青草沙水库大堤三轴水泥搅拌桩防渗墙

青草沙水库大堤三轴水泥搅拌桩防渗墙
施工质量控制
上海交通建设总承包有限公司青草沙水库项目经理部QC小组
一、工程概况
青草沙水库位于长江口南北港分流口长兴岛西北侧水域，是我国第一座建于潮汐河口江心的大型水库，是未来上海市主要的供水、也是最大的水源地。

2011年3月底前，环库大堤需完成主要的防渗墙实施，本标段防渗施工于2010年9月初开工，防渗实施大堤部位前期进行了软体排护底，大堤结构为典型的袋装砂堤身复式结构，两面临水，堤顶宽度只有8m，而且经勘查地下水静水位位于绝对高程+2.16m～+3.40m之间，施工的三轴搅拌桩大部份桩身位于水下，由此可见本工程所处工程环境复杂，工期紧，施工难度大，施工质量控制要求高，是整个水库工程重点监控工程之一。

二、小组概况
表2-1 QC攻关小组成员概况表
三、选题理由
1、青草沙水库工程是上海重大工程，民生工程，水库大堤防渗墙施工作为青草沙水库工程重要工序之一，其施工质量和进度，直接关系到水库的正常使用和运行。

2、在青草沙水库大堤上实施三轴搅拌桩施工，作业空间有限，施工组织及质量控制难度大。

3、目前三轴桩施工过程监控手段有限，尚无直观的检测手段来评价最终三轴搅拌桩的成墙质量。

为确保本工程大堤防渗三轴搅拌桩的施工质量，有效推进工程进展，工程开工前，我们就专门成立了QC小组，建立课题，研究三轴搅拌桩的施工质量控制。

四、现状调查
2010 年9月7日，我们在现场防渗墙施工区域进行了三轴搅拌桩的试桩施工，试桩参数参考设计参数：采用Φ850mm@600mm的三轴搅拌桩工法，固化剂掺入量不少于20%（其中
水泥不少于固化剂的75%，粉煤灰不大于固化剂的25%），水灰比 1.5：1，膨润土添加剂50kg/m3，试桩质量检测结果如下：
表4-1 试桩质量检测统计表
QC小组对存在质量缺陷的8 幅三轴水泥搅拌桩进行了质量调查，针对存在的问题，进行了统计分析，见表4-2。

项目序号
从表中统计可以看出三轴搅拌桩的渗透系数过大、桩底标高不足、垂直度偏大、桩体均匀性不足、桩体取芯完整率不足是造成本防渗墙质量缺陷的主要因素。

五、课题目标及可行性分析
（一）课题目标
通过QC小组活动总结出一套有效的三轴桩施工质量控制方法，保证成桩质量合格率达90%以上。

（二）可行性分析
1、三轴搅拌桩的成桩直径、成桩连续均匀性、垂直度在施工过程中的控制，一直以来都是该工法的难点，目前国内外都在研究解决关于搅拌桩垂直度、桩体均匀性等一系列质量控制的方法，并取得了一定的成果，本工程完全可以借鉴和参考。

2、小组成员责任心强，均参与了青草沙水库的前期建设，对附近的地质及施工环境较熟悉，而且有丰富的施工和管理经验。

课题确定前，还请教了一些权威专家，查阅了大量关于三轴搅拌桩工法的书籍，有信心、有能力开展好活动。

3、施工队伍及小组内部管理规章制度健全，措施可行，质检系统完善。

六、原因分析
我们通过召开质量分析会、小组讨论会、现场调查的渠道，从人、机、料、法、环五个方面入手，找出影响成桩质量的各种原因 17 条，见图6-1。

图6-1 因果分析图
七、要因确认
表7-1 要因确认表
八、制定对策
表 8-1 分工对策表
九、对策实施
制定好整改措施后，我们按各自的分工，分头落实，狠抓实效。

1、针对要因1——施工经验少技术水平偏低的对策实施。

楼启为、黄惠祥于2010年9月21日、22日联系聘请了高级工程师杨立荣，对项目部相关管理人员及主要操作人员进行专业技术培训和现场专业指导。

经过培训，项目部相关管理人员认识到了三轴搅拌桩的工艺特点和管理工作中的不足，同时掌握了管理工作的重点；另外现场操作人员的质量意识得到了增强，并且结合本工程特点对施工技术进行了改进。

2、针对要因2——自动记录仪器落后的对策实施。

梅志能和张学军两位小组成员，结合三轴桩施工特点，通过多方面调查研究，选用了更
加合理和先进的全程电脑可视化监控设备。

使用新的电子监控设备后，实现了对施工过程中的桩架的垂直度、桩体入土深度、下沉速度、提升速度、段浆量等参数有详细的即时监控，同时后台的水泥浆液搅拌系统能更加直观和准确下料，确保水泥浆液的比重满足参数要求。

