湿陷性黄土区域灰土挤密桩的质量控制QC小组成果报告

1、 湿陷性黄土区域灰土挤密桩的质量控制湿陷性黄土区域灰土挤密桩的质量控制 QCQC小组成果报告小组成果报告 中铁西北科学研究院有限公司中铁西北科学研究院有限公司 二一一年四月二一一年四月 目目 录录 一、课题简介1 二、小组简介1 三、研究的必要性2 四、成因分析3 五、设定目标4 六、现状调查4 七、施工中易产生问题的原因4 八、质量控制措施5 九、加固效果8 十、下步计划10 一、课题简介一、课题简介 由甘肃铁科建设工程咨询有限公司兰州枢纽监理站监理的兰渝铁路兰州枢纽 LYSN-1 标段东起桑园子(HDK25+400)西止长寿山隧道出口(HDK54+500),正线长度约 29.1km。另含新

2、建包兰线水源大砂坪联络线 7.89km（单线） ；改建包兰线 6.32km（单线） 、砂金坪专用线 2.785km(单线） ；新建青白石、大砂坪两处车站，改建水源车站。有桥共计 24 座，隧道共 17 座，通信、信号及信息电力及电力牵引供电、相关房屋等工程。 标段内路基工程大部分跨越湿陷性黄土区域，其中路、桥、隧过渡段及路基段，设计技术标准高、施工控制难度较大，路基段多为自重湿陷性黄土地区，覆盖层黄土属风成粉质黄土，天然密实度小、孔隙率大、含水量低，土体垂直节理较发育、土质结构松散，在自重或外力与水的侵入作用下极易发生湿陷和陷穴，若地基加固处理不当，工程实体结构容易发生较大的安全、质量隐患。因

3、此，湿陷性黄土区域地基加固的质量控制尤为重要，直接影响路基实体质量和行车安全。由于以往类似加固工程存在效果达不到设计要求的现象，为此监理站在工程建设的开始阶段就成立了 QC 质量控制小组，在路基施工前期的工艺性试验阶段就开展了质量监督， 试验段选定在大浪沟路基段（HDK31+361965） ，同时结合工艺性试验，展开专项课题 “湿陷性黄土区域灰土挤密桩地基加固质量控制”的可行性研究工作。 二、小组简介二、小组简介 课题名称：湿陷性黄土区域灰土挤密桩的质量控制湿陷性黄土区域灰土挤密桩的质量控制 小组名称： 大浪沟路基段灰土挤密桩及改良土工艺性试验质量控制 QC 小组 QCQC 课题组简介课题组简

4、介 序号序号 姓名姓名 性别性别 组内分工组内分工 职务职务 1 龙 娟 女 组 长 试验室主任 2 张振龙 男 副组长 副总监 3 杜建强 男 副组长 监理组长 4 马 伟 男 组 员 试验监理工程师 5 佟旭雯 女 组 员 试验监理工程师 6 张 进 女 组 员 试验监理 7 蔺利霞 女 组 员 试验监理 8 周立峰 男 组 员 专业监理 9 常北岳 男 组 员 试验监理 10 苗松峰 男 组 员 专业监理 三、研究的必要性三、研究的必要性 1、兰州枢纽铁路建设区域主要分布于：桑园子、砂金坪、青白石、 水源车站、 大砂坪， 这些段落是典型的自重湿陷性黄土区域，路、桥、隧道的过渡段及路基的基

5、础加固处理效果，对以后的行车安全尤为重要； 2、为消除黄土湿陷，设计采用灰土挤密桩与改良土作为褥垫层，尽管设计说明提出了参考的加固参数，但为获取最佳加固效果，消除加固施工中存在的缺陷，施工前进行工艺性试验非常重要，同时也可以发挥我单位的科研优势，在试验中获取合理的施工参数； 3、兰州枢纽项目工期紧任务重，属兰渝铁路、兰州新客站建设的控制性项目，施工过程必须一次性达到设计要求，因此科研工作结合于工艺性试验也显得非常重要。 四、成因分析四、成因分析 兰州枢纽线路走过的黄土区域， 对线路构成病害隐患的就是覆盖于地表浅埋黄土，其成因并不复杂，主要是晚更新世后风成为主的沉积物。从我们试验的数据看其天然含

6、水率一般在 510.2%，天然密度 1214KN/m3，孔隙率为 53.755.5%，土体中的 CaCO3含量为 11%左右,由于干燥的气候条件， 使其胶结物质 CaCO3胶结作用， 形成了高孔隙率间的细粒骨架结构， 尤其是单位体积内骨架颗粒胶结点相对较少，因此骨架构成的结构强度不会太高或由于含水量小，这种骨架结构暂时具有一定的刚度和强度， 但是当出现集中降雨或地表水的深入并溶入大量的 CO2时，即降低土体骨架强度，虽然 CaCO3是难溶解盐，但是由于 CO2作用又要溶解土体中的 CaCO3，使其分子间失去链接，形成的重碳酸钙随水流失，变化过程是： CaCO3+ CO2+H2OCa（HCO3）

