QC成果-提高主（边）墩钻孔桩钢护筒.doc

提高主（边）墩钻孔桩钢护筒的沉放质量综合合合率提高主（边）墩钻孔桩钢护筒的沉放质量 QC小组一、工程简介平潭海峡大桥及接线公路工程起点位于福建省福清市东瀚镇小山东，跨越海坛海峡，经北青屿，终至平潭县娘宫。路线总长4976m（其中：桥梁总长3510m，大桥两侧接线公路1466m），采用二级公路标准，路面与桥面同宽，均为17m。通航主桥跨径布置为100m+2180m+100m，上部结构采用变高度预应力混凝土连续刚构箱梁，下部结构采用钻孔桩基础。主桥主墩、边墩基础采用2.8m2.5m变截面钻孔灌注桩，强风化层以上钻孔桩直径2.8m，强风化及强风化层以下钻孔桩直径2.5m。主墩43#、44#、45#墩各有钻孔桩22根，边墩42#、46#墩各有钻孔桩15根。主桥96根钻孔桩均设置内径3m的钢护筒，每根护筒分为三段，第二段Q345c材质的钢护筒作为桩基结构的一部分与桩基共同受力，进行涂层防腐处理，防腐年限要求不小于30年。42#、46# 边墩以及43#、44#、45#主墩单根钢护筒最长56.5m，护筒底标高-50.0m,重103t左右。钢护筒上、中、下三个节段均采用螺旋卷制,整根由三个节段环缝拼接组成，水运至施工现场后采用液压震动锤沉放。由于施工区域覆盖层浅，地质情况复杂，钢护筒沉放过程中存在较多不可预见的不利因素。二、小组概况本QC小组成立于2008年4月，其主要人员由技术管理干部、测量、质检人员、和一线施工人员组成，小组成员见表一。 主（边）墩钢护筒沉放QC小组概况表 表一小组名称主（边）墩钢护筒沉放QC小组小组编号PTQC-01所在单位中交二航局平潭海峡大桥项目部成立日期2008.4.10小组活动指导思想利用PDCA循环，提高钢护筒沉放质量，以确保钻孔桩的顺利施工登记日期2008.4活动次数9次全员参加率93.6%序号姓名组内职务性别年龄工龄文化程度职务接受QC教育时数1贝沆顾问男5939本科项目总工220h2孙立军组长男3510本科副总工100h3江五四副组长男3814大专工段长100h4马春组员男286大专主任工程师50h5胡学成组员男286本科工程部长60h6刘兵组员男3314大专质检部长120h7许雄飞组员男3916本科测量主管120h8吴胜勇组员男263本科技术员30h9陈浩组员男285本科技术员50h10郭智峰组员男252本科技术员20h制表：刘兵 制表日期：2008年5月20日三、选题理由及现状调查提高主（边）墩钻孔桩钢护筒的沉放质量理由1二航局企业精神：争科技领先，创管理一流理由2业主质量要求：创国优工程鲁班奖理由3项目部质量目标：主（边）墩钻孔桩成桩质量均应达到类桩以上制图：刘兵 制图日期：2008年5月20日1、综合以上理由，经过小组全体组员分析讨论确定本次活动的课题为：提高主（边）墩钻孔桩钢护筒的沉放质量。2、现状调查：根据已编制报批的栈桥及施工平台施工技术方案，2008年3月9日项目部进行了护筒沉放施工技术交底；3月16日沉放了首根钢护筒（45#墩2#桩护筒）；4月4日45#墩的22根护筒全部沉放完成。小组成立时44#墩护筒沉放施工正在进行。