降排水QC(最终版)

/创新海峡国际会展中心复杂地质条件下降排水方案福州海峡国际会展中心项目QC成果发布发布人：许宝和中国建筑股份有限公司海峡国际会展中心创新降排水方案QC小组二00九年三月目录一、工程概况(ProjectOverview) 1二、小组概况（GroupOverview） 2三、P阶段（Plan） 43.1、课题选择 43.2、课题确认 73.3、确定目标 73.4、可行性论证 83.5、提出方案，确定最佳方案 93.6、制定对策 16四、D阶段（Do） 17实施一、优化降水方案 17实施二、降水井施工 19实施三、明沟、集水坑施工 21实施四、盲沟施工 22实施五、降水 24五、C阶段（Check） 255.1、实施效果总检查 255.2、进度效益 275.3、经济效益 27六、A阶段（Action） 296.1、巩固措施 296.2、今后打算 30七、合理化建议（RationalizationProposals） 30八、QC小组活动一览表（TableGroupActivities） 30一、工程概况(ProjectOverview)福州海峡国际会展中心工程位于闽江右岸的福州市东部新城。总建筑面积为38万m2,地下室建筑面积15万m2，合同造价约25亿。本工程由H1区、H2区两个展厅及C区会议中心构成，展厅长468m，宽168m，会议中心长210m，宽130m，建成后将是海峡西岸经济区一座具有国际标准的超大型展览建筑（亚洲第二大），是举行福建省政治协商会议，省人大会议，国际大型招商引资及学术会议，综合性大型展览的场所，同时也是福建省新的标志性建筑之一，其社会影响大。本工程地质复杂，地处闽江口，表层为吹填砂。处于径流和潮流的过渡段，既受径流影响，又受潮流影响。汛期洪水对流量、流速、水位的影响特别显著，非汛期则以潮汐性流水出现，水位随江水涨潮落潮波动而变化，水位高度为-4.7～-8m。图一：会展中心建筑效果图二、小组概况（GroupOverview）本QC小组成立于2008年8月，小组成员涵盖技术、生产、商务合约多个方面、均接受过多次TQC学习培训，具体情况见下表：QC小组成员一览表小组名称创新降排水方案QC小组课题类型创新型注册时间2008年8月课题注册号ZJHX—2008—002—002#活动课题创新海峡国际会展中心复杂地质条件下降排水方案平均TQC受教育时间平均64小时活动时间2008.8至2008.10小组人数10人出勤率95%图二：小组人员讨论会图二：小组人员讨论会小组成员基本情况序号姓名组内职务职称学历组内分工1杨程荣顾问高级工程师本科活动指导，技术顾问2刘胜利组长高级工程师本科策划组织、技术指导3盛建武副组长工程师本科对策实施、方案编制4刘小良副组长工程师本科策划组织、效果监测5杨勇组员工程师硕士过程实施、效果监测6许宝和组员工程师本科方案落实，成果整理7肖彬组员助理工程师本科方案落实、成果整理8邓新建组员助理工程师本科对策实施、效果监测9郭培汉组员工程师本科质量控制、过程实施10曹智组员预算员本科效益统计、费用控制制表人：肖彬制表时间：2008年8月25日三、P阶段（Plan）3.1、课题选择3.1.1问题提出基坑降排水是土方开挖施工的前提条件，其降水的效果与速度直接影响后续工序施工。2008年8月25日，小组在组长刘胜利组织下，召开了一次专题讨论会，对整个工程的降排水情况进行认真分析，发现影响本工程基坑降水的主要问题有以下几个方面：本工程工期紧，合同工期578天，地下室结构工期120天，且土方开挖工期只有20天。为迎接泛珠三角洲论坛2009年10月在福州召开。总工期进一步由578天调整为460天，这就要求各分部工期都要相应压缩，短期降水任务艰巨；本工程体量大，基坑面积大，降水总量大。