QC确保高含水率软弱土层自钻式预应力锚杆施工质量

确保高含水率软弱土层自钻式预应力锚杆施工质量编制单位：编制人：编制日期：目录一、前言二、工程概况三、QC小组概况四、选题理由五、现状调查六、目标确定及可行性分析七、要因分析

八、要因确定九、制定对策十、实施阶段十一、效果检查十二、活动体会及下一步打算附件应用证明及成果认证

一、前言自钻式预应力锚杆施工技术是深基坑预应力锚杆施工技术中的一种，是建设部重点推广的建筑业新技术之一，其用作杆体材料的特殊钢管同时用作成孔时的钻杆及注浆时的注浆管，施工时钻孔、锚索安装、注浆及、张拉及荷载锁定一次连续完成。特别适合于钢绞线及钢筋预应力锚杆不易奏效的软弱岩土层、断层破碎带等复杂地质条件下的边坡及深基坑支护工程。自钻式预应力锚杆目前尚处于初步推广应用阶段，国内尚无专门的施工验收规范、规程，相关施工技术、工艺标准还有待进一步补充及完善。目前虽然已有少量的工程应用实例也仅限于隧道、矿山巷道边坡防护，应用于深基坑支护的工程实例鲜有报道。

二、工程概况大连时代广场为著名上市公司－香港九龙仓集团投资兴建的超高层建筑，该工程地下3层、地上47层，总建筑高度198m，建筑面积17.3万m2。工程为大连市重点工程，建成后将成为大连的标志性建筑之一。本工程质量目标是确保“国家优质工程”。本工程基坑深度18.7m，基坑支护面积达13000m2，原设计采用杆体材料为高强度钢绞线的预应力锚杆进行支护。但基坑西侧、南侧坑壁土层非常软弱，为粉土、粉质粘土厚达11m并夹杂1～2.5m厚碎石层，地下水非常丰富，基坑南侧和西侧原设计的两排共计584根Φ130长度18～21m、设计承载力44～52T的普通预应力钢绞线锚杆难以奏效，费用高且效率低。根据以往的工程实践经验，在粉质粘土、细砂土、淤泥质土及碎石层等土层松散软弱、强度低且含水率高的等软弱岩土层或断层破碎带进行深基坑及边坡支护施工时，若采用常规的钢绞线或钢筋预应力锚杆则往往会出现锚杆孔缩颈、塌孔、锚索安装及注浆非常困难、施工质量无法保证等难题，最终出现在检查验收张拉时因承载力不足甚至锚索拔出等严重质量问题而导致大面积返工现象。基坑侧壁的高含水率软弱土层现场情况：1、采用常规的钢绞线或钢筋预应力锚杆施工难度很大由于上述原因，决定采用自钻式预应力锚杆三、QC小组概况1、QC小组简介本小组成立于2005年7月15日，由具有较强的QC理论基础和施工经验的成员组成，小组成员均为施工中的技术骨干，都接受过40小时以上的TQC教育。小组简介见QC小组简介表（见表1）。小组名称确保高含水率软弱土层自钻式预应力锚杆施工质量QC小组组建日期2005.7.15小组类型攻关型注册号08QC-CCEED-DL-001人数8活动时间2005.7.15-2006.2.25

平均年龄34小组成员序号姓名性别年龄组内分工文化程度职称TQC学时1技术顾问本科教授级高工602项目组织专科工程师603技术质量负责本科工程师604生产调度本科工程师505现场实施本科助工406资料收集本科助工407现场实施本科助工408现场协调本科工程师60

QC小组简介表表一2、QC小组活动计划为保证QC活动目标的实现，采用“头脑风暴法”集思广益，定期组织小组成员开展QC小组活动。QC小组活动计划见表2：

序号活动内容主持人活动地点时间1QC小组选题讨论及动员大会工地会议室2005.7.152现状调查结果讨论工地会议室

2005.7.253目标确定及可行性分析大会工地会议室

2005.8.104技术顾问咨询会议工地会议室

2005.8.205影响质量的主要因素讨论会议工地会议室

2005.8.256制定对策讨论工地会议室

2005.8.287锚杆改进专题会议搅拌站会议室2005.9.58施工措施专题会议工地会议室2005.9.159QC活动总结大会工地会议室2006.2.25

QC小组活动计划表二制图：2005年7月15日

除了表2中计划好的活动外，在QC实施过程中还应不定期地其他形式的活动，具体如下：活动形式为集中和分散相结合，集中讨论、研究、决策，分散检查和组织实施；组织专题学习讨论，熟悉操作工艺、规程及质量控制点；严格控制工序质量，以预防为主，把自检、互检、专检相结合，并做好记录，对查出的问题做到及时整改；每道施工前，进行一次全面检查、分析，制定下次施工的要求和质量保证措施。

