马钢一能源总厂六汾河污水处理站工程调节池截面尺寸49.200m×47.000m，整个池体结构分为东、西池平底板(1200mm厚)+墙壁、斜底板(1200mm～600mm厚)+墙壁；平底板底标高-9.000m，斜底板底标高-9.000m～-4.600m。根据设计蓝图要求，池体平、斜底板均匀设置Ø180的抗浮锚杆孔，内置5Ø12.0钢绞线，1：2水泥沙浆灌浆，共计305根。抗浮锚杆桩桩端进入中风化岩层10m，单根锚杆抗拉拔承载力690KN。

 

　　根据现场实际情况，考虑到整个调节池的结构本体与抗浮锚杆的施工周期长短，施工单位同总包单位、设计单位共同协商进行反工序施工，先池体结构的施工后施工抗浮锚杆；为此，在前期池体底板结构施工过程中预留Ø200的预留孔，作为后期抗浮锚杆施工的导入孔。

 

 

　　2.1前期设备选型

 

　　2.1.1考虑到抗浮锚杆的施工直接在已施工完成的平、斜底板上进行，属于干作业施工环境，应尽量避免对已完砼结构的施工污染；所以平底板施工设备初步选型为ROC460PC-HF锚杆钻岩机；斜底板先使用地质钻机XY-100型钻芯取土后，再利用锚杆钻岩机入岩钻孔。

 

　　2.1.2调节池底板结构由原先的台阶式平底板变更为斜底板后，增加了部分斜底板的成孔深度；最大成孔深度为土层15m加上岩层10m，共计25m。国产常规的锚杆成孔设备一般能达到的孔深为15m以内，随机配置9m3空压机，无法满足本工程的成孔深度要求；因此我们选用了瑞典产履带式锚杆钻岩机，其入岩成孔速度快，入岩速度1.0m/分钟，成孔深度能达到30m，随机配置27m3空压机，基本满足本工程设备选型要求。

 

　　2.2工程地质情况的确定

 

　　2.2.1通过前期调节池底板结构施工过程中土方开挖情况显示：调节池平底板全部座落在⑨-1、⑨-2的强风化、中风化石英砂岩上，斜底板座落在水泥土搅拌桩加固后的淤泥质软土地基上；其次，在平底板与岩层之间设置了厚度600mm的砂垫层。

 

　　2.2.2地下水：本工程地下水分为地表水、基岩裂隙水、以及人工填积土层中的潜水；上述地下水均不同程度地渗入到调节池基坑，水位一般在底板顶标高上1.0m(约-6.80m)。在调节池底板结构施工期间，水位基本维持在上述标高，基本稳定。

 

　　2.3施工工序

 

　　2.3.1调节池平底板抗浮锚杆施工(底板下直接钻岩成孔)

 

　　锚杆钻机定位→钻机成孔→下索→注浆→张拉→封锚

 

　　2.3.2调节池斜底板抗浮锚杆施工(底板下钻芯取土后，钻岩成孔)

 

　　地质勘探钻机定位→钻机取芯成孔→下PVC套管→锚杆钻机成孔→下索→注浆→张拉→封锚

 

 

　　3.1施工前期试桩成孔的情况

 

　　先期将锚杆钻岩机机械吊入调节池平底板后，进行了三根抗浮锚杆桩成孔试验.平底板上的锚杆钻岩机仅用15分钟完成平底板入岩深度10m的部分.成孔过程中，锚孔内的岩石块体被锤击磨碎后，以粉末的型式被高压送风吹至孔口以外.成孔后的数分钟内，成孔的孔内无积水、杂物，钢铰线可直接下至锚孔底端，当时施工作业队未及时完成注浆工序.