通过对45#墩22根护筒沉放后偏位、倾斜度、底口标高、变形及防腐涂层破损情况的统计分析，其质量问题结果如下： 45#墩护筒质量情况统计 表二序号检查项目检查点数不合格点数频率（%）累计频率（%）1护筒底口变形221368.4268.422底口标高22210.5378.953直径大于25mm且面积小于250cm2的涂层破损22210.5389.484平面偏位2215.2694.745倾斜度2215.26100合计11019100100综合合格率（110-19）/110100%=91.8%护筒变形率13/22100%=59.09%制表：刘兵 制表日期：2008年4月23日根据统计结果，绘制护筒沉放质量缺陷排列图如下图一：频数（个）N=22 累计频率%（图一）护筒沉放质量缺陷排列图制图：刘兵 制图日期：2008年4月23日由以上统计图表直观显示：钢护筒沉放质量的主要缺陷是其沉入后产生的底口变形。四、目标设定为确保钢护筒沉放后平面偏位、倾斜度及底口标高符合设计及规范要求，力求护筒沉放后不产生局部变形，我QC小组结合项目“确保本项目工程施工质量满足顾客的要求,合同履约率100%；本项目工程总评优良，争创国优工程鲁班奖”的质量目标及“钢护筒沉放分项工程合格率95%”的分解目标，设定本次QC活动目标为：主桥剩余74根护筒沉放后底口变形频率10%。五、原因分析1、通过对已沉放护筒资料及地质钻探资料的分析，并结合45#墩钢护筒沉放施工时的实际情况，QC小组成员根据本次活动所要解决的问题，借鉴其它已建工程和自己的施工经验，得出造成钢护筒沉放后底口变形的末端原因共13条，如（图二）所示： 第 23 页 共 23 页 钢护筒底口变形护筒底口椭圆度超标振动锤激震力过大机械配置不当人员质量意识不足沉放时震动时间过长操作不当护筒加工质量不合格地质状况不明底口刚度不足护筒在运输、吊装中产生变形护筒内支撑松动或脱落未了解岩层变化起伏质量培训不足施工人员年青、经验不足护筒进场后未检查护筒结构设计不当制作护筒用原材料不合格护筒起吊时底口被碰撞振动锤本身液压油管重量引起振动锤重心变化（锤击偏心）护筒加工工艺不稳定操作人员素质不高技术交底不到位原材料未检测起吊时风速过大浮吊起吊时速度过快因 果 分 析 图（图二）制图：刘兵 制图日期：2008年4月28日2、要因确认：我们对13项末端原因逐一进行现场验证，确认要因 要因确认表 表三序号原因要因确认确认方法是否要因1质量培训不足通过对所有QC小组成员及60名参与护筒沉放施工操作人员的施工质量指标检查，均能了解沉放施工应达到的质量目标。现场调查否2技术交底不到位开展了针对性的技术交底，并交底至作业工人抽查部分人员，合格率90%现场调查否3未了解岩层变化起伏现场沉放情况与地质图对比，因业主方的投资造价原因，3个主墩各只有4个地质勘探钻孔，2个边墩各只有2个地质勘探钻孔，不能全面反映各墩位的岩层起伏变化情况，并未了解主桥位处的孤石大致分布特点。现场验证是4振动锤激震力过大查看沉放记录，现场观察振动锤沉放时的转速和油压，通过45#墩22根护筒沉放情况反映，采用2台美国产ICE V360型液压震动锤并联使用时，护筒从开锤到停锤的沉放时间较短，护筒的贯入度大，而且存在溜桩现象。这表明护筒采用两锤并联沉放时激震力过大，底口遇不明物时迅速产生变形。现场测试是5振动锤本身液压油管重量引起振动锤重心变化（锤击偏心）现场观察测量护筒沉放偏位情况，振动锤本身液压油管重量未引起振动锤重心变化（锤击偏心）。现场验证否6原材料未检测原材料质保书齐全，进场后检查验收，每60吨钢材均取样试验，试验结果合格调查、分析否7护筒加工工艺不稳定护筒卷管焊接全过程均进行超声波探伤检查及成型后的尺寸检查，护筒加工工艺稳定。现场验证否8护筒内支撑松动或脱落水运至现场后检查护筒支撑焊接情况，发现护筒内设计的16槽钢焊接米字撑，极易产生护筒内支撑松动或脱落，在运输船上堆放两层时未做好护筒之间的隔垫保护，极易使护筒挤压变形。