总建筑面积38万m2，地下室面积15万m2；施工场地位于河道和漫滩地上，表层为吹填砂造地，地下水位高（地下水位-4.7～-8m），且基坑开挖至中砂层，含水量高，渗透系数大（20m/d）；本工程地处闽江口，处于径流和潮流的过渡段，既受径流影响，又受潮流影响，水位情况复杂，降水难度大。3.1.2调查分析1、本工程地质地貌情况复杂，处于河道交叉，含水含泥量丰富，土质情况复杂的漫滩地，是经过吹沙和回填形成的被闽江及其支流环绕的独立小岛。对于工程性质来说，降水施工非常困难，该区域地质地貌情况在东南沿海区域具有一定的普遍存在性。工程原始地貌如下图：图三：场地原始地貌图四：场地吹砂造地下面两张照片为项目刚进场在工地对面鼓山上拍摄的远景及现场拍摄的近景，从中可以清楚看到工地在四面环水的砂地中央，周围环境含水量丰富。图五：工地现场实际拍摄（远景与近景）2、基坑开挖深度大，本工程地下室底板顶标高-6.3m，板厚400mm，大部分承台厚1.5m，局部承台厚2m，因此板的挖深标高为-6.8m,大部分承台开挖标高-7.9m,局部承台挖深-8.4m。根据福州市勘测院2008年3月和4月的《福州海峡国际会展中心岩土工程勘察报告（一期、二期）》（工程编号：2007改0187-02Ⅰ、2007改0187-02Ⅱ），其中工程地质剖面图如下：图六：工程地质剖面图3、地下水位情况复杂，工程地处径流和潮流的过渡段，汛期洪水对流量、流速、水位的影响特别显著，非汛期则以潮汐性流水出现，水位随江水涨潮落潮波动而变化，降水主要涉及土层为细中砂层。此层主要受江水的横向及垂直补给，富水性较好，土层渗透系数20m/d。根据福州市勘测院2008年4月的《抽水试验报告》结论表明：场地上部含水层厚度15m左右，主要成分为细中砂，含水层底板为淤泥质土夹砂，为弱透水层，含水层属于松散孔隙潜水，静止水位埋深为-5.5～-7.1m.图七：地下水位高程示意图4、台风对降水有影响，历年的8-9月份是福州市受台风影响比较严重的时间段。台风来临期间，地下水位波动比较大，并且雨水特别多，降水难度增大。以下为从福州气象部门统计的2005至2007年各季度影响福州地区的台风次数：2005年～2007年季度台风统计表月份次数1～3月4～6月7～9月10～12月份2005年0次1次4次1次2006年0次1次5次0次2007年0次0次4次2次制表人：郭培汉制表时间：2008年8月25日3.2、课题确认创新海峡国际会展中心复杂地质条件下降排水方案创新海峡国际会展中心复杂地质条件下降排水方案3.3、确定目标课题确认后，8月28日，小组第二次召开会议，由于原设计降水方案无法满足调整后的工期要求，围绕本工程的两个最重要的情况，讨论一致确认了课题的双目标：工期紧工期紧降水难度大目标：1、10天形成基坑降排水系统2、15天降水至-9.00m（9月10日到9月25日）具体对原设计方案及优化方案目标比较如下：图八：降水方案目标比较图3.4、可行性论证本工程属于市重点项目，是福建省推行海峡西岸两个先行区建设的重点工程。同时也是中建总公司2008年十大重点工程之一，得到了福州市各级行政部门的大力支持及中建总公司的足够重视，在人员，资金、材料物资等方面给予很大的协助。项目部组织福州市及公司总部降水相关专家、福州市勘测院、建设单位、监理单位技术人员对降排水方案进行深入讨论并提出了不少的建议，反复论证如何在不同实施方案中找到工期与费用的平衡点。3、选择有实力、成建制、操作规范、人员充足的劳务队伍。3.5、提出方案，确定最佳方案小组确定活动目标以后，第三次召开会议，通过“头脑风暴法”，广泛提出不同意见，并整理出4个不同的降排水方案。方案一：深井降水依据地质报告提供的水力参数计算单井涌水量和单井出水量，依据影响半径及降水深度计算水力坡度，依据降水有效半径确定井间距，本计算方法未考虑群井效应，计算结果会偏于保守，在计算参数选择上，k值按勘察结果选取k=20m/d。