狭窄空间土方回填技术创新与应用

狭狭狭窄窄窄空空空间间间土土土方方方回回回填填填技技技术术术创创创新新新与与与应应应用用用深圳滨海医院土方回填技术QC小组一一一、、、工工工程程程概概概况况况深圳市滨海医院总承包Ⅱ标段工程-特许诊疗中心作为深圳市政府重点建设项目，工程质量要求高，要求获全国建设工程鲁班奖。本工程负一层地下室局部向外扩展，扩展部位b-1/E-b-G/2-10-2-32轴，向外扩展宽度7.500m，总长度250m，扩展面积达到2000m2。该部份地下室底板标高为-6.300m，桩承台标高为-12.350m，上部荷载通过底板下框架柱传导，由桩基础承载；框架柱轴线间距3000mm，净空尺寸仅2500mm，给土方回填带来很大困难。负一层地下室局部向外扩展简图1-1-2制表：张勇日期：2009年04月01日土方回填施工区域二二二、、、QQQCCC小小小组组组简简简介介介为确保该部位土方回填的施工质量、进度，公司成立中建二局深圳滨海医院土方回填技术QC小组，全力进行这一难题的攻关。小组成员基本情况见附表。土方回填技术QC小组成员一览表小组名称中建二局深圳滨海医院回填土处理技术QC小组成立时间2009.04课题类型创新型活动时间2009.04.01—2009.12.30注册日期2009.04注册编号CSCEC2B-SZ-0902活动频率平均每周一次课题活动次数34序号姓名性别年龄文化程度职务职称组内职务TQC教育1王以洋男46本科项目经理高级工程师组长均超过48学时2马永志男41本科公司总工程师高级工程师顾问3刘培男39本科公司工程部经理高级工程师顾问4黄诗昌男28本科项目总工工程师副组长5付仁君男45大专工程部经理高级工程师组员6赵瑜男24本科物资部经理助理工程师组员7张勇男25本科质量技术经理助理工程师组员8黄俊男23本科技术员助理工程师组员9孙杰男25本科预算员助理工程师组员10覃昌吼男23本科技术员组员11白均男25本科技术员组员12赵磊男23本科实验员组员13杨禧禄男40大专现场工长组员14魏楚德男41大专现场工长组员制表：黄俊日期：2009年04月01日三三三、、、问问问题题题提提提出出出（一）问题的提出本工程负一层地下室从负二层地下室外墙向外扩展，向外扩展部位框架柱轴线间距3000mm，混凝土结构净空仅有2.50m，传统土方机械无法进入；土方回填质量要求高，采用石粉渣回填，设计要求压实系数0.95；向外扩展宽度7.50m，涉及面积2000m2，土方回填工程量达12000m3；土方回填位于上部结构施工关键线路上给工程进度造成严重阻碍，土方回填时间仅有10天；无类似工程施工经验可供借鉴。采用传统的土方回填方法存在以下问题：1、向外扩展部位框架柱轴线间距3000mm，混凝土结构净空仅有2.50m，大型施工机具（土方运输车辆宽度2.5m、压路机宽度2.8m、挖掘机宽度2.8m）宽度均大于2.50m无法进入。2、本工程基坑护壁已出现多处裂缝，稳定性尚待评估，存在重大安全隐患。深圳地区正处于雨季，受到台风强降雨侵袭，基坑危险系数正不断上升，为防止发生基坑垮塌事故，土方回填已刻不容缓。3、工期紧迫，土方回填工程量达12000m3，完全采用传统的人工回填方法至少需要30天；业主要求2009年8月31日完成地下室结构封顶，土方回填时间仅有10天，时间上不允许完全采用人工回填。该部分土方回填位于上部主体结构施工关键线路上给工程进度造成严重阻碍。4、工程位于红树林海边，地下水常年水位-3.5m，对防水工程、土方回填质量要求高，设计要求压实系数0.95。而且采用传统方法回填在回填土自土方回填施工区域基坑护壁出现裂缝然沉降后会在结构垫层与回填土之间形成空隙，容易造成防水卷材破坏。5、根据以往施工经验，石渣粉采用传统方法进行人工回填，回填质量受人为因素影响较大，压实系数只能达到0.88；2009年5月10日，小组成员付仁君、杨禧禄、魏楚德组织工人在b-F-b-G/2-30-2-31轴承台之间采用轻型压实机械进行人工夯实回填试验；小组成员赵磊委托泰科检验检测有限公司负责检测，检测结果显示压实系数仅为0.91，无法满足设计要求。