岩溶地区桥梁桩基勘察、设计及溶洞处理方案设计（30页）

1、岩溶地区桥梁桩基勘察、设计及溶洞处理方案设计攻关佛山一环工程设计QC小组综合交通规划设计研究院二六年四月汇报内容一、工程简介二、小组基本情况三、选题理由四、设定目标五、PDCA循环的实施六、QC小组成果认证材料一、工程简介佛山市和顺至北滘公路主干线工程即为规划“一环”快速路的东环，又是规划“纵5”线的一部分，“纵5”线路线走向原则上延用原规划“南北二线”的线位走向，纵跨南海区、顺德区。东环起于顺德北滘“横2”线，终于南海区和顺“横6”线，全线约36.7km。本工程设计标分为三个标段，我院（上海市政工程设计研究院）承担了一标段的设计任务。路线位于佛山市南海区境内，工程范围南起南海区东平水道北侧的

2、东平路，桩号11+700处，与二标段工程相接。北端终至于南海区和顺镇南侧的广和公路（规划横二线），即“一环”的东北角，路线全长约24.63km。 我院承担设计的一标段路线全长24.63km，设置互通式立交6座：佛平路立交、海八路立交、联桂公路立交、南盐公路立交、里横路立交、和顺南立交；横向分离式立交4座：桂平路立交、海五路立交、水口路立交、规划环镇北路立交；特大桥2座（大型互通式立交范围以外）；大桥6座；涵洞21道；出入口7对（除互通式立交以外），通道12处（其中人行天桥8座）。线路（K23+700K36+330）为灰岩分布地段（DS13、DS15、DS17标），普遍发育有岩溶、土洞。洞穴以淤

3、泥混砂半充填为主，已揭露地段以雅瑶水道、和順立交及里横路桥附近岩溶较发育，对路基稳定有地面塌陷与不均匀沉降的不安全隐患，尤其是上部土层中的土洞，在外力作用下(如地震、施工时机械对土层的扰动、地下水条件的改变)会引起地面塌陷。在雅瑶水道、里横路及和顺南立交桥场地施工钻探时，在土洞与溶洞发育地段，钻探过程中出现多处地面塌陷现象，钻机掉入塌陷的坑内。勘探孔编号：Pm22-1一、塌陷时间及原因：2004年6月20日，在进行超前地质钻探时塌陷，塌陷时钻探深度-59.78m,有两层溶洞，溶洞分别深7.2m、12.6m。二、塌陷深度h及面积s：h=5m S=4.52=63.62m2 勘探孔编号：Pm26-1

4、一、塌陷时间：2004年6月31日 在进行地质超前钻探过程中下陷，地层情况复杂。二、塌陷深度h及面积s：h=2.5mS=3.52=38.48m2 勘探孔编号：Pm23-1一、塌陷时间：2004年6月13日 在超前地质钻机拨管后地表大面积塌陷，地层下有四层溶洞，最小深度3.6m，最大深度9.7m，地质情况极具复杂，施工时准备注浆及下深钢护筒。二、塌陷深度h及面积s：h=7m S=42=50.27m2勘探孔编号：Pm28-3一、塌陷时间及原因：2004年8月8日在超前地质钻机拨管后，地面塌陷，垂直于桩位有6层溶洞，最小深度3.9m，最大深度11.7m。二、塌陷深度h及面积s：h=2mS=2.12=

5、13.85m2二、小组基本情况 1.建立日期小组名称：佛山一环工程设计QC小组课题名称：岩溶地区桥梁桩基勘察、设计及溶洞处理攻关成立日期：2004年4月10日注册日期：2004年4月15日注册编号：200408完成日期：2006年4月30日课题类型：攻关型1.建立日期成果验证： 经过技术和经济论证，和必要的理论分析，对于岩溶地区桥梁桩基勘察、设计及溶洞处理取得定性定量的成果，确定了对于佛山一环及相识地层桩基础勘察的最优勘察及布孔方案，比原先的勘察方法节省约50工程量，并保证了溶洞勘察的质量；根据勘察的结果，对于不同的溶洞大小和分布方式，桩基础的布置采用合适优化的方案，很久实际的地层选择最优的桩

