[QC成果]攻克复杂环境下钻孔灌注桩施工质量难题

1、攻克复杂环境下钻孔灌注桩施工质量难题PAGE PAGE 21上海公路桥梁（集团）有限公司 王铁QC小组目 录 TOC o 1-1 h z u HYPERLINK l _Toc325301227 一、工程概况 PAGEREF _Toc325301227 h 1 HYPERLINK l _Toc325301228 二、小组简介 PAGEREF _Toc325301228 h 1 HYPERLINK l _Toc325301229 三、选题理由 PAGEREF _Toc325301229 h 2 HYPERLINK l _Toc325301230 四、现状调查 PAGEREF _Toc3253012

2、30 h 2 HYPERLINK l _Toc325301231 五、目标设定 PAGEREF _Toc325301231 h 8 HYPERLINK l _Toc325301232 六、原因分析 PAGEREF _Toc325301232 h 8 HYPERLINK l _Toc325301233 七、要因确认 PAGEREF _Toc325301233 h 9 HYPERLINK l _Toc325301234 八、对策制定 PAGEREF _Toc325301234 h 9 HYPERLINK l _Toc325301235 九、对策实施 PAGEREF _Toc325301235 h

3、10 HYPERLINK l _Toc325301236 十、效果检查 PAGEREF _Toc325301236 h 14 HYPERLINK l _Toc325301237 十一、巩固措施与标准化 PAGEREF _Toc325301237 h 16 HYPERLINK l _Toc325301238 十二、总结及下一步打算 PAGEREF _Toc325301238 h 16攻克复杂环境下钻孔灌注桩施工质量难题上海公路桥梁（集团）有限公司 王铁QC小组一、工程概况常州市轨道交通1号线配套工程管线迁改（一）城北污水厂主干管线工程1标工程为常州市轨道交通1号线前期配套工程，将原晋陵路沿线污水

4、主管管线进行迁改。建成投入运营后将为地铁施工提供条件；同时可将目前的城北污水厂污水处理规模提至15 万m3/d，大大提高常州市新北区在汛期的污水处理能力。该工程位于常州市巫山路沿线及城北污水处理厂，施工内容包括大型土石方工程、顶管基坑支护及开挖工程、顶管施工、泵房基坑支护及开挖工程、泵房下部结构、部土建及泵站电气设备安装工程等部分。其中泵站基坑平面尺寸为33.85m29.60m，开挖深度14.30m，本次QC攻关课题将围绕该工程基坑部分施工内容开展。管线全长4867m；泵站占地面积990m2图1：工程总平面图为了确保本工程顺利完成并投入使用，我公司迅速组建项经部，并成立QC小组，进行技术攻关，

5、研究分析施工过程各个环节的质量控制要点，以“安全第一、文明施工、质量优先、进度科学”的管理理念，确保目标顺利完成。本QC攻关小组成员以工程项目部管理班子为主，以施工现场为载体，合理运用QC质量管理工具和方法，对施工过程进行全面的调查研究，并制定办法处理实际遇到的问题，同时调动全体管理人员在施工管理活动中的积极性，提升项目部的管理能力。二、小组简介 表1：小组成员表 课题名称攻克复杂环境下钻孔灌注桩施工质量难题企业申报部门企业工程部QC小组名称上海公路桥梁（集团）有限公司王铁QC小组课题类型攻 关课题注册编号LQ-JA-2013-01课题起止期2013.09.20-2014.03.01组长姓名王

6、 铁QC小组注册号LQ-QC-2013-08小 组 人 数10人小 组 成 员序号姓名性别年龄学历工种（职称）组内分工QC小组培训1王铁男33本科项目经理组织活动36课时2王帅男30本科项目常务副经理现场协调48课时3冯华男27本科项目总工程师技术总结48课时4王晨男37本科项目副经理组织攻关48课时5马黎明男33本科质量负责人数据分析48课时6钱新亮男26本科质量员质量控制48课时7陈亮男25大专测量员监测控制48课时8沈国富男53大专安全员安全控制48课时9张益鑫男26本科财务经济分析48课时10施凌峰男27大专材料设备员资源调配36课时制表人：张益鑫 日期：2013年09月25日小组活动