四、选题理由理由一：常规的钢绞线预应力锚杆在本工程基坑西侧和南侧的高含水率软弱土层往往会出现锚杆孔缩颈、塌孔、锚索安装及注浆非常困难、施工质量无法保证等难题，并导致承载力不足甚至锚索拔出等严重质量问题及大面积返工现象。

在本工程粉土及粉质粘土中施工普通钢绞线预应力锚杆时，由于上述土层在地下水位以下，成孔后锚杆孔壁粉土及粉质粘土遇水后变软，其岩土力学性质发生显著变化，其粘聚力c和内摩擦角φ都显著变小，同时锚杆孔侧壁粉土及粉质粘土在重力的作用下发生塌陷、坍塌等现象。具体原因分析见下图：

制图：2005年7月15日常规钢绞线线预应力锚锚杆施工时时的问题分分析：理由二：自钻式锚杆杆不采用钢钢绞线或钢钢筋作为锚锚杆的杆体体材料，其其用作杆体体材料的特特殊钢管同同时用作成成孔时的钻钻杆及注浆浆时的注浆浆管，施工工时钻孔、、锚索安装装、注浆及及、张拉及及荷载锁定定一次连续续完成。适适合在常规规的预应力力锚杆很难难奏效的软软弱岩土层层、断层破破碎带等复复杂地质环环境下深基基坑及边坡坡支护。市市场上的带带螺旋翼自自钻式锚杆杆造价高且且加工周长长，须提前前预订，影影响工期。。常规（杆体体带螺旋翼翼）自钻式式锚杆理由三：自钻式预应应力锚杆目目前尚处于于初步推广广应用阶段段，国内尚尚无专门的的、统一的的施工验收收规范、规规程，相关关施工技术术、工艺标标准还有待待进一步补补充及完善善；不同单单位设计制制造的自钻钻式锚杆形形式及施工工工艺五花花八门、种种类繁多，，同时应用用效果不一一且技术、、经济效果果相差悬殊殊。理由四：本工程地处处城市中心心繁华地带带，而在城城市地区进进行深基坑坑开挖支护护是土木工工程中最为为复杂的技技术领域之之一，它不不仅要保证证基坑施工工过程中的的土体稳定定，而且要要严格限制制周边的地地层位移以以确保环境境安全。五、现状调调查QC活动小组通通过大连市市建设工程程质量检测测中心提供供的数据对对大连市类类似地质条条件下钢绞绞线预应力力锚杆一次次施工成功功率的进行行不完全统统计，大连连市类似工工程的锚杆杆抗拔力张张拉检测结结果表明：：一次施工工成功率的的平均百分分率仅50%。现状一：常规施工工工艺无法满满足要求。。经大连市建建设工程质质量检测中中心工作人人员对本工工程按常规规施工工艺艺施工的38根试验锚杆杆抗拔力检检测，结果果证明单根根合格率仅仅27％。现状二：自自钻式预应应力锚杆的的应用情况况由于自钻式式预应力锚锚杆是一种种尚处于推推广应用阶阶段的新型型预应力锚锚杆，目前前只有少量量的工程应应用实例也也仅限于隧隧道、矿山山巷道等边边坡防护，，应用于深深基坑支护护的工程实实例鲜有报报道。现状三：自自钻式锚杆杆施工工艺艺状况由于本工程程深基坑不不利的地质质条件，且且此前尚未未应用过自自钻式预应应力锚杆进进行基坑支支护，缺少少实际应用用经验，须须进行技术术攻关和工工艺创新。。现状四：自自钻式预应应力锚杆的的种类目前市场上上的自钻式式锚杆形式式五花八门门，均为带带螺旋翼自自钻式预应应力锚杆，，造价太高高，且加工工制作周期期太长，经经济上不合合理且影响响工期。