巖溶地區(qū)橋梁樁基勘察、設計及溶洞處理方案設計（30頁）

1、巖溶地區(qū)橋梁樁基勘察、設計及溶洞處理方案設計攻關(guān)佛山一環(huán)工程設計QC小組綜合交通規(guī)劃設計研究院二六年四月匯報內(nèi)容一、工程簡介二、小組基本情況三、選題理由四、設定目標五、PDCA循環(huán)的實施六、QC小組成果認證材料一、工程簡介佛山市和順至北滘公路主干線工程即為規(guī)劃“一環(huán)”快速路的東環(huán)，又是規(guī)劃“縱5”線的一部分，“縱5”線路線走向原則上延用原規(guī)劃“南北二線”的線位走向，縱跨南海區(qū)、順德區(qū)。東環(huán)起于順德北滘“橫2”線，終于南海區(qū)和順“橫6”線，全線約36.7km。本工程設計標分為三個標段，我院（上海市政工程設計研究院）承擔了一標段的設計任務。路線位于佛山市南海區(qū)境內(nèi)，工程范圍南起南海區(qū)東平水道北側(cè)的

2、東平路，樁號11+700處，與二標段工程相接。北端終至于南海區(qū)和順鎮(zhèn)南側(cè)的廣和公路（規(guī)劃橫二線），即“一環(huán)”的東北角，路線全長約24.63km。 我院承擔設計的一標段路線全長24.63km，設置互通式立交6座：佛平路立交、海八路立交、聯(lián)桂公路立交、南鹽公路立交、里橫路立交、和順南立交；橫向分離式立交4座：桂平路立交、海五路立交、水口路立交、規(guī)劃環(huán)鎮(zhèn)北路立交；特大橋2座（大型互通式立交范圍以外）；大橋6座；涵洞21道；出入口7對（除互通式立交以外），通道12處（其中人行天橋8座）。線路（K23+700K36+330）為灰?guī)r分布地段（DS13、DS15、DS17標），普遍發(fā)育有巖溶、土洞。洞穴以淤

3、泥混砂半充填為主，已揭露地段以雅瑤水道、和順立交及里橫路橋附近巖溶較發(fā)育，對路基穩(wěn)定有地面塌陷與不均勻沉降的不安全隱患，尤其是上部土層中的土洞，在外力作用下(如地震、施工時機械對土層的擾動、地下水條件的改變)會引起地面塌陷。在雅瑤水道、里橫路及和順南立交橋場地施工鉆探時，在土洞與溶洞發(fā)育地段，鉆探過程中出現(xiàn)多處地面塌陷現(xiàn)象，鉆機掉入塌陷的坑內(nèi)?？碧娇拙幪枺篜m22-1一、塌陷時間及原因：2004年6月20日，在進行超前地質(zhì)鉆探時塌陷，塌陷時鉆探深度-59.78m,有兩層溶洞，溶洞分別深7.2m、12.6m。二、塌陷深度h及面積s：h=5m S=4.52=63.62m2 勘探孔編號：Pm26-1

4、一、塌陷時間：2004年6月31日 在進行地質(zhì)超前鉆探過程中下陷，地層情況復雜。二、塌陷深度h及面積s：h=2.5mS=3.52=38.48m2 勘探孔編號：Pm23-1一、塌陷時間：2004年6月13日 在超前地質(zhì)鉆機撥管后地表大面積塌陷，地層下有四層溶洞，最小深度3.6m，最大深度9.7m，地質(zhì)情況極具復雜，施工時準備注漿及下深鋼護筒。二、塌陷深度h及面積s：h=7m S=42=50.27m2勘探孔編號：Pm28-3一、塌陷時間及原因：2004年8月8日在超前地質(zhì)鉆機撥管后，地面塌陷，垂直于樁位有6層溶洞，最小深度3.9m，最大深度11.7m。二、塌陷深度h及面積s：h=2mS=2.12=

5、13.85m2二、小組基本情況 1.建立日期小組名稱：佛山一環(huán)工程設計QC小組課題名稱：巖溶地區(qū)橋梁樁基勘察、設計及溶洞處理攻關(guān)成立日期：2004年4月10日注冊日期：2004年4月15日注冊編號：200408完成日期：2006年4月30日課題類型：攻關(guān)型1.建立日期成果驗證： 經(jīng)過技術(shù)和經(jīng)濟論證，和必要的理論分析，對于巖溶地區(qū)橋梁樁基勘察、設計及溶洞處理取得定性定量的成果，確定了對于佛山一環(huán)及相識地層樁基礎(chǔ)勘察的最優(yōu)勘察及布孔方案，比原先的勘察方法節(jié)省約50工程量，并保證了溶洞勘察的質(zhì)量；根據(jù)勘察的結(jié)果，對于不同的溶洞大小和分布方式，樁基礎(chǔ)的布置采用合適優(yōu)化的方案，很久實際的地層選擇最優(yōu)的樁