7、2 黄土的大孔隙率、垂直节理发育等特性的存在，为流失的颗粒物创造了条件，因此在这些地区出现湿陷或地表出现陷穴的危害，就不难理解了。 只有通过技术改良的手段消除线路走向范围内的黄土湿陷问题，才能达到加固处理的目的，也就是说：土体在最优含水量时通过挤密方式提高土体密实度， 灰土的夯实填充形成柱状型的受力桩用于提高承载力，在黄土中掺入一定比例的石灰用于提高土体中的CaCO3含量达到改良土体的目的，其中石灰内的 CaO+MgO 含量非常重要， 它和黄土中一些活性粘土矿物发生一些物理化学反应以改变黄土的物理力学特性。总之这种复合地基的设计其目的就是消除黄土湿陷、提高地基承载力。 五、设定目标五、设定目标

8、 总目标：树立企业丰碑、创不朽工程！ 课题目标：消除黄土湿陷、提高加固效果 分目标： （1）满足设计要求； （2）消除质量隐患，达到加固效果，确保行车安全。 六、现状调查六、现状调查 QC 小组根据施工前工艺性试验的人为和机具原因质量调查，采取调查统计、分析等方法，得出调查结果为：灰土挤密桩质量评定的三项基本指标总体合格率为 85.0。 质量问题统计分析表质量问题统计分析表 一般项目 调查点数 不合格 点 数 不合格率 频率 合格率 桩间距 264 78 295 82 整体 合格率 850 桩长 264 25 9.5 18 桩径 264 16 6.1 12 七、施工中易产生问题的原因七、施工中

9、易产生问题的原因 1、灰土挤密桩施工过程的主要流程 平整场地 放线 桩成孔 清底夯 桩孔 填土 夯实 检测 垫层 验收 2、施工弊病 灰土挤密桩加固效果不佳的主要原因发生在：人员素质、材料质量、机械状况、施工方法、作业环境五个大的环节上，通过“因果图分析法”追溯出发生施工弊病的 26 个要因，并分析得到 17 个主要控制要素： 灰土挤密桩效果差因果分析图：灰土挤密桩效果差因果分析图： 交低不到位 设备就位不准 灰土配比不够 技术培训少 责任不明确 桩管垂直度不够 拌合不均 操作技术水平不高 质量意识淡薄 夯锤落距不均匀 灰土含水率偏低 作业人员素质较差 检查落实不够 夯锤重量不标准 成孔进尺标

10、记不清楚 成孔顺序不科学 天然土含水率小 塌 孔 天气变化影响 出现塌孔现象 回填方法不合理 钢尺伸长率 夯填厚度过大 测量偏差 击实次数不够 测量钢尺不标准 防雨、防冻措施 八、质量控制措施八、质量控制措施 1、事前控制 QC 小组通过对施工前工艺性试验段的同步岩土试验，为施工流程及方案的选定， 提供了可靠的试验参数， 设定了具体质量控制目标，小组在设定的不同类施工工艺的前、后，做了大量的土工、原位试验工作，积累了基础的试验数据， （见照片 1、2）针对湿陷性黄土的成因、 试验机理， 通过科学的分析，按照数理统计学，确定了湿陷等级，人员 机械 材料 灰 土灰 土挤 密挤 密桩 效桩 效果果

11、差差 环境 方法 制定了具体对策和措施，为选定最优的施工方案提供了依据，同时也为施工过程的质量控制积累了宝贵的经验， 为兰州地区湿陷黄土进行有效地基加固的研究，采集了基础参数并取得了预期效果。 照片照片 1 1 QC 小组做锥探贯入试验 照片照片 2 2 QC 小组做轻型触探试验 2、事中控制 兰州枢纽监理站 QC 小组贯穿于整个施工过程的质量监督，按照工艺性试验方案在已经平整的施工区域，按照等边三角形布置桩点，中心距为：1.1m，直径为：0.4 m，桩长：8.0 m，为了保证成孔过程中相邻不被挤坏，采用分四批隔孔成孔，每批成孔间距：2.2m，隔排隔行，间隔 12 孔跳打，成孔后即分层回填夯实

12、（见照片 3） ，以防止邻孔之间互相挤压造成相邻孔缩孔或振动坍塌。 当整片处理时宜由内向外进行，成孔后逐层回填夯实，再分别进行下一批的成孔挤密。同时 QC 小组要求驻地监理对照因果分析法查找出的 17 个要素， 对施工出现的偏差，采取针对性措施进行纠偏，措施对照表如下： 照片照片 3 3 分层回填夯实后的灰土桩 措施对策表措施对策表 序号 末端原因 对 策 目 标 措 施 因 素 1 人员培训少 经常进行相关技术培训 整体提高作业人员的技术水平 选用有经验的技术管理人员及操作工人，加强施工过程监控。 要因 2 技术交底不到位 经常检查督促技术交底的落实情况 经过培训技术交底 使作业人员意识到桩

