运用QC方法控制基础桩钢芯的水平位移.docx
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运用QC方法控制基础桩钢芯的水平位移
逆作施工中基础桩钢芯的垂直度控制
(中国建筑一局集团STOCKMANN项目QC小组)
一、工程简介:
斯多克曼工程地处圣彼得堡市中心区莫斯科火车站对角,最繁华的新涅瓦大街东端。
该项目是集购物、办公、娱乐为一体的多功能商业综合地标性建筑,总建筑面积97719㎡。
工程结构形式为钢筋混凝土框架剪力墙结构,屋盖结构为预制混凝土楼板,地下四层、地上九层,檐高:
+38.035m。
外装饰为玻璃幕墙、金属板墙和欧式造型外墙装饰。
工程位于波罗的海基准面以上大约6m(绝对海拔高度)的位置,由于长期冰川活动导致这个地区的地质结构非常复杂,地下沉积物经探测达到深度-31m(绝对海拔高度)。
这些沉积物主要为流沙、淤泥和流塑性粘土。
该工程地下四层,基坑深度15米为目前当地最深基坑,工程紧邻周边百年以上砖木结构建筑,距最近周边建筑只有40cm。
由于本工程紧邻周边建筑,为确保近距离的周边建筑和地下设施的安全,在基坑开挖之前用微型桩、高压注浆和预应力钢带等方法对周边建筑进行综合加固,基坑支护主要采用钢板桩,局部采用地连墙进行支护,同时地下主体结构采用逆作施工方法,地上结构与地下逆作结构同时施工,依据常规施工方法进行。
二、选题理由:
本工程地下结构采用逆作法施工,自±0.00梁板向下,梁板作为水平支撑结构,外围钢板桩和局部地连墙作为周边支护结构,基础桩钢芯作为临时竖向支撑结构,共同构成逆作施工过程中的支撑体系。
基础桩由钢护筒护壁钻孔桩、泥浆护壁钻孔桩和泥浆护壁挖孔桩组成,其中泥浆护壁挖孔桩及桩上钢芯为该工程的主要承重结构,也是本次攻关的主要对象。
(见图1钢芯-临时支撑示意图)
图1钢芯-临时支撑示意图
制图:
王健时间:
2008年9月
泥浆护壁挖孔桩采用泥浆护壁,地连墙挖孔设备进行挖孔,桩截面尺寸3300×1200mm,呈长方型,以下简称方桩。
方桩底部标高为-40.80m,混凝土浇筑到上部标高为-12.90m,待逆作法施工到地下4层底板时,再剔凿到-13.90m。
按照图纸设计,方桩的钢芯由25mm和27mm厚的钢板焊接成600×600正方形截面18.5m长的钢管。
钢芯预埋在混凝土中,钢芯底部标高-16.80m,上部标高为+1.70m,钢芯内部浇筑混凝土,在-12.90m以上钢芯四周回填碎石。
(见图2方桩结构示意图)。
图2方桩结构示意图
制图:
王健时间:
2008年9月
由于方桩上部钢芯不仅在地下逆作施工过程中作为主要临时支撑结构,同时土方开挖后钢芯四周将绑扎钢筋,浇筑混凝土成为直径超过1m的承重圆柱,将作为永久支撑结构。
地下四层框架结构中的承重柱全部为这种内部钢芯混凝土,外部钢筋混凝土的组合框架柱。
钢芯的水平位移可能直接导致组合框架柱不能按预期设计的位置进行施工,给后续施工造成困难,甚至可能造成承重结构偏心受力,影响原设计结构整体安全。
所以对钢芯的施工质量控制非常重要,尤其是对钢芯在整个深度范围内水平位移,即垂直度的控制。
为此,项目部决定成立专门QC攻关小组,以确保桩钢芯施工质量符合要求。
三、小组成员简介:
小组成员组成表(表1)
小组名称
钢芯水平位移控制QC小组
活动时间
成立时间
2008.8.16
课题类型
攻关型
注册号
课题活动次数
9次
活动出勤率
100%
人数
9
小组成员情况
序号
姓名
性别
年龄
职务
受教育程度
职称
组内任职
1
王剑峰
男