 

　　3.2平底板成孔批量施工情况

 

　　由于先期试桩情况尚可，后期当日即开始进行平底板抗浮锚杆成孔的批量施工，数十根桩后，喷出锚杆预留孔口的全部是带水的岩石粉末及颗粒；同时在已成孔的孔内发现有积水不间断地上冒，直至后期成孔过程中，孔口冒出大量的含水粉细沙，每个孔口附近有规则形成火山口盆地状的细沙堆；随后施工人员紧随其后组织下索，结果钢绞线下至底板下3m处便无法下沉，任凭辅助措施引孔下索也没有效果。

 

　　经现场锚孔孔口实查，冒出孔口的粉细沙确为前期平底板下的600厚砂垫层。直至后期，当平地板一个新孔位成孔时，相邻的已成孔的孔位(无法下索、注浆的孔位)任不断冒出粉细沙+水。

 

　　3.3斜底板成孔批量施工情况

 

　　考虑到斜底板结构下15m约为水泥土搅拌桩加固后的软弱土地基，施工单位先采用XY100型地质钻机进行钻芯取土，并用Ø160PVC管将成孔的孔位进行护壁；随后再次使用锚杆钻岩机进行原孔位的二次钻岩成孔，结果孔口不断冒出岩石粉末颗粒+地下水+加固土体的泥浆，随后的下索、注浆工序仍无法继续进行。其间锚杆钻岩机提升钻杆过程中，多次发生卡钻、无法提升的问题。

 

　　4施工过程中存在问题的原因分析

 

　　4.1地质原因

 

　　4.1.1岩层

 

　　(a)通过地勘报告以及后期土方开挖结果显示，调节池底板底部的⑨-1、⑨-2的强风化、中风化石英砂岩，矿物成份以石英为主，细粒结构，中厚层状结构裂隙发育，上部岩体完整程度破碎，岩芯呈碎块状或短柱状，所以锚杆钻岩机潜风成孔时，难以彻底锤击磨碎破碎岩体，再加上遇水，较大颗粒及孔壁周围破碎程度大的岩体势必坍塌涌入锚孔内。

 

　　(b)在斜底板地质结构中，岩层与土层有一个地质缓冲交界面。该地质过渡区范围，岩体破碎，夹带部分软弱土体颗粒，再加上遇水，势必造成斜底板锚孔径向范围孔位坍塌、钻头卡钻等问题产生。

 

　　4.1.2地下水

 

　　(a)本工程施工场地内的地下水有上层滞水、潜水以及基岩裂隙水三种类型。上层滞水主要是地表水、施工排放水、大气降水等；潜水是存在于土层中的渗透水(调节池开挖后的基坑断面显示主要存在于杂填土层与粉质粘土层之间，终日渗流)；基岩裂隙水存在于下伏基岩岩体裂缝中。本工程岩体多为石英砂岩，岩体破碎程度高，更容易形成并渗流裂隙水。

 

　　(b)在上述三种类型的地下水共同作用下，基坑边坡作业面敞口未回填时，地下水位始终保持在调节池底板上1.0m。当池体底板下钻成孔时，瞬间或一段时间，基坑内的积水及水头压力高的水位势必流向低处；依次类推底板下钻成孔1个至数10个，地下水头压力不断往低空间消散，范围逐渐加大；水头压力及地下水渗流的动力，通过池体底板下的砂垫层孔隙以及成孔后的孔位深度形成了渗流通道，从而带动了渗流通道周边的岩石、粉细沙颗粒涌入锚孔孔内，最终造成抗浮锚杆孔位坍塌、孔口冒水、粉细沙。

 

　　4.2设备选型原因

 

　　4.2.1锚杆钻岩机(ROC460PC-HF)工作原理是钻

 

　　机以压缩空气为动力，将压缩空气的动力转化成机械力量锤击破碎岩石的一种动力，钻机上装有冲击器和钎头；工作过程中，冲击器不断冲击尾部，钎头上的合金齿不断锤击破碎冲击岩石，减速器产生转动力矩，使钻具转动，推进汽缸产生轴向力送进钻具进行钻孔；推进的同时利用高压压缩空气吹净孔内岩石残渣、粉末，特别适用于干作业环境。所以前期底板开始零星试钻的时候，地下水在底板没有贯通，喷出锚杆孔位的多为岩粉。随着孔位范围的延伸，地下水通过各种渠道渗流至已钻孔位及未钻孔位的砂垫层区域，造成后期继续钻孔时，冲击破碎的残渣及岩石粉末无法吹出钻孔孔位，以至喷出的全是潮湿的或带水的粉细沙；所以锚杆钻岩机(ROC460PC-HF)在后期的钻孔施工过程中是不适用，即使在岩层地质的孔位钻成，提升钻杆时，孔位立即坍塌、堵孔，无法进行锚杆施工的下道工序。

 

