QC成果在地鐵車站深基坑施工中的應(yīng)用

王文章，王明仕，劉 濤，任泳霖

(中建七局第四建筑有限公司，陜西 西安 710000)

0 引言

近年來(lái)，在工程實(shí)踐中越來(lái)越多的建筑企業(yè)通過(guò)QC活動(dòng)進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)，QC活動(dòng)得到了極大發(fā)展，逐漸在建筑工程管理工作中占據(jù)了重要作用[1]。質(zhì)量是企業(yè)發(fā)展的基石，在施工過(guò)程中嚴(yán)格把控質(zhì)量，才能在目前激烈的行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)中發(fā)展壯大[2]。本文以西安地鐵雁翔路站龍門(mén)吊軌道基礎(chǔ)設(shè)置為例，通過(guò)開(kāi)展一系列QC小組活動(dòng)，將QC成果應(yīng)用于實(shí)際工程中，為后續(xù)建筑企業(yè)開(kāi)展QC活動(dòng)提供了指導(dǎo)與借鑒。

1 工程概況

1)本項(xiàng)目為地下3層雙柱3跨島式車站，基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用鉆孔灌注樁+內(nèi)支撐體系，車站主體為現(xiàn)澆鋼筋混凝土箱型框架結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)設(shè)置全外包防水層。其中龍門(mén)吊安拆及起重吊裝過(guò)程是本工程車站主體結(jié)構(gòu)施工過(guò)程重點(diǎn)管控的風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，如果龍門(mén)吊基礎(chǔ)設(shè)置方式不合理，輕則影響龍門(mén)吊的正常運(yùn)行，重則威脅現(xiàn)場(chǎng)人員的生命安全，且本工程施工場(chǎng)地位于鬧市區(qū)，社會(huì)影響較大，因此龍門(mén)吊基礎(chǔ)設(shè)置方式的合理性直接影響到本工程的形象及使用安全。

2)通過(guò)對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)及周邊環(huán)境調(diào)查發(fā)現(xiàn)，若按傳統(tǒng)方式將龍門(mén)吊軌道基礎(chǔ)設(shè)置在北側(cè)基坑外，會(huì)與施工便道車輛行駛相互影響，增加龍門(mén)吊運(yùn)行的不安全性，且需要對(duì)地基進(jìn)行相應(yīng)處理并澆筑混凝土基礎(chǔ)，施工成本較高。同時(shí)為保證預(yù)定工期，須盡快進(jìn)入基坑開(kāi)挖及支護(hù)階段。綜合以上分析，QC小組成員一致認(rèn)為，必須研究一種龍門(mén)吊軌道基礎(chǔ)設(shè)置新方法才能滿足現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際需求。

3)龍門(mén)吊軌道基礎(chǔ)設(shè)置須開(kāi)挖土方量576 m3，約增加額外工期25 d，為提前進(jìn)入車站主體結(jié)構(gòu)基坑開(kāi)挖施工，減少額外土方開(kāi)挖量，控制成本投入，縮短施工工期，同時(shí)降低龍門(mén)吊使用過(guò)程中的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。本次QC活動(dòng)的目標(biāo)是控制土方開(kāi)挖方量小于等于100 m3，額外工期小于等于10 d。

2 提出方案并確定最佳方案

結(jié)合以往深基坑工程龍門(mén)吊基礎(chǔ)設(shè)置經(jīng)驗(yàn)，提出相應(yīng)的施工方案。方案一：將龍門(mén)吊軌道基礎(chǔ)直接設(shè)置在冠梁頂，西側(cè)冠梁標(biāo)高低于東側(cè)的部位在冠梁之上澆筑混凝土條形基礎(chǔ)作為龍門(mén)吊軌道基礎(chǔ)。方案二：優(yōu)化原設(shè)計(jì)擋土墻高度使其滿足坡度要求，基坑擴(kuò)大段采用鋼結(jié)構(gòu)梁作為軌道基礎(chǔ)。

通過(guò)分析，方案一具有混凝土施工方量大、效率低、成本高且基坑擴(kuò)大段無(wú)法跨越等缺點(diǎn)。而方案二可減少土方開(kāi)挖量，減少額外工期增加，經(jīng)濟(jì)性較高。因此，確定方案二作為活動(dòng)的總體方案，并將深基坑分為標(biāo)準(zhǔn)段、擴(kuò)大段及基坑?xùn)|側(cè)3個(gè)部分繼續(xù)深入研究。

根據(jù)總體方案，仍需確定基坑?xùn)|側(cè)延伸段的設(shè)置形式及擴(kuò)大段鋼結(jié)構(gòu)梁的具體形式。其中東側(cè)延伸段基礎(chǔ)設(shè)置形式有2種方案。方案一：東側(cè)擋土墻頂標(biāo)高按照設(shè)計(jì)要求高于原地面30 cm不變，軌道基礎(chǔ)直接設(shè)置在擋土墻頂，西側(cè)軌道標(biāo)高按0.3%的坡度從東側(cè)反推，整體加高西側(cè)擋土墻高度，使其滿足龍門(mén)吊運(yùn)行要求。方案二：東端頭擴(kuò)大段采用鋼結(jié)構(gòu)梁作為軌道基礎(chǔ)，直接架設(shè)在冠梁頂，基坑外低于原地面的軌道采用切槽的方式設(shè)置，降低整體軌道標(biāo)高，東側(cè)軌道標(biāo)高低于原地面部分開(kāi)槽并設(shè)置擋水埝。將方案進(jìn)行對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)方案一西端頭軌道標(biāo)高為496.513 m，高于原地面2.8 m，擋土墻高度較高，鋼筋及混凝土用量較大且西側(cè)軌道基礎(chǔ)過(guò)高，安全性較差。而方案二西端頭軌道標(biāo)高為495.483 m，僅高于原地面1.77 m，工藝簡(jiǎn)單可操作性強(qiáng)，經(jīng)濟(jì)性高，且基礎(chǔ)高度較前者顯著下降，安全性高，故采用方案二。