六、目标确确定及可行行性分析QC小组活动目目标应用自钻式式预应力锚锚杆技术并并进行技术术攻关和创创新，确保保基坑西侧侧和南侧高高含水率软软弱土层的的锚杆合格格率达到95％以上。>95100制图：2005年8月10日通过技术创新大大幅度降低自钻钻式预应力锚杆杆的造价，节省省费用并降低工工程造价通过应用自钻式式锚杆新技术并并进行创新，将将一次施工成功功率由50％提高到95％以上通过成孔、注浆浆及张拉等环节节工艺改进，解解决粉土及粉质质粘土等软弱土土层锚杆成孔及及塌孔的施工难难题活动目标50可行性分析目标可行性分析析1、小组成员以质质量、技术人员员为骨干；人员员老、中、青结结合，有多次软软弱土层深基坑坑支护施工经验验，有较强的专专业理论知识、、创新能力2、经分析已了解解到常规技术不不能奏效的原因因并可对症下药药；对锚杆加工工设备及施工机机具进行更换和和改造，能满足足高含水率软弱弱土层基坑支护护要求3、编制了详细的的实施计划和施施工方案，对全全体施工人员进进行培训和交底底，并就施工过过程中各工序、、人员之间的配配合进行反复研研究和模拟演习习，确保不出现现差错。努力！目标一定实现！制图图：王巧巧南制图日期：2005年8月10日七、要因分析QC小组采用4M1E分析方法结合本本工程的水文地地质条件分别对对锚杆加工制作作、成孔、注浆浆、张拉及荷载载锁定等影响质质量的施工环节节进行分析。两个最主要的环环节分析可能影影响锚杆施工质质量的因素如下下：环境方方法材材料电机故障钻机推进故障控制开关失灵回转系统失控传送系统失灵机器人技术不熟练操作人员未培训训责任心不强场地狭窄锚杆质量过剩锚杆选择失误不符合成孔要求求成孔工艺不合适适锚杆孔缩颈护壁水泥不合格格费用过高锚杆材料不合格格水泥不符合方案案要求锚杆施工质量不不合格未进行考核施工人员人员不不能胜任工作未经培训缺少此类经验监督不到位强度不符合要求求孔壁坍塌锚杆成孔环节鱼鱼刺图：处于雨季施工制图：2005年8月25日注浆及张拉环节节鱼刺图环境方方法材材料张拉机械不满足足施工要求锚杆杆体上注浆浆孔封闭不到位位注浆系统故障注浆管损坏机器人管理人员不熟练练未培训责任心不强处于雨季施工注浆压力错误注浆工艺不合适适张拉方法错误张拉值不符合要要求锚杆张拉端不合合格外加剂不符要求求水泥浆强度不对对水泥不符要求未进行检查施工人员不能胜任工作未经培训缺少此类经验人员组织不合理理注浆压力不足材料不合格注浆持续时间错错误场地狭窄张拉持续时间不不对从以上两张鱼刺刺图中可以看出出，在水下注浆浆环节有12条次级末端因素素影响锚杆施工工质量，后注浆浆环节有13条次级末端影响响质量。QC小组针对这种情情况，利用要因因确认表分析、、验证和试验检检测，查找要因因。锚杆施工质量不不合格无配套荷载锁定定装置制图：2005年8月25日八、要因确定小组成员群策群群力，经过反复复论证，得出：：序号因素末端原因论证分析要因1.人监督不到位有的环节未安排专人监督,发现问题未跟踪,只要明确专人负责各个环节的全过程的

