鞠興華,楊曉華,張莎莎
1)長(zhǎng)安大學(xué)公路學(xué)院,陜西西安 710064;2)陜西鐵路工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院,陜西渭南 714021
PDCA循環(huán)又稱(chēng)為戴明環(huán),是制定質(zhì)量計(jì)劃并組織實(shí)現(xiàn)的全過(guò)程,包括策劃P(planing)、實(shí)施D(do)、檢查C(check)和處置A(act)4部分[1],通過(guò)這4個(gè)環(huán)節(jié)循環(huán)運(yùn)行來(lái)解決實(shí)際問(wèn)題,讓產(chǎn)品質(zhì)量呈現(xiàn)一種階梯式上升的狀態(tài). 近年來(lái),PDCA循環(huán)被廣泛應(yīng)用于我國(guó)的醫(yī)療系統(tǒng)、軟件研發(fā)和企業(yè)管理等領(lǐng)域,但建筑行業(yè)僅在個(gè)別工程案例中應(yīng)用.夏新瑞等[2]引入PDCA的循環(huán)理論對(duì)高溫差地區(qū)混凝土預(yù)制塊質(zhì)量進(jìn)行控制,并結(jié)合卡塔爾多哈新港的案例論證了這種管理模式的可行性;姚學(xué)健等[3]引入PDCA循環(huán)理念對(duì)如何提高水工混凝土耐久性的措施進(jìn)行研究;熊?chē)?guó)斌等[4-6]在公路工程建設(shè)中引入PDCA的管理模式,對(duì)路基壓實(shí)質(zhì)量、路面鋪筑質(zhì)量等方面進(jìn)行動(dòng)態(tài)控制;章勇武等[7-8]引入PDCA模式對(duì)公路隧道和地鐵盾構(gòu)隧道的施工進(jìn)度進(jìn)行柔性控制;王磊[9]引入PDCA循環(huán)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)進(jìn)行過(guò)程控制,提高了工程地質(zhì)勘察質(zhì)量;孟憲魁等[10-11]引入PDCA循環(huán)對(duì)施工企業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)和成本進(jìn)行管理. 上述研究成果較好地推動(dòng)了PDCA循環(huán)模式在建筑行業(yè)的應(yīng)用,但到目前為止在客運(yùn)專(zhuān)線等大型工程中,這種管理模式卻未普及,相關(guān)研究論文更是鮮見(jiàn). 本研究依托大西客運(yùn)專(zhuān)線渭南北站鉆孔灌注樁基礎(chǔ),針對(duì)如何利用PDCA循環(huán)對(duì)后壓漿施工質(zhì)量動(dòng)態(tài)控制進(jìn)行分析,最終實(shí)現(xiàn)管理目標(biāo),以期為類(lèi)似大型工程的施工質(zhì)量管理提供借鑒.
大西客運(yùn)專(zhuān)線渭南北車(chē)站高架橋全長(zhǎng)1.969 km.位于一級(jí)階地,地表水主要是農(nóng)田灌溉用水,地下水為第4系孔隙潛水,水位埋深4.3~6.5 m,天然地基存在濕陷性黃土、松軟土和飽和砂土等不良地質(zhì),主要土層分布及力學(xué)指標(biāo)如表1.