结合工程平面布置图确定降水井的布置，使其有利于排水、土方开挖、结构施工，尽量减少不利干扰和影响。具体计算简图如下：图九：深井降水计算图计算公式为：单井涌水量计算：Q=2.73kMS/[Lg(1+R/ro)+(M-L)lg(1+0.2M/ro)/L]出水量计算：q=120πRsLEQ\R(3,k)影响半径：R=10SEQ\R(,k)降水井深度：H=S+L+Ir0+h（I为降水水力坡度，h为自然地面至底下水位深度）计算结果如下表：计算结果表降水深度s(m)管井半径rs(m)渗透系数K(m/d)含水层厚度M(m)影响半径R(m)单井涌水量Q(m3/d)单井出水量q(m3/d)降水有效半径r0(m)滤水管有效长度L(m)降水井深度H(m)布井间距Db(m)结果判定Db<2r0q>1.2Q3.00.2205134213613893825满足要求降水井共布置184口，具体位置见下图：图十：降水井平面布置图降水井井深为18m，井内降深（水位埋深）3m。所有水井成孔直径为Ф800㎜，滤水管内径Ф400㎜。整个工程安排6台钻机全面从北向南施工。总体上单井各设一台潜水泵，用胶管连接后各自排至就近排水沟内，经汇集后流向沉淀池进行沉淀。而后排至闽江。本方案降水时间长，降水施工期间成立由机电部负责管理的降水施工队，昼夜24小时监护，确保降水的连续性和降水施工的成功。本方案采用深井自动控制系统，保持井内动水位在-9.0m以下有利因素：工序少，技术成熟，只需大范围平行进行钻井施工，保证临时电力供应，保持水泵正常运转以及排水沟的畅通，就可以成功降水。不利因素：EQ\o\ac(○,1)井点多，施工同时投入钻井机械量大，降水时间长。EQ\o\ac(○,2)耗费大，成本高，24小时不间断抽水对于施工电力负荷也比较大。EQ\o\ac(○,3)井点抽水排入基坑外围排水沟距离远，所需水管多，基坑内水管布置难度大，不利于为后续工序土方大开挖提供工作面。EQ\o\ac(○,4)后续底板砼施工时，基坑内深井过多，封井工作量大，间接增加后续工序工期。方案二：轻型井点降水井点系统装置原理：井点管、总管及集水箱内空气被吸走，形成一定的负压。管路系统外部地下水承受大气压力的作用，为保持平衡状态，由高压区向低压区方向流动。地下水被压入至井点管内，经总管至集水箱，然后用水泵抽走。设备及材料的准备（以每套为例）序号名称单位规格与技术性能（备注）降水设备1射流泵（配水枪头）台水冲成孔，埋设井点管2降水管配件套D100集水总管，D48井点管3水箱个暂时盛放井点管内抽出的承压水4离心式水泵台B型，生产率20m3/h；扬程25m；抽吸真空高度7m，吸口直径50mm，电动机功率2.8kw，转速2900r/min。与集水总管相连，形成真空，抽除承压水至水箱内5污水泵台将水箱内水抽至坑外井点管用Ф48*3.5mm钢管，带管箍，下端3m长范围钻有Ф10mm梅花形孔形成滤管，管底封闭。滤管外缠棕皮三层，间距40mm缠铁丝。连接管用直径50mm塑料透明管、胶皮管，连接井点管与集水总管，铁丝扎紧。集水总管用直径100mm钢管，间距1200mm焊接D48支管。滤料选用粒径0.5-3.0cm石子，含泥量小于1%。本工程基坑面积大，采用环形井点布置，间距4m。井点管距坑壁为1.0m，间距1.2m，埋深-12m。图十一：基坑井点降水示意图井点管埋设采用水冲成孔，孔径约为100mm，井深比井点设计深0.5m；井点管顶端露出地面约800mm，然后在井孔内倒入粒径20mm石子约500mm高，再沿井点管四周均匀投放2-4mm粒径粗砂，上部1.0m深度内，用淤泥土填实以防漏气。井点管滤水管部分必须埋入含水层内。井点管采用连接管接通总管，并用铁丝绑牢。