水中桩QC成果.doc
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尤溪互通2#大桥水中桥梁桩基施工技术
QC活动成果
1.工程概况
1.1工程简介
北京至福州国道主干线福三明际口至福州兰圃高速公路尤溪互通立交位于尤溪县大排村，横跨尤溪水库，该项目建设对于完善福建公路网络、缓解山区交通有着重要的意义。
尤溪互通2#大桥左右幅主线设计横跨尤溪水库，左右线桥平面位于R=1100m右偏圆曲线上，左线上部构造采用4×30m+3×30m+6×30m（三联）装配式预应力混凝土T梁，全长396.08m。
右线上部构造采用4×30m+5×30m+3×30m（三联）装配式预应力混凝土T梁，全长369.92m。
下部结构桥墩采用双柱式圆形墩柱配钻孔灌注桩基础。
左右线相距38m，高差约3m；其中左线、右线4#~9#墩位于深水中，水深12m~18m不等。
采用Φ1.6m圆形墩柱配Φ2.2m钻孔灌注桩基础，其间用两道1.0×1.2m横系梁联接。
本桥水中最高墩柱高度为25.727m，最低墩柱高度为17.148m，设计桥梁尾部位于尤溪互通B、D匝道的渐变加宽段，因此在左幅的5、6、7#墩及右幅的10、11、12#桥墩（台）均采用了加宽处理，盖梁最大长度达到了14.7m。
1.2工程地质
该桥位处属剥蚀丘陵夹溪谷地貌，地形高差较大；地下水主要赋存于冲积砂、卵石、坡残积土层孔隙及基岩裂隙水中，为孔隙潜水及基岩裂隙水。
主要受大气降水补给。
受库区排蓄及季节影响，水位变化较大。
尤溪互通2#大桥钻孔桩穿过的地层为淤泥、砂质粘土、砂土状强风化砂岩、碎块状强风化砂岩、弱风化砂岩，其中淤泥、砂质粘土层较薄。
尤溪互通3#大桥钻孔桩穿过的地层为坡积含碎石亚粘土、卵石层、弱风化细砂岩及微风化细砂岩。
施工时水位87.00m，最大水深18米。
2.QC小组活动概述：
“三福高速公路SA8项目部”自2001年9月份刚一开工，就根据本标段的项目特点，严格制定了《质量保证体系》、《质量监控办法》及《质量计划》，确定了本项目中的难点、重点项目，成立了相应的TQC领导小组，同时针对我集团公司尚未涉及的深水桩基础项目施工成立了相应的QC技术攻关小组，积极的展开课题研究，进行技术攻关。
针对运行中存在的各种难题，查阅相关资料、组织技术讨论，逐步的攻克难点，不断的提高施工质量，推广使用新技术、新工艺，通过多次的PDCA循环，终于攻克了深水桩基施工的技术难题及施工难题，取得了明显的经济效益及社会效益。
1、QC小组活动时间：
小组成立日期：
2002.11.20。
活动起讫时间：
2001.11~2002.4；活动次数：
8次，形成记录：
8次。
2、小组成员的培训情况：
小组成员平均年龄28岁，为提高小组成员的质量意识及水中作业的安全意识，明确水中作业的重点、难点的注意事项，以开展企业在新的施工领域的拓展，培养年轻的的企业技术干部为指导思想，利用科技兴企、以人为本的管理理念，开发新的施工工艺为指导目标，我们小组成员都进行了48小时的教材学习，提高施工中的应变能力及业务水平。
3、小组成员
小组成员表
小组名称
中铁一局二公司三福项目部
深水桩基施工QC小组
注册
日期
2001.11.20
课题名称
尤溪互通2#大桥
深水桩基施工技术
注册号
2001-1
课题起讫日期
2001年11月至2002年4月
小组
类型
创新型
序号
姓名
年龄
性别
职务
文化
程度
组内
职务
参加QC大纲学习时间（小时）
1
男
40
项目经理
本科
组长
48
2
男
28
项目总工
本科
副组长
48
3
男
27
技术负责人
中专
组员
48
4
男
26
技术负责人
本科
组员
48
5
男
26
质量负责人
大专
组员
48
6
男
29
现场负责人
大专
组员
48
7
男
35
机电负责人
中专
组员
48
8
男
25
资料员
中专
组员
48
3.选题理由