6、基礎(chǔ)布置，節(jié)約工期，節(jié)省造價；對于不同的溶洞，確定合適安全的溶洞處理方式，在保證工程質(zhì)量的基礎(chǔ)上，減少了溶洞處理的工程量（工程造價）。2.成員組成小組成員共有9人，其中教授級高工2人，高級工程師4人，工程師3人；文化程度均為大學本科以上，組內(nèi)分工明確。章曾煥擔任項目審定，嚴金奎擔任項目審核，宋華茂、郝維索擔任正副組長，組員分別為范丙臣、胡立新、黃星、張芳生、孫巍，組內(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(guān)，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(guān)，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

7、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(chǔ)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(chǔ)設計，溶洞處理方案9孫巍36男大本工程師組員，樁基礎(chǔ)設計，溶洞處理方案 小組成員概況表 3.活動概況小組全體成員接受TQC理論學習實踐累計360學時，人均40學時，本項目在TQC理論指導下，先后組織有記錄的學習12次，時間共計48小時，在總院領(lǐng)導、院領(lǐng)導、技術(shù)主管部門的指導和幫組下，經(jīng)過一PDACA循環(huán)后，QC小組

8、的成果達到并超過了預期目標。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(shù)論證，方案比選，取得共識宋華茂溶洞處理P階段P212004.8.12收集資料，參考依據(jù)郝維索P222004.9.25因果分析，確定要因郝維索P232004.10.25功能定位，規(guī)劃協(xié)調(diào)郝維索溶洞處理D階段D212004.12.25明確方向，制定對策宋華茂D222005.1.20技術(shù)論證，方案比選宋華茂溶洞處理C階段C212005.3.15方案討論，取得共

9、識宋華茂C222005.4.20組織咨詢，完善方案宋華茂溶洞處理A階段A212005.6.30技術(shù)審核，檢查效果宋華茂A222005.9.04對照目標，效益評價宋華茂 QC小組活動計劃表 3.活動概況本QC小組在開展的中環(huán)線工程設計過程中，完成的“上海市內(nèi)環(huán)線、中環(huán)線交通對策研究課題”經(jīng)過市科委評審，成果達到國內(nèi)領(lǐng)先水平，被評為2004年度上海市科學技術(shù)進步三等獎。同時設計組還被評為2004年度上海市重點工程立功競賽先進集體和上海市服務型共青團員先進集體稱號。三、選題理由確定溶巖地區(qū)的勘察方法及布孔原則通過調(diào)研分析，找出針對廣東溶巖地區(qū),尤其是針對佛山一環(huán)東線、北線灰?guī)r地質(zhì)情況的巖層勘察方法和

10、可靠經(jīng)濟的勘察布孔原則，以確保能摸清樁下溶巖的準確分布。確定樁基嵌巖深度、樁下最小安全巖層厚度通過空間有限元分析，對樁下溶洞的應力場、位移場進行分類分析，對于樁基嵌巖深度、樁下最小安全巖層厚度等作分析和總結(jié)。提出溶洞處理的指導性意見結(jié)合佛山一環(huán)里水涌橋、和順南立交等溶巖發(fā)育地區(qū)樁基的施工，對各類典型的溶洞樁基分析研究，給出勘察、溶洞處理的指導意見，并結(jié)合注漿、護筒、充填等實際施工方案，和大應變測試結(jié)果，對上述分析結(jié)構(gòu)和施工指導性意見進行驗證。本次QC小組本次QC小組活動，目的在于確定溶巖地區(qū)經(jīng)濟可靠的物探及勘察布孔原則，并通過理論分析、試驗研究，確定溶巖地區(qū)樁基設計的原則，對于溶洞處理提出指導

11、性的方案。目標使佛山一環(huán)我院設計標段的橋梁樁基安全可靠，并比以往橋梁樁基的勘察、施工節(jié)省工程造價，體現(xiàn)了QC成果“小、實、活、新”的特點。四、設定目標根據(jù)溶洞勘察的新方法、新工藝，確定適合佛山一環(huán)東線、北線溶巖發(fā)育地區(qū)的勘察方法及優(yōu)化的勘察布孔原則，保證地質(zhì)勘察的準確性，有運用新方法、新工藝，節(jié)省勘察費用。確定溶巖地區(qū)樁基的嵌巖深度和樁下穩(wěn)定巖層的深度，為選定合適的樁尖標高提高依據(jù)。根據(jù)本工程溶洞分布的特點，提出針對性的溶洞處理指導性意見。降低工程建設費用5000萬元。1.目標值2.目標可行性分析我院已建立ISO90012000質(zhì)量保證體系，質(zhì)量控制有章可循；人員可行性：小組成員為各專業(yè)的技術(shù)