督,并根据监督效果进行奖罚即可否2.施工人员不能胜任工作由经验丰富的技术顾问加强指导，通过加强对施工人员的培训及交底，可以解决否3.操作人员技术不熟练加强事前培训，通过理论考核后，不重视实操技能考核,只要对操作技能进行指导,能满足要求否4.责任心不强通过考核筛选责任心的操作人员，并对其加强质量意识教育否5.机钻机推进故障采用半自动控制，且现场配备有经验的机休工，一般影响不大否6.回转系统失灵施工前对机械进行检修，确保其性能稳定，已检定且在有效检定周期内否8.锚杆不符合要求通过加强采购管理、复试合格方可使用，完全可以进行控制否9.护壁水泥不合格水泥的种类和性能及正确使用可以通过材料验收、检测及过程监控进行有效管理否10.环境场地狭窄有影响，但不是很大，且属于不可更改的客观条件否处于雨季施工有影响，但不是很大，通过采取雨季施工质量保证措施后可以解决否11.方法锚杆选择失误选择合适的锚杆是保证质量及降低费用的前提，锚杆选择错误可能导致严重的质量问题及施工成本增加，且相关人员缺少此类施工的成功经验是12.成孔工艺不合适错误的成孔施工工艺可能出现锚杆孔缩颈、坍塌等质量问题，影响后续注浆等工序正常进行，且缺少自钻式锚杆施工经验，非但保证不了质量，而且会导致施工费用增加是（锚杆成孔阶段段）要因确认表表三制图：2005年8月25日（注浆及张拉阶阶段）要因确认表表四序号因素末端原因论证分析要因1.人人员组织不合理管理人员根据其专业技术水平及实践经验分配岗位并各司其职即可否2.施工人员不能胜任工作施工人员选择实际操作经验丰富的熟练工人，做好施工前的培训及交底否3.操作人员技术不熟练加强事前培训，必要时进行模拟演练。通过理论考核后，不重视实操技能考核,只要对操作技能进行指导,能满足要求否4.责任心不强通过考核筛选责任心的操作人员，并对其加强质量意识教育否5.机锚杆杆体上注浆孔封闭不到位通过安装新的止浆阀并加强检查巡视可以解决否6.注浆系统故障后注浆所使用的高压注浆泵性能良好并对注浆管线进行更新，注浆系统故障的问题可以避免否7.锚杆张拉机械不满足要求后注浆施工过程中注浆导管至关重要，若出现注浆导管失效的情况将导致整个施工前功尽弃，因此必须高度重视并事先采取相关措施防止其出现堵塞等问题。否8.料锚杆张拉端不合格普通的钢绞线锚杆张拉端与自钻式锚杆完全不同，而该装置对于锚杆张拉及荷载锁定非常关键，且缺少固定的现成经验。是9.水泥浆强度不对水泥使用前须经复试合格，且只要严格按照已有的配合比配置水泥浆即可保证水泥浆的强度否10.环境场地狭窄有影响，但不是很大，且属于不可更改的客观条件否11.处于雨季施工有影响，但不是很大，通过采取雨季施工质量保证措施后可以解决否12.方法注浆工艺不合适注浆效果的好坏主要取决于注浆工艺参数的选定，而此前缺少在抗浮锚杆施工中采用后注浆技术的成功经验。是13.张拉方法错误加强对作业人员的技术交底，并全程监督检查，可避免出现该错误否制图：2005年8月25日经过QC小组分析论证，，最终确认高含含水率软弱土层层自钻式预应力力锚杆施工过程程中存在以下影影响质量的要因因：锚杆选择失误锚杆张拉端不合合格成孔工艺不合适适注浆工艺不合适适要因制图：2005年8月25日九、制定对策QC小组对非主要因因素进行了纠正正和改进,形成了书面的注注意事项和二次次技术交底记录录，对要因制制定的措施结果果，在技术顾问问王泽福及副组组长王巧南的主主持下，于2005年8月28日，按照“5W1H”原则制订了如下下对策（见表五五）序号要因对策目标措施责任人完成时间1锚杆选择错误通过技术创新自制出一种适合高含水率软弱土层的“无螺旋翼杆体＋普通碳素钢钻头”自钻式预应力锚杆。