清孔速度快、清渣彻底的效果且满足规范的沉渣要求。

关键词：灌注桩施工;不良地质条件;高水位;阿扎德帕坦大桥;卡洛特水电站;巴基斯坦

中图法分类号：TV553文献标志码：ADOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2020.03.017

1工程简介

卡洛特水电站是巴基斯坦境内吉拉姆（Jhelum）河规划的5个梯级电站的第四级。坝址位于巴基斯坦旁遮普省与AJK特区交界处的卡洛特桥上游1 km处。坝址处控制流域面积26 700 km2，多年平均流量819 m3/s。

根据卡洛特水电站库区交通现场调查，由于水库建成蓄水影响，需重建吉拉姆河上的阿扎德帕坦大橋（2006年建成）。重建地址位于现址上游约330 m 处。

复建大桥桥型设计为三跨预应力混凝土连续刚构桥，跨径为（50+90+50）m，桥梁设计总长为200.0 m，桥面宽11.5 m，共设有4个桥墩，桥墩（台）采用Ф1.5m钻孔灌注嵌岩桩基础，1号、2号桥墩设9根桩，单根桩长35 m;0号桥台设6根桩，单根桩长28 m;3号桥台设8根桩，单根桩长35 m。

2 施工区地质条件及施工难点

2.1 地层岩性

桥位区出露地层主要为上第三系中新统姆里（Murree）组（N1m）地层，岩性主要为中砂岩、细砂岩、粉砂质泥岩与泥岩粉砂岩等，均呈不等厚互层状。泥质岩分布较砂岩厚，砂岩一般为较硬岩，泥质岩属软岩-较软岩，形成软硬岩体相间分布结构[1]。

地表斜坡第四系地层分布较为广泛。吉拉姆河两侧岸坡下分布大量的崩塌堆积体（Q4col+dl），主要由碎块石土夹巨石组成，密实度差，架空现象较普遍，厚度一般为1.5～6.0 m，局部最厚达10 m;冲击、崩积物（Q4al+col）主要分布于河床，河床冲积物厚度47 m，主要为砂砾卵石夹中砂岩块石，质地松散[1]。

2.2 水文地质

区内地下水按赋存条件主要划分为基岩裂隙水和第四系松散层孔隙潜水。吉拉姆河为区内最低排泄基准面，地下水补给来源主要是大气降水、冲沟地表水。

地质勘探过程中，测得右岸1号桥墩处地下水深16.3 m，左岸2号桥墩处地下水深10.3 m。桥位区吉拉姆河枯水期水面宽30～50 m，水面高程441～445 m，水深一般为3～8 m。

复建大桥施工以下部结构为主，尤其是桩基施工，其中右岸1号桥墩桩顶高程455.75 m，左岸2号桥墩桩顶高程451.05 m;设计5 a一遇水位为454.37 m，施工期间平均水位在447～449.5 m，最高水位达到452.0 m，桥墩桩基施工阶段基本处于深水条件。

3 施工难点及施工工艺流程

3.1 施工难点

桥墩桩基作业场地狭小且临河，受到不良的地质条件及高地下水位影响，灌注桩成孔较为困难，易出现漏浆、坍孔、卡钻等问题。成孔控制不当会造成孔径过大或缩径，缩径不仅会导致混凝土超浇量大，而且会使桩的承载能力降低，不符合设计、施工规范和质量要求。因此，需采取措施增强成孔能力，保证灌注桩的正常施工。

3.2 施工工艺流程

工程采用汽车底盘式CZ-8A冲击钻钻孔和气举反循环清孔的施工工艺。钻孔桩施工工艺流程为：准备→桩位测量→埋设护套筒→钻机就位→钻进、取样→成孔验收→测量孔深、斜度→第一次清孔→安装钢筋笼→钻机移位下导管→第二次清孔→检查验收合格→水下灌注混凝土→成桩检测。

4 异常情况及其处理措施

4.1 塌 孔

塌孔是桩基施工中的一项常见问题。重建工程施工过程中发生塌孔主要原因有以下几个方面。

（1）地表下3.6～8.0 m为卵砾石和碎石土地层，土质松散。仅埋设2 m护筒，埋置较浅会导致护筒底部出现漏水，造成灌浆水头高度不足，对孔壁压力小。

（2）在卵砾石和碎石土层中进尺过快，泥浆护壁形成较慢，孔壁渗水。

（3）由于该地区安保原因，桩基施工前期未能开展连续作业（仅白班作业），钻进时中途停钻时间较长，孔内水头未能保持在孔外水位或地下水位线以上2 m，降低了水头对孔壁的压力。

（4）清孔后未能及时灌注混凝土，放置时间过长。

处理措施有：①轻微塌孔时，增大泥浆比重，提高泥浆水头，增大水头压力;②塌孔不深时，改用埋深护筒，夯实护筒周围，重新开钻;③严重塌孔时，将碎石土回填至塌孔位置以上，待回填稳定后重钻，改善泥浆性能[2]。

4.2 孔身偏斜

冲击钻施工出现孔身偏斜情况较少，分析其原因主要有：①场地未平整或压实，钻机未处于水平位置;②土层软硬不均，或存在孤石，致使钻锤受力不均，从而导致钻机发生不均匀沉降。

处理措施有：①钻孔偏斜不严重时，在偏斜处吊住钻锤反复扫孔，使钻孔正直;②钻孔偏斜超过规范要求时，回填碎石土至偏斜处，待沉积密实后再重新钻进。

4.3 孔径过大或不足

遇到软弱地层，在钻进过程中钻锤摆动过大，便孔壁塌落而形成孔径过大。处理措施为：①钻孔过程中平稳进尺，防止钻锤晃动过大;②遇到软弱地层造成孔壁塌落时，应加大泥浆比重至1.3～1.4 g/cm3 [2]。