6、基础布置，节约工期，节省造价；对于不同的溶洞，确定合适安全的溶洞处理方式，在保证工程质量的基础上，减少了溶洞处理的工程量（工程造价）。2.成员组成小组成员共有9人，其中教授级高工2人，高级工程师4人，工程师3人；文化程度均为大学本科以上，组内分工明确。章曾焕担任项目审定，严金奎担任项目审核，宋华茂、郝维索担任正副组长，组员分别为范丙臣、胡立新、黄星、张芳生、孙巍，组内分工明确。2.成员组成序号姓名年龄性别文化职称组内分工1章曾焕63男大本教授级高工总体把关，资料收集、项目审定2严金奎53男大本教授级高工总体把关，资料收集、项目审核3宋华茂36男硕士高工组长，总体协调，资料收集，桩下应力、位移场

7、计算分析4郝维索35男大本高工副组长，上海总体协调，资料收集5范丙臣30男硕士工程师组员，现场部分协调，桩下应力、位移场计算分析6黄星37男大本高工组员，现场勘察负责7胡立新30男大本助理工程师组员，现场协调，桩基础设计、计算桩下应力、位移场计算分析8张芳生55女大本高工组员，桩基础设计，溶洞处理方案9孙巍36男大本工程师组员，桩基础设计，溶洞处理方案 小组成员概况表 3.活动概况小组全体成员接受TQC理论学习实践累计360学时，人均40学时，本项目在TQC理论指导下，先后组织有记录的学习12次，时间共计48小时，在总院领导、院领导、技术主管部门的指导和帮组下，经过一PDACA循环后，QC小组

8、的成果达到并超过了预期目标。3.活动概况阶 段时间内 容负责人QC小组活动阶段溶岩勘察PDCA各阶段P12004.4.10选择课题，明确分工，设定目标宋华茂D12004.5.30现状调查，掌握特征，因果分析宋华茂C1、A12004.7.10技术论证，方案比选，取得共识宋华茂溶洞处理P阶段P212004.8.12收集资料，参考依据郝维索P222004.9.25因果分析，确定要因郝维索P232004.10.25功能定位，规划协调郝维索溶洞处理D阶段D212004.12.25明确方向，制定对策宋华茂D222005.1.20技术论证，方案比选宋华茂溶洞处理C阶段C212005.3.15方案讨论，取得共

9、识宋华茂C222005.4.20组织咨询，完善方案宋华茂溶洞处理A阶段A212005.6.30技术审核，检查效果宋华茂A222005.9.04对照目标，效益评价宋华茂 QC小组活动计划表 3.活动概况本QC小组在开展的中环线工程设计过程中，完成的“上海市内环线、中环线交通对策研究课题”经过市科委评审，成果达到国内领先水平，被评为2004年度上海市科学技术进步三等奖。同时设计组还被评为2004年度上海市重点工程立功竞赛先进集体和上海市服务型共青团员先进集体称号。三、选题理由确定溶岩地区的勘察方法及布孔原则通过调研分析，找出针对广东溶岩地区,尤其是针对佛山一环东线、北线灰岩地质情况的岩层勘察方法和

10、可靠经济的勘察布孔原则，以确保能摸清桩下溶岩的准确分布。确定桩基嵌岩深度、桩下最小安全岩层厚度通过空间有限元分析，对桩下溶洞的应力场、位移场进行分类分析，对于桩基嵌岩深度、桩下最小安全岩层厚度等作分析和总结。提出溶洞处理的指导性意见结合佛山一环里水涌桥、和顺南立交等溶岩发育地区桩基的施工，对各类典型的溶洞桩基分析研究，给出勘察、溶洞处理的指导意见，并结合注浆、护筒、充填等实际施工方案，和大应变测试结果，对上述分析结构和施工指导性意见进行验证。本次QC小组本次QC小组活动，目的在于确定溶岩地区经济可靠的物探及勘察布孔原则，并通过理论分析、试验研究，确定溶岩地区桩基设计的原则，对于溶洞处理提出指导

11、性的方案。目标使佛山一环我院设计标段的桥梁桩基安全可靠，并比以往桥梁桩基的勘察、施工节省工程造价，体现了QC成果“小、实、活、新”的特点。四、设定目标根据溶洞勘察的新方法、新工艺，确定适合佛山一环东线、北线溶岩发育地区的勘察方法及优化的勘察布孔原则，保证地质勘察的准确性，有运用新方法、新工艺，节省勘察费用。确定溶岩地区桩基的嵌岩深度和桩下稳定岩层的深度，为选定合适的桩尖标高提高依据。根据本工程溶洞分布的特点，提出针对性的溶洞处理指导性意见。降低工程建设费用5000万元。1.目标值2.目标可行性分析我院已建立ISO90012000质量保证体系，质量控制有章可循；人员可行性：小组成员为各专业的技术