36
总工程师
本科
高工
组长
2
王健
女
26
工程师
本科
助工
组员
3
梁尔军
男
35
质量经理
本科
高工
副组长
4
于晖
男
26
工程师
在读博士
组员
5
董迁
男
25
工程师
本科
助工
组员
6
杨亮
男
24
监测工
高中
无
组员
7
邱安书
男
43
监测工
初中
无
组员
8
朱燕
男
47
技术部经理
本科
工程师
副组长
9
马宁
男
36
项目经理
本科
高工
顾问
制表:
王健时间:
2009年1月
图3小组成员结构饼分图
制图:
王健时间:
2009年1月
四、现状调查
攻关小组成立后,立即组织小组内部分工,一部分人负责在网上搜索查阅类似工程相关资料,一部分人在圣彼得堡市内其他项目现场走访。
虽然国内有部分项目经验可以借鉴,但在本地这种地质条件、逆作施工15米深,采用钢芯做临时支撑的类似先例尚未有过。
经项目慎重研究,并与项目俄罗斯设计师协商的基础上,决定进行试验桩施工,以确定施工的有关参数,为后续施工积累经验,提供参考。
根据本工程特点,共选择3个位置进行试验桩试验。
分别为靠近西侧老建筑附近,靠近北侧老建筑附近和靠近东侧起义街附近。
之所以选择这3个位置,是因为这三个位置的地质情况有代表性,而且选择靠近基坑边侧的位置,施工同时还可以观测基坑围护结构的变形情况和周边老建筑的沉降情况。
2008年9月,现场组织进行试验桩施工,施工后对桩上下口坐标和整体垂直偏差进行测量,获得以下数据(见表2):
试验桩钢芯偏差统计表(表2)
编号
标高偏差
上口水平面坐标偏差
下口水平面坐标偏差
钢芯平面内倾斜情况
钢芯扭转情况
1号
0mm
10mm
61mm
严重
无
2号
3mm
18mm
-27mm
比较严重
无
3号
5mm
15mm
66mm
严重
轻微
制表:
王健时间:
2008年9月
由此得知,钢芯施工过程中,标高满足要求,上口坐标偏差在许可范围内,钢芯扭转的问题也基本上不存在。
但是与上口坐标对比,下口坐标的偏差都比较大,同时导致了钢芯平面内的倾斜比较严重。
(见图4试验桩深度位移曲线图)
图4:
试验桩深度位移曲线图图5:
钢芯偏移示意图
制图:
王健时间:
2009年1月
由试验桩深度位移曲线图分析的出,钢芯平面内发生偏移存在两种状况(见图5钢芯偏移示意图)。
一种是钢芯上下口反向偏移,此时a+b=c,另外一种是钢芯上下口同向偏移,此时b*-a*=c*。
在图4中,a、a*代表钢芯上口偏差,b、b*代表钢芯下口偏差,c、c*代表钢芯上口下口的相对偏差。
其中c、c*越大就代表钢芯平面内倾斜状况越严重,也就是钢芯垂直度不满足要求。
再结合3根试验桩的施工结果得出,控制钢芯的垂直度,重点在于控制钢芯下口偏差的大小,即b、b*值的大小。
五、设定目标值及可行性分析
本工程俄罗斯当地设计院给出的钢芯偏差许可为50mm,根据3根试验桩试验获得的结果,我们目前施工完成的桩钢芯上口水平位移满足设计偏差许可,下口整体偏移超出了设计许可。
经过QC小组成员研究讨论决定,将活动目标细化,定为钢芯水平位移小于20mm,即图5中的a、a*、b、b*均小于20mm,上下口相对位移小于15mm,即图5中的c、c*均小于15mm。
钢芯最大偏差对比计表(表3)
最大偏差
最大上口偏差a
最大下口偏差b
最大垂直度偏差c
设计偏差许可
50mm
试验偏差值
66mm
18mm
66mm
51mm
目标偏差值
≤20mm
20mm
20mm
15mm
制表:
王健时间:
2008年9月
图6:
最大偏差对比图
制图:
王健时间:
2008年9月