深水桩基础施工工艺难度较大，对设备、人员要求高，以前施工的经验均为14m以下水深，对18m水深的桩基础施工缺乏经验，尤溪互通2#大桥深水桩基施工的成功与否，直接影响到该座桥上部结构的安全、质量和进度，影响到我集团公司在福建市场的信誉问题。
因此该项目在开工初期就引起业主、集团公司、项目部的高度重视。
为了能够按期、优质、高效的完成该项工程，我们成立了该项目的QC技术攻关小组，目的是通过我们的课题研究、技术攻关，给深水桩基础施工全过程提供一个全面的技术保障，也为以后的深水桩基础施工总结一点经验及技术指导建议。
4.设定目标
我们总结以往兄弟单位的水中施工经验，结合尤溪水库的水力、地质及互通2#桥的设计结构，在保证质量、安全及工期的前提下，查阅相关资料，进行方案比选，最终确定采用钢管桩深水平台施工钻孔桩工艺，以便节约成本，缩短工期，及早完成标段的控制工程。
5.目标的可行性分析
6.施工方案及问题分析、对应策略
6.1钢管桩水中平台的设计构成
水中平台设计由12根φ720mm的钢管桩、两根I40a工字钢纵梁、四根I40工字钢横梁、角钢斜撑若干根组成。
根据桩位情况，尤溪互通2#大桥右线桥幅宽12.0m，桩中心间距6.0m，左线桥自4#墩开始采用线性和非性加宽，基本幅宽12.0m，最宽16.0m，最宽处桩柱间距8.70m，每个水中墩要搭设一个15×8.0m的作业平台，管桩按14m×8m布置，根据不同桩间距调整内侧两排管桩间距。
平台顶面高度高出库区最高水位1.5m，管桩打完后，抄平切割桩头，用∠10*10角钢对相邻管桩进行连接，连接形式如图。
每排外侧两根管桩顶面切割企口，安装I40a工字钢横梁，纵向铺12m长桥面梁，长度不够焊接I40a工字钢，分配梁留出护筒空档，其余地方满铺5cm厚木板，周边设钢管桩栏杆。
详细布置见下图：
6.2水中平台的搭设
首先使用浮吊将锚碇在距设计桩位60~100m处进行抛锚（锚碇为一块4立方大小的混凝土预制块，重约10t），并用浮筒做为标识。
导向船定位时，首先使用机动船将导向船推至设计桩位处加以锚定，然后利用导向船上的四台卷扬机（俗称锚机），在测量指挥下，通过伸缩锚机将导向船大致定位（这时，测量水深，根据水深计算出钢管的长度，焊接相应长度的钢管，钢管一般只有一节）。
然后在导向船上根据每根钢管桩的布设位置准确放出每根钢管桩的桩位，并依次安装定位框架。
这样，导向船即可做为打设钢管桩的导向架，也可做为搭设水中平台的工作平台。
导向船定位后，机动舟将焊接好的钢管桩钢管通过运输船运至墩位处，并将浮吊推至导向船一侧傍靠，用缆绳缆系固定在导向船上。
根据钢管桩的布置示意图，计算四个角上的钢管桩坐标，精确测设四点桩位。
钢管桩导向架顺桥向由两根I40工字钢搭在导向船上作为导向梁，据测设的钢管桩位置在导向梁上横向焊两根角钢（定位框架就是在I40a工字钢旁边再固定两根工字钢，工字钢与I40a工字钢之间的间距为80cm，并在横桥方向间距85cm焊固两根角钢形成定位框架）。
根据测量水深及预计打入深度，一次焊接钢管桩长度，施工中采用长度在16~23m，这时，浮吊起吊钢管桩钢管，在钢管上做好长度标记，从定位框架中插入，根据钢管上的长度标记确认入河床后再检查垂直度，作纠偏处理，起吊电动振动锤，放在钢管顶卡在钢板上，开动振动锤对钢管桩进行振动下锤，直至钢管反弹，方可认为已进入风化岩，可停止振动下沉。
在打入过程中随时观测垂直度。
12根钢管桩打设完毕，根据水库水位落差变化较大的情况，确定平台的标高为88.5米，按照此标高切割钢管，使钢管桩顶部齐平，在每排外侧两根顶面切割企口，安装I40a工字钢横梁，纵向铺12m长桥面I40a工字钢，长度不够时，焊接I40a工字钢，横向焊固工字钢分配梁，并根据钻孔桩桩位留出护筒位置。
然后由浮吊配合进行平台顶面布置及水下斜撑的连接。
平台搭设完成后，在工字钢顶面满铺木板，周边设置双层钢筋防护栏杆。
6.3埋设钢护筒
平台搭好后，按护筒精度要求经过测量定出导向架位置，导向架是角钢焊成的高4米，平面为2.6米见方的钢框架，中间为2.5米见方的空间（就互通2#桥而言，钢护筒内径2.46米，外径为2.5米，角钢为L10×10等边角钢）。
