20缩短灌注桩成孔时间.docx
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20缩短灌注桩成孔时间
海上振冲碎石桩施工工艺创新
海上振冲碎石桩QC活动小组
一、工程简介
大连长兴岛北防波堤工程是大连市2007～2008重点工程，海上振冲碎石桩工程是其重要组成部分。
设计采用振冲碎石桩处理软弱地基，提高淤泥土层的抗滑稳定性，消除砂土地基的地震液化。
要求粉砂层经处理后消除地震液化现象，这是本次工程设计的重点。
振冲挤密碎石桩地基处理总范围为1503m×27.5m（两侧为47.5m）,处理深度（桩长）约为10m,相应进入粉沙层6～7m平均桩径1.0m,桩间距2.5m,采用等边三角形布置，共10522根，碎石桩总计101783延米，碎石量共82667m3。
³
二、小组简介
QC小组成员情况一览表
表1
姓名
性别
年龄
职务
文化程度
组内职务
组内分工
项国玉
男
40
项目总工
大专
组长
全面负责
项目经理
本科
副组长
组织实施
项目副经理
组员
指导检查
技术顾问
组员
具体实施
质检员
组员
具体实施
质检员
组员
具体实施
资料员
组员
具体实施
三、选题理由
通过现状观察发现，陆上振冲碎石桩加固地基施工工艺在国内已广泛应用，但针对水工建筑物的水下基础采用振冲碎石桩加固处理在国内尚不多见。
所以小组选定海上振冲碎石桩施工工艺创新为课题，设定提高施工效率，节约成本为课题小组目标。
现状调查1：
这是一组海上船舶作业的画面。
在施工现场，有时看到以下情形：
①振冲器突然出现故障、②上料船或反铲挖掘机出现故障、③施工区域海流过急或涌浪超过2m以上、④当西、西南及西北风达到六级以上及冬季并排影响，当其中一种情况发生时，均将使碎石桩海上施工处于停滞状态。
现状调查2：
对8月1日～8月30日期间所成碎石桩，通过查看原始施工记录、施工日志等手段，小组成员对部分成桩数据进行了统计并作出排列图：
表2
项目
孔号（部分）
成孔时间（min）
洗孔时间（min）
加密时间（min）
成孔电流（A）
加密电流（A）
充盈系数
a-234
6
2
35
96
75
1.78
a-237
6
2
36
93
72
1.76
a-243
6
2
36
92
72
1.78
a-256
7
3
34
86
72
1.68
a-364
6
2
32
73
73
1.75
a-379
8
3
36
75
72
1.74
a-409
6
2
34
72
71
1.74
a-435
6
3
35
73
76
1.76
a-445
7
2
35
86
73
1.82
a-675
6
2
36
84
75
1.65
a-677
8
2
36
83
76
1.74
a-789
6
2
37
76
74
1.73
该施工区域各土层物理力学指标
表3
土层
编号
土层名称
直剪快剪
固结快剪
标准贯入试验（击）
允许承载力（kpa）
C（kpa）
φ（°）
C（kpa）
φ（°）
①
淤泥质粉质粘土
6.0
6.2
8.9
15.4
2
80
（1-1）
粉质粘土
9.0
22.5
2
110
（1-2）
粉细砂
19.4
25
4
130
（1-3）
粉土
10
25
2
140
②
粉细砂
11.0
28．0
14.0
30.0
18
180
（2-1）
粉细砂
20
26.1
9.3
28
9
140
（2-2）
粉土
11.8
21
15
21.6
10
150
（2-3）
粉质粘土
12.9
9.3
12.5
19.5
5
120
（2-4）
淤泥质土
8.7
8.7
10.6
16.6
3
90
③
粉质粘土及粘土
17.3
9.2
15.6
17.4
6
120
结论：
在。
现状调查3：
钻孔坍塌程度可以从砼充盈系数大小上明确反映出来。
为此小组成员通过查看砼灌注记录，对10月15日～10月23日期间所成基桩的砼充盈系数整理分析（见表3）。
孔深（m）
充盈系数
最大值
最小值
