巖溶地區(qū)橋梁樁基勘察、設計及溶洞處理方案設計攻關

巖溶地區(qū)區(qū)橋梁樁樁基勘察察、設計計及溶洞洞處理方方案設計計攻關佛山一環(huán)環(huán)工程設設計QC小組綜合交通通規(guī)劃設設計研究究院二○○六六年四月月匯報內(nèi)容容一、工程程簡介二、小組組基本情情況三、選題題理由四、設定定目標五、PDCA循環(huán)的實實施六、QC小組成果果認證材材料一、工程程簡介佛山市和和順至北北滘公路路主干線線工程即即為規(guī)劃劃“一環(huán)環(huán)”快速速路的東東環(huán)，又又是規(guī)劃劃“縱5”線的一部部分，““縱5”線路線走走向原則則上延用用原規(guī)劃劃“南北北二線””的線位位走向，，縱跨南南海區(qū)、、順德區(qū)區(qū)。東環(huán)環(huán)起于順順德北滘滘“橫2”線，終于于南海區(qū)區(qū)和順““橫6”線，全線線約36.7km。本工程程設計標標分為三三個標段段，我院院（上海海市政工工程設計計研究院院）承擔擔了一標標段的設設計任務務。路線線位于佛佛山市南南海區(qū)境境內(nèi)，工工程范圍圍南起南南海區(qū)東東平水道道北側的的東平路路，樁號號11+700處，與二二標段工工程相接接。北端端終至于于南海區(qū)區(qū)和順鎮(zhèn)鎮(zhèn)南側的的廣和公公路（規(guī)規(guī)劃橫二二線），，即“一一環(huán)”的的東北角角，路線線全長約約24.63km。我院承擔擔設計的的一標段段路線全全長24.63km，設置互互通式立立交6座：佛平平路立交交、海八八路立交交、聯(lián)桂桂公路立立交、南南鹽公路路立交、、里橫路路立交、、和順南南立交；；橫向分分離式立立交4座：桂平平路立交交、海五五路立交交、水口口路立交交、規(guī)劃劃環(huán)鎮(zhèn)北北路立交交；特大大橋2座（大型型互通式式立交范范圍以外外）；大大橋6座；涵洞洞21道；出入入口7對（除互互通式立立交以外外），通通道12處（其中中人行天天橋8座）。線路（K23+700～K36+330）為灰?guī)r巖分布地地段（DS13、DS15、DS17標），普普遍發(fā)育育有巖溶溶、土洞洞。洞穴穴以淤泥泥混砂半半充填為為主，已已揭露地地段以雅雅瑤水道道、和順順立交及及里橫路路橋附近近巖溶較較發(fā)育，，對路基基穩(wěn)定有有地面塌塌陷與不不均勻沉沉降的不不安全隱隱患，尤尤其是上上部土層層中的土土洞，在在外力作作用下(如地震、、施工時時機械對對土層的的擾動、、地下水水條件的的改變)會引起地地面塌陷陷。在雅雅瑤水道道、里橫橫路及和和順南立立交橋場場地施工工鉆探時時，在土土洞與溶溶洞發(fā)育育地段，，鉆探過過程中出出現(xiàn)多處處地面塌塌陷現(xiàn)象象，鉆機機掉入塌塌陷的坑坑內(nèi)。勘探孔編編號：Pm22-1一、塌陷陷時間及及原因：：2004年6月20日，在進進行超前前地質鉆鉆探時塌塌陷，塌塌陷時鉆鉆探深度度-59.78m,有兩層溶溶洞，溶溶洞分別別深7.2m、12.6m。二、塌陷陷深度h及面積s：h--=5mS=ππ×4.52=63.62m2勘探孔編編號：Pm26-1一、塌陷陷時間：：2004年6月31日在在進行地地質超前前鉆探過過程中下下陷，地地層情況況復雜。。