运输船将护筒运至平台前，在每大节护筒顶部对称打孔，经扁担梁起吊，护筒穿过导向架，首先通过调整浮吊变幅和升降吊钩调好钢管桩垂直度，然后降钩，靠自重缓缓下沉，稳定后，同样办法起吊第二大节护筒，并对接焊在暂时固定的上一节护筒上。
两节护筒在外侧采用单面焊接，焊完后，补好底节孔眼，将整个护筒吊起，护筒继续下沉。
下沉过程中，由全站仪观测护筒垂直度，随时调整。
护筒依自重缓缓进入覆盖层1.0m停止下沉，在护筒顶部焊接替打，加振动锤振动下沉，护筒继续下沉反弹明显时持续5min后停止下沉。
6.4钻孔桩施工
护筒埋设好后，即可就位钻机进行钻孔桩钻孔施工了。
与陆地钻孔桩不同的是泥浆池是一个钢板加工成的钢箱，焊挂在平台上，在护筒口加工一，泥浆槽就放置在平台上。
6.5清孔
考虑水中桩直径较大，采用常规的清孔办法难以完成，因此清孔采用气举反循环法，将孔内泥浆全部换为清水。
气举反循环主要设备为9m3空压机一台，20cm出浆钢管一套及3cm射风软管一套、泥浆泵2台。
在钢管上距钢管底口40cm处向上开一斜口，接射风软管，清孔时，将出浆钢管下至距孔底40cm，两台水泵往孔内抽清水，启动空压机，待空压机储气压力达0.6mpa左右时，开始射风，利用反循环原理从出碴钢管上口喷出。
这时空压机储气压力下降，将压力控制在0.4mpa进入正常循环，施工过程中要使泥浆泵不停，保证孔内水头在河面水位以上1.5～2.0m，以减小护筒壁所受外压力。
清孔应认真操作，钻孔底沉淀物厚度不得大于5cm。
清孔彻底的标志是反复清孔，再无任何泥浆、石块喷出。
根据孔深不同，一般3～5小时，可将孔内泥浆全部换完，达到沉淀要求。
清孔完成后准确量测孔深，孔深应比设计超深不小于5cm。
在灌注前（导管安装完毕后）检查孔内沉淀情况，如果大于设计要求，可按相同办法进行二次清孔，确保沉淀厚度小于规范要求值。
6.6砼的运输及灌注
6.6.1钢筋笼施做
钢筋笼在岸上进行加工，在成孔后用浮吊运至孔边，一般为15－18米为一节进行吊装，在第一次清孔结束后下钢筋笼，在钢筋笼焊接完毕后，注意钢筋的搭接长度，钢筋笼的垂直度，为防止钢筋笼偏位，在钢筋笼侧面加垫块。
6.6.2混凝土灌注
钻孔桩所用混凝土采用拌和场集中拌制，由砼罐车运到临时码头旁。
在临时码头处设滑槽一个，运输船一艘，运输船上装有2.5m3料斗4个，砼由滑槽滑至运输船料斗内，由运输船将料斗拖至墩旁，浮吊吊灌。
水下砼浇筑采用内径30cm的导管，导管接头为法兰式，在导管接头内安装有密封垫圈，并将接头接牢，以避免接头处漏水或漏气，导管安装完成后安装漏斗和挡板，挡板采用钢板切割成比管径稍大尺寸的圆板，上面焊接提环，挂于起吊勾上，挡板下在导管内放球塞，封孔料斗加工成6.5m3容量，储满后由浮吊吊起一个运料斗（2.5m3）吊于大料斗之上，提升挡板，砼下落的同时，开启运料斗阀门，砼下落至大料斗，保证首次9.0m3砼连续灌入，导管一般埋深为4～5米，以确保砼的密实度，在砼的灌注过程中要注意砼的坍落度，而且保证砼的连续性。
不能间隔时间过长。
使用一艘运输船，在整个砼的浇筑过程中，基本能保证40～45分钟一个循环（每循环为运输船运一趟混凝土，每趟10m3）。
6.7平台拆除
桩基施工完毕，由上至下拆除平台。
横纵梁、斜撑拆除后进行管桩拔除。
浮吊起吊振动捶直接夹住管壁，启动振动捶，边振动边缓缓起钩，可将管桩拔除。
因混凝土与基岩连接的管桩，潜水员下水割除。
7.施工问题及相应的解决措施
初涉深水桩基的施工，难免在施工过程中遇到新问题，但是我们紧密围绕课题，针对现场的实际情况，严格按照PDCA循环的方法，认真执行“四阶段、八步骤”，细致的作好每一个环节，分析各个环节存在的问题，不断的进行技术攻关，总结经验，优化施工组织。
7.1护筒漏浆的PDCA循环
计划阶段（P）
（1）现场调查
护筒漏浆，钻机钻孔的过程中孔内泥浆水头下降，在护筒脚处产生漏浆，无法继续进行钻进。