表1 主要土層力學(xué)指標(biāo)參數(shù)
采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ),樁徑包括1.25 和1.5 m兩種,樁長(zhǎng)在36~53 m之間,平均樁長(zhǎng)為41 m. 按照中國(guó)鐵道部《新建時(shí)速300~350 km客運(yùn)專(zhuān)線鐵路設(shè)計(jì)暫行規(guī)定》,無(wú)砟軌道橋梁墩臺(tái)基礎(chǔ)工后沉降量不應(yīng)超過(guò)20 mm,相鄰墩臺(tái)沉降差不應(yīng)超過(guò)5 mm. 客運(yùn)專(zhuān)線列車(chē)在高架車(chē)站內(nèi)頻繁的進(jìn)站制動(dòng)和出站起動(dòng),使車(chē)體通過(guò)無(wú)砟軌道對(duì)梁體產(chǎn)生極大的縱向動(dòng)力作用. 通過(guò)車(chē)橋耦合振動(dòng)理論的研究成果可知,這種列車(chē)與軌道間的動(dòng)力作用最終轉(zhuǎn)化為施加在樁基礎(chǔ)上的動(dòng)荷載. 同時(shí),因高架車(chē)站內(nèi)不同位置的軌道和梁體承受的這種動(dòng)荷載力有很大的差別,易導(dǎo)致車(chē)站內(nèi)橋梁樁基礎(chǔ)產(chǎn)生不均勻沉降,影響結(jié)構(gòu)的安全性和乘客的舒適度. 故高架車(chē)站橋梁相對(duì)區(qū)間橋梁對(duì)基礎(chǔ)的承載力及沉降控制的要求更為嚴(yán)格.
為嚴(yán)格控制車(chē)站正線道岔區(qū)和咽喉道岔處的工后沉降量,依托工程樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)采用后壓漿. 現(xiàn)階段,灌注樁后壓漿技術(shù)研究成果豐富,鄧祥輝等[12-15]通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)、現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)及數(shù)值分析等方法對(duì)后壓漿鉆孔灌注樁的承載力及沉降量進(jìn)行了研究,結(jié)果表明,在相似條件下后壓漿技術(shù)可大幅度提高單樁承載力和復(fù)合地基強(qiáng)度,降低工后沉降量;王文淵等[16-18]對(duì)鉆孔灌注樁后注漿質(zhì)量控制要點(diǎn)及有效注漿量的確定等方面進(jìn)行了研究.上述研究成果為本工程中后壓漿的具體實(shí)施提供了理論指導(dǎo).
作為控制客運(yùn)專(zhuān)線高架車(chē)站工后沉降的關(guān)鍵技術(shù),灌注樁后壓漿的施工質(zhì)量控制的要求較高. 鑒于后注漿的施工效果受工、料、機(jī)、方法以及環(huán)境等多種因素影響的復(fù)雜情況,設(shè)立了后壓漿質(zhì)量控制小組,并引入PDCA循環(huán)的管理模式,以全面提高灌注樁后壓漿的施工質(zhì)量,減少不必要的返工處理,使經(jīng)濟(jì)效益最大化.
試驗(yàn)段鉆孔灌注樁后壓漿施工過(guò)程中, 按照施工順序選擇車(chē)站橋梁的前3個(gè)橋墩(1541#、1542#和1543#),共計(jì)50根樁基250個(gè)注漿點(diǎn)(每根樁基底部有3個(gè)注漿點(diǎn)、側(cè)面有2個(gè)注漿點(diǎn))進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查統(tǒng)計(jì),共計(jì)有55個(gè)點(diǎn)出現(xiàn)壓漿異常的現(xiàn)象.
壓漿底閥優(yōu)化前后對(duì)比見(jiàn)圖1.由圖1可知,試驗(yàn)段內(nèi)后壓漿正常的灌注樁僅占樁基總數(shù)的78%,后壓漿異常比例為22%,施工效果很不理想.結(jié)合工程特點(diǎn),將質(zhì)量管理目標(biāo)設(shè)定為:通過(guò)PDCA活動(dòng),后壓漿施工的綜合優(yōu)良率由78%提高到100%.
圖1 壓漿底閥優(yōu)化前后對(duì)比Fig.1 (Color online) The contrast pictures of bottom grouting valve before and after optimization
在計(jì)劃階段,對(duì)后壓漿施工過(guò)程中涉及到的各方面的因素進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析和逐項(xiàng)排查,以確定影響工程質(zhì)量的主要原因,現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查分析情況如表2.