现场验证是9护筒在运输、吊装中产生变形护筒内设置了加强撑，运输、吊装过程中均有相应保护措施现场测量否10护筒结构设计不当计算护筒高径比、钢护筒失稳临界应力，查阅其他桥梁的护筒设计数，调查、分析平潭大桥护筒结构设计不当，设计图纸上钢护筒底口直径达3m，只采用20mm厚的Q235A钢板，厚径比达到1/150。护筒底口沉放时环向应力值接近或超过钢护筒非弹性临界应力值时，钢护筒发生了非弹性变形。调查、分析是11沉放时震动时间过长记录振动锤从开锤到停锤的时间，沉放时震动时间符合要求。现场测量否12起吊风速过大8级风速时护筒起吊后的稳定情况，可通过及时了解天气预报，避免在风速过大的条件下进行施工。现场验证否13浮吊起吊和移动护筒时速度过快快速起吊、移动时护筒稳定情况，发现设计采用焊接吊耳的形式，但焊接吊耳会破坏设计上护筒涂层防腐涂层且焊接吊耳吊装属于布局受力，对护筒的椭圆度变形等有一定不利影响。现场验证是制表：刘兵 制表日期：2008年4月30日根据要因确认表的13个末端原因，我们确认了5个主因（见下表） 主要原因 表四序号主要原因1岩层变化起伏大2振动锤激震力过大3护筒内支撑松动或脱落4护筒结构设计不当5浮吊起吊和移动护筒时速度过快制表：刘兵 制表日期：2008年4月30日六、对策制定与实施1、制定对策与措施（见表五），确保主桥剩余74根护筒沉放后底口变形频率10%。 对 策 表 表五序号要因对策目 标措施实施地点时间负责人1岩层变化起伏大摸清实际地质状况确定了各墩位的地质变化情况，了解各墩位处覆盖层较浅和孤石不规则散布较多的特点。仔细查阅地质勘探图并结合栈桥钢管桩施打时的入土情况做参考现场2008-4-297-30胡学成2振动锤激震力过大减小激震力将激震力控制在易使护筒产生应力变形的范围内（激震力5000KN）改双锤并联施震为单锤点振，根据贯入度的变化调整激震力现场全过程江五四3护筒内支撑松动或脱落检查护筒内支撑状况保证护筒内支撑的稳固，护筒椭圆度检测合格率为100%增加支撑的刚度，加强支撑与护筒连接处的焊接现场全过程陈浩4护筒结构设计不当重新设计护筒强化护筒底口刚度，减少变形机率对护筒底口易变形处增加竖肋及环箍加工厂家2008-5-107-30孙立军5浮吊起吊和移动护筒时速度过快匀速起吊和移动护筒避免底口的碰撞控制起吊和移动速度，将焊接吊耳改成钢丝绳捆吊的方式，水平起吊，然后在水中翻身现场全过程吴胜勇制表：刘兵 制表日期：2008年4月30日2、对策实施实施一：针对“岩层变化起伏大”要因评价因业主方的投资造价原因，3个主墩各只有4个地质勘探钻孔，2个边墩各只有2个地质勘探钻孔，不能全面反映各墩位的岩层起伏变化情况。小组决定由胡学成负责，首先仔细查阅设计院的地质勘探报告和图纸，并将各墩位的地质勘探状况与该处的栈桥钢管桩沉入施工及钻孔平台钢管桩施工时的地层反馈情况相结合，尽量摸清各墩地质变化情况 ；还要根据45#墩钢护筒的沉放施工情况和变形状况来了解主桥位处的孤石大致分布特点。该措施实施后，基本确定了各墩位的地质变化情况，了解到墩位处覆盖层较浅和孤石不规则散布较多的特点。根据施工区域覆盖层浅，地质情况复杂的现状，QC小组能够及时采取护筒底口加强、单锤施震等应对措施。实施二：针对“振动锤激震力过大”要因通过45#墩22根护筒沉放情况反映，采用2台美国产ICE V360型液压震动锤并联使用时，护筒从开锤到停锤的沉放时间较短，护筒的贯入度大，而且存在溜桩现象。这表明护筒采用两锤并联沉放时激震力过大，底口遇不明物时迅速产生变形。因此由江五四负责将双锤拆分，采用单锤点振，并根据贯入度的变化及时调整激震力。