平均值
2.0—7.0
1.65
1.32
1.48
7.0—13.0
1.45
1.09
1.32
13.0—51.0（桩底）
1.12
1.03
1.06
从表3砼充盈系数数值明显看出，前期施工钻孔2.0—13.0m段都或多或少存在着坍塌现象，2.0—7.0m段坍塌尤其厉害，13.0m以下孔壁未坍塌。
这与现场施工情况相吻合，在施工过程中，每个钻孔2.0—13.0m段成孔都显得较为艰难，13.0m以后便一气呵成了。
2.0—13.0m段为什么会塌孔呢？
带着这个疑问小组成员分析了场区地质情况。
从图中可以看出，淤泥层底埋深在5.9—6.8m之间，淤泥质粘土层底埋深在11.9—13.0m之间。
从地质观点看，淤泥呈流塑状态，淤泥质粘土呈软塑状态，二者均为易塌地层，其它地层均较稳定。
现场地质情况与砼充盈系数结果相吻合。
由此，我们可以得出结论：
淤泥层、淤泥质粘土层（尤其是淤泥层）坍塌是造成成孔时间延长的主要问题，也是我们QC小组所要解决的问题。
五、设定目标值
（见图五）
可行性分析
目标能够实现
六、原因分析
小组召开头脑风暴会议，对“钻孔坍塌”的原因进行分析讨论，并整
理出因果分析树图（见图六）。
制图人：
孙君武制图时间：
2006年10月27日
导致钻孔坍塌因果分析树图
七、要因确认
要因确认计划表
表4
序号
末端原因
确认内容
确认方法
确认标准
负责人
完成日期
1
泥浆面低于护筒底端
钻进过程中孔内泥浆面位置
1现场验证；
②检查施工日志
泥浆面高于护筒底端0.5m
刘武
孙君武
10月30日前
2
孔口周围荷载大
①钻孔周围是否有渣土；②钻机下面是否采取分荷措施
现场验证
①渣土排放距孔口4m；②钻机就位处不出现下陷、沉降
姜红
郑礼
10月30日前
3
钻进压力大
验证取出的渣土扰动程度
现场验证
对土层未产生明显扰动
龙晓丹
晏绍礼
10月31日前
4
成孔后待孔时间长
①成孔后是否立即进行下道工序；
②成孔验收后是否出现二次成孔事件。
1现场验证；
②检查施工日志
成孔后24小时内
完成砼灌注工作
郑礼
刘武
10月31日前
5
护筒长度不够
①现场使用护筒长度；②淤泥层埋深
现场验证
护筒长度大于淤泥层埋深
郑礼
毕晶晶
10月30日前
6
泥浆中膨润土掺量不够
①现场使用泥浆膨润土掺量；
②检查泥浆指标
现场测试
施工标准要求泥浆粘度≥17S，泥浆比重≥1.10
郑礼
孙君武
10月31日前
制表人：
毕晶晶时间：
2006年10月27日
确认一：
泥浆面低于护筒底端
10月30日，Mg07-2孔正在钻进，质检员孙君武现场检查发现其泥浆面高于护筒底端1.5m。
结论：
泥浆面低于护筒底端非要因
确认二：
孔口周围荷载大
从施工画面可以看出，孔口周围没有弃土，渣土堆放处与孔口距离大于4m；另一方面，旋挖钻机自重为56吨，钢板面积为8m2，则地面承受荷载为：
560÷8=70KPa
低于地基土承载力90KPa。
地面也未见有沉陷现象。
结论：
孔口周围荷载大非要因
确认三：
钻进压力大
现场施工一直由操作手王凯、彭小虎掌舵。
10月28日，Mg04-1孔钻进过程中,项目部邀请来技术顾问龙工，在观看完操作手王凯的操作后，龙工提出了不同意见，并现场演示操作技艺，小组成员进行了记录。
不同钻进压力对地层破坏程度对比表
表5
对比项操作者
操作手王凯
龙工
旋挖井段
8.0—10.5m
8.0—10.5m
钻进压力
60-80KN（中压）
30-40KN（低压）
报告中地层
淤泥质粘土
淤泥质粘土
携出物表现形式
大部分为淤泥（呈流塑状）
少量为淤泥质粘土
淤泥质粘土
（软塑状态）
对地层影响
扰动厉害
轻微扰动
下回次钻头
探底情况
钻头不能顺利到底
（表明钻孔存在坍塌现象）
钻头能顺利到底
（表明孔壁完好）
从对比表中可以看出，钻进时采用中、高压对地层扰动厉害，易造成钻孔坍塌。
结论：
钻进压力大要因
确认四：
成孔后待孔时间长
施工规范要求，钻孔成孔后24小时内应完成砼灌注工作，若待孔时间延长，孔壁泥皮可能发生脱落，导致钻孔坍塌。