12、骨干，有丰富的理论知识和实践应用经验，接受过系统的TQC教育，具备运用TQC理论分析和解决实际问题的能力；技术可行性：有总师技术指导，掌握大量工程实践资料，具备综合技术分析的能力，通过专家评审、交警征询和专题研讨等形式，使方案实施具有可操作性。以佛山一环工程为依托，理论和实践相结合。结论：QC小组全体成员在TQC理论的指导下，努力钻研、通力合作，按时、保质地完成预定目标是可以实现的。五、PDCA循环的实施1.现状调查（1）现场调查溶岩地层（喀斯特地层）在我国分布广泛，尤其在广东、浙江、云南等地，常遇溶岩发育、地层起伏、断层密集地质，在此地层建设高速公路或城市道路，道路线位、大桥桥位、立交位置、

13、桥梁结构须对溶岩因素作研究和评估，以便保证工程安全和质量，控制工程造价。目前对于溶岩地区的勘察方法众多，如电测法、跨孔CT、一桩三孔（一桩多空）勘察、管波法勘察等，各勘察物探的优劣不一，其中管波法是最近出现的一种溶岩地区勘察的新工艺，实践中对于单孔的溶洞探测效果较好各种方法特点、使用范围及费用不一，设计一般采取避开特大溶洞，处理中小溶洞的原则，施工中以下护筒和冲填为主。设计和施工中均存在一定的风险，广东地区高速公路工程建设中常遇桩基抽芯或承载力检测发现桩下溶洞处理不善，承载力不够，或桥梁建设过程中桩基明显沉降等事故，一般须再进行桩底压浆、加桩等方法进行处理，对控制工程质量、工期和造价带来困难。

14、溶洞地区的勘察、设计、施工目前没有较为统一的方案，各设计院、勘察单位、施工单位均根据自身的经验和习惯进行，方法和水平不一。1.现状调查（2）技术调查对上述几种勘察方法的效果、费效比、风险悉数进行了评估，初步确定在溶岩地区以单桩单孔作普遍探测，并在有溶洞可能分布的区域桩基加设管波探测，由于管波探测是一种新型的岩层探测方法，实践中须跟踪观察，并在第一批试验桩基探测结果出来后，进行评估，根据评估结果广泛推广。对于溶岩地区的桩基设计，尤其是长短桩的控制、桩基的最小嵌岩深度、桩下稳定岩层的控制等，换未有确定统一的原则。对于溶洞处理，不同的方法处理一根桩基，费用从1万元50万元不等，分散性较强，选用合适的

15、溶洞处理方式，不仅可以保证工程质量，还可以节省相当的工程造价。本课题QC小组通过调查研究，收集资料，征询部分专家和有关单位的意见，召开专题会议进行技术研讨，结合国内外工程的建设和管理经验，列出了项目攻关可以考虑的因素，归纳出对工程质量、造价影响的10条末端原因：对桩下溶洞分布须采用有效、明确的勘察手段和方法。地质钻孔及物探布置的综合技术经济分析。桩下稳定岩层最小厚度的确定。桩基嵌岩深度的确定。嵌岩桩的最大深度确定。溶岩地区桥梁桩基摩擦桩的布置。溶洞处理的方法选择（大小溶洞）。溶岩地区桥梁桩基施工的相互影响和施工开孔的布置。溶洞处理护筒深度的选择。溶洞处理的勘察、注浆、施工的相结合处理方案。2.

16、分析原因3.确定要因全体QC小组成员对系统图中找出的10条末端原因进行了认真讨论和分析，并请经验丰富的技术专家、相关部门人员一起进行技术咨询，分析结果归纳成表3“主要原因确认表”。3.确定要因序号末端原因论证分析是否要因1对桩下溶洞分布须采用有效、明确的勘察手段和方法。准确勘察桩下溶洞的分布是设计和施工重要基础是2地质钻孔及物探布置的综合技术经济分析。可节省勘察费用，但费重要因素否3桩下稳定岩层最小厚度的确定。关系到桩基的安全与桩尖标高（工程量、进度）是4桩基嵌岩深度的确定。嵌岩深度的深浅与桩基的承载力相关，费重要因素否5嵌岩桩的最大深度确定桩基过深无法施工否6溶岩地区桥梁桩基摩擦桩的布置当稳

