QC成果提高海上超大超深钻孔灌注桩成桩质量

中国建筑第六工程局有限公司CHINACONSTRUCTIONSIXTHENGINEERDIVISION.CORP.LTD滨海新区永定新河特大桥项目经理部发布单位：中建六局有限公司基础设施事业部提高海上超大超深钻孔灌注桩成桩质量小组名称：中建六局基础设施事业部科技之光QC小组发布人：刘鹏一、课题介绍

本课题取材于中央大道永定新河特大桥工程，路线全长1777.401m。其中桥梁1367m，道路410.401m，本工程桥梁面积共48238.5m2,道路面积13262m2，工程总造价3.327亿元。主桥为100m+160m+100m变截面预应力混凝土连续箱梁，在同类桥梁中居国内第二、亚洲第三，无论是跨径、截面高度还是技术难度都是当今国内桥梁史上的佼佼者。工程处于永定新河、蓟运河入海口处，海水深4.5m左右,受渤海湾潮汐影响较大，最高潮位5.6米，最低潮位-1.08米，汛期洪水凶猛，最大流量达4820m3/s。冬季流冰巨大，流冰厚度最厚达80cm,河床下土质多为淤泥质粘土。基础采用钻孔灌注桩，共计464根，其中海中桩径2.0m,桩长86m,孔深98m，计88根，是目前天津地区海上最深的钻孔灌注桩。本次活动，我们围绕“提高海上超大超深钻孔灌注桩成桩质量”这一课题展开，通过小组全体成员的共同努力，积极的采取对策，采用大功率泥浆泵配合水力旋流器对原有的正循环钻孔施工工艺进行改良，使得永定新河特大桥主桥桩基工程顺利的完成，并缩短了工期约108天，降低了施工成本，直接给企业增创利润1957808元（约为196万元），该工程的施工探索和总结，解决了在河流入海口处淤泥质、粉质粘土层、细砂层等特殊地质条件下，海上超大超深钻孔灌注桩多项施工技术难题，为公司在社会上赢得了良好的声誉，提高了企业的市场竞争力，在滨海新区树立了中建品牌。二、小组概况我小组成立于2004年8月，经过数次调整，现有人员10人，全部由施工一线的职工组成，接受TQC教育学时均在48小时以上。从小组成立至今，我们先后针对“提高后张法预应力砼张拉工序一次验收合格率”、“提高加筋土挡墙挡块一次安装合格率”等4个课题展开了QC活动，在短短4年的时间内，在组长的有序组织中，先后获得国家、部、市、总公司和本工程局级各等奖项，累计为企业创造利润几百万元，在丰富精神文明的同时，也为企业创造了大量利润。

10人提高海上超大超深钻孔灌注桩成桩质量2008年7月1日2008.7.1-2009.4.152004年8月攻关型中建六局基础设施事业部科技之光QC小组QC小组人数活动课题本课题注册时间注册号课题活动时间成立时间小组类型小组名称96.7%298处理阶段94.8%328检查阶段95.6%6810实施阶段95.3%94%168计划阶段总出勤率出勤率人次人数活动内容活动情况CSCEC6BJCQC200808姓名年龄性别组内职务岗位技术职称文化程度巩汉波42男顾问局副总工高级工程师本科王建朋34男组长项目总工高级工程师本科高小强36男副组长项目经理高级工程师本科刘鹏31男发布人工程部经理工程师本科李文亮31男组员商务经理工程师本科陈立国33男组员项目副总工工程师本科古佩胜30男组员技质部经理工程师本科衣成林25男组员质检工程师助工本科刘永德26男组员内业工程师助工本科巩汉峰35男组员试验室主任工程师本科小组成员简介

本小组成员中有五名同志被评为本公司质量标兵，其中组长王建朋于2007年被授予天津市质量管理小组活动“优秀工作者”荣誉称号。连续不断的开展QC活动质量不断提高

06.08—07.03PDCA04.10—05.06PDCA提高后张法预应力砼张拉工序一次验收合格率(国家二等奖)提高桥面铺装质量(工程局一等奖)提高清水混凝土外观质量(中建总公司一等奖)07.04—07.10PDCA07.11—08.07PDCA提高加筋土挡墙填筑后面板安装实测项目合格率(国家优秀奖)小组活动历程从小组成立至今,开展活动积极,提高质量管理素质,创造可观价值.理由二：质量要求高桩位偏差要求不大于50mm，且Ⅰ类桩要求为100%。理由三：工程造价高主桥桩基造价约4000万,有效的控制施工质量,可得到显著的经济效益。理由四：社会影响大本项目是我局以总公司名义首次在滨海新区承接海上特大桥施工，如能顺利施工，可大大提高企业的知名度，增强市场竞争力，且本工程拟申报“鲁班奖”。理由一：施工难度大海上和滩涂钻孔灌注桩施工受潮汐的影响，过程控制难度大。海上大口径钻孔灌注桩施工质量控制三、选题理由四、现状调查