一组井点管部件连接完毕后，与离心泵连通，接通电源，可进行试抽水，测试系统无问题，就可投入正常使用。井点使用时，应保持连续不断抽水，配用发电机以防断电。有利因素：设备结构紧凑，体积小，狭窄工地进入方便；可以有效防止流砂，提高边坡稳定性，技术也比较成熟。不利因素：①采用真空泵抽水，存在耗电量大，出水率低，故障多等缺点②施工麻烦，占用空间大，主要机具设备须放置在基坑四周，占用现场施工场地，严重制约后续工序土方开挖大范围平行施工。③基坑范围过大，轻型井点配套设备需要数量多，实施有一定难度。方案三：明沟、集水坑降排水在基坑的四周设置排水明沟，隔断基坑外水渗入基坑；基坑横向后浇带上设置临时明沟，四周明沟每隔40m设置集水坑，使基坑渗出的地下水通过排水明沟汇集于集水坑内，然后用水泵将其抽出基坑外。图十二：明沟、集水坑排水方法1-排水明沟；2-集水坑；3-离心式水泵；4-设备基础或建筑物基础边线；5-原地下水位线；6-降低后地下水位线有利因素：工艺简单，施工速度快，方案经济，适用最为广泛。基坑周边支护比较方便。不利因素：EQ\o\ac(○,1)降水效率不高，比较适用于降排水量比较小的基坑。EQ\o\ac(○,2)安全性不高，护坡难度大，有流砂层。EQ\o\ac(○,3)降水完成所需工期长。EQ\o\ac(○,4)局部深基坑所需集水坑开挖深度大。方案四：外截内排深井联合降水在基坑四周离底板1.2m设置明沟与集水坑组成的截水系统，截断基坑外水与基坑内的联系；基坑内部设置盲沟、集水井形成内部的排水系统，再辅以适当数量的深井，从而形成一个完整体系的降排水系统，经济高效达到快速降水的目的。以下为整个降排水方案平面布置图：图十三：基坑降排水布置图有利因素：EQ\o\ac(○,1)降水效率高，节约工期。EQ\o\ac(○,2)投入相对少，节约成本。③降水井设置在后浇带上对后期底板施工影响小。④纵横向盲沟系统可以动态控制地下水位。不利因素：①需形成一个完整的降排水系统才能有效降低水位。②各工序衔接需要非常紧密，现场施工组织难度比较大。四种降排水方案的分析、评估：方案评估表综合评价结论序号方案方案效果经济投入实施难度工期综合得分1深井降水867526方案四能最大限度的满足要求，予以采用2轻型井点降水7767273明沟集水坑降排水6985284外截内排深井联合降水987933说明：各单项按满分10分，最低分3分进行打分，3～4分为差，5～6分为合格，7～8分为良好，9～10分为优秀制表人：许宝和制表日期：2008年8月30日最终选择方案的确定：经过综合对比分析，小组决定采用方案四（外截内排深井联合降水）施工。虽然需形成一个完整的降排水系统才能有效降低水位，并且施工组织难度比较大，但能充分满足整体进度需要，经济合理，且方案实施降水效果好。因此从工期、安全、经济的角度出发，小组成员一致认为方案四为最佳方案。3.6、制定对策明沟，集水坑施工降水井施工9月5日，小组在项目部会议室召开会议，针对选定降排水方案进行了初步方案设计，并确定了整个工艺流程如下：明沟，集水坑施工降水井施工方案优化设计方案优化设计盲沟施工盲沟施工降水降水对策表序号实施步骤对策（what）目标（why）措施（how）地点（where）完成时间（when）负责人（who）1方案优化设计根据水力学原理进行降排水方案设计通过专家评审1、通过计算确定所需降水井口数与降水时间2、绘制降水井定位图3、编制降排水施工方案项目部会议室9月8日刘胜利盛建武杨勇2降水井施工由专业队伍负责降水井施工降水井试抽水验收合格率100%1、选定与我们合作多次的、有实力专业队伍2、专人负责现场降水井施工。施工现场9月15日许宝和肖彬3明沟、集水坑施工严格按照方案要求达到截水、排水效果基坑边坡稳定，水平、垂直位移＜2㎜/d，累计＜30㎜开挖至设计标高，边开挖边堆码砂袋，并采用防沙网。