13、间土质量的重要性 因桩间土会影响工程的整体质量 现场检查技术交底进行的全过程 要因 3 监督落实不够 加强现场监管力度 使施工按程序一步一步进行 严格按照质量目标要求，执行落实奖惩制度。 要因 4 设备就位不准 设备就位前确定设备位置， 加强现场检查 确保桩基就位准确，桩管垂直。 技术人员现场复核设备就位情况，加强现场监控 要因 5 桩管倾斜 加强施工过程控制 桩机就位平稳， 桩管与桩孔中心对中 现场做到分工明确，责任到人，统一协调，统一指挥。 要因 6 夯机自由落度 夯击前进 行试夯， 夯机自由落度满足要求 现场经常进行检查，安排专人进行盯控 要因 7 夯锤重量未标定 停止该设备的夯击施工

14、夯锤重量满足要求 立即进行夯锤重量标定 要因 8 生石灰未熟化 提前进行熟化 使得生石灰充分消解 满足筛孔直径要求 安排专人负责充分消解生石灰并满足筛孔直径要求 非要因 QC 小组要求其驻地监理工程师，严格按照设计参数，工艺性试验的施工方案的内容，监督施工队按流程施工，特别是路基基础加固过程中的桩基定位、成孔顺序、成孔直径、塌孔补救，灰土配合比、钙镁质含量、含水量控制等都是跟踪、监控的要点，尤其是措施对策表中的要因更是现场跟踪检查落实的重点对象， 要求施工单位技术人员向作业队要有详细的交底记录，驻地监理要进行全过程监督验收，确保加固效果。 3、事后控制 QC 小组依托监理站的技术优势对完成的加

15、固段及时组织验收，对第三方检测单位的资质严格审查， 督促现场监理严格按照设计要求及铁路路基工程施工质量验收标准 （TB10414-2003）内容的要求9 灰土拌制不均 集中拌制 达到厂拌要求，含水率正好，现场做到随伴随用 按设计要求进行厂拌，确保含水率满足要求，并做到随拌随用 要因 10 施工顺序 不符合工 艺要求 加强技术交底，严格过程控制 按照设计要求隔行跳打，避免随意性太大，且成孔后应及时回填 安排专人现场盯控，严格按照设计要求隔行跳打，且成孔后应及时进行回填。 要因 11 成孔后回 落土较多 根据现场情况缓慢提升桩管 成孔后桩管顺利提升到位，桩孔垂直圆顺，无回落土。较多或塌孔 施工过程

16、专人监控，缓慢提升桩管避免导致回落土或塌孔现象 要因 12 桩体夯填 不规范 调整夯填 工艺并进行试验检测 桩体夯填能执行一锹三击、分层夯填 现场安排专人盯控，严格落实一锹三击、分层夯填的工艺标准要求 要因 13 桩长度不够 原位二次成孔 使得桩长符合要求 加强现场盯控，在成孔设备上进行深度标识。 要因 14 桩心距偏大 回填后原位重新进行成孔 使得桩心布点准确，复核设计及规范要求， 避免桩心偏移 提前进行测量复核点位对准情况，及时进行标记，并加强成孔过程的监控。 要因 15 天然含水率低 适当进行土体含水率的调整 使得天然含水率满足最佳含水率要求 现场适当进行水分补充，使得天然含水率满足最佳

17、含水率要求 要因 16 回填厚度较大 及时进行现场调整 使得回填厚度满足工艺标准要求 现场安排专人负责监控，严格按照工艺标准执行。 要因 17 桩身密度不够 加强培训， 教育和现场检查。 使得各岗位人员各负其责，做到按工序施工、检查。 加强现场检查力度，使得各岗位人员各负其责。 要因 进行平行检测和见证检测试验， 并对第三检测单位进行地基承载力试验过程进行全过程见证。 九、加固效果九、加固效果 桩基成型并间歇一周后对桩间土体检测试验其挤密系数最小为0.93,最大为 0.99,平均为 0.95，满足设计不小于 0.93 的要求（重型击实标准） 。 桩体灰土压实系数最小为 0.96 最大为 1.0 平均为 0.97 ，满足设计不小于 0.96 的要求（见照片 4） 。 照片照片 4 4 QC 小组检测桩间土体挤密系数 根据第三方（兰州交通大学）对 HDK30+955 HDK33+200 段路基进行抽查 32 个灰土桩所进行复合地基检测后的结论为：其中最大值为 300 kpa,最小值为 180 kpa,其最小值的级差为 30 kpa,超过标准设计值的 20%，灰土桩地基承载力满足设计要求（灰土桩地基承载力标准值 150kpa） ，加固效果良好（见照片 5） 。 照片照片 5 5 第三方单桩复合地基检测 十、下步计划十、下步计划 通过监理站 QC 小组活动把