QC提高风积砂质粉土路基填筑压实度

甘肃省营盘水至双塔高速公路YS6合同 提高风积砂质粉土路基填筑压实度浙江交工路桥建设有限公司徐建国QC小组二一二年三月QC成果提高风积砂质粉土路基填筑压实度 目 录一、工程概况1二、小组简介1三、选题理由2四、课题目标2五、可行性分析3六、原因分析3七、要因确认4八、制定对策10九、对策实施10十、效果检查12十一、巩固措施13十二、总结14十三、附件14提高风积砂质粉土路基填筑压实度浙江交工路桥建设有限公司徐建国QC小组 发表人：徐建国一、工程概况营盘水双塔高速公路是甘肃省境内首条进入沙漠地带修建的高速公路，其中由我公司承建的YS6合同段桩号为K397+000-K411+900，路基挖方307.6万方，下路堤利用填方199.5万方。本合同段处于祁连山余脉长岭山的南麓与腾格里沙漠南缘，离目前的腾格里沙漠仅30K，并位于青藏高原东北缘与陇西粉土高原北缘的交接部位。全合同线路长14.7Km，其中山区段8.1Km，沙漠边缘区6.6Km，标头段海拔2282.5m，标尾段海拔1897.3m，高差达385.2m，属于独特的山区沙漠过渡地区。山区开挖利用段土方为风积砂质粉土。该土质不同于风积砂，按照常规的工艺填筑，下路堤压实度不能满足规范值93%的要求。如何合理地利用路基开挖方是本项目的重点工作之一。名词解释：风积砂质粉土 属于独特的细粒土，对照土工试验规程，无法明确界定其分类。如本工程土质按塑性指数和液限指标需判定为含砂低液限粉土，按颗粒成分又需判定为粉土质砂，(见附件一、颗粒分析试验数据表)。其颗粒组成细且颗粒单一均匀，粉粘粒含量很少，比表面积很大，保水性差。风积砂质粉土常年受风蚀作用，颗粒磨圆，不易形成整体，在外力作用下表面易产生位移，故风积砂质粉土填筑路基施工中存在着压实度难以控制等问题。风积砂质粉土与普通黄土的比较照片如下：图1 土样照片 图2 土样浸水试验照片 说明：图一左侧为现场土样，右侧为普通黄土；图二是（左侧）现场土样和（右侧）普通黄土浸水搅拌后，棉纸吸附泥浆情况对比。二、小组简介表1 QC小组概况表小组名称浙江交工路桥建设有限公司徐建国QC小组课题名称提高风积砂质粉土路基填筑压实度注册日期2011.4.10注册号QC2011-1-3课题类型现场型目标类型指令性课题注册号ZJJTQC2011-1-3活动时间2011年4月2011年12月活动次数13小组培训情况小组成员人均接受QC知识培训31课时成 员姓名性别文化程度职务职称组内分工顾 问韩小华男本科公司总经理高级工程师技术指导组 长徐建国男本科项目总工程师高级工程师组织策划副组长姚永强男本科项目常务副经理工程师策划协调组 员李小平男本科质检负责人工程师现场实施组 员陈叶刚女本科试验技术负责人高级工程师实施检查组 员李敏男专科路基施工科长助理工程师现场实施组 员崔庆稳男本科试验检测员工程师试验检测组 员湛守库男专科机料负责人助理工程师机械调配组 员王华强男本科现场施工负责人助理工程师现场调度组 员游冬军男高中机械操作工中级工机械操作 （续表）制表人：徐建国 审核：韩小华 制表日期：2011年4月10日三、选题理由1、业主要求：由于本工程所处地理位置的特殊性，路基开挖的利用方风积砂质粉土有别于普通填料，按照常规的路基填筑施工工艺，经过业主、设计单位、驻地办和我项目部多次现场试验，平均压实度仅88.7%，无法达到国家行业标准公路路基施工技术规范（JTG F10-2006）要求下路堤93%的压实度。如废弃此填料，将导致本合同199.5万方填土全部须外借、同时增加199.5万方弃土成本的后果，涉及工程量达一千二百多万元，占本合同工程量的5%以上，变更难度非常大，因此建设单位要求我项目部尽最大可能采取各种措施提高路基压实度，确保符合规范要求，合理消化、利用路基开挖弃方，以降低工程造价。