3、沙袋用竹竿或钢筋串好，形成整体。施工现场9月15日曹智郭培汉4盲沟施工严格方案施工形成盲沟系统盲沟疏水畅通，坡度大于5‰1、盲沟开挖时，施工员现场测量开挖深度PVC管安装时用编织袋装石子两边固定人工回填碎石。施工现场9月20日杨勇许宝和肖彬5降水现场实施地下室水位低于承台底50cm每天早晚各一次通过观察井观测水位，降水井编号，并由专人负责巡查，配置发电机，以防止停电。施工现场9月24日肖彬杨敏军制表：许宝和日期：2008年9月5日四、D阶段（Do）实施一、优化降水方案1、通过计算，得出所需降水井的数量深井降水的布置：按无压非完整井井点来计算涌水量，考虑降到-9.0m，静水位目前观测井实测数据为-6.0m。式中：K为渗透系数，取20m/dHo为有效含水深度，取10mS为降水深度，取2mR为抽水影响半径:x0为基坑假想半径：单管涌水量：参照抽水试验结果，取：则井点个数:N=1.1×Q/q考虑到H1、H2及C区相互降水的有利影响，降水井H2区36个，H1区36个，C区20个，合计92个。井深18米。布置原则：主要布置在结构后浇带上，具体位置及定位见下图：图十四：降排水布置图效果检查：通过计算和绘制井点布置图，编制降排水施工方案，该方案经专家讨论通过，并经总公司、监理及业主审批获得好评。专家一致认为：如按此方案施工不但降水效果有保障，能满足工期要求，同时也将节约可观成本。下为专家论证签字的会议记录：图十五：降排水方案专家论证实施二、降水井施工施工工艺：井点测量定位→挖井口、安放护筒→钻机就位→钻孔→回填井底砂石垫层→吊放井管→回填井管与井壁间砂砾过滤层→洗井→井管内下设水泵、安装抽水控制电路→试抽水（验收合格）→降水井正常抽水降水井施工采用100型钻机施工，泥浆护壁成孔，开孔口径450mm（一径到底），在基坑内的井口标高为-6.0米，高出底板300mm，基坑外的井口标高为-4.0米，井深18m，局部孔深21米，成井后进行洗井和试抽水。用φ219无缝钢管成井，钢管上开孔φ16@30×30呈梅花型布置，管外包40目尼龙滤网1层，外侧填3～5mm砾石或碎石，管底从下往上依次填300mm的碎石料和砂料。抽水设备采用150QJ30-30/4型潜水电泵，泵头在孔内13米处。图十六：深井具体做法图效果检查：小组对降水井试抽水进行抽查：合格率100%。并绘制检查表如下：抽查时间2008年9月14日2008年9月16日2008年9月18日2008年9月20日2008年9月22日抽查个数（个）1515151515合格个数（个）1515151515合格率（%）100100100100100图十七：现场后浇带上降水井抽水及深井无缝钢管原材料实施三、明沟、集水坑施工为截断坑外水进入基坑，以及方便基坑中部降水井的排水，在深井抽水三天后，就沿建筑物周边设置集水坑和明沟，集水坑和明沟边线距底板边线为1200mm，砂包挡土墙宽1000mm。因场地为回填砂层，建筑物底板外侧边坡拟采用大放坡，坡度为1:1.5。为方便土层滞水流出，防止沙子流失，在砂层表面铺设防沙网。明沟宽500mm，底部防砂网上堆码砂包一层，外侧为1500mm砂包挡土墙，堆砂袋时必须每层反向叠码，并且每四层用φ16钢筋打入串好，以增加其整体性，在明沟与后浇带相交处设集水坑，集水坑的边坡做法同明沟。图十八：明沟剖面图图十九：现场明沟照片效果检查：通过实施对策，基坑边坡稳定，边坡水平、垂直位移均控制在目标值内，同时也截断基坑外部水渗入基坑，为基坑降水系统形成创造了良好的条件。图二十：基坑监测数据情况实施四、盲沟施工横向后浇带下埋PVC管，PVC管从各区纵向中轴线断开，分别坡向基坑周边的明沟，在PVC管与明沟相交处设集水坑，起始管底标高为-8.0米，与集水坑相交处管底标高为-8.5米。