为了找出影响海上超大超深钻孔灌注桩施工质量的关键问题并确定本次活动目标，小组成员进行了广泛的调查调查一Ⅰ类桩要求为100%桩位偏差不得大于50mm调查二

桩基工程的最终目标是桩身完整性良好、承载力满足设计要求,现对最终目标进行分解

调查三

我们根据2008年7月4日首桩钻孔结果，成孔10小时后沉渣厚度达17米，无法下钢筋笼，并调查了近几年来全国各地海上钻孔灌注桩施工过程中出现的问题，收集统计如下，并绘制出排列图。序号问题因素频数频率累计频率1桩身不完整3947.56%47.56%2桩位偏差大3239.02%86.58%3垂直度不符合要求44.88%91.46%4桩身强度不够56.1%97.56%5其他不符合要求22.44%100%合计82100%60-70-0-30-20-10-40-50--20%-40%-60%-80%-100%-0%86.58%累计频率(%)频数（条）影响海上超大超深钻孔灌注桩质量的排列图52N=8280-桩身不完整桩位偏差大垂直度不符合要求桩身强度不够其他90-4323991.46%97.56%通过排列图可以看出“桩身不完整”和“桩位偏差大”是主要问题47.56%五、目标确定★桩位偏差符合要求≤50mm。★在滨海新区打造中建企业品牌。活动目标★桩身控制结果:Ⅰ类桩为100%。★结合“降本增效”，节约成本一百万。目标可行性分析不利因素

质量要求高、工期紧有利因素

本工程拥有强大的技术团队，技术成熟，经验丰富

施工作业队伍体系完善、经验足有良好的机械设备保证桩基施工顺利进行。各方单位积极配合

公司领导高度重视、大力支持任务艰巨能力保证经验借鉴领导支持目标可以实现六、原因分析针对现状调查中的两个主要问题，运用关联图对原因进行分析。●钻机泥浆泵自身功率不合理●现场电力不足●海上施工环境掌握不准确●施工人员缺乏海上冲孔桩施工技能培训●钢筋笼起重浮吊受潮水影响较大●成孔过程控制不当●工种配合不协调●管理人员责任心不强●混凝土灌注方法不符合要求●测量仪器不够精确●地质资料与现场实际偏差●施工人员对水上施工不重视●操作平台面积太小●定位方法不当桩位测量偏差大●泥浆循环系统设备不合理●泥浆比重不符合要求泥浆护壁不满足要求，易造成坍孔●护筒安装不符合要求护筒偏移●清孔后沉渣厚度过厚带●的末端因素，从关联图中共得出18条末端因素。桩身不完整桩位偏差大七、要因确认序号因素名称确定情况确定方法是否要因1管理人员责任心不强管理人员职责不明确，项目实行责任制，并制定相应的奖罚措施以提高管理人员的积极性。调查分析非要因2施工人员对水上钻孔桩施工不重视思想不够重视，加强教育并制定相应的奖罚制度提高责任心，这种现象是比较容易控制。调查分析非要因3测量仪器不够精确采用全站仪进行定位测量，在测量施工前将仪器进行送检标定，可满足施工要求。现场验证非要因4护筒安装不符合要求海上钻孔桩护筒长度较长,护筒插打安装是否正确,将很大程度上影响到施工质量。现场验证要因5钢筋笼起重浮吊受潮水影响较大钢筋笼下放可选择在涨落朝完毕后进行，或把浮吊固定在平台上。现场验证非要因序号因素名称确定情况确定方法是否要因6成孔过程控制不当成孔过程控制在整个施工过程中至关重要，成孔过程控制不当，将容易造成坍孔、缩颈、扩孔、埋钻等现象。现场验证要因7混凝土灌注方法不符合要求对灌注班组进行班前教育，由专人指导混凝土的灌注施工。现场验证非要因8操作平台平面尺寸太小利用现有设备加大施工平台，能满足施工要求。调查分析非要因9海上施工环境掌握不准确保持与当地气象台和海事局联系，随时随地了解涨、落潮时间和气象情况，保证施工的顺利。现场验证非要因10地质资料与现场实际偏差地质资料与现场的偏差主要在各地层的分布和土质上，委托勘察单位在主桥桩位附近增补地质探孔，提供准确地质报告可解决。调查分析非要因要因确认序号因素名称确定情况确定方法是否要因11清孔后沉渣过厚成孔后用正循环法清孔，清孔时间不小于两小时，下放钢筋笼后，再次清孔，并用检查工具检查判断孔底沉渣厚度，直到满足设计要求。现场验证要非因12泥浆循环系统设备不合理泥浆循环设备功率、配置是否合理，将在很大程度上影响到施工质量。现场验证要因13钻机泥浆泵自身功率不合理钻机泥浆泵功率的选用与孔深、地层地质情况是否相协调直接影响成孔质量，并最终影响成桩质量。现场验证要因14现场电力不足通过增加多台发电机解决此问题。调查分析非要因15泥浆比重不符合要求制订合理的控制方法,设专人控制泥浆比重及PH值,可很好的控制泥浆比重。现场验证非要因要因确认序号因素名称确定情况确定方法是否要因16工种配合不协调各班组之间首次进行工序间的搭接配合，必定生疏，但各自熟悉各类相关标准及施工工艺，设专人协调配合，很快会衔接熟练。现场验证非要因17施工人员缺乏水上冲孔桩施工技能培训通过岗前培训、技术交底，要求工人熟练掌握施工要点，严禁违规操作，同时各工种操作人员必须持证上岗。调查分析非要因18定位方法不正确测量定位采用大地坐标法，调整导向架位置,各层导向架拉十字线，用铅锤复核交叉点，并调整导向架上下中心在同垂线上，最后将导向架与钻孔平台结构焊接定位。现场验证非要因要因确认护筒安装不符合要求