2、工期要求：本项目地处西北，常年冬季最低温度达-30，施工有效时间每年仅有67个月。如果此弃方由于压实度达不到要求而不能利用，项目部坐等此变更批复，根据惯例，至少将耗费3个月时间，占一年工期的43%以上，势必影响项目部的整体施工计划，并将增大施工投入。3、公司战略要求：公司为打进甘肃公路建设市场，抽调了精兵强将和相应机械设备，要求项目部能攻克技术难题，提高路基压实度，树立公司品牌。因此，我小组将“提高风积砂质粉土路基压实度”作为QC课题，使压实度符合路基施工技术规范要求，以降低工程造价，提高施工效益，树立“浙江交工”品牌。四、课题目标根据建设单位要求，我们希望通过一系列QC活动，达到国家行业标准公路路基施工技术规范（JTG F10-2006）要求下路堤93%的压实度，确保挖方合理利用。因此，我们将课题目标确定为：风积砂质粉土路基压实度达到93%，并按指令性目标程序开展活动。QC活动目标值设定图：制图人：徐建国 制图日期：2011年4月10日五、可行性分析1、目标值的可行性分析为了研究风积砂质粉土作为路基利用填筑材料的情况，我们小组成员查阅了路基二组于4月1日8日先后进行的3次路基填筑试验段施工记录和试验报告，共检测24个点，平均压实度为88.7%。具体情况统计如下：表2 试验情况统计表 序号取土位置含水量填筑位置施工方法最大压实度（%）最小压实度（%）平均压实度（%）1K406+550650深度5m（天然）8%K405+220- K405+420静压1遍轻振2遍重振3遍90.283.886.82K408+600700深度3m（补水）12%K408+320- K408+520静压2遍重振3遍轻振2遍92.486.588.53K397+260350深度6m（补水）13%K400+780-K401+000静压1遍轻振2遍重振7遍93.086.490.7制表人：崔庆稳 制表日期：2011年4月10日根据三次试验结果，我们发现随着填料含水量和施工方法等因素的改变，压实度能相应提高，试验报告中个别点甚至达到93%，因此我们认为，如果采取QC活动，压实度能达到公路路基施工技术规范（JTG F10-2006）要求的93%，确保挖方合理利用。因此，我们认为此目标值可以实现！2、活动开展的可行性分析（1）技术方面：公司技术中心将此内容列为2011年度课题，划拨专项资金121万元，并在研究、测试人员方面予以大力支持；建设单位也予以密切配合，积极支持QC小组为学习和测试、指导特殊地质填料的技术所采取的各项措施。（2）人员方面：本小组主要成员具有丰富的QC活动知识；组长徐建国同志曾主持的QC成果3次获得省、部级奖项；项目部派专人赴长安大学取经，并邀请长安大学对此领域颇有研究的周教授、甘肃交通设计研究院试验中心陈主任等专家来现场指导。（3）机械设备方面：项目部调配了基本涵盖西北地区公路施工方面的应用的机械设备，为QC活动的展开提供强有力的基础。根据以上分析，我们有足够的信心，认为此QC活动能够顺利开展。六、原因分析针对本课题目标，本小组成员于4月22日在会议室，严格按 “头脑风暴会议”流程图的程序实施，对影响利用方路基压实度的因素从人员、机械设备、填料品质、填筑方法和试验检测等五方面进入了深入分析和讨论，我们将可能影响压实度的原因绘成鱼刺形因果图：试验检测环境填筑工艺现场检测偏差大碾压遍数统计有误风积砂质黄土路基压实度低试验数据无针对性碾压遍数不足检测精度差基底路面干燥土样试验频率过大松铺厚度过大碾压速度未控制上料前基底未洒水检测方法不适未按方格布料砂质黄土路基压实度达到规范要求的93%。