本工程逆作法施工采用钢芯先作为临时支撑,后成为永久性结构,在当地没有先例,施工难度非常大,但是我们还是非常有信心达到预定目标。
目标可行性分析如下:
六、原因分析
根据3根试验桩施工获得的经验,QC小组成员就影响钢芯垂直度的原因进行调查分析,运用因果分析图(见图7因果分析图)找出14条末端因素:
图7:
因果分析图
制图:
王健时间:
2008年9月
七、要因确认
为找出影响问题的主要原因,小组成员先对14条末端因素逐条进行深入细致的调查和分析,客观的确定真正的影响因素(见下表),再采用打分法确认主要原因。
影响因素确认表(表4)
序号
原因
确认
方法
确认情况
负责人
完成
时间
影响因素
1
未进行定位复测
现场验证
导墙在挖掘成孔过程中由于挖机碰撞会发生偏位,钢芯安装前和混凝土浇筑前均进行了定位复测。
马宁、王健、董迁
08.9.12
否
2
技术交底不到位
调查分析
先前下发的基础桩施工方案中,具体操作规则交代不是很详细。
贺小村、王剑峰
08.9.15
是
3
操作人员责任心不够
调查分析
需要进一步对施工质量的重要性进行强调,确立明确的奖惩制度。
马宁、贺小村、董迁
08.9.14
是
4
定位器未校准
现场验证
钢芯定位器本身的偏差非常小,经检验是合格的。
王健、杨亮
08.9.12
否
5
进场钢芯垂直偏差大
现场验证
需要对场外钢芯加工厂家进一步严格要求,对进场钢芯进行复测。
梁尔军、邱安书
08.9.15
是
6
现场放置支点和吊点位置不合理
现场验证
经过计算,现场放置支点和吊点位置都是符合要求的。
贺小村、于晖
08.9.12
否
7
石子粒径过大
现场验证
图纸设计要求石子粒径5-20mm,实际使用石子5-10,且配合砂子灌缝。
王健、董迁、于晖
08.9.14
否
8
钢芯内混凝土浇筑不及时
现场验证
桩内混凝土初凝后立即进行钢芯内混凝土的浇筑。
浇筑前定位器尚未拆除,故对钢芯偏位影响不大。
梁尔军、邱安书
08.9.15
否
9
钢芯与钢筋笼未绑定
现场验证
先安装钢筋笼,钢筋笼安装到位后,再安装钢芯,钢芯下口全凭上口定位器进行调垂来控制,钢芯下口容易偏移过大。
梁尔军、王健
08.9.14
是
10
混凝土单侧浇筑
现场验证
钢芯外侧浇筑混凝土,单侧下导管,当浇筑到钢芯底部时对钢芯下口冲击过大,很容易使钢芯发生倾斜。
王剑峰、王健
08.9.15
是
11
石子回填两侧不同步
现场验证
虽然回填石子时,钢芯下部混凝土已经初凝,但是强度不大,石子下放时对放心的冲击很容易造成钢芯移位。
王健、于晖、董迁
08.9.14
是
12
冬雨季节施工
调查分析
基础桩施工主要在8-12月份之间。
当地夏季多雨,冬季多雪,气候比较恶劣。
但基础桩主要为地下施工,受天气影响不太大。
梁尔军、王健
08.9.12
否
13
日照时间短
调查分析
本地冬季夜长昼短,阴雨天多,但现场辅助照明较好,基本上不影响施工。
于晖、王健、董迁
08.9.12
否
14
现场车辆来往影响
现场验证
现场土质含水量大,地面车辆来往碾压对未浇筑的和刚浇筑未初凝的钢芯影响都比较大。
需统筹安排车辆行走路线,安排专人进行疏导。
王剑峰、于晖
08.9.15
是
制表:
王健日期:
2008年9月
QC小组成员对确定出的7条真正的影响因素进行打分,平均分数3分以下的为非主要因素,根据小组讨论分析提出的方法,立即实施改进。
平均分数3分以上(含3分)的确定为主要因素,研究制定专门的对策和措施。
要因确认打分表(表5)
序号
影响因素
打分结果
要因确认
王健
于晖
董迁
王剑峰