前台自动记录仪及后台自动称重计量仪见下图。

前台自动记录仪记录数据成表见图9-1，9-2。

●前台施工自动记录仪●后台自动称重计量仪
图9-1 三轴搅拌桩（SMW工法）自动记录仪数据截图
图 9-2 三轴搅拌桩（SMW工法）自动记录仪曲线截图
3、针对要因3——下沉和上提速度过快的对策实施。

对于下沉和上提速度过快导致加固土体没有与水泥浆液充分拌和的问题，丁付革和万帮建两位小组成员根据工程实际土质情况，参照规范要求及以往的施工经验，确定了下沉速度不超过1.0m/min，上提速度不超过2.0m/min的标准进行施工，并要求操作手按此标准严格执行，有效的保证了桩体的取芯完整率。

4、针对要因4——针对浆液配比不合理的对策实施。

万帮建及张恩波结合现场搅拌系统，并且经试验，确定采取水：水泥：粉煤灰：膨润土的浆液配比为1.5:0.75:0.25：0.04，浆液中膨润土的含量不低于固化剂掺量的4%，即保证浆液流动性，又能保证桩体抗渗系数。

5、针对要因5——拌浆不规范的对策实施。

张恩波及容之攀根据理论计算及后台拌浆系统特点，制定了每拌水泥浆液比重为1.35，最小不得低于1.32，搅拌时间不低于2min的标准，并且实行每2小时对浆液比重检测一次的措施，切实保证固化剂浆液搅制质量。

6、针对要因6——膨润土质量不稳定的对策实施。

针对膨润土质量不稳定的问题，由于上海周边地区厂家生产的膨润土主要用于陶瓷类，
且产量低，产品质量指标与设计指标差异较大。

为解决这一问题，陈昌、丁付革极组织有实
力的生产厂家，针对设计指标，改进膨润土生产配方和生产工艺，确保膨润土质量和供应量。

7、针对要因7——施工主要参数不合理的对策实施。

为确保成桩质量，张恩波和容之攀两位小组成员，在下沉及上提不超速的前提下，对大小幅浆量进行适当调整（桩幅度整体水泥浆液量不变），既减少了浆液浪费，又保证了桩体的连续性、均匀性。

具体调整参数见下表9-1。

图9-3 三轴搅拌桩施工顺序图（大小幅示意图）
注：上图中，1、2、5……表示大幅桩，3、6……表示小幅桩，大幅桩截面积为1.495m2，小副桩面积为0.567m2。

表9-1 三轴桩主要施工参数调整
十、效果检查
本次QC小组活动，针对三轴搅拌桩施工质量控制的分析和处理措施，过程中水泥搅拌桩施工质量明显上升，经第三方钻孔检测，桩体连续性、均匀性、完整率、抗渗系数等重要指标均达到设计要求。

为有效对比本次QC活动成果，至2010年12月31日，我们从施工完毕已经第三方检测的三轴搅拌桩中随机抽取了100份检测结果进行了统计，统计情况见表10-1。

表10-1 三轴搅拌桩质量检测统计表
通过QC小组活动，随机对100幅三轴桩进行了质量检测，经统计可以看出，影响三轴搅拌桩施工质量的要因得到了有效控制，桩体质量合格率达97%，成功实现了本次QC课题目标。

十一、巩固措施
十二、遗留问题和下一步打算
本工程在实施SMW工法三轴搅拌桩施工中，配备了较为先进的自动监控仪器，提供了较为全面、直观的数据进行质量控制，但实际过程中仍存在一些问题需要改进。

1、自动记录仪中的垂直度监测器是通过监测桩架的垂直度而间接监测成桩的垂直度，这种方式存在一定的系统误差。

2、垂直度监测器受机械设备振动影响，监测所反应的图线为折线，需经一定的时间通过判断折线的平均位置，才能判断桩架的垂直度是否合格，存在一定的延时，并且时常失真，需经常进行校核，实际施工过程中需要通过经纬仪或悬挂铅垂的方法进行辅助校核监测。

对于这个问题主要通过增加仪器对数据采集频率，优化系统程序，使系统有较强的数据处理
分析能力，使监测系统的信息更加实际有效。

3、当遇到较密实的砂层时，下沉速度会受到较大影响，打桩时间随之延长，单幅桩浆量势必会超过理论浆液，虽然不影响成桩质量，却造成较大浪费。

针对以上遗留问题需通过研究改进相关监测设备、加强机械设备与多种土层适应性研究与总结来解决。