7、日期：2013.09.202014.03.01； 小组活动次数：28次；小组活动出勤率：95%。 图2：QC小组活动及小组成员培训证书本小组成立于2001年，曾用名范欣荣QC小组、董泽龙QC小组、徐飞QC小组。2014年更名为王铁QC小组。历年来参与许多市政工程项目的建设和评选活动，获得奖项部分如下： 图3：QC小组所获荣誉三、选题理由公司发展1、质量目标：争创常州市优质工程、文明工地；2、发展要求：攻克复杂环境下钻孔灌注桩施工质量难题，可提升公司对外形象、提高公司核心竞争力泵站基坑位于城北污水处理厂内，距离周边的污水处理设施及构筑物近，需确保其安全及正常使用1、工期要求：确保2014年4月3

8、0日通水调试；2、使用要求：满足常州市汛期污水处理攻克复杂环境下钻孔灌注桩施工质量难题顾客要求环境保护P阶段（现状调查、目标设定、原因分析、要因确认、对策制定）四、现状调查本工程泵站结构采用顺做法施工(如图4)，即先进行泵站基坑开挖，基坑开挖完成后，将在基坑内进行泵站下部蓄水池、分流隔墙等结构施工，以及污水处理配套的电气设备安装施工；基坑的施工质量将影响泵站下部永久结构及设备安装施工质量，因此泵站基坑施工质量要求高。该泵站基坑位于城北污水处理厂西侧（如图5），泵站基坑周边的现状污水处理构筑物及污水管道较多，且距离近。泵站基坑距离东侧格栅间1.60m，距离南侧配电房2.80m，距离北侧泵房7.6

9、0m（如图3）。泵站基坑开挖及下部结构施工过程中须严格控制周边地面沉降，确保临近建构筑物的安全及正常使用，因此本工程对泵站基坑安全的要求非常高。图4：泵站基坑及下部结构剖面图图5： 常州城北污水厂管道迁改1标泵站基坑位置示意图图4：基坑周边建构筑物表2：泵站基坑附近建筑物、构筑物、地下管线统计表类 别数 量采取措施备 注建筑物2保 护包括办公大楼、配电房等构筑物4保 护包括格栅间、水厂1#、2#提升泵房、2#一期却厌氧池地下管线3保护（部分搬迁后保护）包括新建d1200污水钢管、改迁d100给水管、电力电缆线、污水厂通信光缆制表人：张益鑫 日期：2013年09月26日同时，为满足常州市新北区汛

10、期调洪及污水排放的使用要求，本工程需在2014年4月底常州市汛期来临之前完成全部结构及电气设备安装及调试，具备通水运营条件，因此本工程工期十分紧张。施工前，根据地质勘查报告显示，该泵站基坑开挖深度涉及到的土质包括杂填土、粘土、粉土及粉砂，地质情况复杂、土层变化较多，而且地下水含水位较高。同时根据业主单位组织的施工前交底，泵站基坑范围内有一座污水格栅池需拆除，该格栅池的东侧、南侧和北侧都有污水管道，同时分布着较多的电缆、控制线、水管等地下管线。复杂的施工环境给该工程泵站基坑施工质量控制带来很大难度，同时给基坑安全带来一定程度的隐患。图6： 常州城北污水厂管线迁改1标泵站基坑平面布置图泵站基坑平面

11、内径尺寸33.85m29.60m，采用排桩+内支撑形式，外侧设置三轴搅拌桩悬挂式止水帷幕。基坑设计深度14m，沿基坑深度方向设置两道钢筋混凝土围檩支撑体系（如图6）。泵站基坑施工质量情况主要取决于基坑支护的施工质量，因此本工程基坑支护结构钻孔灌注桩的施工质量至关重要。QC小组经过调查研究，对地质报告、设计图纸进行反复研究，同时跟业主单位及城北污水处理厂内管理人员多次沟通，并多次组织召开专题会，讨论施工方法。QC小组对影响泵站基坑施支护结构钻孔灌注桩的施工质量的因素进行了统计和分析，影响主要有以下情况：第一、成孔施工质量1、地下障碍物分布复杂，无法完全清除；2、施工场地土质复杂，砂性土比例大（桩