17、定持力岩层很深时，必须考虑桩基为摩擦桩，以保证质量和施工工期是7溶洞处理的方法选择（大小溶洞）溶洞处理的成败直接关系到桩基的质量和工程造价是8溶岩地区桥梁桩基施工的相互影响和施工开孔的布置须考虑，但非重要因素否9溶洞处理护筒深度的选择须考虑，但非重要因素否10溶洞处理的勘察、注浆、施工的相结合处理方案须考虑，但非重要因素否3.确定要因通过讨论，我们从10条末端原因中共找出4条作为主要原因，分别为：桩下溶洞分布须采用有效、明确的勘察手段和方法。桩下稳定岩层最小厚度的确定。溶岩地区桥梁桩基摩擦桩的布置。溶洞处理的方法选择（大小溶洞）。根据“ “主要原因确认表”中所找出的4个主要原因，本QC小组按照

18、“5W1H”的原则，制定出相应对策和具体措施，并按照技术管理的要求，落实具体执行人，确定完成时间，并且对执行人的执行情况进行检查。4.制定对策4.制定对策序号要因对 策What目 标Why措 施How地 点Where时 间When执行人Who检查人1桩下溶洞分布须采用有效、明确的勘察手段和方法研讨分析，技术经济评估找出优化的桩下溶洞勘察方法调研、比较、各种反法案的技术经济评估院办公室、佛山现场2004.4.205.15黄星胡立新宋华茂2桩下稳定岩层最小厚度的确定有限元分析、调研确定桩下最下稳定晚曾的厚度采用ANSYS软件进行分析院办公室2004.8.19.20范丙臣郝维索3溶岩地区桥梁桩基摩擦

19、桩的布置方案比较，分析采用摩擦桩解决55仍未发现持力岩层的桩基分别九沉井、摩擦桩、硬作嵌岩桩作方案比较院办公室、施工现场2004.9.2010.22郝维索宋华茂4溶洞处理的方法选择（大小溶洞）调研、计算分析提出溶洞处理的指导性意见分析、借鉴以往的工程，加以计算分析，做好技术经济分析，选择合适的溶洞处理方案工程现场、院办公室2003.4.74.22黄星宋华茂郝维索对策表 针对对策表中制定的对策，小组人员和相关专业人员分别按照进度对主要原因分析研究，运用多方案比较，群策群力，对勘察设计的全过程进行了质量控制，并采用走出去，请进来的方式，听取当地专家、物探、勘察、监理、施工单位的意见，完善和优化了实

20、施方案，为攻关起到积极和促进作用。每次活动均做好记录，内容完整，制定对策的针对性强，做到对策与要因想对应。5.实施对策要因1：桩下溶洞分布须采用有效、明确的勘察手段和方法实施：调研现可行的各种勘察手段，了解其效果和报价。正对东线溶岩发育地区的桥梁桩基作勘察方案进行技术经济比较。评估选择超前钻+管波初步作为本工程的勘察方法，加以传统的一桩三孔进行验证5.实施对策要因2：桩下稳定岩层最小厚度的确定实施：采用ANSYS软件进行分析参照文献和规范选取合适的桩下最小稳定岩层5.实施对策5.实施对策要因3：溶岩地区桥梁桩基摩擦桩的布置实施：分别九沉井、摩擦桩、硬作嵌岩桩作方案比较。根据比较分析，摩擦桩为合

21、适的方案5.实施对策要因4：溶洞处理的方法选择（大小溶洞）实施：调研各种溶洞处理方法的可靠性、经济性。确定充填和下钢护筒的溶洞高度分界溶洞处理的注意事项（1）与目标值的对比经过技术和经济论证，和必要的理论分析，对于岩溶地区桥梁桩基勘察、设计及溶洞处理取得定性定量的成果，确定了对于佛山一环及相识地层桩基础勘察的最优勘察及布孔方案，比原先的勘察方法节省约50工程量，并保证了溶洞勘察的质量；根据勘察的结果，对于不同的溶洞大小和分布方式，桩基础的布置采用合适优化的方案，很久实际的地层选择最优的桩基础布置，节约工期，节省造价；对于不同的溶洞，确定合适安全的溶洞处理方式，在保证工程质量的基础上，大大减少了溶洞处理的工程量（工程造价）。6.效果检查（2）效益检查技术效益通过QC小组活动，确定溶岩地区经济可靠的物探及勘察布孔原则，并通过理论分析、试验研究，确定溶岩地区桩基设计的原则，对于溶洞处理提出指导性的方案。目标使佛山一环我院设计标段的桥梁桩基安全可靠，并比以往桥梁桩基的勘察、施工节省4000万元以上的工程造价（