解决普通的钢绞线预应力锚杆在高含水率软弱土层施工质量不易保证的难题，避免采购市场上现成的锚杆但成本高且影响工期的问题，获得技术、经济效益最佳的锚杆结合本工程的地质条件调查分析市场已有的各种自钻式锚杆，分析其技术及经济适用性；综合考虑质量、工期及经济效益，根据自钻式锚杆的工作原理自行加工制作自钻式预应力锚杆王泽福王巧南2005年8月28日前2成孔工艺不合适采用“前期螺旋钻机快速切削成孔，后期水泥干粉喷射反转护壁”的成孔工艺避免成孔时塌孔、缩颈等问题，同时改善了锚杆孔壁土层的摩擦阻力等力学性能，有利于提高锚杆承载力施工前对全体管理人员及作业人员进行全面培训及详细的技术交底，要求所有人熟练掌握每个环节的操作要点王巧南王大为周德2005年9月5日前3注浆工艺不合适针对软弱土层锚杆孔易塌孔缩颈等问题通过创新采用“延时变幅高压注浆”工艺解决避免锚杆孔内注浆不饱满、锚杆的杆体保护层厚度不足甚至外露，影响锚杆承载力及使用寿命通过做试验确定各项工艺参数是否达到注浆饱满的质量要求用以增强锚杆抗拔力及施加预应力王巧南王大为2005年9月15日前4锚杆张拉端不合格采用自行加工定制的锚杆张拉端，张拉及荷载锁定施工简便解决常规的预应力锚杆张拉端不匹配的问题，保证张拉及荷载锁定施工质量，降低成本利用自制螺旋钻头的刀片替代常规的自钻式锚杆杆体表面的螺旋翼突起以增加锚杆抗拔力及施加预应力王巧南周德2005年9月15日前对策表表五制图：2005年8月28日十、实施阶段按照QC小组制定的对策策，我们组织全全体人员开始行行动，实施对策策表中的各项措措施：实施一：通过技术创新自自制出一种适合合高含水率软弱弱土层的“无螺旋翼杆体体＋普通碳素钢钢钻头”自钻式式预应力锚杆：制图：2005年9月5日主要特征如下：：（1）杆体采用表面面无螺旋翼凸起起的φ38×3.5普通无缝钢管；；（2）钻杆接长时不不采用专门的连连接套筒，而是是将钻杆套丝后后采用Φ38直螺纹套筒进行行连接；（3）采用普通碳素素钢钢板自制刀刀片螺距120mm、长度L=1.0m螺旋钻头，而不不采用常规球形形或十字形特别别硬质的合金钻钻头；(4)锚杆的抗拔力通通过螺旋钻头及及其刀片解决；；(5)在钻头的顶部焊焊接一个合金钢钢圆台，用以穿穿透本工程碎石石层;(6)螺旋钻头长度范范围内及底部钻钻孔2m范围内设置间距距100mm的双向φ6注浆孔；（7）由于土层过于于软弱且含水率率高，为抵消锚锚杆孔缩颈影响响锚杆的有效截截面，螺旋钻头头刀片的外径制制作成150mm，比φ130mm的锚杆孔设计值值扩大20mm；(8)自制锚杆还可与与普通的潜孔钻钻机、凿岩机等等钻机配套使用用，适用范围广广。拍摄人：实施二：“前期螺旋钻机机快速切削成孔孔，后期水泥干干粉喷射反转护护壁”成孔工艺创新通过该工艺大大大减轻了塌孔、、缩颈等问题，，同时改善了锚锚杆孔壁土层的的摩擦阻力等力力学性能，有利利于提高锚杆的的承载力。与以以往软弱土层采采用的泥浆护壁壁工艺相比具有有“成孔速度快快、孔壁自持性性能高、施工费费用低”等显著著优点。制图：2005年9月10日实施三：“延时变幅高压注注浆”注浆施工工艺创创新通过创新，注浆浆时采用配套的的专用注浆机和和注浆接头，确确保高含水率软软弱土层注浆质质量，提高锚杆杆承载力；取消消普通预应力中中空注浆自钻式式锚杆自由段的的PE套管，采用价格格更低廉且质量量可靠的“双层防腐矿物油油＋双层硬质塑塑料膜”且无须全长进行行水泥浆进行保保护。水泥浆水灰比为为0.42，采用42.5普通硅酸盐水泥泥。制图：2005年9月10日延时变幅注浆工工艺创新，主要要做法是：(a)在注浆初期采用用高压注浆，注注浆压力1.0~2MPa，直到高压注入入的水泥浆把锚锚固段局部塌陷陷的泥块及粘付付在钻头表面的的泥浆冲离锚固固段，根据现场场实践经验，注注浆时间约2～3min。注浆过程中，注注浆压力在1.0～2MPa之间来回变动，，变动周期15～20S，压力变动幅度度不小于0.5MPa。(b)然后采用0.5MPa正常压力注浆，，将孔内残留的的泥水混合物及及初期冲刷下来来的泥块慢慢顶顶升至锚杆孔口口后排出。待上上述物体基本排排出后立即安装装止浆塞及托板板，但不必完全全封闭严密，然然后延长注浆时时间3～5min，直至渗出的水水泥浆的颜色略略带发黑的颜色色即可完全封闭闭止浆塞及托板板。(c)止浆塞封闭严密密后，将注浆压压力变回1.0～2MPa，注浆时间3～5min。（d）自钻式预应力力锚杆的无螺旋旋翼杆体孔腔中中由内向外灌注注水泥浆，且锚锚孔外端口有止止浆塞和托板，，能防止浆液的的外溢，保证杆杆体与孔壁间的的注浆饱满，这这样就能沿锚