梁尔军
马宁
贺小村
杨亮
邱安书
平均分
1
技术交底不到位
3
3
3
3
3
2
3
2
3
2.78
否
2
操作人员责任心不够
2
3
2
3
3
2
3
2
3
2.56
否
3
进场钢芯垂直偏差大
2
2
2
3
3
2
2
2
3
2.33
否
4
钢芯与钢筋笼未绑定
5
5
5
5
4
3
4
5
4
4.44
是
5
混凝土单侧浇筑
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5
是
6
石子回填两侧不同步
4
4
4
4
5
5
5
5
4
4.44
是
7
现场车辆来往影响
4
3
3
3
4
3
2
2
2
2.88
否
1-没有影响2-影响不大3有一定影响4-影响较大5-影响很大
制表:
王健日期:
2008年9月
八、制定对策
根据小组成员打分统计得出的3个主要原因进行判断、分析、理论计算和测试,小组成员大胆设想新方法,新措施,集思广益,总结出以下对策措施:
要因对策表(表6)
序号
要因
目标
对策
实施人
时间
1
钢芯与钢筋笼未绑定
控制钢芯在钢筋笼内部的偏移
钢芯与钢筋笼进行连接,并增加钢芯限位筋
马宁、王健、杨亮
08.9-
08.10
2
混凝土单侧浇筑
减小混凝土对钢芯冲击
从钢芯内部下管进行浇筑
贺小村、梁尔军、于晖
08.9-
08.10
3
石子回填两侧不同步
减小石子对钢芯的冲击
两侧同时回填石子
王剑峰、董迁、邱安书
08.9-
08.10
制表:
王健日期:
2008年9月
九、对策实施
具体措施制定出来之后,QC小组成员编制了《基础桩施工质量控制指导书》,下发各部门及施工班组人员手中,并召开技术交底会,对工程部以及施工班组等现场施工人员进行质量意识教育,组织大家进行专业知识学习,并针对钢芯水平位移控制的施工作业进行了专门的技术交底。
新措施执行过程中,QC小组成员全程跟踪新执行情况,每周统一进行一次现场检查,及时提出问题,并进行现场帮助和指导。
【实施对策一】根据钢筋笼尺寸和钢芯截面尺寸设计加工了钢芯限位筋(见图8钢芯限位筋示意图),在钢筋笼与钢芯的交接位置距上端500mm处,距下端200mm,400mm,600mm处各焊接一道。
最后一节钢筋笼下到到导墙处时,将钢筋笼架在导墙上,然后吊装钢芯,焊接4根吊筋,连接钢芯上端和钢筋笼上端,保证钢筋笼和钢芯同步安装到位。
然后焊接钢芯限位筋,使钢芯可以在一定范围内调整,但也不至于偏移过大。
图8:
钢芯限位筋示意图
制图:
王健时间:
2008年9月
【实施对策二】基础桩混凝土浇筑时,导管从钢芯中间下。
浇筑到混凝土浸没钢芯下口时,晚拔导管,利用混凝土自身的流动性,直至浇筑钢芯外部混凝土到设计标高后,再提升导管,补浇钢芯内部混凝土。
混凝土供应及时,避免了混凝土流动性降低,发生初凝状况,导致钢芯外混凝土浇筑不到位。
【实施对策三】回填石子时,两侧同时进行回填。
钢芯内混凝土初凝10小时后再开始回填石子。
并且制作环绕整根钢芯的木制溜槽,每吊斗石子下放适量石子到溜槽内,然后人工分流石子,两侧均匀回填。
十、效果检查
从策划到实施到检查,到出色的完成了活动目标,QC小组活动提高了基础桩施工质量,有效地控制了钢芯的垂直度。
这说明我们制定的改进措施是切实有效的,在现场也得到了很好的实施,也说明我们的QC小组活动对现场施工起到了不可或缺的指导意义。
同时QC小组活动也提高小组成员的质量意识和团结协作精神。
执行新措施后浇筑的60根桩的钢芯垂直度100%满足新目标要求。
(见下表7)
60根桩钢芯偏差统计表(表7)