结论：
成孔后待孔时间长非要因
确认五：
护筒长度不够
使用护筒的目的是罩住淤泥层。
现场验证，前期施工中使用的护筒长度有2m、3m两种类型，而场区淤泥层底埋深在5.9—6.8m之间，很显然，护筒长度远小于淤泥层层底埋深。
结论：
护筒长度不够
是要因
确认六：
泥浆中膨润土掺量不够
结论：
泥浆中膨润土掺量不够非要因
通过验证，找到了造成“钻孔坍塌”的主要原因是：
1、钻进压力大；2、护筒长度不够。
八、制定对策
对策表表6
序号
要因
对策
目标
措施
实施人
检查人
完成
时间
1
钻进压力大
调整钻进施工参数
对地层扰
动轻微
1、选择钻进施工参数；
2、现场对操作手进行操作技能培训；
2、按调整后的施工参数进行施工。
姜红
龙晓丹
晏绍礼
刘武
孙君武
06年11月
3日前
2
护筒长度不够
现场施工采用长护筒
护筒长度大于淤泥层层底埋深
1、加工制作长护筒；
2、施工中使用长护筒；
3、采取措施起拔长护筒。
郑礼
刘武
姜红
晏绍礼
06年11月
5日前
制表：
毕晶晶2006年10月31日
九、对策实施
实施一：
调整钻进施工参数
1、选择钻进施工参数
（1）11月1-2日，针对淤泥质粘土层，技术顾问龙工采用不同的施工参数进行旋挖作业。
小组主要成员现场担当评委，质检员孙君武对试验进程记录如下：
施工参数
回次进尺（m）
钻进压力（KN）
0.8-1.0
0.4-0.6
60-80
（中压）
30-40
（低压）
钻进地层
淤泥质粘土
淤泥质粘土
淤泥质粘土
淤泥质粘土
钻进携出
物特征
部分表现
为淤泥
淤泥质粘土
部分表现
为淤泥
淤泥质粘土
对地层
影响
扰动
厉害
轻微
扰动
扰动
厉害
轻微
扰动
（2）小组成员龙工考虑到，由于钻头底部为锥型，成孔孔底约0.5m区段的孔壁成螺纹状，且孔径较小。
如果后回次钻头直接下落到上回次孔深，必然会对孔壁产生较大的突压力，对孔壁破坏厉害；如果后回次钻头下落深度比上回次孔深浅0.5m，然后旋转低压钻进，便能较好地修复孔壁同时避免扰动地层。
由于旋挖钻机有孔深记录仪，易于操作。
按此思路进行实践，取得了满意效果。
为此，龙工将软土层钻进操作要点总结为：
软着陆、低压力、少进尺。
2、现场进行操作技能培训
3、11月3日后，2名操作手按照新的操作要点进行钻进，在淤泥质粘土段，钻孔坍塌现象明显减少，钻进携出物中再没有发现流塑的淤泥了，连现场监理工程师都在纳闷，怎么后面施工基桩地层发生了变化，2名操作手暗地里发出了会心的微笑。
实施二：
现场施工采用长护筒
1、实施一对于防止淤泥质粘土坍塌起到了较好的效果，淤泥层由于流塑性强，自立性很差，要想在施工中不出现孔壁坍塌，仅靠调整钻进施工参数无能为力。
11月3日，Mg11-2孔施工时，项目部因地制宜，将2节2m、1节3m的护筒孔口焊接，并投入施工，施工进行得很顺利，成孔时间仅用9.0小时。
但遗憾的是，砼灌注结束，Mg11-2孔护筒未能拔出地面造成了严重的经济损失。
是什么原因导致Mg11-2孔护筒被埋呢？
小组成员分析，其一：
护筒太长，摩擦力和地层吸力太大；其二：
护筒在孔口焊接，连接处形成陡坎，也增大了护筒起拔难度。
Mg11-2孔护筒Mg11-2桩护筒被埋图片
2、11月4日，新加工的3节7m长护筒运抵施工现场，由于护筒是一次性加工而成，顺直且同心度好，小组成员对其投入使用感到放心。
不曾想到，成桩完毕，起拔护筒仍让人伤透脑筋，最后动用了旋挖钻机、挖机、吊车等现场重型机械，护筒总算拔出来了。
一次性加工而成的7m长护筒护筒艰难起拔
分析原因，护筒太长，摩擦力和地层吸力太大，尤其是初始起拔力要求足够大。
3、小组成员郑礼提议，混凝土灌注过程中，当砼面进入护筒1—2m后，先将护筒上拔0.3—0.5m，再继续灌砼，这样便可降低对初始起拔力的要求。
该提议很快付诸实践，由于护筒已经松动，这为稍后进行的拔护筒工作提供了便利，护筒起拔显得较为轻松。
效果检查：