12、骨干，有豐富的理論知識和實踐應用經(jīng)驗，接受過系統(tǒng)的TQC教育，具備運用TQC理論分析和解決實際問題的能力；技術(shù)可行性：有總師技術(shù)指導，掌握大量工程實踐資料，具備綜合技術(shù)分析的能力，通過專家評審、交警征詢和專題研討等形式，使方案實施具有可操作性。以佛山一環(huán)工程為依托，理論和實踐相結(jié)合。結(jié)論：QC小組全體成員在TQC理論的指導下，努力鉆研、通力合作，按時、保質(zhì)地完成預定目標是可以實現(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（喀斯特地層）在我國分布廣泛，尤其在廣東、浙江、云南等地，常遇溶巖發(fā)育、地層起伏、斷層密集地質(zhì)，在此地層建設高速公路或城市道路，道路線位、大橋橋位、立交位置、

13、橋梁結(jié)構(gòu)須對溶巖因素作研究和評估，以便保證工程安全和質(zhì)量，控制工程造價。目前對于溶巖地區(qū)的勘察方法眾多，如電測法、跨孔CT、一樁三孔（一樁多空）勘察、管波法勘察等，各勘察物探的優(yōu)劣不一，其中管波法是最近出現(xiàn)的一種溶巖地區(qū)勘察的新工藝，實踐中對于單孔的溶洞探測效果較好各種方法特點、使用范圍及費用不一，設計一般采取避開特大溶洞，處理中小溶洞的原則，施工中以下護筒和沖填為主。設計和施工中均存在一定的風險，廣東地區(qū)高速公路工程建設中常遇樁基抽芯或承載力檢測發(fā)現(xiàn)樁下溶洞處理不善，承載力不夠，或橋梁建設過程中樁基明顯沉降等事故，一般須再進行樁底壓漿、加樁等方法進行處理，對控制工程質(zhì)量、工期和造價帶來困難。

14、溶洞地區(qū)的勘察、設計、施工目前沒有較為統(tǒng)一的方案，各設計院、勘察單位、施工單位均根據(jù)自身的經(jīng)驗和習慣進行，方法和水平不一。1.現(xiàn)狀調(diào)查（2）技術(shù)調(diào)查對上述幾種勘察方法的效果、費效比、風險悉數(shù)進行了評估，初步確定在溶巖地區(qū)以單樁單孔作普遍探測，并在有溶洞可能分布的區(qū)域樁基加設管波探測，由于管波探測是一種新型的巖層探測方法，實踐中須跟蹤觀察，并在第一批試驗樁基探測結(jié)果出來后，進行評估，根據(jù)評估結(jié)果廣泛推廣。對于溶巖地區(qū)的樁基設計，尤其是長短樁的控制、樁基的最小嵌巖深度、樁下穩(wěn)定巖層的控制等，換未有確定統(tǒng)一的原則。對于溶洞處理，不同的方法處理一根樁基，費用從1萬元50萬元不等，分散性較強，選用合適的

15、溶洞處理方式，不僅可以保證工程質(zhì)量，還可以節(jié)省相當?shù)墓こ淘靸r。本課題QC小組通過調(diào)查研究，收集資料，征詢部分專家和有關(guān)單位的意見，召開專題會議進行技術(shù)研討，結(jié)合國內(nèi)外工程的建設和管理經(jīng)驗，列出了項目攻關(guān)可以考慮的因素，歸納出對工程質(zhì)量、造價影響的10條末端原因：對樁下溶洞分布須采用有效、明確的勘察手段和方法。地質(zhì)鉆孔及物探布置的綜合技術(shù)經(jīng)濟分析。樁下穩(wěn)定巖層最小厚度的確定。樁基嵌巖深度的確定。嵌巖樁的最大深度確定。溶巖地區(qū)橋梁樁基摩擦樁的布置。溶洞處理的方法選擇（大小溶洞）。溶巖地區(qū)橋梁樁基施工的相互影響和施工開孔的布置。溶洞處理護筒深度的選擇。溶洞處理的勘察、注漿、施工的相結(jié)合處理方案。2.