12、长27m，平均有18m长度处于粉砂土），影响成孔质量。第二、桩位偏差1、周围建筑物多，测量通视点布置有难度，导致测量放样误差偏大；2、施工场地情况复杂，影响桩机移位精度。第三、钢筋笼制作质量1、施工人员技术水平影响钢筋笼的直径、圆度及点焊质量。第四、钢筋笼对接质量1、施工人员技术水平影响对接焊接质量；2、现场偷工减料导致接头长度偏小。第五、成桩质量1、混凝土质量影响成桩质量；2、施工人员操作水平影响混凝土浇灌质量。围绕本工程泵站基坑钻孔灌注桩施工质量管理，QC小组对本工程泵站基坑围护结构钻孔灌注桩开始施工的前30根桩进行统计分析，通过查看施工记录、翻阅工程小结，发现钻孔灌注桩在成孔施工、桩位偏

13、差、钢筋笼制作、钢筋笼对接和成桩施工等方面制约着钻孔灌注桩的施工质量。本工程钻孔灌注桩质量问题调查统计如下表3、表4：表3：钻孔灌注桩施工质量问题调查表序号质量问题抽检数量（根）一次性合格数（根）一次性合格率（%）不合格数（根）不合格率（%）备 注 1成孔质量3018601674.0孔底沉渣过厚，钻孔倾斜，缩孔、塌孔2桩位偏差310.0桩位偏差大于50mm3钢筋笼制作质量310.0钢筋笼直径小于设计要求，箍筋间距过大4钢筋笼对接质量26.7钢筋笼对接焊接长度小于10d，焊接质量差5成桩质量13.3混凝土充盈系数小于1.1或大于1.3；混凝土未浇灌至设计标高制表人：张益鑫 日期：2013年09月

14、27日表4：钻孔灌注桩施工质量问题调查表序号质量问题频数累计累计%1成孔质量1616642桩位偏差319763钢筋笼制作质量322884钢筋笼对接质量224965成桩质量125100制表人：张益鑫 日期：2013年09月27日根据以上统计表，绘制排列图如下：图7：影响因素排列图 通过排列图可以看出，成孔质量占问题总量的64%，因此成孔质量难以保证为复杂环境下钻孔灌注桩施工质量控制的A类因素，是需要解决的主要问题。五、目标设定根据现状调查表，项目部确定本次QC活动目标值：钻孔灌注桩施工一次性合格率达到80%。目前钻孔灌注桩施工质量一次性合格率为60%，成孔质量问题发生频率为64%，若将成孔质量问

15、题解决80%，钻孔灌注桩施工质量一次性合格率=60%+（1-60%）*64%*80%=80.5%80。经过计算，若将成孔质量问题解决80%以上，则目标可以实现。图8：目标设定六、原因分析在目标确定后，我们小组从人员、机械、材料、工艺、环境等五个方面运用因果图对A 类因素钻孔灌注桩成孔质量进行分析。图9：A类因素原因分析关联图通过因果图分析，得出13个末端因素分别为：未落实奖惩制度、工人技术水平低、机械设备不合格、钻头选型不合理、设备未定期检修、原土造浆含砂率高、正、反循环差别大、钻进速度和转速控制不当、泥浆参数不合理、清孔时间太短、砂性土成孔难度大、地下障碍物多、施工场地小。七、要因确认表5：

16、要因确认表末端因素确认方法确认情况确认依据负责人日 期要因确认人员未落实奖惩制度现场验证（1）奖惩措施制定不合理；（2）奖惩措施流于形式现场查看王 帅2013.09.27非要因技术水平低现场验证（1）技术动作不协调；（2）应对措施欠缺现场查看钱新亮2013.09.27非要因机械机械设备不合格现场验证经专业机构检测不合格并退场检测报告施凌峰2013.09.26非要因钻头选型不合理现场验证（1）钻头直径偏小；（2）钻头光洁度差，刮刀磨损；（3）钻头夹角偏大现场查看施凌峰2013.09.28要 因设备未定期检修现场验证检修记录不完整现场查看施凌峰2013.09.26非要因材料原土造浆含砂率高试验验证