二、塌陷陷深度h及面積s：h--=2.5mS=π××3.52=38.48m2勘探孔編編號：Pm23-1一、塌陷陷時間：：2004年6月13日在超超前地質質鉆機撥撥管后地地表大面面積塌陷陷，地層層下有四四層溶洞洞，最小小深度3.6m，最大深深度9.7m，地質情情況極具具復雜，，施工時時準備注注漿及下下深鋼護護筒。二、塌陷陷深度h及面積s：h--=7mS=ππ×42=50.27m2勘探孔編編號：Pm28-3一、塌陷陷時間及及原因：：2004年8月8日在超前前地質鉆鉆機撥管管后，地地面塌陷陷，垂直直于樁位位有6層溶洞，，最小深深度3.9m，最大深深度11.7m。二、塌陷陷深度h及面積s：h--=2mS=π××2.12=13.85m2二、小組組基本情情況1.建立日期期小組名稱稱：佛山山一環(huán)工工程設計計QC小組課題名稱稱：巖溶溶地區(qū)橋橋梁樁基基勘察、、設計及及溶洞處處理攻關關成立日期期：2004年4月10日注冊日期期：2004年4月15日注冊編號號：2004－08完成日期期：2006年4月30日課題類型型：攻關關型1.建立日期期成果驗證：經(jīng)過技術和經(jīng)經(jīng)濟論證，和和必要的理論論分析，對于于巖溶地區(qū)橋橋梁樁基勘察察、設計及溶溶洞處理取得得定性定量的的成果，確定定了對于佛山山一環(huán)及相識識地層樁基礎礎勘察的最優(yōu)優(yōu)勘察及布孔孔方案，比原原先的勘察方方法節(jié)省約50％工程量，并并保證了溶洞洞勘察的質量量；根據(jù)勘察察的結果，對對于不同的溶溶洞大小和分分布方式，樁樁基礎的布置置采用合適優(yōu)優(yōu)化的方案，，很久實際的的地層選擇最最優(yōu)的樁基礎礎布置，節(jié)約約工期，節(jié)省省造價；對于于不同的溶洞洞，確定合適適安全的溶洞洞處理方式，，在保證工程程質量的基礎礎上，減少了了溶洞處理的的工程量（工工程造價）。。2.成員組成小組成員共有有9人，其中教授授級高工2人，高級工程程師4人，工程師3人；文化程度度均為大學本本科以上，組組內(nèi)分工明確確。章曾煥擔擔任項目審定定，嚴金奎擔擔任項目審核核，宋華茂、、郝維索擔任任正副組長，，組員分別為為范丙臣、胡胡立新、黃星星、張芳生、、孫巍，組內(nèi)內(nèi)分工明確。。2.成員組成序號姓名年齡性別文化職稱組內(nèi)分工1章曾煥63男大本教授級高工總體把關，資料收集、項目審定2嚴金奎53男大本教授級高工總體把關，資料收集、項目審核3宋華茂36男碩士高工組長，總體協(xié)調(diào)，資料收集，樁下應力、位移場計算分析4郝維索35男大本高工副組長，上?？傮w協(xié)調(diào)，資料收集5范丙臣30男碩士工程師組員，現(xiàn)場部分協(xié)調(diào)，樁下應力、位移場計算分析6黃星37男大本高工組員，現(xiàn)場勘察負責7胡立新30男大本助理工程師組員，現(xiàn)場協(xié)調(diào)，樁基礎設計、計算樁下應力、位移場計算分析8張芳生55女大本高工組員，樁基礎設計，溶洞處理方案9孫巍36男大本工程師組員，樁基礎設計，溶洞處理方案小組成員概況況表3.活動概況小組全體成員員接受TQC理論學習實踐踐累計360學時，人均40學時，本項目目在TQC理論指導下，，先后組織有有記錄的學習習12次，時間共計計48小時，在總院院領導、院領領導、技術主主管部門的指指導和幫組下下，經(jīng)過一PDACA循環(huán)后，QC小組的成果達達到并超過了了預期目標。。