布料机械组合不配套工艺操作不标准未达到最佳含水量现场补水不均匀试验设备精度不足人员未进行专项培训闷料效果差光轮压路机碾压效果差闷料时间不足仪器未校正填料机械机械厂人员人员填料品质人员 图3 风积砂质粉土路基压实度低的因果分析图制图人：徐建国 制图日期：2011年4月22日七、要因确认根据影响路基压实度的因果图，共找出12个末端因素，并制订了要因确认计划表，对所有末端因素逐一进行调查和论证分析：表3 要因确认计划表序号末端因素确认方法确认内容确认标准负责人计划完成时间1未进行专项培训现场验证考核工人操作技能考核合格率90%姚永强11.5.62光轮压路机碾压效果差现场验证光轮压路机碾压有效率碾压有效率75%徐建国11.5.123试验仪器未检定/校准现场验证校准记录检定/校准率100%陈叶刚11.5.84闷料时间不足测试测量土方的不同闷料时间的相应含水量闷料时间充足、直至对含水量影响2%崔庆稳11.4.255.55现场补水不均匀测试测量多处土样含水量土方含水均匀、与最佳含水量差值2%崔庆稳11.5.56上料前基底干燥现场验证上料前基底路面含水量含水量最佳含水量李小平11.5.57碾压遍数统计有误现场验证压路机碾压遍数静压1遍轻振2遍重振7遍龚秋平11.5.58未按方格布料现场验证每车填料布料情况每一方格范围卸料、摊铺一车填料李敏11.5.59碾压速度 未控制现场验证压路机碾压速度3500m/h游冬军11.5.510土样试检频率过大调查分析土样试验检测频率5000 m3/次崔庆稳11.4.2611现场检测数据偏差大现场验证现场检测与标准条件下检测数据偏差偏差0.2%陈叶刚11.5.512检测方法不适测试测量路基填筑压实度检测方法比对检测结果偏差0.2%陈叶刚11.5.5制表人：徐建国 制表日期：2011年4月22日要因确认一末端因素：人员未进行专项培训确认标准：考核合格率90%实测：2011年5月6日，姚永强带领其他成员在施工现场，通过逐个回答提问和实际操作考核的方法，对施工参与人员操作技能进行考核。考核情况如表4。 表4 施工参与人员技能考核统计表工种总人数理论知识掌握人数实际操作熟练人数合格率合格不合格合格不合格机械操作工9819094.4%现场质检员44040100%测量员22020100%试验员5415090%布料指挥员5415090%制表人：姚永强 制表日期：2011年5月6日从以上统计表可以看出，各工种人员合格率均大于90%，大家熟练掌握了施工方案和操作技能。另据了解，大家至少有2年以上的施工经验。确认结论：非要因。要因确认二末端因素：光轮压路机碾压效果差确认标准：碾压有效率75%确认过程：光轮压路机在碾压粘土类填料时，效果良好，但在本项目碾压风积砂质粉土时由于该填料粘性颗粒含量很少，效果不佳。5月12日下午进行现场试验验证。确认结果：经反复对比、观察，压路机钢轮与路面土体摩阻力较小，发现震动碾压时，钢轮在竖直方向对土体有压迫作用，土体受挤压下沉。在土体松铺厚度30cm、含水量接近最佳含水量时，下沉幅度5cm；同时钢轮对土体有横向推挤现象，钢轮前土体出现拥包，高度9cm。图4 钢轮碾压示意图 图5 碾压后开挖检验照片制图：徐建国 日期：2011年5月12日 拍摄：徐建国 日期：2011年5月12日碾压时出现两种情况：如果同向碾压，土体上部被逐次向同一方向推移；如果反向碾压，土体上部被反复搓揉。这两种情况都导致了上部14cm土体松散。碾压有效率=30-（5+9）/30=53.3%75%确认结论：要因！要因确认三末端因素：试验仪器未检定/校准确认标准：检定/校准率100%确认过程：陈叶刚于5月8日对路基土方填筑工程所用的试验仪器全部进行检查。确认结果：发现所有路基压实度试验仪器全部经具有相应资质的甘肃省计量测试检定西部分中心检定、校准或自校，校正记录完备，且均在有效期内，因此，检定/校准率100%，见表5。