17、泥浆中含砂率大于8%筛分试验地质报告施凌峰2013.09.28非要因工艺正、反循环差别大现场验证反循环较快，但容易发生缩颈和塌孔根据试验及施工方案确定冯 华 2013.09.29非要因钻进参数控制不合理现场验证（1）钻压偏大，钻杆摇晃幅度大；（2）排渣泵量过大，排渣效果差现场查看现场试验冯 华2013.09.30要 因泥浆参数不合理现场验证泥浆比重偏大、含砂率偏高、粘度偏低根据试验及施工方案确定冯 华2013.09.30要 因清孔时间太短现场验证（1）平均一清时间小于30min；（2）孔底沉渣厚；（3）排出泥浆指标不合格根据试验及现场查看冯 华2013.09.31非要因环境砂性土成孔难度大现场

18、验证排出泥浆含砂率高、比重大现场查看陈 亮2013.10.02非要因地下障碍物多现场验证废弃的构筑物未及时清理现场查看陈 亮2013.09.20非要因施工场地小现场验证施工现场场地小、附近建构筑物分布多现场查看陈 亮2013.09.10非要因 制表人：张益鑫 日期：2013年10月06日QC小组针对13个末端因素逐一进行现场调查及验证，根据其对课题影响程度，最终确定钻头选型不合理、钻进参数控制不合理、泥浆参数不合理3个末端因素为主要原因。 八、对策制定针对以上找出的3个要因，QC小组制定对策表如下：表6：对策分析表序号要 因对 策目 标措 施负责人地 点完成日期1钻头选型不合理选用导向性和切削

19、性较好的四翼刮刀式钻头(1)确保孔径；(2)确保成孔垂直度；（3）确保成孔施工连续性（1）特制1200钻头，确保孔径和导向性；（2）特制85夹角的锐角钻头，提高钻进速度；（3）钻头刮刀上镶合金，增加切削性王 帅施凌峰施工现场2013.10.042钻进参数控制不合理施工开始阶段进行试孔确定各钻进参数通过试孔确定最佳的钻进参数组合（1）设置不同的钻进参数，对比查看成孔效果；（2）掌握穿越土层特性，摸索、量化、优化施工参数冯 华陈 亮施工现场2013.10.053泥浆参数不合理降低泥浆含砂率，提高泥浆粘度使泥浆比重和粘度达到最佳组合(1)设置二级沉淀池进行泥浆除砂；(2)掺入膨润土，增加泥浆粘度冯

20、华钱新亮施工现场2013.10.06制表人：张益鑫 日期：2013年10月10日D阶段（根据制定的对策进行实施）九、对策实施实施一：采用导向性和切削性较好的四翼刮刀式钻头钻孔灌注桩成孔设备的选用对整个桩体的成败起着决定性作用，钻头的选择应考虑桩径及施工现场的土质情况。一个合适的钻头应该具备良好的导向性以确保成孔垂直度、良好的切削能力以确保钻进的连续性。（1）特制1200钻头，确保孔径本工程钻孔灌注桩直径为1.20m，为确保桩径及后续的钢筋笼下放施工，钻头进行特殊加工，钻头导向圈外径为1.20m。并对钻头导向圈进行测量，控制导向圈的圆度，以确保导向性。（2）特制85夹角的锐角钻头，增大钻进速度本