管外侧及上部填0.5米厚卵石或碎石，再在上部回填砂。图二十一：后浇带PVC排水管盲沟沿2条纵向后浇带增设常规碎石盲沟，沟深0.5米，下口宽300mm，上口宽500mm，内填卵石或碎石，用来疏干基坑内滞水，并沿盲沟设集水井。图二十二：集水井、盲沟的做法在底板混凝土施工时，通过导管直接把降水井抽出的水导入后浇带的PVC管，通过后浇带下PVC管排到基坑两边明沟与集水坑再排出基坑。这是一个合理优化盲沟的措施，解决了基坑内深井出水管布置问题，取得很好效果。如下图所示：图二十三：后浇带上深井与盲沟联合排水效果检查：通过实施对策，盲沟疏水顺畅。盲沟坡度记录数据如下：图二十四：盲沟坡度测量数据实施五、降水先采取深井进行降水，以便完成强制性排水系统（明沟、盲沟、PVC埋管）的施工。强排系统形成后，基坑周边的明沟可以截断基坑内外水的水平联系，内部的PVC管、盲沟相互连通引流地下水至基坑周边的集水坑，达到降低水位的目的，形成一个以强排降水为主，深井降水辅，两者相互配合共同作用的降排水系统。深井中的水或基坑内集水井中的水抽出后排至基坑周边的明沟或集水坑内，再抽至基坑上部的检查井，经沉淀由排水管统一排至场地南侧河道内、北侧闽江内。效果检查：形成一个以强排降水为主，深井降水辅，两者相互配合共同作用的降排水系统。至9月21日，从下面水位观测表可以看出整个基坑动水位已经控制在低于承台底50cm。图二十五：降水井水位观测表（至9月21日）五、C阶段（Check）5.1、实施效果总检查5.1.1、以下五张照片从系统局部、整体两个方面反映了整个基坑降水后的状况，明显可以看出降水达到了此次QC活动的效果：图二十六：盲沟系统的形成图二十七：明沟系统的排水效果图二十八：基坑水的外排图二十九：基坑内土方大范围开挖图三十：开挖至基坑底的土方现场总情况5.1.2、通过现场设置的观测井的实际观测数据显示：9月23日以后地下水位已经稳定在-9.0m以下。对于我们的目标：15天降水至-9.00m（9月10日到9月25日），最终提前2天完成。以下为观测井实际测量的地下水位的详细数据及降水方案实施比较图：图三十一：地下水位观测数据表图三十二：降水方案实施比较图5.2、进度效益通过创新地使用外截内排深井联合降水，有效的解决了高水位吹填砂地质条件下的降排水问题，为后续土方开挖提供了良好的条件。降水工作于2009年9月10日开始，于2009年9月23日成功降水，比原定目标缩短了2天，具体工期缩短情况见图三十二。5.3、经济效益通过与未进行QC活动进行对比，计算出节约的直接经济效益是759.54万元。经济效益分析表序号分项QC活动前降排水费用（万元）QC活动后降排水费用（万元）节约成本（万元）备注1明沟施工2854×338=130.262854×45=12.84117.42砂袋代替砖砌明沟2深井施工184×9600=176.6492×9600=88.3288.32优化设计减少深井数量3施工用电184×90×24×3×1.732×0.85=175.5492×13×24×3×1.732×0.85=12.68162.864人工费19×3×90×100=51.310×3×13×100=3.947.45后浇带盲沟3214×338=108.633214×120=37.4971.146边坡支护300202807QC活动费用03.6-3.68合计938.37178.83759.54制表人：许宝和制表日期：2008年9月25日通过QC活动，创造了经济效益，也造成了一定得影响力，《东南快报》对海峡国际会展中心项目通过优化降排水方案节约成本作专题报道。图三十三：东南快报高度赞扬我工地降排水方案5.4、社会效益：通过技术创新，在如此短的工期内非常经济的达到了降排水的要求，提前完成了工期目标，为公司及项目部赢得了良好的声誉，也向外界展示了