表5 试验仪器检定/校准情况登记表序号仪器名称型号规格数量检定/校准单位检定/校准日期下次检定/校准日期1电动式击实仪STDJ-31台甘肃省计量测试检定西部分中心2010.11.252011.11.252圆孔土壤筛圆孔1套营双高速六标工地试验室(自校)2011.3.252012.3.253光电式液塑限测定仪STGD-31台甘肃省计量测试检定西部分中心2010.11.252011.11.254顶击式震筛机STSJ-41台甘肃省计量测试检定西部分中心2010.11.252011.11.255灌砂筒1502套营双高速六标工地试验室(自校)2011.3.252011.9.256CBR仪STCBR-11台甘肃省计量测试检定西部分中心2010.11.252011.11.257电子天平YP500011台甘肃省计量测试检定西部分中心2010.11.252011.11.258环刀200m310套营双高速六标工地试验室(自校)2011.3.252011.9.259恒温烘箱101-1A 1台甘肃省计量测试检定西部分中心2010.11.252011.11.2510电子天平200g/0.011台甘肃省计量测试检定西部分中心2010.11.252011.11.25制表人：陈叶刚 制表日期：2011年5月8日确认结论：非要因。要因确认四末端因素：闷料时间不足确认标准：闷料时间充足、直至对含水量影响小于2%确认过程：为验证闷料时间对填料含水量的影响，QC小组于4月25日在1#取土坑（位置K405+600-700段）挖除7m表层土后，挖掘机实施闷料。先挖松土方，再易地搅拌，中途视情况相应补水，最后又二次搅拌，发现有不均匀处，再补水，确保闷料均匀。4月30日、5月2日、5月5日每天上午9时，由崔庆稳按相同方法、固定相同时间，测试闷料时间不同的填料含水量。确认结果：经现场检测，三次含水量分别为9.5%、11.7%、12.8%，闷料7天和10天的二次检测结果相差仅1.1%，而检测填料的最佳含水量为11.3%，因此判定目前的闷料7天的时间已充足，对含水量影响小于2%。表6 填料含水量检测记录表日期4月30日5月2日5月5日闷料时间5天7天10天含水量平均值9.5%11.7%12.8%制表人：崔庆稳 制表日期：2011年5月5日确认结论：非要因。要因确认五末端因素：现场补水不均匀确认标准：土方含水均匀、与最佳含水量差值2%确认过程：5月5日上午，填料从1#取土坑拉到3#试验填筑段（位置 K405+340-410右侧），在碾压前，多处检测填料含水量。确认结果：压路机准备碾压前，陈叶刚测试8处土样含水量，与最佳含水量11.5%差值超过允许偏差值2%的有6点，见下图，因此土方含水不均匀，无法保证均匀的碾压效果。 制图人：陈叶刚 制图日期：2011年5月5日确认结论：要因！要因确认六末端因素：上料前基底干燥确认标准：下层路面或原地面含水量最佳含水量确认过程：在5月5日现场填筑试验时，由李小平现场监督。确认结果：自卸车卸料前，基底均由专人提前洒水，确保基底湿润。经崔庆稳现场检测，表层含水量为14.3%，大于最佳含水量11.5%。确认结论：非要因。要因确认七末端因素：碾压遍数统计有误确认标准：静压1遍轻振2遍重振7遍确认过程：在5月5日下午现场填筑试验时，由龚秋平现场复核压路机碾压遍数。确认结果：经详细统计，压路机在碾压时，先静压1遍，再轻振2遍，最后重振7遍，遍数符合方案要求。确认结论：非要因。要因确认八末端因素：未按方格布料确认标准：每一方格范围卸料和摊铺一车填料确认过程：在5月5日上午3#试验填筑段填筑试验前，李敏实地检查，发现现场待填区域按要求洒有灰线网格，填筑施工时，自卸车有专人指挥卸料，装载机严格按方格摊铺。确认结果：每车料对应卸在一个方格内，装载机将每车料摊铺在一个方格范围内。 确认结论：非要因。要因确认九末端因素：碾压速度未控制确认标准：3500m/h确认过程：在5月5日下午现场填筑试验时，由游冬军现场复核压路机碾压速度。