21、工程钻孔灌注桩采用特制85夹角的锐角钻头，有助于提高钻进速度。（3）刮刀上镶嵌合金，增加切削性普通钻头刮刀为钢制刮刀，刮刀磨损较快，且碰到地下障碍物时容易受损，降低切削土体能力。本工程采用的钻头，在刮刀上镶有合金，增大刮刀切削面刚度和硬度，从而增加切削土体的能力，可确保成孔钻进施工的连续性。图10：特制导向性、切削性良好的四翼刮刀式钻头实施二：施工开始阶段进行试孔确定各钻进参数本工程施工区域土质包含杂填土、素填土、粘土、粉质粘土、粉砂，土质较多。成孔施工过程中钻头穿越不同土质时需进行注意钻压、转速和冲洗泵量各钻进参数的调整，以使得各参数及之间的组合达到最佳，确保成孔质量。（1）钻孔灌注桩成孔钻

22、进参数定义钻压：钻压应根据土体压入强度大小同步调整，钻压大，可增大钻进速度，转速和冲洗泵量需同步加大，但是钻压过大会出现钻杆摇摆幅度加大现象。转速：转速增大可加快切削土体速度，从而增大钻进速度，但转速过大会带动孔内水流，影响孔壁稳定性。冲洗泵量：泵量需与钻压成正比，确保排渣量，但泵量过大会造成压力损失大，深孔施工时会降低排渣能力；同时泵量过大会加快循环水流流速，影响孔壁稳定性。此外泵量增大对泥浆池容量要求高，因此要求场地有足够空间。（2）分组试验，选择不同的钻进参数，对比查看成孔过程图11： 成孔穿越土层示意图试验分三组，分别选取一根桩进行成孔试验，三组钻进参数试验取值见下表。为排出其他因素影

23、响，该三根桩均由同一施工班组进行；成孔过程中，三根桩地质情况相似，且未遇到障碍物。表7： 3个试孔钻进参数选择统计表编号/桩号钻压（kPa）转速（r/min）冲洗泵量（m3/h）粘性土粉砂粘性土粉砂粘性土粉砂/321054030120120/3418105540150150/3625157050180180制表人：张益鑫 日期：2013年10月10日现象：组平均钻进速度2.5m/h，较慢，且不利于排渣；组钻杆晃动幅度大，泥浆池蓄浆容量压力大；组钻进速度4.5m/h，钻杆晃动较小，且泥浆池可以满足排浆循环速度。（3）确定钻进参数选择范围根据分组试验结果，在粘土中钻压18kPa，转速55r/min

24、，冲洗泵量150 m3/h；在粉砂土中钻压10kPa，转速40r/min，冲洗泵量150 m3/h为最佳钻进参数。通过在实际施工中进行调整和优化，本工程地质情况及现场情况下，钻进参数范围见下表：表8： 本工程施工钻进参数控制表钻压（kPa）转速（r/min）冲洗泵量（m3/h）粘性土粉砂粘性土粉砂粘性土粉砂152071250653542140170120160制表人：张益鑫 日期：2013年10月11日在该参数范围内控制钻孔施工，本工程钻孔平均时间为：每根钻杆长度4.65m耗时1h，桩长27.6米，共6根钻杆，净耗时7 h。实施三：降低泥浆含砂率，增大泥浆粘度（1）设置二级沉淀池除砂根据试验检

25、测，成孔过程中，当孔深达到7米进入粉砂土层后，排出孔口的泥浆进行检测，泥浆比重平均达到1.35，而粘度平均16，含砂率平均12%。而清孔时，对孔口排出的泥浆指标进行检测，泥浆比重平均1.2，粘度平均16，含砂率平均10%。上述两次测得的泥浆指标均在相关规范规定的范围之外。因此，为降低泥浆含砂率和密度，同时确保泥浆粘度及排渣能力，我们根据现场实际情况，在沉淀池与泥浆池之间增加了一个较小的沉淀池b，如图10、11。 沉淀池b的尺寸为长2m宽2m深1.5m，在靠近沉淀池a一侧，对池壁设置了1:2的坡度，斜坡高度1m，长度2m，坡面长度2.4m，泥浆从沉淀池a进入b时有助于密度较重的粉砂沉淀。图12：