（二）课题确定鉴于传统的土方回填方法存在大量制约性，无法满足工程质量、进度要求，本小组决定探索一种既能降低成本，又安全可靠，且能加快施工进度的创新型土方回填技术。本次QC小组活动的课题为：四四四、、、设设设定定定课课课题题题目目目标标标（一）目标优质、高效完成该部分土方回填；10个工作日内完成全部土方回填任务，压实系数达到0.95。狭窄空间土方回填技术创新与应用土方压实系数检测（二）目标可行性分析综合分析：课题实施外部条件好，各项资源充裕，虽然项目实施的困难较大，但是小组通过创新工艺和详细策划，小组成员一致认为目标能够实现。五五五、、、提提提出出出方方方案案案，，，确确确定定定最最最佳佳佳方方方案案案（一）提出方案目标确定后，我小组于2009年5月15日在项目经理部会议室召开“诸葛亮会议”，小组成员通过“头脑风暴法”集思广益对土方回填方案进行讨论，提出五种可行性回填方案：A方案采用小型号重型压实机械分层碾压；B方案采用振冲挤密法进行回填；C方案先进行上部主体施工，后从侧面进行人工回填；D方案采用钢管纤维桩技术托换技术支撑防水卷材；E方案采用水夯法结合压力注浆；（二）方案可行性分析A方案采用小型号重型压实机械分层碾压方案论述：在土方回填过程采用机械回填，压实过程采用小型号重型压实机械进行分层碾压。有利条件1、负一层地下室底板外扩部分为桩基础，上部荷载通过底板以下框架柱传导，由桩基础承载上部荷载；回填土为非承重土体，只起到支撑防水卷材的作用。2、设计要求回填土压实系数0.95，根据以往施工经验，石渣粉采用传统方法人工回填，压实系数能够达到0.85-0.88。根据计算，只需要通过振冲、挤密桩等建筑行业比较成熟的地基处理技术将回填土压实系数提高0.07-0.10即可满足设计要求；3、回填土区域内侧为负二层地下室外墙厚度600mm，外侧为基坑护壁；四周为封闭结构为采用挤密等方式提高回填土压实系数提供了有利条件。B方案采用振冲挤密法进行回填方案论述：在土方回填过程采用机械回填，压实过程采用振冲挤密法利用振动和水冲将回填土振密实。C方案先进行上部主体施工，后从侧面进行人工回填方案论述：在地下室结构施工阶段不进行土方回填，先搭设模板支撑系统进行负一层底板结构施工，然后按正常进度组织上部主体结构施工。在负一层地下室底板拆模后A方案采用小型号重型压实机械分层碾压优点：1、土方回填采用重型压实机械压实，施工质量受人为因素影响小，土方回填质量容易控制。缺点：1、基坑护壁设计要求在基坑周边20米范围内不得出现大于20t的震动荷载；回填时大型机械需进入基坑，对基坑边坡稳定性影响大，存在基坑垮塌的重大安全隐患。2、结构间距仅有2.5m，回填时大型机械需进入结构范围，容易对混凝土结构造成破坏。3、土方回填占用主体结构施工时间，采用重型压实机械分层碾压（以每0.5m分层，6m需分12层），碾压次数，土方回填工期至少30天。4、回填土压实系数0.95，地基处理专家王盛源教授曾指“出回填土后期沉降后会与结构之间会形成空隙”，无法确保防水卷材不被破坏。5、大型机械设备至少投入4台，工期30天需投入120个台班，按每个台班2600元计算，机械设备需投入31.2万元。B方案采用振冲挤密法进行回填优点：1、振冲挤密法利用振动和水冲将回填土振密实，施工质量受人为因素影响小，压实系数能够达到0.95，回填质量可以得到保证。2、本工程回填料石渣粉为砂性土，适用于振冲法，能够达到挤密效果。3、振冲剂密法回填施工速度快，仅需5天，可缩短大量工期。缺点：1、振冲设备进出场费10万元，机械设备需投入18.6万元。2、操作振冲器的起吊设备30t，施工时需停靠在基坑边坡位置，对基坑边坡稳定性影响大，存在重大安全隐患。3、回填土压实系数0.95，回填土后期沉降后会与结构之间会形成空隙，无法确保防水卷材不被破坏。