表2 后壓漿施工質(zhì)量影響因素調(diào)查結(jié)果
由表2可知,影響灌注樁后壓漿施工質(zhì)量的主要因素包括:① 施工過(guò)程中,壓力和壓漿量雙控差距較大;② 部分壓漿閥不能正常工作,打不開(kāi)或打開(kāi)困難;③ 壓漿管道老化,外露皮管破裂或接頭脫離,導(dǎo)致承壓不足. 導(dǎo)致55個(gè)注漿點(diǎn)出現(xiàn)異常的原因中,上述3個(gè)因素所占的比例分別為51%、38%和11%.
針對(duì)以上確定的主要因素,查找具體原因,結(jié)合工程的實(shí)際情況制定具體、可行的整改措施,有的放矢地解決問(wèn)題,以提高后壓漿質(zhì)量.與上述3個(gè)主要因素相對(duì)應(yīng)的具體整改措施為:① 根據(jù)壓漿量與壓力值動(dòng)態(tài)調(diào)整水灰比. 當(dāng)壓漿量達(dá)到70%時(shí),如壓力未達(dá)到設(shè)計(jì)值(樁端為3.2 MPa,樁側(cè)為2.5 MPa),減小水灰比,相反則適當(dāng)加大水灰比;② 優(yōu)化壓漿閥和管道布置. 在底閥外套裝打孔鋼絲皮管,重新布置壓漿管道,壓漿前沖開(kāi)壓漿閥;③ 將管道接頭對(duì)接牢固. 改良?jí)航当秒娐房刂葡到y(tǒng),在壓力表側(cè)面鉆孔加裝壓力開(kāi)關(guān)加固接頭更換新管道,使用鋼絲皮管用三通閥門(mén)固定.
根據(jù)本次PDCA活動(dòng)既定方案,在實(shí)施階段將每個(gè)影響因素對(duì)應(yīng)的整改措施具體落實(shí),以確保在施工過(guò)程中每個(gè)環(huán)節(jié)都有理可依,有章可循.
結(jié)合工程實(shí)際情況,按照水灰比(質(zhì)量比)0.60~0.75壓漿至總量的70%左右后,根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的壓漿壓力適當(dāng)調(diào)整水灰比.若壓力值持續(xù)小于設(shè)定壓力(樁端為3.2 MPa,樁側(cè)為2.5 MPa)時(shí),則將水灰比減小為0.5;繼續(xù)壓漿至80%時(shí),若壓力值仍偏小,則將水灰比調(diào)整為0.4;現(xiàn)場(chǎng)注漿壓力值超過(guò)設(shè)定壓力的10%時(shí),壓漿量完成70%后,將水灰比調(diào)整為0.8;壓漿量完成80%后,注漿壓力仍偏高,則將水灰比調(diào)整為0.9,以保證實(shí)際注漿量與設(shè)計(jì)注漿量一致.
針對(duì)壓漿閥打不開(kāi)或打開(kāi)困難的現(xiàn)象,在壓漿前使用清水或者水灰比為0.9的漿液沖開(kāi)閥門(mén). 同時(shí)優(yōu)化底閥和側(cè)閥. 壓漿底閥的優(yōu)化情況如圖1.由圖1可知,優(yōu)化前壓漿底閥僅在鐵管上開(kāi)設(shè)了5 mm的圓孔,直接用膠帶纏封在鐵管上,而膠帶浸水后黏結(jié)效果降低,灌注混凝土?xí)r容易造成水泥漿堵塞孔道. 優(yōu)化后的壓漿底閥在原底閥的外部套裝上波紋鋼絲皮管,在管的凹槽處開(kāi)設(shè)3 mm小孔,每圈4個(gè),再用膠帶纏封. 鋼絲皮管保護(hù)了底閥鐵管處的圓孔,防止在混凝土灌注過(guò)程中被水泥漿堵塞管道,改善了壓漿底閥打不開(kāi)或打開(kāi)困難的現(xiàn)象.