在土的压力下，软弱地层向孔内挤压造成孔径不足，加上钻锤磨损、补焊不及时，钻出的孔径较设计桩径小。处理措施为：①根据地质钻探资料，遇到软弱层时，采取措施防止塌孔或钻锤摆动过大;②已发生孔径不足时，采取钻锤上下反复扫孔以扩大孔径;③当锤头磨损严重时，及时补焊再进行扫孔至设计孔径。

4.4钻孔漏浆

由于下部岩石强风化存在较多裂隙，与河道相连形成通道，钻孔时出现漏浆情况，无法保持护筒内水头。处理措施为：①漏浆不严重时，将护筒周围回填筑实，增加护筒埋深，适当减小水头高度，并加稠泥浆，以增强护壁;②漏浆严重时，填入秸秆、片石或碎石土至漏浆处反复冲击，待沉积密实后再重新钻进。

4.5 卡钻、掉钻

受到地质条件变化或操作不当的影响，卡钻、掉钻现象具有偶然性、突发性和不可预见性。

处理措施为：①发生卡钻时，不宜强提而应轻提;②无法轻提时，采用小冲击钻锤冲击或用冲吸的方法将钻锤周围的钻渣松动后再提出。发生钻锤掉落时，采用吊钩法，现场迅速加工柔性钩，在探测准确的钻头位置后，将钩端落于孔中并计算好长度，上下反复小幅升降钢丝绳，直至勾住钻头并提升出孔。

4.6 混凝土灌注故障

在桩基施工期间，出现过一次灌注水下混凝土堵管造成的浇筑中断情况。

（1）原因分析。施工时间为5月，当地气候炎热，水下混凝土灌注时段为上午，气温升高快，混凝土内水分蒸发过快，导致混凝土坍落度在30 min内从210 mm降至190 mm，扩散度较浇筑时有明显变化。在灌注过程中，因坍落度及扩散度不足，发生堵管，由于未能及时疏通导管，最终导致浇筑停止。

（2）现场紧急处理措施。在发现第一车混凝土出现较明显塌损时，第一时间通知拌和站进行混凝土调整。罐车中适当加外加剂搅拌，现场调整塌落度;在出现下料不畅时采取上下活动、敲击导管方式，促使导管内混凝土下料。将导管拔出混凝土后，重新插入混凝土下3 m，更换大料斗进行2次初灌，但未能成功。尝试使用吊车将钢筋笼提出，二次打孔安装钢筋笼，但混凝土浇筑已有6 m，吊车已无法将钢筋笼拔出。使用小直径80 cm钻头对桩芯混凝土进行凿除，使周边混凝土松动后，再次尝试使用40 t吊车拔出钢筋笼，仍未能成功。

（3）最终处理措施。由于水位高、覆盖层厚，若采用排水后干孔内切割钢筋笼的方案，易发生塌孔。在评估安全风险并做好充足准备的前提下，最终采取了水下切割钢筋笼并在原位重新钻孔的方案。由专业水下作业人员使用水下切割设备将混凝土面附近的钢筋切断，将钢筋笼拔出;用钻机冲击剩余的钢筋混凝土，同时用磁铁将冲击过程中断裂的钢筋吸出，最终在原桩位重新下放钢筋笼并重新浇筑混凝土。

5 质量控制

巴基斯坦第三方检测机构对灌注桩进行了小应变检测。结果表明，该桩满足各项质量控制标准和要求，且混凝土满足设计强度要求，质量优良。检测成果见表1。

6 钻孔灌注桩施工效率分析

受工程所在国地区安全形势和安保限制等因素影响、施工效率分析仅限本工程。因0号、3号桥台桩基为调节工作，仅统计分析关键线路1号、2号桥墩桩基施工效率。根据表2统计分析结果，单桩护筒埋设及鉆机就位平均耗时2.3 d，钻孔平均耗时22.1 d，安装钢筋笼平均耗时1.7 d，清孔及验收平均耗时1.4 d，浇筑平均耗时0.5 d，单桩工序全部完成总计28 d。施工进度满足总进度计划要求，为承台及桥墩施工创造了有利条件。

7 结 语

2019年巴基斯坦卡洛特库区复建大桥灌注桩施工期间，采用了汽车底盘式冲击钻对灌注桩进行钻孔，以及气举反循环的灌注桩清孔施工工艺，可达到清孔速度快、清渣彻底，满足规范的沉渣要求。钻机具备移动迅速、气举反环洗孔工艺速度快、质量好等特点，有效提高了施工效率，降低了施工成本。泥浆中采用掺膨润土形成高浓度泥浆进行护壁，保证泥浆比重在1.03～1.1 g/cm3，减少了灌注桩施工中常见的漏浆及塌孔现象。

灌注桩钻孔检测结果表明：孔径、孔斜率、孔深等指标均符合设计及规范要求;钻孔、钢筋笼吊装、混凝土灌注全过程均由专人质量控制，灌注桩施工过程中未出现严重的漏浆、缩孔及塌孔现象;成桩后所有桩基小应变检测及混凝土强度均符合设计及规范要求。

参考文献：

[1] 张博，沈金刚. 巴基斯坦Karot水电站库周交通复建大桥地质与岩土条件[R]. 武汉：长江勘测规划设计研究院有限公司，2018.

[2] JTG/TF 50-2011 公路桥涵施工技术规范[S].

（编辑：李晓濛）

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