左8-2钻孔桩施工中，设计钻孔深度28m，护筒进入弱风化砂岩0.8m，水深14m，在钻孔钻至15.5m时，突然泥浆水头下降，护筒四周冒出气泡，既而周围水变浑，停止钻进。
（2）目标确定
根据出现的此种情况，在陆地常规钻孔桩施工中极为少见，为了能够尽快的恢复生产，提高平台的使用效率，QC小组确定为攻关难点，查找原因，制定防范措施，保证后续的桩基施工顺利进行，提高平台的使用效率。
（3）原因分析
（4）主要原因确认
序号
因素名称
确认方法
确认情况
是否要因
参加
人员
1
导向架长度过短
现场调查
护筒定位不准确，垂直度较差，对护筒的约束力较差。
否
QC小组
全体成员
2
留振时间过短
现场调查
使用振动捶留振时间过短，造成护筒入土深度过小。
是
QC小组
全体成员
3
地质原因
现场调查
淤泥层较厚，粘土层薄，护筒嵌入深度较小。
是
QC小组
全体成员
4
水头高度较小
现场调查
没有按照计算的水头差控制水头高度
是
QC小组
全体成员
5
对深水施工认识不足
调查分析
无深水施工经验，人员培训及检查落实不足。
否
QC小组
全体成员
经过QC小组全体成员讨论一致认为主要原因为：
a：
护筒下沉时未按照规范操作，留振时间过短，造成护筒埋置深度不足。
b：
钻孔时未按照计算的水头差控制护筒内的泥浆水头高度。
如在左幅5#墩桩基施工中，下护筒时估计水头高度为1.5m，泥浆容重为r1，护筒外水容重为r2，则有r1h1=r2（h2+1.5）。
设r1=1.2g/cm3，r2=1g/cm3
当h2=18m时，得h1=16.25m，可见护筒脚至库区水面18m，泥浆容重为=1.2g/cm3时，为保持1.5m水头高度，泥浆面应低于库区水面1.8m，而水头高度又与每个孔的泥浆质量、水文地质条件、护筒的下沉深度等因素有关。
c：
地质条件复杂，淤泥层约1m厚，而粘土层仅为0.2m厚，下部为强风化砂岩，护筒嵌入深度较小。
（5）制定对策
序号
主要原因
目标
措施
地点
完成时间
1
留振时间过短
消灭机械因素
加长留振时间，确保护筒嵌入河床深度，预备大功率振动捶进行振动护筒。
施工现场
2001.12.15
2
水头高度较小
规范现场操作
根据每个桩基的不同水深分别作出水头差技术交底，现场严格操作。
施工现场
2001.12.25
3
地质原因
技术指导施工
查阅地质勘察报告，严格交底，对施工现场提供第一手技术资料。
施工现场
2001.12.10
实施阶段（D）
实施一
利用业余时间，组织技术人员对技术资料、设计文件、地质勘察报告进行学习，并编制下发工序指导书、技术交底，组织对职工进行技术培训，学习各个工序的工艺要求，制定相应的考核办法，细化工艺要求及流程，严格实行奖惩机制，进行技术性能考核。
实施二
加长打入护筒的留振时间，使用振动捶通过护筒替打将护筒打至护筒不在下沉，通过地质资料对比，确定护筒是否进入强风化层，如若未进入，更换大功率振动捶进行振动下沉。
实施三
在受库区发电影响，库区水位落差约3m，因此在钻进过程中随时注意库区水位的变化，护筒内泥浆随库区水位变化往护筒内加入或抽出泥浆。
实施四
加大了护筒留振时间和个别地质条件特别复杂的情况，采取了以上措施仍不能解决护筒漏浆的问题的，我们采取以下措施进行施工：
（1）、当出现护筒外侧冒出少量气泡或浑水时，表示漏浆轻微，可适当加入水泥以改善泥浆质量，继续钻进。
（2）、当气泡或泥浆大量涌出时，说明漏浆严重，要立即停止钻进，重新放上护筒替打，使用振动捶加震护筒下沉；或采用回填粘土静置后再重新钻孔。
P
A
A
D
总结巩固阶段（D）
C
D
P
检查阶段（C）
检查阶段（C）
针对我们在护筒漏浆检查出来的问题和通过我们研究制定的对应措施，我们在施工的同时，集中人员对所有参战人员进行了质量教育，学习了相关的技术规范及设计意图，并于2001年12月25日结束，在后续大批的桩基施工中，护筒的漏浆率由以前的80%降低到20%，基本达到了攻关的要求，即使有个别桩基护筒漏浆，通过简单的操作方法及时满足了后续工程施工的需求。
C
D
升级会员 