壓漿側(cè)閥的優(yōu)化情況如圖2.由圖2可知,優(yōu)化前壓漿管道側(cè)閥緊貼鋼筋籠布置,距離孔壁大約有7 cm, 壓漿閥劈裂比較困難.優(yōu)化后側(cè)閥的鋼絲皮管呈花形布置,比原來(lái)緊貼鋼筋籠的圓形布置,改善了管道和孔壁間隔太大的問(wèn)題,花形凸起緊貼孔壁,側(cè)閥容易劈裂,增大了壓漿過(guò)程中水泥漿與樁間土的接觸面積,使后壓漿質(zhì)量得以保證.
圖2 壓漿側(cè)閥優(yōu)化前后對(duì)比圖Fig.2 (Color online) The contrast pictures of side grouting valve before and after optimization
針對(duì)壓漿管道破裂或接頭脫離的問(wèn)題,主要是從優(yōu)化壓漿泵電路控制系統(tǒng)和更換管道這兩個(gè)方面來(lái)整改. 電路控制系統(tǒng)的優(yōu)化情況如圖3.由圖3可知,優(yōu)化后壓漿泵的電路控制系統(tǒng)在原來(lái)壓力表的位置增加1個(gè)三通,一頭接壓力表,一頭接壓力開(kāi)關(guān),電路連接后將壓力開(kāi)關(guān)的臨界壓力設(shè)置為7 MPa. 通過(guò)這種設(shè)計(jì)能更好地觀察壓漿過(guò)程中壓力的變化情況,并通過(guò)壓力開(kāi)關(guān)控制壓力大小,防止壓力變化幅度大造成管道破裂和接頭脫離. 同時(shí),將原來(lái)老舊的壓漿管更換為鋼絲皮管.
圖3 壓降泵電路控制系統(tǒng)優(yōu)化前后斷面圖Fig.3 The sectional drawings of circuit control system before and after optimization
對(duì)嚴(yán)格按照整改措施施工完成的250個(gè)(與第1次試驗(yàn)時(shí)數(shù)量相同)壓漿點(diǎn)的實(shí)施效果進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢查,并將各檢查點(diǎn)的情況進(jìn)行分類(lèi)統(tǒng)計(jì)分析,第1次PDCA循環(huán)壓漿效果檢查統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)如表3.
由表3可知,檢查已完成的250個(gè)注漿點(diǎn),出現(xiàn)異常的壓漿點(diǎn)共計(jì)22次,占總壓漿點(diǎn)的8.8%. 壓漿管道破裂或接頭脫離的現(xiàn)象已經(jīng)杜絕,影響壓漿質(zhì)量的主要因素集中在壓力和壓漿量雙控差距大、壓漿閥打不開(kāi)或打開(kāi)困難兩個(gè)方面,后壓漿的綜合優(yōu)良率由78.0%提高到91.2%,但效果仍不夠理想,未達(dá)到本次活動(dòng)設(shè)定的質(zhì)量管理目標(biāo).
表3 第1次PDCA循環(huán)壓漿效果檢查統(tǒng)計(jì)結(jié)果
結(jié)合整改的實(shí)施情況,對(duì)第1次PDCA循環(huán)壓漿效果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)可知:施工前嚴(yán)格按照要求進(jìn)行技術(shù)交底;施工過(guò)程中注漿量、注漿壓力和水灰比均控制在設(shè)計(jì)范圍內(nèi);現(xiàn)場(chǎng)未出現(xiàn)冒漿現(xiàn)象,各項(xiàng)指標(biāo)符合設(shè)計(jì)要求;施工過(guò)程中電機(jī)自動(dòng)控制正常,壓力表顯示壓力值均在瞬間變小(表示壓漿閥被打開(kāi));壓漿裝置實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)停止功能,能更好地控制注漿壓力;所有注漿點(diǎn)均未發(fā)生爆管或接頭脫落、噴漿的情況;出現(xiàn)壓漿量與壓力雙控差距較大的11個(gè)壓漿點(diǎn)均由壓漿閥未開(kāi)啟或開(kāi)啟困難導(dǎo)致.