最大偏差(mm)
最大上口偏差(mm)
最大下口偏差(mm)
最大垂直度偏差(mm)
偏差值
15-20
10-15
≤10
15-20
10-15
≤10
15-20
10-15
≤10
15-10
10-5
≤5
根数
35
17
8
17
31
12
33
25
2
23
22
15
百分比
58.4%
28.3%
13.3%
28.3%
51.7%
20%
55%
41.7%
3%
38.3%
36.7%
25%
制表:
王健日期:
2009年1月
更重要的是QC小组活动还获得了一定的技术效益,经济效益和社会效益。
(1)技术效益:
钢芯水平位移发生大的偏差会导致地下室柱子施工时增加施工难度,钢筋绑扎困难,柱子模板不能安装到位的一系列麻烦。
甚至由于框架柱偏心受力造成安全隐患,必要时柱子结构还需重新设计,延误工期。
而QC小组的活动有效地控制了钢芯的垂直度,最大限度的避免了以上的情况。
(2)经济效益:
首先降低了后续工序的施工难度,提高了施工效率,缩短了工期,按照合同约定,提前完工业主会给予施工方一定的奖励,而且在管理费、机械场地租赁费上面也将节约一大笔资金。
第二,避免了二次设计发生的相关费用。
而且如果钢芯发生较大偏位,柱子模板安装时遇到困难,为保证合理的保护层厚度,设计势必会要求增加柱子直径。
按柱直径1.2m,高4.2m计算,每根柱增加10cm直径,混凝土方量增加0.825m3,每层柱子平均65根,共4层,合计增加214.5m3混凝土用量。
按照当地价格标号B45的混凝土每立方米3900卢布,折合人民币870元。
经过QC小组活动严格的控制了钢芯垂直度,大约可节省18.59万元。
(3)社会效益:
本工程为芬兰投资,中国施工,建造在俄罗斯的国际工程,三个国家的政府部门都投注了相当多的关注目光。
优质快速的完成本项目会给公司和国家带来良好的社会影响。
工程本身的技术工艺特点,也使得当地众多建筑施工单位和科研单位密切关注,我们取得的每一步成功也给他们留下了许多宝贵的经验。
十一、巩固措施
由于运用了QC全面质量管理方法,钢芯垂直度偏差较设计许可偏差小了60%,证明我们的提出的对策得当,指定的措施可行,取得的效果也是显著的。
QC小组成员继续加强业务培训和相关知识、工艺的学习,加强对班组质量意识的进一步教育,加强现场检查监督,并及时归纳总结,将成功的经验进行整理,制定完善的方案,严格执行,把取得的效果巩固下去,进一步提高工程质量。
同时完成了论文《逆作施工基础桩上安装临时支撑定位技术》的编写,为其他类似工程的施工管理提供更趋合理完善的可借鉴的方法和经验。
十二、遗留问题和今后打算
(一)遗留问题
1、此次QC小组活动,虽然取得了非常良好的效果,但是通过此次活动也发现了年轻同志对全面质量管理程序还是有些的生疏,对这方面的了解还有欠缺。
2、我们QC小组活动所研究的钢芯水平位移的控制,是针对圣彼得堡深基坑逆作情况下的,对国内工程进行推广有一定的局限性。
(二)今后打算
通过此次活动,我们达到了预期的目的,不仅保证了工程的质量和施工进度,取得了良好的经济和社会效益,还培养出一大批的施工骨干力量,在以后工程中,他们将起到中坚作用。
我们打算在今后的工程项目中,针对不同的工程类型,不同的施工工艺,继续深入开展QC小组活动,提高小组人员素质和技术水平,运用科学化、规范化的理念指导施工,使得项目部的管理更上一层楼。
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- 运用 QC 方法 控制 基础 桩钢芯 水平 位移