　　4.2.2XY-100型地质钻机，采用泥浆护壁循环钻进工艺。在第四系填土，冲积层及残积层采用三翼合金钻头，在岩层地质中采用合金套管钻头。为防止塌孔、缩孔采用自吸式泥浆泵循环，用泥浆护壁。在不同土层可采用不同的钻进方法。在粘性土中，以中等速度，稀泥浆钻进尺寸，不得太快；在岩层中用套管钻进时，低挡慢速稠泥浆钻进。上下钻孔有时有很大阻力的易缩径孔段，采取上下来回反复划圆，扫孔以保证孔径要求。套管钻进抽芯以钻杆长度和岩样控制入岩深度，特别适用于带水的湿作业环境，所以本工程若选用普通的地质钻机是适用的。

 

　　4.3施工工序原因

 

　　4.3.1调节池底板结构施工与抗浮锚杆施工工序的影响

 

　　调节池底板结构施工与抗浮锚杆施工顺序，如果按照先抗浮锚杆，后池体结构施工，则设备选型使用的锚杆钻岩机可以在干作业环境下完成下钻成孔施工；因为考虑到调节池整体施工周期的影响，采取了反工序施工工法(先底板结构，后抗浮锚杆施工)，而当时钻孔设备选型使用的锚杆钻岩机为冲击锤潜风成孔，不适用于湿作业(或带水作业)环境，因而反工序施工方法无法组织施工。

 

　　4.3.2砂垫层施工对抗浮锚杆成孔施工工序的影响

 

　　原设计调节池底板下设置600mm厚砂垫层，主要是考虑池体底板下刚性地基(岩层地质)与柔性地基(加固后的软弱土地质)的承受上部荷载的均匀沉降。当砂垫层的施工工序先行施工及后续的底板结构施工完毕后，这无形在池体底板下各个孔位之间形成了地下水的孔隙通道，地下水沿着孔隙通道涌进成孔孔位，造成孔位孔壁坍塌。

 

　　4.3.3土方回填施工对抗浮锚杆成孔施工工序的影响

 

　　调节池基坑敞口施工时，基坑四周本身形成了平衡的降排水通道，当调节池四周全部、或部分回填时，造成无法将由地表水、潜水及基岩裂隙水形成的地下水进行有组织的敞口外排，地下水位无法降至基础底板砂垫层下，只有通过砂垫层通道渗流进锚杆钻孔孔位，造成孔位积水坍塌。

 

　　4.3.4下索、灌浆施工对对抗浮锚杆成孔施工工序的影响

 

　　锚杆桩施工在任何正常的施工组织条件下，只要钻机成孔工序完成后，应立即进行下索、灌浆施工；而本工程先期试桩施工过程中，钻机成孔后没有立即进行下道工序的下索、灌浆施工，这无形中给孔位周边地下水的水头压力提供了消散的空间范围，以至后续的地下水贯通、孔壁坍塌范围不断增大。同时在先期的成孔施工顺序安排中，应先池体底板中部核芯区域范围成孔、下索、灌浆工序，再向池体底板四周辐射状施工，这便于在池体底板下形成防御地下水渗流的核芯区域，避免孔位与孔位之间的渗流影响。

 

　　5后期施工过程中采取的相应对策

 

　　后期施工过程中，针对当前施工过程中产生的问题，施工单位结合现场的实际情况同时与设计单位共同协商，采取如下对策。

 

　　5.1使用压剪筒压力型锚杆代替原设计的拉力型锚杆，进行相应的压剪筒压力型锚杆二次设计与施工组织。

 

　　5.2本工程前期选用的锚杆钻岩机潜风冲击锤成孔不适用作业条件，现采用XY-100地质钻机组织施工

 

　　5.3钻机施工过程中锚索下料、成孔、下索、灌浆等工序连续施工。

 

　　6结语

 

　　6.1岩层、地下水等地质原因，反工序施工、土方回填、地下水降排以及设备选型等因素，成为前期抗浮锚杆成孔坍塌的主要原因。

 

　　6.2按照后期调整后的抗浮锚杆施工设计组织施工，于2008年8月21日～2008年9月28日完成全部锚杆桩的成孔、下索、注浆、张拉、封锚施工。

 

　　6.3后期施工的抗浮锚杆，经过施工过程中的锚索张拉预应力控制及批量的工程抽验检测均符合设计及施工规范的要求。