ICE V360型液压振动锤性能见下表： ICE V360型液压振动锤性能表 表六产地偏心力矩最大激振力最大上拔力重量尺寸（长宽高）美国150kg.m3203kN2224kN16363kg3607mm660mm2515mm制表：刘兵 制表日期：2008年4月30日单锤施振沉放护筒双锤并联施振沉放护筒震动锤的液压油管两台并联的V360震动锤 图三：震动锤沉放护筒施工图拍摄、制图：刘兵 制图日期：2008年5月30日单锤及双锤并联沉放护筒效果比较见下表： 单锤与双锤施振效果比较 表七项目单锤施振双锤并联施振平均激振力3000KN4600KN最大激振力3203kN6406KN锤自身重量16363kg32726 kg单根护筒平均沉放时间30分钟16分钟制表：刘兵 制表日期：2008年5月30日评价双锤改单锤后两个锤都能同时进行沉桩施工，不但避免了激震力过大造成的护筒底口变形，而且成倍提高了护筒沉放工效。采用单锤点振，最大激震力5000KN，并根据贯入度的变化调整激震力，能够及时了解护筒底口遇到障碍物或地层变硬的情况，有效避免了护筒底口的应力变形。实施三：针对“护筒内支撑松动或脱落”要因为防止护筒起吊、运输过程中变形，将护筒内原设计的16槽钢焊接米字撑改为钢管米字撑，米字撑焊接在护筒内的两端和吊点位置，如下图所示。在运输船上只允许堆放两层，并做好护筒之间的隔垫保护，避免挤压变形。在厂家加强米字撑与护筒连接处的焊接；护筒运至现场后及时检查支撑是否存在松动脱焊现象，如有则及时测量护筒的椭圆度，并调整后补焊。米字撑焊接部位见下图：图四：护筒米字撑布置图制图：刘兵 制图日期：2008年5月5日 措施实施后护筒内焊接良好的钢管米字撑措施实施前护筒内米字撑脱焊现象护筒进场后椭圆度检查测量图五：护筒米字撑焊接情况组图摄影、制图：刘兵 制图日期：2008年5月15日评价该措施的实施有效防止了护筒起吊运输中因内支撑脱焊产生的变形，其后未出现进场护筒米字撑脱焊现象，护筒椭圆度检测合格率为100%。实施四：针对“护筒结构设计不当”要因设计图纸上钢护筒底口直径达3m，只采用20mm厚的Q235A钢板，厚径比达到1/150。参照其他大桥护筒设计，并由45#墩双锤激震力推算得出：护筒底口沉放时环向应力值接近或超过钢护筒非弹性临界应力值时，钢护筒发生了非弹性变形。因此QC小组组长孙立军对护筒底口处重新进行了应力验算，并委托武港院进行护筒底口的加强变更设计，主要变更如下： 将护筒总长缩短1.0m； 增加3道500mm的加强抱箍（使用缩短的1m护筒），增设19根纵向槽钢8。图六：主桥护筒底口加强图制图：刘兵 制图日期：2008年5月5日评价 护筒总长缩短1m不但减小了护筒底部碰触坚硬基岩或孤石后产生变形的机率，而且缩短的护筒管节还可作为底部加强用抱箍材料。确保了护筒底口正常施打下不变形，减少了变形护筒处理时间，为后期钻孔桩施工的顺利开展打下坚实基础。底部10米加强处理后的钢护筒（增加了环形箍和纵肋）图七：加强处理后的钢护筒底部摄影：刘兵 日期：2008年5月15日实施五：针对“浮吊起吊和移动护筒时速度过快”要因原计划采用焊接吊耳的形式，但考虑到设计上护筒涂层防腐要求，焊接吊耳会破坏防腐涂层，另外，焊接吊耳吊装属于布局受力，对护筒的椭圆度变形等有一定不利影响，故改为捆吊方式。护筒吊装采用在三点吊方式，其中大钩1通过四根钢丝绳拴扣在护筒顶口的四个吊耳孔上，大钩2通过一根钢丝绳分别捆绑在护筒的两个不同吊点处，具体吊装示意图如下所示：图八：护筒捆吊示意图制图：刘兵 制图日期：2008年5月5日护筒捆绑完毕后，起重船通过大钩2下降，使a点下降，b点上升，在水中缓慢将护筒竖立，待护筒完全竖直后，通过大钩1将护筒提离水面，在提离水面过程中将a、b两点的钢丝绳与对应软索见的卡环解掉，然后起重船旋转大臂将护筒吊入导向架龙口。