泥浆循环系统设备不合理钻机泥浆泵自身功率不合理最终确定四条要因成孔过程控制不当要因对策目标措施地点时间责任人护筒安装不符合要求改进护筒安装工艺护筒沉放到位后偏差满足设计要求1、加长护筒长度，增加入河床深度2、在平台上用型钢做护筒插入导向架3、采用不同功率的振动锤4、增加吊点和起重能力施工现场2008.8月王建朋陈立国古佩胜成孔过程控制不当加强操作人员的技能培训，掌握操作规程形成良好泥浆护壁，不出现缩颈、塌孔、扩孔、埋钻1、根据不同土层采用不同泥浆比重2、采用不同的钻进速度和加压方式3、钻具下降和提升速度均匀、平稳4、合理组织人力、设备资源保证成孔的连续性施工现场2008.8-12王建朋陈立国古佩胜巩汉峰泥浆循环系统设备不合理增配新型先进设备有效地保证泥浆的各种性能1、增设水力旋流器2、增加泥浆防沉淀设备3、增加泥浆过滤池、储存池施工现场2008.8-12古佩胜巩汉峰刘鹏刘永德钻机泥浆泵自身功率不合理分孔深、分地层配置不同功率设备达到受力均匀整体稳定1、不同地层、不同孔深采用不同功率泥浆泵施工现场2008.8-12古佩胜刘鹏衣成林八、制定对策九、实施对策实施一改进护筒安装工艺1、加长护筒长度，增加入河床深度通过加长护筒长度，增加护筒进入河床深度，增强其稳定性、以及抵抗因外力而造成的位移或倾斜的能力。一般钻孔灌注桩护筒长度通常为2-3米,本工程由于承台埋置较深（承台埋置约17m)护筒长度较长,约在14米左右,护筒插打是否正确将很大程度上影响到施工质量。2、在平台上用型钢做护筒插入导向架利用钻孔平台上纵横工字钢安设护筒沉放导向架，导向架比护筒外径大5cm，由浮吊吊起钢护筒，通过导向架缓慢下放，直到其刃脚自然下沉到河床面为止，在校正护筒垂直度（小于1%）和护筒平面位置偏差（小于5cm）后，采用振动锤振动下沉，振动锤振动下沉直至护筒底部到达设计标高。3、采用不同功率的振动锤开始插打护筒时先用小功率的振动锤进行施打,可以随打随纠偏，若先用大功率振动锤施打，由于进入速度过快，打入较深，一旦出现偏差，纠偏十分困难，会造成很大桩位偏差。4、增加吊点、增大起重能力由于桩径较大，因此护筒直径也较大，达2.3m。加上护筒长，自重大，因此吊点少、起重能力小容易造成起吊过程摆幅过大，不利于护筒就位校正。责任人：王建朋陈立国古佩胜时间：2008.7.13护筒安装示意图实施二严格控制成孔过程1、根据不同土层采用不同泥浆比重由于钻进过程要经过淤泥、淤泥质粘土、粉质粘土、粉砂、细砂、胶结砂砾等多种地质地层，为了确保成孔质量，因此根据不同土层配制不同泥浆，在钻进过程中根据地质情况及时调整泥浆和钻进方式，确保成孔质量。2、采用不同的钻进速度和加压方式