16、分析原因3.確定要因全體QC小組成員對系統(tǒng)圖中找出的10條末端原因進行了認真討論和分析，并請經(jīng)驗豐富的技術(shù)專家、相關(guān)部門人員一起進行技術(shù)咨詢，分析結(jié)果歸納成表3“主要原因確認表”。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(chǔ)是2地質(zhì)鉆孔及物探布置的綜合技術(shù)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(guān)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(guān)，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)

17、定持力巖層很深時，必須考慮樁基為摩擦樁，以保證質(zhì)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(guān)系到樁基的質(zhì)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(jié)合處理方案須考慮，但非重要因素否3.確定要因通過討論，我們從10條末端原因中共找出4條作為主要原因，分別為：樁下溶洞分布須采用有效、明確的勘察手段和方法。樁下穩(wěn)定巖層最小厚度的確定。溶巖地區(qū)橋梁樁基摩擦樁的布置。溶洞處理的方法選擇（大小溶洞）。根據(jù)“ “主要原因確認表”中所找出的4個主要原因，本QC小組按照

18、“5W1H”的原則，制定出相應對策和具體措施，并按照技術(shù)管理的要求，落實具體執(zhí)行人，確定完成時間，并且對執(zhí)行人的執(zhí)行情況進行檢查。4.制定對策4.制定對策序號要因?qū)?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(shù)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(shù)經(jīng)濟評估院辦公室、佛山現(xiàn)場2004.4.205.15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2004.8.19.20范丙臣郝維索3溶巖地區(qū)橋梁樁基摩擦

19、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2004.9.2010.22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(shù)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2003.4.74.22黃星宋華茂郝維索對策表 針對對策表中制定的對策，小組人員和相關(guān)專業(yè)人員分別按照進度對主要原因分析研究，運用多方案比較，群策群力，對勘察設計的全過程進行了質(zhì)量控制，并采用走出去，請進來的方式，聽取當?shù)貙＜?、物探、勘察、監(jiān)理、施工單位的意見，完善和優(yōu)化了實

20、施方案，為攻關(guān)起到積極和促進作用。每次活動均做好記錄，內(nèi)容完整，制定對策的針對性強，做到對策與要因想對應。5.實施對策要因1：樁下溶洞分布須采用有效、明確的勘察手段和方法實施：調(diào)研現(xiàn)可行的各種勘察手段，了解其效果和報價。正對東線溶巖發(fā)育地區(qū)的橋梁樁基作勘察方案進行技術(shù)經(jīng)濟比較。評估選擇超前鉆+管波初步作為本工程的勘察方法，加以傳統(tǒng)的一樁三孔進行驗證5.實施對策要因2：樁下穩(wěn)定巖層最小厚度的確定實施：采用ANSYS軟件進行分析參照文獻和規(guī)范選取合適的樁下最小穩(wěn)定巖層5.實施對策5.實施對策要因3：溶巖地區(qū)橋梁樁基摩擦樁的布置實施：分別九沉井、摩擦樁、硬作嵌巖樁作方案比較。根據(jù)比較分析，摩擦樁為合

21、適的方案5.實施對策要因4：溶洞處理的方法選擇（大小溶洞）實施：調(diào)研各種溶洞處理方法的可靠性、經(jīng)濟性。確定充填和下鋼護筒的溶洞高度分界溶洞處理的注意事項（1）與目標值的對比經(jīng)過技術(shù)和經(jīng)濟論證，和必要的理論分析，對于巖溶地區(qū)橋梁樁基勘察、設計及溶洞處理取得定性定量的成果，確定了對于佛山一環(huán)及相識地層樁基礎(chǔ)勘察的最優(yōu)勘察及布孔方案，比原先的勘察方法節(jié)省約50工程量，并保證了溶洞勘察的質(zhì)量；根據(jù)勘察的結(jié)果，對于不同的溶洞大小和分布方式，樁基礎(chǔ)的布置采用合適優(yōu)化的方案，很久實際的地層選擇最優(yōu)的樁基礎(chǔ)布置，節(jié)約工期，節(jié)省造價；對于不同的溶洞，確定合適安全的溶洞處理方式，在保證工程質(zhì)量的基礎(chǔ)上，大大減少了溶洞處理的工程量（工程造價）。6.效果檢查（2）效益檢查技術(shù)效益通過QC小組活動，確定溶巖地區(qū)經(jīng)濟可靠的物探及勘察布孔原則，并通過理論分析、試驗研究，確定溶巖地區(qū)樁基設計的原則，對于溶洞處理提出指導性的方案。目標使佛山一環(huán)我院設計標段的橋梁樁基安全可靠，并比以往橋梁樁基的勘察、施工節(jié)省4000萬元以上的工程造價（