确认结果：70m碾压长度平均花费时间86s，计算碾压速度：，符合3500m/h的方案要求。确认结论：非要因。要因确认十末端因素：土样试检频率过大确认标准：土样试验检测频率5000 m3/次确认过程：陈叶刚于4月26日仔细查看了以往土样试验的原始记录，发现全部按照每5000m3填料取样检测1次最大干密度和最佳含水量的试验；另据调查，填料均根据现场取土场面积和深度来控制数量。确认结果：我们试验检测按每5000m3填料取样检测1次的频率，符合规范要求。确认结论：非要因。要因确认十一末端因素：现场检测数据偏差大确认标准：现场检测与标准条件下检测偏差0.2%确认过程：填筑试验段处紧靠山边，纵向阵风较大，在路面上用燃烧法检测土样含量水量时，土样易受风吹而导致质量受损，因此含水量检测和质量称取等步骤均在静止的车内进行。为防止出现偏差，在5月5日检测压实度时，我们将4组土样送到标准试验室内平行检测。确认结果：现场检测数据与标准条件下检测偏差0.1%0.2%。表7 含水量检测比较表 （单位：%）编 号1234现场测试值10.210.511.411.8标准条件测试值10.210.411.511.7偏 差 值0+0.1-0.1+0.1制表人：陈叶刚 制表日期：2011年5月5日确认结论：非要因。要因确认十二末端因素：检测方法不适确认标准：比对检测结果偏差0.2%确认过程：经陈叶刚现场检查和查阅试验报告发现，目前我们均采用环刀法检测压实度。另外，为防止由于试验方法不同而出现偏差，5月5日3#试验段填筑时，陈叶刚在现场分别采取环刀法和灌砂法比对检测压实度各3组，取样点相距1m、时间间隔10分钟。图6 环刀法检测照片 图7 灌砂法检测照片拍摄：李敏 日期：2011年5月5日 拍摄：李敏 日期：2011年5月5日确认结果：风积砂质粉土作为细粒土，可采用环刀法检测压实度，符合试验规程要求，而环刀法和灌砂法比对检测结果平均分别为91.6%和91.7%，相差仅0.1%0.2%。表8 比对试验偏差统计表序号检测方法检测值偏差值标准1环刀法91.6%0.1%0.2%2灌砂法91.7%制表人：陈叶刚 制表日期：2011年5月5日确认结论：非要因。通过对12个末端因素进行要因确认，我们找出了影响风积砂质粉土路基压实度的2个主要原因是：（1）压路机碾压效果差（2）现场补水不均匀八、制定对策1、对策评价本小组成员针对主要原因，在有关专家的指导下，根据实际情况，制定以下对策，并对所选对策方案进行了对比分析：表9 对策评价选择表序号主要原因对策方案评价综合得分选择方案有效性可操作性经济性可靠性时间性1压路机碾压效果差换用更大功率的压路机7859635采用凸块式羊足碾压路机88998422现场补水不均匀旋耕机翻拌洒水车补水8989741平地机翻拌洒水车补水7878939挖掘机翻拌洒水车补水7687937制表人：徐建国 制表日期：2011年5月13日根据上表对比分析结果，我们择优选定“采用凸块式羊足碾压路机”和“旋耕机翻拌洒水车补水”为对策方案。2、制定对策根据对策方案，我们制定了对策措施：表10 对策措施表序号要因对策目标措施地点执行时间执行人检查人1压路机碾压效果差采用凸块式羊足碾压路机碾压有效率75%在光轮外加装凸块机料库11.5.145.18谌守库游冬军徐建国2现场补水不均匀旋耕机翻拌洒水车补水碾压前全部土方含水均匀、与最佳含水量差值2%组织旋耕机进场、使用填筑现场11.5.145.18谌守库姚永强制表人：徐建国 制表日期：2011年5月13日九、对策实施实施一：采用凸块式羊足碾压路机本工程采用柳工620A压路机，出厂时配套有凸块式碾压轮壳，5月14日下午，小组成员湛守库带领机械操作工从机料库取出凸块式碾压轮壳，并安装，至15日上午调试完毕。经现场试用，运行正常。