3.活動概況階段時間內(nèi)容負責人QC小組活動階段溶巖勘察PDCA各階段P12004.4.10選擇課題，明確分工，設定目標宋華茂D12004.5.30現(xiàn)狀調(diào)查，掌握特征，因果分析宋華茂C1、A12004.7.10技術論證，方案比選，取得共識宋華茂溶洞處理P階段P2－12004.8.12收集資料，參考依據(jù)郝維索P2－22004.9.25因果分析，確定要因郝維索P2－32004.10.25功能定位，規(guī)劃協(xié)調(diào)郝維索溶洞處理D階段D2－12004.12.25明確方向，制定對策宋華茂D2－22005.1.20技術論證，方案比選宋華茂溶洞處理C階段C2－12005.3.15方案討論，取得共識宋華茂C2－22005.4.20組織咨詢，完善方案宋華茂溶洞處理A階段A2－12005.6.30技術審核，檢查效果宋華茂A2－22005.9.04對照目標，效益評價宋華茂QC小組活動計劃劃表3.活動概況本QC小組在開展的的中環(huán)線工程程設計過程中中，完成的““上海市內(nèi)環(huán)環(huán)線、中環(huán)線線交通對策研研究課題”經(jīng)經(jīng)過市科委評評審，成果達達到國內(nèi)領先先水平，被評評為2004年度上海市科科學技術進步步三等獎。同同時設計組還還被評為2004年度上海市重重點工程立功功競賽先進集集體和上海市市服務型共青青團員先進集集體稱號。三、選題理由由確定溶巖地區(qū)區(qū)的勘察方法法及布孔原則則通過調(diào)研分析析，找出針對對廣東溶巖地地區(qū),尤其是針對佛佛山一環(huán)東線線、北線灰?guī)r巖地質情況的的巖層勘察方方法和可靠經(jīng)經(jīng)濟的勘察布布孔原則，以以確保能摸清清樁下溶巖的的準確分布。。確定樁基嵌巖巖深度、樁下下最小安全巖巖層厚度通過空間有限限元分析，對對樁下溶洞的的應力場、位位移場進行分分類分析，對對于樁基嵌巖巖深度、樁下下最小安全巖巖層厚度等作作分析和總結結。提出溶洞處理理的指導性意意見結合佛山一環(huán)環(huán)里水涌橋、、和順南立交交等溶巖發(fā)育育地區(qū)樁基的的施工，對各各類典型的溶溶洞樁基分析析研究，給出出勘察、溶洞洞處理的指導導意見，并結結合注漿、護護筒、充填等等實際施工方方案，和大應應變測試結果果，對上述分分析結構和施施工指導性意意見進行驗證證。本次QC小組本次QC小組活動，目目的在于確定定溶巖地區(qū)經(jīng)經(jīng)濟可靠的物物探及勘察布布孔原則，并并通過理論分分析、試驗研研究，確定溶溶巖地區(qū)樁基基設計的原則則，對于溶洞洞處理提出指指導性的方案案。目標使佛佛山一環(huán)我院院設計標段的的橋梁樁基安安全可靠，并并比以往橋梁梁樁基的勘察察、施工節(jié)省省工程造價，，體現(xiàn)了QC成果“小、實實、活、新””的特點。四、設定目標標根據(jù)溶洞勘察察的新方法、、新工藝，確確定適合佛山山一環(huán)東線、、北線溶巖發(fā)發(fā)育地區(qū)的勘勘察方法及優(yōu)優(yōu)化的勘察布布孔原則，保保證地質勘察察的準確性，，有運用新方方法、新工藝藝，節(jié)省勘察察費用。確定溶巖地區(qū)區(qū)樁基的嵌巖巖深度和樁下下穩(wěn)定巖層的的深度，為選選定合適的樁樁尖標高提高高依據(jù)。