在护筒起吊、水中翻身、如龙口及下钩过程中始终平稳匀速地进行操作，避免移动过快碰撞护筒。评价匀速控制吊钩起吊和移动的速度，护筒用钢丝绳捆绑后水平起吊，保护了防腐涂层，也避免了吊耳产生的局部受力变形；水中翻身，护筒在水的浮托力作用下缓慢竖立，避免了底口碰撞变形。 护筒捆绑水平起吊 护筒水中翻身竖立图九：护筒起吊及水中翻身施工组图摄影：刘兵 日期：2008年5月20日七、效果检查根据制定的对策和措施，我部与8月8日完成了主桥全部96根钢护筒的沉放施工，我小组进行了认真实施与总结，经检测，主桥剩余74根护筒沉放后，底口变形的有5根，变形率为6.76%10%，达到预期目标。检测结果见下表： 第二批主桥护筒沉放检测结果统计表 表八序号检查项目检查点数不合格点数频率（%）累计频率（%）1护筒底口变形74571.4371.432底口标高74114.2985.723直径大于25mm且面积小于250cm2的涂层破损74114.291004平面偏位74001005倾斜度7400100合计3707100100综合合格率（370-7）/370100%=98.1%护筒变形率5/74100%=6.76%制表：刘兵 制表日期：2008年9月25日钢护筒底口变形率由活动开展前的59.09%下降为活动后的6.76%，活动前及活动后效果比较见下图：图十：活动前后效果比较图制图：刘兵 制图日期：2008年9月25日八、效果总结1、此次QC小组活动使我部的主桥钢护筒沉放质量得到很大提高，综合合格率从活动前的91.8%提高至活动后的98.1%，护筒变形率由活动前的59.09%降至活动后的6.76%10%，实现了课题目标。主桥护筒沉放分项工程合格率（综合合格率）98.1%95%，达到了“钢护筒沉放分项工程合格率95%”的分解质量目标。2、QC小组中多为30岁左右的年青人，通过此次QC活动，使我部年青技术人员得到一次有效的现场练兵，使他们的理论实践经验得到了很大的提高。3、此次QC活动中我们采用的双锤改单锤施震，不但有效保证护筒沉放质量，而且提高了机械使用率和施工进度。原计划8月19日完成主桥护筒沉放施工，我们在8月8日（提前11天）便提前顺利完成，减少了船机设备租赁费，降低了能耗，获得了较大的经济效益。直接节约的经济效益见下表： 提前11天节约经济费用统计表 表九序号名称11天的费用（元）备注1人工费8人115元11天10120沉放作业需要8人2液压震动锤15万/30天11天5.5万租赁费：15万/月3起重船43万/30天11天15.767万租赁费：43万/月4运输驳船24万/30天11天8.8万租赁费：24万/月合计31.079万制表：刘兵 制表日期：2008年9月25日4、通过此次QC活动，保证了护筒沉放质量、进度，得到监理及业主的好评，树立了企业信誉。在8月8日北京奥运会开幕的当天完成施工，为百年奥运献上厚礼，获得良好的社会效益。二航人等媒体、网站做了相应报道，见下图：二航人8月20日第二版报道：平潭大桥完成主桥钢护筒沉放施工图十一：媒体报道截图制图：刘兵 制图日期：2008年9月5日5、由于护筒沉放优质高效地完成，钻孔桩施工能够顺利进行，项目部在福州市第二届重点项目劳动竞赛“第一阶段目标工程质量、进度综合考核评比”中喜获交通组第一名。福州市总工会授予平潭海峡大桥项目部“工人先锋号”、 “优胜单位”两项荣誉称号图十二：所获流动红旗摄影：刘兵 摄影日期：2008年9月8日6、小组全体成员在组长带领下对活动前后进