根据2008年7月4日首桩钻孔结果，既成孔10小时后沉渣厚度达17米，无法下钢筋笼。我小组要求对主桥桩基暂停施工，并在主桥附近施打1根同样深度直径1.2m的试桩，研究、记录各土层的性能，以确定合适的钻进速度和加压方式，历时9天，最终整理出详细的钻进参数，为后续主桥钻孔提供科学、可靠的依据。3、钻具下降和提升速度均匀、平稳由于桩径大钻孔深，因此，对钻具的提升和下降要求也相对严格，要速度均匀、平稳，以避免钻头碰撞护壁和泥浆冲刷护壁，造成塌孔、缩颈、扩孔、埋钻等现象。4、合理组织人力、设备资源保证成孔的连续性由于任务重、工期紧，因此在主桥桩基施工过程中应合理安排操作人员及机械设备，并留足备用，一旦出现设备故障、人员疲劳立即启动应急措施，保证成孔的连续性，以避免因停歇而造成塌孔、埋钻等事故。实施三设置合理的泥浆循环设备1、增加水力旋流器根据首钻和试钻的情况分析，沉渣过厚的主要原因是：在钻进穿越粉砂层、细砂层时泥浆中粉细砂粒增多，一部分砂粒始终沉在孔底，另一部分悬浮在泥浆中的砂粒随泥浆循环最终成孔停钻时沉淀到孔底，两项结合使沉渣厚度严重超标。根据这一情况，我们在钻进到达粉质粘土、粉砂层、细砂层时增加水力旋流器。这种设备是一种新型的泥沙过滤、分离设备，能有效的过滤分离泥浆中的粉细砂粒。过滤分离率达97%以上，使泥浆中含砂率小于3%。提前且有效地防止了砂粒沉淀到孔底，进而减少沉渣厚度。2、增加防止泥浆沉淀设备根据钻进情况，有规律的检查泥浆各项性能指标，尤其是胶体率，钻进中为防止泥浆沉淀，我们增加泥浆搅拌设备和空压机气冲，使泥浆不停地搅动而确保性能良好。3、增加泥浆过滤池、储存池增加泥浆过滤池及时对超标泥浆进行过滤，以提高泥浆性能；增加泥浆储存池主要是储存不同比重的泥浆，以及时有效的根据钻进情况提供与其相适应的泥浆。水力旋流器实施人：王建朋陈立国古佩胜时间：2008.7.15实施四调配合适功率的泥浆泵首次钻进时采用常规做法，钻进过程均配置3匹（22KW）泥浆泵，在孔深60m以内，能把泥浆冲起搅动，使泥浆高速旋转完全悬浮。但当孔深度超过60m后（进入粉细砂层时），3匹泥浆泵无法使泥浆高速旋转，不能把砂砾全部携带出孔，造成沉渣过厚。我们通过当孔深超过60m后，改用4匹（38KW)泥浆泵的方法来解决这一问题。38KW泥浆泵水力旋流器22KW泥浆泵十、效果检查

通过全体成员的努力，积极的采取对策使得永定新河特大桥主桥桩基工程保质保量的顺利完成，并缩短了工期约108天。2009年4月10日在组长王建朋的带领下，进行效益检查。技术效益

桩基低应变动测：88根桩全部进行了动测，检测结果Ⅰ类桩88根，达到要求100%。

超声波检测：88根桩全部进行超声波检测，所得波形、波速和频率均符合要求，合格率100%。

桩位检测：88根桩偏位情况全部检查,所有桩位偏差均在50mm以内。桩承载力试验：

按设计要求主桥桩基有2根需做承载力试验，我们委托专业检测机构进行检测，检测采用了比较先进、科学的自平衡检测方法，结果全部达到设计要求。桩位检测自平衡检测设备安装经济效益

本次QC活动在有效的控制了施工质量的同时增创利润约196万元，并大大的缩短了工期，累计缩短工期108天，为后续工作开创了有利条件。根据2008年7月4日首桩结果计算：首桩钻孔10天，清孔3天，下钢筋笼1天，灌注混凝土1天，按一台钻机配备12人计算（两班倒一班6人）如下：（主桥河中2.m直径的总共88根）人工费：（10+3+1+1)*12*120=21600元设备用电费:(22+15)*24*15*1.5=19980元钻机费用：700*15=10500元小计：52080元合计：4583040改进后配备了水力旋流器，并把泥浆泵换成4匹（38KW）每根桩从开钻到完成累计不到7天。人工费：7*12*120=10080元设备用电费:(38+15+1.5)*24*7*1.5=13734元钻机费用：700*7=4900元小计：28714元买6台4匹泥浆泵费用48000元买6台水力旋流器6*8400=50400合计：2625232相差费用：45