根據(jù)本工程溶溶洞分布的特特點，提出針針對性的溶洞洞處理指導性性意見。降低工程建設設費用5000萬元。1.目標值2.目標可行性分分析我院已建立ISO9001－2000質量保證體系系，質量控制制有章可循；；人員可行性：：小組成員為為各專業(yè)的技技術骨干，有有豐富的理論論知識和實踐踐應用經(jīng)驗，，接受過系統(tǒng)統(tǒng)的TQC教育，具備運運用TQC理論分析和解解決實際問題題的能力；技術可行性：：有總師技術術指導，掌握握大量工程實實踐資料，具具備綜合技術術分析的能力力，通過專家家評審、交警警征詢和專題題研討等形式式，使方案實實施具有可操操作性。以佛山一環(huán)工工程為依托，，理論和實踐踐相結合。結論：QC小組全體成員員在TQC理論的指導下下，努力鉆研研、通力合作作，按時、保保質地完成預預定目標是可可以實現(xiàn)的。。五、PDCA循環(huán)的實施1.現(xiàn)狀調(diào)查（1）現(xiàn)場調(diào)查溶巖地層（喀喀斯特地層））在我國分布布廣泛，尤其其在廣東、浙浙江、云南等等地，常遇溶溶巖發(fā)育、地地層起伏、斷斷層密集地質質，在此地層層建設高速公公路或城市道道路，道路線線位、大橋橋橋位、立交位位置、橋梁結結構須對溶巖巖因素作研究究和評估，以以便保證工程程安全和質量量，控制工程程造價。目前對于溶巖巖地區(qū)的勘察察方法眾多，，如電測法、、跨孔CT、一樁三孔（（一樁多空））勘察、管波波法勘察等，，各勘察物探探的優(yōu)劣不一一，其中管波波法是最近出出現(xiàn)的一種溶溶巖地區(qū)勘察察的新工藝，，實踐中對于于單孔的溶洞洞探測效果較較好各種方法法特點、使用用范圍及費用用不一，設計計一般采取避避開特大溶洞洞，處理中小小溶洞的原則則，施工中以以下護筒和沖沖填為主。設設計和施工中中均存在一定定的風險，廣廣東地區(qū)高速速公路工程建建設中常遇樁樁基抽芯或承承載力檢測發(fā)發(fā)現(xiàn)樁下溶洞洞處理不善，，承載力不夠夠，或橋梁建建設過程中樁樁基明顯沉降降等事故，一一般須再進行行樁底壓漿、、加樁等方法法進行處理，，對控制工程程質量、工期期和造價帶來來困難。溶洞地區(qū)的勘勘察、設計、、施工目前沒沒有較為統(tǒng)一一的方案，各各設計院、勘勘察單位、施施工單位均根根據(jù)自身的經(jīng)經(jīng)驗和習慣進進行，方法和和水平不一。。1.現(xiàn)狀調(diào)查（2）技術調(diào)查對上述幾種勘勘察方法的效效果、費效比比、風險悉數(shù)數(shù)進行了評估估，初步確定定在溶巖地區(qū)區(qū)以單樁單孔孔作普遍探測測，并在有溶溶洞可能分布布的區(qū)域樁基基加設管波探探測，由于管管波探測是一一種新型的巖巖層探測方法法，實踐中須須跟蹤觀察，，并在第一批批試驗樁基探探測結果出來來后，進行評評估，根據(jù)評評估結果廣泛泛推廣。對于溶巖地區(qū)區(qū)的樁基設計計，尤其是長長短樁的控制制、樁基的最最小嵌巖深度度、樁下穩(wěn)定定巖層的控制制等，換未有有確定統(tǒng)一的的原則。對于溶洞處理理，不同的方方法處理一根根樁基，費用用從1萬元～50萬元不等，分分散性較強，，選用合適的的溶洞處理方方式，不僅可可以保證工程程質量，還可可以節(jié)省相當當?shù)墓こ淘靸r價。