由于采用了长护筒，淤泥段不再存在护壁问题，成孔时间大幅度减少，达到了预期效果；同时措施3付诸实践后，护筒起拔难度也明显降低，在其后的施工中，未再发生护筒被埋事件。
十、效果检查
1、与活动目标值对比
至12月9日止，我项目部完成全部桩基施工，该工程自10月15日开工，施工共历时55天，较合同工期60天提前了5天。
12月12日，小组成员毕晶晶对活动期间和对策实施后灌注桩成孔时间进行了统计，结果如下：
活动期间灌注桩成孔时间折线图
对策实施后成孔时间调查表表8
内容
施工日期
施工
桩数
成孔最长时间（h）
成孔最少时间（h）
平均成孔时间（h）
成孔时间目标值（h）
11月5日
～
12月9日
97
9.6
8.1
8.8
9.4
活动前后灌注桩成孔时间对比图
从图中可以看出，小组活动实施后，灌注桩成孔时间由实施前14.7小时减少至8.8小时，比目标值9.4小时减少了0.6小时，实现了小组所制定的活动目标。
2、对97根基桩1-13m段砼灌注充盈系数进行统计，其数值介于1.24—1.13之间，平均值为1.18。
表明所成钻孔1-13m段钻孔坍塌现象已得到有效控制。
另一方面，通过查看原始施工记录、施工日志等手段，对97根基桩仍存在的导致成孔时间延长的情形进行分类统计，制作出调查表和饼分图（见表9、图十）：
导致灌注桩成孔时间延长影响因素调查表
表9
序号
影响因素
损失时间
（小时）
累计损失时间（小时）
频率
（%）
累计频率（%）
1
钻机故障
50
50
42.7
42.7
2
待浆
31
81
26.5
69.2
3
钻孔坍塌
14
95
12.0
81.2
4
其它
22
117
18.8
100
合计
117
100
其它22小时
18.8%
由饼分图可见,钻孔坍塌问题已基本解决，小组目标实现。
3、至12月29日，本次施工的工程桩全部完成声波检测。
134根工程桩实测波形良好，其中Ⅰ类桩128根，占检测桩总数的95.5%，Ⅱ类桩6根，占检测桩总数的4.5%，无Ⅲ、Ⅳ类桩。
（二）经济效益
1、活动收益
对策实施后，完成的97根基桩2-13m段砼灌注充盈系数其数值介于1.24—1.13之间，平均值为1.18。
故节约商品砼数量为：
1.13×[（1.48-1.18）×5+（1.32-1.18）×6]×97=256.5m3
节约商品砼价值：
256.5m3×310元/m3=79500元
对策实施后共节约台班:
（14.7-8.8）×97÷24=23台班
节约台班费:
23台班×4432.36元/台班==101900元
2、活动投入
3节7m长护筒加工制作费：
21m×1000元/m==21000元
Mg11-2桩护筒被埋失费用：
7m×1000元/m==7000元
3、实际经济效益
79500+101900-21000-7000==153400元
（三）社会效益
通过小组活动，项目部较合同工期提前4天完成桩基任务，该工程优质高效，赢得了业主肯定和赞扬，2006年12月份项目部被业主授予“突出贡献单位”；12月30日，业主又和我公司签定了40000mCFG桩施工任务。
该工程已经上马。
十一、制定巩固措施
为了对所取得的成果进行有效的巩固，经有限公司技术部审定，已将“施工中使用长护筒”及钻进中“软着陆、低压力、少进尺”的操作要点纳入湖北中南勘察基础工程有限公司“软土地区旋挖钻进施工技术规定（ZNKJ-XWJS-02）”中；有限公司技术部还将下列桩基护筒防埋措施在其它钻孔灌注桩项目加以推广。
十二、活动体会和下一步打算
通过开展QC小组活动，项目部解决了软土地区旋挖钻进钻孔坍塌问题，缩短了灌注桩成孔时间，较合同工期提前4天完成了施工任务。
与此同时，通过开展QC小组活动，增强了小组成员的团结协作与创新精神，小组成员分析和解决问题的能力也得到提高。
为进一步推广旋挖钻进工艺，小组成员经过分析讨论，确定下次活动的课题为：
“提高在较厚填土层中旋挖钻进成孔效率”
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