26、 泥浆循环示意图图13： 沉淀池及泥浆池布置剖面图 结果：在沉淀池b远离a一端对泥浆进行检测，含砂率较之前明显降低，平均小于8%。（2）泥浆中掺入膨润土，增加粘度由于本工程钻孔灌注桩下半部分为粉砂土，粉砂密度较重，达到1.9g/cm3，原土造浆粘度较低，对粉砂的排渣能力较弱；若增大泥浆粘度，则比重超出合理范围1.15。为此，我们采用在泥浆池内加入适量膨润土的方法，来提高泥浆粘度，从而提高泥浆对粉砂土质的排渣能力。泥浆中膨润土的掺量根据经验初步确定为5%左右，并根据孔口排出的泥浆的参数进行增减。通过在泥浆中加入适量的膨润土，注入孔内的泥浆粘度得到了提高，在泥浆比重和含砂率控制在合理范围内的情况下

27、，泥浆粘度平均可以达到20的较好效果，从而使循环泥浆的排渣能力得到了提高。清孔后孔口排出的泥浆的密度、粘度和含砂率各项指标均低于相关规范最高值，确保了成孔和清孔的质量。表9： 添加膨润土后注入孔内泥浆指标桩号泥浆密度（g/cm3）泥浆粘度（）31#1.122133#1.141935#1.122037#1.102239#1.1320制表人：张益鑫 日期：2013年10月15日表10： 清孔后孔口排出的泥浆指标和孔底沉渣厚度统计表桩号泥浆密度（g/cm3）泥浆粘度（）含砂率（%）沉渣厚度（mm）31#1.12226.515033#1.1318615035#1.1321618037#1.102171

28、8539#1.12206.5170制表人：张益鑫 日期：2013年10月15日C阶段（效果检查及效益分析）十、效果检查1、目标完成情况本工程于2013年11月10日完成了泵站基坑围护结构共89根钻孔灌注桩施工，通过QC攻关，对施工参数等进行修正、积累了一定的施工经验，明显提高了钻孔灌注桩成孔一次性合格率，确保了钻孔灌注桩施工质量。对后来的59根桩施工质量情况进行统计见下表表11：常州城北污水厂管道迁改1标钻孔灌注桩施工质量统计表序号质量问题抽检数量（根）一次性合格数（根）一次性合格率（%）不合格数（根）不合格率（%）备 注 1成孔质量594983814.0孔底沉渣过厚，钻孔倾斜，缩孔、塌孔2桩

29、位偏差58.5桩位偏差大于50mm3钢筋笼制作质量58.5钢筋笼直径小于设计要求，箍筋间距过大4钢筋笼对接质量35.1钢筋笼对接焊接长度小于10d，焊接质量差5成桩质量13.3混凝土充盈系数小于1.1或大于1.3；混凝土未浇灌至设计标高制表人：张益鑫 日期：2011年11月10日图14：实施效果图我QC小组制定的对策在流程中起到了关键性的作用，实现了设定的质量控制目标值，保障了钻孔灌注桩施工一次性合格率。同时节约了泵站施工工期，为泵站后续的结构施工、设备安装及调试节省了工期，从而有力的保障了泵站于5月份常州市汛期来临前具备调洪能力的重大节点要求。2、经济效益 本次针对钻孔灌注桩成孔质量管理的Q

30、C课题，在取得了良好实施效果的同时，也获得了较好的经济效益。本工程两台钻机同时施工，每个班组共需要14人，通过QC攻关，提高成孔一次性合格率，从而提高钻孔灌注桩一次性合格率，在整体工期上可节约10d左右，而泵站施工进度处于本工程的主要线路。因此，直接节约人工费6.5万余元、机械台班费7.5万余元，水电费1万余元、管理费用2万余元。 同时钻孔灌注桩质量得到保证，可免除后期修补费用10.0万余元。因此，通过技术控制，钻孔灌注桩一次性合格率提高可以给项目带来的直接经济效益约为27万元。表12：钻孔灌注桩基坑支护结构施工经济效益分析表 费用项目节约量效益计算（万元）节约经济效益 （万元）工期人工费用10d10*3*14*150=900006.5机械台班10*3*1500+10*3*1000=750007.5管理费用10*200*10=200002.0用水用电10*1800*0.