本課題QC小組通過調(diào)查查研究，收集集資料，征詢詢部分專家和和有關單位的的意見，召開開專題會議進進行技術研討討，結合國內(nèi)內(nèi)外工程的建建設和管理經(jīng)經(jīng)驗，列出了了項目攻關可可以考慮的因因素，歸納出出對工程質量量、造價影響響的10條末端原因：：對樁下溶洞分分布須采用有有效、明確的的勘察手段和和方法。地質鉆孔及物物探布置的綜綜合技術經(jīng)濟濟分析。樁下穩(wěn)定巖層層最小厚度的的確定。樁基嵌巖深度度的確定。嵌巖樁的最大大深度確定。。溶巖地區(qū)橋梁梁樁基摩擦樁樁的布置。溶洞處理的方方法選擇（大大小溶洞）。。溶巖地區(qū)橋梁梁樁基施工的的相互影響和和施工開孔的的布置。溶洞處理護筒筒深度的選擇擇。溶洞處理的勘勘察、注漿、、施工的相結結合處理方案案。2.分析原因3.確定要因全體QC小組成員對系系統(tǒng)圖中找出出的10條末端原因進進行了認真討討論和分析，，并請經(jīng)驗豐豐富的技術專專家、相關部部門人員一起起進行技術咨咨詢，分析結結果歸納成表表3“主要原因確認認表”。3.確定要因序號末端原因論證分析是否要因1對樁下溶洞分布須采用有效、明確的勘察手段和方法。準確勘察樁下溶洞的分布是設計和施工重要基礎是2地質鉆孔及物探布置的綜合技術經(jīng)濟分析?？晒?jié)省勘察費用，但費重要因素否3樁下穩(wěn)定巖層最小厚度的確定。關系到樁基的安全與樁尖標高（工程量、進度）是4樁基嵌巖深度的確定。嵌巖深度的深淺與樁基的承載力相關，費重要因素否5嵌巖樁的最大深度確定樁基過深無法施工否6溶巖地區(qū)橋梁樁基摩擦樁的布置當穩(wěn)定持力巖層很深時，必須考慮樁基為摩擦樁，以保證質量和施工工期是7溶洞處理的方法選擇（大小溶洞）溶洞處理的成敗直接關系到樁基的質量和工程造價是8溶巖地區(qū)橋梁樁基施工的相互影響和施工開孔的布置須考慮，但非重要因素否9溶洞處理護筒深度的選擇須考慮，但非重要因素否10溶洞處理的勘察、注漿、施工的相結合處理方案須考慮，但非重要因素否3.確定要因通過討論，我我們從10條末端原因中中共找出4條作為主要原原因，分別為為：樁下溶洞分布布須采用有效效、明確的勘勘察手段和方方法。樁下穩(wěn)定巖層層最小厚度的的確定。溶巖地區(qū)橋梁梁樁基摩擦樁樁的布置。溶洞處理的方方法選擇（大大小溶洞）。。根據(jù)““主主要原因確認認表”中所找找出的4個主要原因，，本QC小組按照“5W1H”的原則，制定定出相應對策策和具體措施施，并按照技技術管理的要要求，落實具具體執(zhí)行人，，確定完成時時間，并且對對執(zhí)行人的執(zhí)執(zhí)行情況進行行檢查。4.制定對策4.制定對策序號要因對策What目標Why措施How地點Where時間When執(zhí)行人Who檢查人1樁下溶洞分布須采用有效、明確的勘察手段和方法研討分析，技術經(jīng)濟評估找出優(yōu)化的樁下溶洞勘察方法調(diào)研、比較、各種反法案的技術經(jīng)濟評估院辦公室、佛山現(xiàn)場2004.4.20～5.15黃星胡立新宋華茂2樁下穩(wěn)定巖層最小厚度的確定有限元分析、調(diào)研確定樁下最下穩(wěn)定晚曾的厚度采用ANSYS軟件進行分析院辦公室2004.8.1～9.20范丙臣郝維索3溶巖地區(qū)橋梁樁基摩擦樁的布置方案比較，分析采用摩擦樁解決55仍未發(fā)現(xiàn)持力巖層的樁