负一层地下室局部向外扩展简图1-1-2填土再组织人员从侧面进行防水层土方回填施工。D方案采用钢管纤维桩支撑防水卷材方案论述：采用水夯法分层进行人工回填；在垫层施工前采用钢管纤维桩基础托换技术对回填土进行加固，改变回填土性状，使其形成柱状体结构为防水卷材提供多点支撑。E方案采用水夯法结合压力注浆方案论述：采用水夯法分层进行人工回填；在垫层施工阶段预埋压力注浆管，C方案先进行上部主体施工，后从侧面进行人工回填优点：1、土方回填不占用主体结构施工时间，可节省回填土施工工期。2、负二层地下室外墙、负一层地下室底板防水卷材一次性施工，卷材完整性好，防水效果更好。3、无大型机械进入结构范围，不会对基坑护壁、混凝土结构造成破坏。缺点：1、工人在底板以下回填作业，操作空间狭小，作业环境恶劣；边坡稳定性不可靠，存在重大安全隐患。2、采用人工回填，施工质量受人为因素影响大，回填质量不能保证。3、底板以下1m范围内无法保证回填密实。4、底板施工需搭设模板高支撑系统2000m2，按每平米70元计算，增加额外成本投入14万元。D方案采用钢管纤维桩支撑防水卷材优点：1、采用水夯法分层回填操作简单，施工质量受人为因素影响小，质量容易控制，压实系数能够达到0.85。2、钢管纤维桩基础托换技术使局部回填土提前固结，起到支撑防水卷材的作用，减小后期沉降对防水卷材的影响，对回填质量要求降低。3、大型机械设备投入少，经济性较好。4、大型机械无需进入基坑，对基坑边坡稳定性影响小，安全隐患较少。5、钢管纤维桩施工速度较快，仅需10天，可缩短一定工期。缺点：1、钢管纤维桩纵横间距1m，总条数2000条，材料成本投入17.2万元。2、虽然改变了防水卷材受力体系，但在钢管纤维桩之间位置仍可能出现沉降引起的防水卷材破坏。-1-2待垫层达到设计强度后采用专业设备进行压力注浆，改变回填土性状，使其提前固结，消除后期沉降。（三）确定最佳方案2009年5月20日，我小组在项目经理部会议室召开会议，小组成员对四种回填方案进行了讨论，从质量、经济、安全、进度四个方面进行了综合对比分析。方案可行性对比分析表方案回填质量安全性成本投入占40%工程进度占60%加权平均综合评价A方案回填质量有保障安全性不能保证40.8万元30天34.32不采用B方案回填质量有保障安全性较差48.6万元10天25.44不采用C方案回填质量无法保证安全性不能保证14.0万元不占用工期5.6不采用D方案回填质量一般安全有保障45.5万元15天27.2不采用E方案回填质量有保障安全有保障30.8万元10天18.32采用结论小组成员一致认为E方案可行性最好，确定以E方案思路进行深化设计。说明回填质量、安全性有一项不符合不予采用，其余各项采用加权平均法进行计算。制表：赵瑜日期：2009年05月20日E方案采用水夯法结合后期压力注浆优点：1、采用水夯法分层回填操作简单，施工质量受人为因素影响小，质量容易控制，压实系数能够达到0.85。2、回填土总量12000m3，压实系数从0.85提高到0.95，需注入水泥浆1200m3，按水灰比2：1，投入水泥400t，材料成本投入15.2万元。3、无大型机械进入结构范围，不会对基坑护壁、混凝土结构造成破坏。4、压力注浆施工速度快，仅需3天，可缩短大量工期。5、土方回填工期缩短，机械台班费、人工费可节省大量成本投入。6、水泥浆填充了回填土之间形成的空隙，并使回填土提前固结，消除后期沉降，确保防水卷材不被破坏。缺点：1、压力注浆具有不可逆转性，施工过程必须全程跟踪，监控到位。经过反复论证，最终确定E方案（采用水夯法结合压力注浆）被评为最佳方案。六六六、、、方方方案案案关关关键键键环环环节节节确确确定定定（一）关键环节分析2009年5月26日，我小组在项目经理部会议室召开全员会议，小组成员对最佳方案进行了讨论，针对施工工艺流程运用PDPC法，对方案实施过程中的关键环节进行了确定。利用过程决策PDPC法，对突破口进行关键环节的确定。注浆方案确定过程PDPC图关键环节