250個(gè)注漿點(diǎn)壓漿閥開(kāi)啟情況統(tǒng)計(jì)如表4.由表4可知,在對(duì)壓漿閥進(jìn)行優(yōu)化后,閥門(mén)開(kāi)啟異常的頻次由原來(lái)的21次減少到了11次,且開(kāi)啟異常的情況全部集中在樁端閥門(mén)處,開(kāi)啟效果有所提升.
表4 壓漿閥開(kāi)啟情況統(tǒng)計(jì)結(jié)果
通過(guò)第1個(gè)PDCA循環(huán)過(guò)程,調(diào)查分析了影響灌注樁后壓漿施工質(zhì)量的主要因素,通過(guò)采取根據(jù)壓力值調(diào)整水灰比、優(yōu)化底閥、側(cè)閥設(shè)計(jì)、優(yōu)化壓降泵電路控制系統(tǒng)和更換管道等措施,結(jié)合具體實(shí)施過(guò)程,大幅提高了樁基后壓漿的施工質(zhì)量,將綜合優(yōu)良率由78.0%提升至91.2%,但局部測(cè)評(píng)未達(dá)到優(yōu)良,未實(shí)現(xiàn)優(yōu)良率100%的設(shè)定目標(biāo).
根據(jù)檢查階段結(jié)果分析可知,注漿管道爆裂或接頭脫離的問(wèn)題已經(jīng)解決,但壓漿閥開(kāi)啟異常、壓漿量和壓力雙控差距大的問(wèn)題仍然存在. 課題組對(duì)所有出現(xiàn)問(wèn)題的注漿點(diǎn)再次摸底排查,逐一分析影響后壓漿施工質(zhì)量的因素后發(fā)現(xiàn):① 發(fā)生壓漿閥開(kāi)啟異常的部位均在樁端閥門(mén)處,樁側(cè)閥門(mén)全部開(kāi)啟正常;② 出現(xiàn)壓漿量與壓力雙控差距大的壓漿點(diǎn)均存在閥門(mén)開(kāi)啟異常的問(wèn)題,壓漿量的大小主要是受閥門(mén)開(kāi)啟情況的影響.
為提高樁基礎(chǔ)后壓漿的施工質(zhì)量,最終實(shí)現(xiàn)預(yù)定目標(biāo). 下一步,將繼續(xù)通過(guò)PDCA循環(huán)的管理模式來(lái)解決影響壓漿閥開(kāi)啟率的兩個(gè)問(wèn)題.
第2次PDCA循環(huán)的管理目標(biāo)設(shè)定為后壓漿的綜合優(yōu)良率由91.2%提高到100.0%.
針對(duì)后壓漿底閥開(kāi)啟異常的所有注漿點(diǎn)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查,發(fā)現(xiàn)這部分樁基礎(chǔ)在鉆孔過(guò)程中均存在超鉆現(xiàn)象. 當(dāng)孔深超鉆時(shí),樁底混凝土厚度大,因壓漿底閥的設(shè)計(jì)標(biāo)高與樁底標(biāo)高一致,樁端閥門(mén)周?chē)炷凛^厚將會(huì)影響閥門(mén)開(kāi)啟. 例如,當(dāng)孔深超出設(shè)計(jì)孔深20 cm后,灌注的混凝土就相應(yīng)的超出20 cm,造成底部閥門(mén)在混凝土內(nèi)劈裂困難.