效果确认：2011年5月17日下午，在2#填筑试验段（ K405+290-340）右侧，按75m长度分成二块填筑区，在填料整平、含水量均匀达到12.6%（最佳含水量11.7%）时，分别采用光轮压轮机和羊足碾碾压进行对比试验。1#区域光轮压轮机在静压1遍轻振2遍重振7遍后，表面比较平整；2#区域先用光轮压轮机在静压1遍后，再用凸块式羊足碾压路机碾压时，钢轮前拥包基本消除，冲击力增大，路面出现了深度58cm左右的凹坑，经交替重振碾压5遍后，再用光轮压路机重振1遍、静压1遍收光。QC小组成员经反复对比、观察，发现钢轮凸块与路面土体摩阻力增大。在土体松铺厚度30cm、含水量接近最佳含水量时，钢轮对土体的横向推挤现象减轻，钢轮前土体出现拥包高度仅2cm，加上下沉部分，碾压时上部松散土体高度仅7cm。碾压有效率=（30-7）/30=76.7%75%经检测，1#区域压实度平均为91.8%；2#区域压实度平均为93.6%，达到了设计值93%的要求！ 表11 压实度统计表 （单位：%） 编号碾压机械12345678平均值光轮压轮机90.991.990.992.391.792.692.591.291.8羊足碾压轮机93.894.093.893.293.393.993.793.493.6制表人：崔庆稳 制表日期：2011年5月17日实施结论：碾压有效率75%，对策目标完成。实施二：旋耕机翻拌洒水车补水5月15日下午，湛守库组织了一台当地农业上应用得比较广泛的旋耕机进场，通过调节翻拌深度控制杆，保持搅拌厚度2530cm。5月18日上午，填料从3#取土场（K407+000-100段）运到1#填筑试验段（K405+220-290右侧），按网格布料并整平后，采用了旋耕机翻拌，中途视填料潮湿程度及时从洒水车喷补水分。效果确认：碾压前，试验室分三批人员，现场跟踪检测8次填料含水量，发现全部土方含水均匀，实测数据与最佳含水量11.8%的偏差值均2%。 制图人：陈叶刚 制图日期：2011年5月18日实施结论：土方含水均匀、与最佳含水量差值2%，对策目标完成。十、效果检查5月19日6月6日在后续的填筑过程中，QC小组又跟踪抽检不同层次、不同段落的压实度210点，最小值为93.1%，根据数理统计法，计算其平均93.8%，结果达到了不小于规范值93%的要求。表12 压实度检查结果统计表取样段落位置取样层次取样点数平均压实度（%）备 注K402+755K403+99365094.1路基一组施工K402+755K403+99375093.8K404+046K405+42075593.9路基二组施工K404+046K405+42085593.7制表人：崔庆稳 制表时间：2011年6月8日1、质量效益QC小组活动后，我们检验路基的平均压实度由活动前的88.7%提高到93.8%，超过了规范要求的93%。我们的目标实现了！目标达到了！ 图8 QC活动效果对比图制图人：徐建国 制图时间：2011年6月15日2、社会效益在有关部门和专家的帮助、指导下，通过QC小组的活动，我们成功解决了风积砂质粉土路基的填筑难题，合理地消化了路基开挖弃方，在一定程度上也保护了生态环境，取得了建设单位的高度认可，详见附件二：应用效益证明。项目办于6月20日组织营双高速全线施工和监理单位，来我项目现场观摩，使我公司赢得了良好的声誉。3、经济效益通过QC小组的活动，我们合理消化、利用路基开挖弃方199.5万立方，避免变更可能增加的工程造价达一千二百多万元，参见附件二：应用效益证明的相关内容。同时有效地保证了施工时间，避免影响项目部的整体施工计划。工程造价变更计算式: （涉及工程数量）199.5万m3（借土填筑单价-利用土方填筑单价的差价）6.05元/ m3=1207万元。同时，压路机从原先的光轮静压1遍轻振2遍重振7遍共10遍，调整到凸块式羊足碾的静压1遍重振5遍重振1遍静压1遍共8遍，碾压遍数减少2遍，节约压路机1/