基分別九沉井、摩擦樁、硬作嵌巖樁作方案比較院辦公室、施工現(xiàn)場2004.9.20～10.22郝維索宋華茂4溶洞處理的方法選擇（大小溶洞）調(diào)研、計算分析提出溶洞處理的指導性意見分析、借鑒以往的工程，加以計算分析，做好技術經(jīng)濟分析，選擇合適的溶洞處理方案工程現(xiàn)場、院辦公室2003.4.7～4.22黃星宋華茂郝維索對策表針對對策表中中制定的對策策，小組人員員和相關專業(yè)業(yè)人員分別按按照進度對主主要原因分析析研究，運用用多方案比較較，群策群力力，對勘察設設計的全過程程進行了質量量控制，并采采用走出去，，請進來的方方式，聽取當當?shù)貙＜?、物物探、勘察、、監(jiān)理、施工工單位的意見見，完善和優(yōu)優(yōu)化了實施方方案，為攻關關起到積極和和促進作用。。每次活動均做做好記錄，內(nèi)內(nèi)容完整，制制定對策的針針對性強，做做到對策與要要因想對應。。5.實施對策要因1：樁下溶洞洞分布須采采用有效、、明確的勘勘察手段和和方法實施：調(diào)研現(xiàn)可行行的各種勘勘察手段，，了解其效效果和報價價。正對東線溶溶巖發(fā)育地地區(qū)的橋梁梁樁基作勘勘察方案進進行技術經(jīng)經(jīng)濟比較。。評估選擇超超前鉆+管波初步作作為本工程程的勘察方方法，加以以傳統(tǒng)的一一樁三孔進進行驗證5.實施對策要因2：樁下穩(wěn)定定巖層最小小厚度的確確定實施：采用ANSYS軟件進行分分析參照文獻和和規(guī)范選取取合適的樁樁下最小穩(wěn)穩(wěn)定巖層5.實施對策5.實施對策要因3：溶巖地區(qū)區(qū)橋梁樁基基摩擦樁的的布置實施：分別九沉井井、摩擦樁樁、硬作嵌嵌巖樁作方方案比較。。根據(jù)比較分分析，摩擦擦樁為合適適的方案5.實施對策要因4：溶洞處理理的方法選選擇（大小小溶洞）實施：調(diào)研各種溶溶洞處理方方法的可靠靠性、經(jīng)濟濟性。確定充填和和下鋼護筒筒的溶洞高高度分界溶洞處理的的注意事項項（1）與目標值值的對比經(jīng)過技術和和經(jīng)濟論證證，和必要要的理論分分析，對于于巖溶地區(qū)區(qū)橋梁樁基基勘察、設設計及溶洞洞處理取得得定性定量量的成果，，確定了對對于佛山一一環(huán)及相識識地層樁基基礎勘察的的最優(yōu)勘察察及布孔方方案，比原原先的勘察察方法節(jié)省省約50％工程量，，并保證了了溶洞勘察察的質量；；根據(jù)勘察的的結果，對對于不同的的溶洞大小小和分布方方式，樁基基礎的布置置采用合適適優(yōu)化的方方案，很久久實際的地地層選擇最最優(yōu)的樁基基礎布置，，節(jié)約工期期，節(jié)省造造價；對于不同的的溶洞，確確定合適安安全的溶洞洞處理方式式，在保證證工程質量量的基礎上上，大大減減少了溶洞洞處理的工工程量（工工程造價））。6.效果檢查（2）效益檢查查技術效益通過QC小組活動，，確定溶巖巖地區(qū)經(jīng)濟濟可靠的物物探及勘察察布孔原則則，并通過過理論分析析、試驗研研究，確定定溶巖地區(qū)區(qū)樁基設計計的原則，，對于溶洞洞處理提出出指導性的的方案。目目標使佛山山一環(huán)我院院設計標段段的橋梁樁樁基安全可可靠，并比比以往橋梁梁樁基的勘勘察、施工工節(jié)省4000萬元以上的的工程造價價（約占工工程建安費費的2％）。為