在第2次PDCA循環(huán)中,對(duì)計(jì)劃階段的調(diào)查結(jié)果進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn),壓漿閥開(kāi)啟異常、壓漿量和壓力雙控差距大的問(wèn)題均是由樁底閥門(mén)處混凝土厚度大造成的. 在實(shí)施階段,針對(duì)這一問(wèn)題制定的具體措施為樁基礎(chǔ)灌注混凝土前,在底部回填粒徑為2~4 cm的石子,高度至樁底標(biāo)高以上約20 cm. 樁底部回填石子后,樁端閥門(mén)周?chē)牧辖Y(jié)構(gòu)松散,非常有利于閥門(mén)的開(kāi)啟. 而壓漿后石子的空隙被漿體注滿(mǎn),將松散的石子黏結(jié)成整體,與樁基混凝土形成一體. 在充分征求設(shè)計(jì)單位意見(jiàn),并將水泥漿與石子形成的結(jié)構(gòu)進(jìn)行室內(nèi)力學(xué)試驗(yàn)后,確認(rèn)此方案可行. 樁基回填石子后底部結(jié)構(gòu)如圖4.
圖4 樁基回填石子后底部斷面圖Fig.4 The sectional drawing after pile bottom backfilled with gravel
后壓漿施工過(guò)程中,要確保每項(xiàng)措施落實(shí)到位,特別是石子的回填厚度、管道的連接情況以及壓漿量和壓力的控制,以確保施工質(zhì)量.
嚴(yán)格按照具體整改措施再次施工250個(gè)注漿點(diǎn)后,課題組成員對(duì)實(shí)施效果進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)檢查,并將檢查結(jié)果進(jìn)行分類(lèi)統(tǒng)計(jì)分析, 第2次PDCA循環(huán)壓漿效果檢查統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)如表5.
表5 第2次PDCA循環(huán)壓漿效果檢查統(tǒng)計(jì)結(jié)果
由表5統(tǒng)計(jì)結(jié)果可知,通過(guò)第2次PDCA循環(huán),樁基后壓漿施工質(zhì)量有很大幅度提高,出現(xiàn)異常的壓漿點(diǎn)由第1次PDCA循環(huán)后的8.8%降至0,綜合優(yōu)良率由91.2%提升到100%,實(shí)現(xiàn)了本次PDCA循環(huán)管理的設(shè)定目標(biāo).
1) 目標(biāo)效果方面,經(jīng)過(guò)兩次PDCA循環(huán)活動(dòng),后壓漿的施工優(yōu)良率由78%提高到100%,實(shí)現(xiàn)了活動(dòng)預(yù)期目標(biāo).
2) 施工效果方面,通過(guò)PDCA循環(huán)管理,排查出所有影響客運(yùn)專(zhuān)線灌注樁后壓漿施工質(zhì)量的因素,并通過(guò)調(diào)整工藝參數(shù)、改良?jí)簼{設(shè)備、優(yōu)化壓漿閥及管道布置和樁底回填石子等具體的措施,提高了施工質(zhì)量和效率.
3) 質(zhì)量效果方面,依托工程下部結(jié)構(gòu)施工結(jié)束后,選擇地質(zhì)條件、樁徑、上部荷載基本一致的樁基礎(chǔ),進(jìn)行承載力以及沉降試驗(yàn). 靜載試驗(yàn)結(jié)果表明,后壓漿灌注樁承載力較普通灌注樁高22%左右;3個(gè)月的沉降觀測(cè)結(jié)果為壓漿灌注樁沉降量較普通灌注樁降低26%左右.
4)PDCA管理方面,灌注樁后壓漿施工是一個(gè)動(dòng)態(tài)的過(guò)程,施工質(zhì)量影響因素復(fù)雜. 采用PDCA 循環(huán)模式可全面排查施工漏洞,有的放矢制定整改措施,階梯式提高工程質(zhì)量,最終實(shí)現(xiàn)設(shè)定目標(biāo). 這種動(dòng)態(tài)循環(huán)的管理模式符合后壓漿技術(shù)的特點(diǎn),在實(shí)踐中切實(shí)可行.
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