進(jìn)一步擴(kuò)大段鋼結(jié)構(gòu)梁也有2個(gè)細(xì)分方案。方案一：采用現(xiàn)場(chǎng)拼裝貝雷梁作為龍門(mén)吊軌道基礎(chǔ)，該工藝有參考實(shí)例，結(jié)構(gòu)安全性高，穩(wěn)定性好[3-4]。方案二：采用鋼箱梁作為龍門(mén)吊軌道基礎(chǔ)，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性強(qiáng)，承載能力高，可保證龍門(mén)吊使用過(guò)程中的安全性[4]。對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)場(chǎng)拼裝貝雷梁工藝復(fù)雜，操作性不強(qiáng)，成本較高且可能延誤工期。而提前定制鋼箱梁，現(xiàn)場(chǎng)整體吊裝，工藝簡(jiǎn)單、操作性強(qiáng)、投入成本低，且可以有效縮短現(xiàn)場(chǎng)施工工期。

經(jīng)過(guò)提出方案到確定方案并進(jìn)一步細(xì)化方案，最終確定龍門(mén)吊軌道基礎(chǔ)設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)段利用現(xiàn)有圍護(hù)結(jié)構(gòu)擋土墻，擴(kuò)大段采用架設(shè)鋼箱梁的形式，延伸段采用切槽的形式。

3 對(duì)策制定與實(shí)施

1)軌道標(biāo)高確定。組織項(xiàng)目測(cè)量工程師利用全站儀、GPS、水準(zhǔn)儀等對(duì)現(xiàn)場(chǎng)原地面進(jìn)行細(xì)致精確的復(fù)測(cè)，測(cè)得車站起點(diǎn)高程為493.712 m，終點(diǎn)高程為497.102 m，東西端頭高差為3.39 m，整體縱坡為1.75%且地勢(shì)起伏不平。根據(jù)本項(xiàng)目地勘報(bào)告提供的地質(zhì)資料，結(jié)合選定的方案，小組運(yùn)用QC方法進(jìn)行分析，確定東端頭軌道標(biāo)高為496.269 m，并按0.3%的縱坡推算至西側(cè)，確定西端頭軌道標(biāo)高為495.483 m。

2)擋土墻參數(shù)設(shè)計(jì)。結(jié)合圖紙驗(yàn)算結(jié)構(gòu)承載力，單筋矩形截面受彎構(gòu)件正截面承載力計(jì)算公式如下：

α1fcbx=fyAs

(1)

(2)

查混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理，fc=14.3 N/mm2，fy=360 N/mm2，α1=1。

截面有效高度：

(3)

截面寬度b=400 mm，鋼筋面積As=942 mm3。

由上述公式求得受壓區(qū)計(jì)算高度為：

(4)

截面承載能力

(5)

Mu>M=48 125 000 N·mm，故龍門(mén)吊軌道基礎(chǔ)承載力滿足要求。

最終確定擋土墻寬度為40 cm，小組成員對(duì)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員進(jìn)行交底，指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工。

3)鋼箱梁選擇。通過(guò)對(duì)鋼箱梁生產(chǎn)廠家進(jìn)行考察，最終確定了鋼箱量尺寸，并對(duì)鋼箱梁承載能力進(jìn)行了驗(yàn)算。根據(jù)廠家提供的鋼箱梁截面參數(shù)計(jì)算其最大應(yīng)力為：

(6)

由最大應(yīng)力：

(7)

可知承重梁強(qiáng)度滿足使用要求。

計(jì)算鋼箱梁下?lián)隙却_定其剛度是否滿足要求。

龍門(mén)吊位于鋼箱梁跨中位置時(shí)，鋼箱梁下?lián)隙葹椋?/p>

(8)

最大下?lián)隙葹椋?/p>

(9)

可知鋼箱梁剛度滿足使用要求。

4 效果驗(yàn)證

針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)龍門(mén)吊軌道基礎(chǔ)設(shè)置這一實(shí)際情況，小組成員運(yùn)用QC方法，逐一制定應(yīng)用對(duì)策，將QC成果成功應(yīng)用于深基坑開(kāi)挖及支護(hù)施工過(guò)程中，額外開(kāi)挖方量降至23 m3，額外工期減少至5 d，順利完成預(yù)期目標(biāo)。

目前龍門(mén)吊已穩(wěn)定運(yùn)行8個(gè)月，且深基坑開(kāi)挖已經(jīng)基本完成，車站主體結(jié)構(gòu)已經(jīng)完成40%，龍門(mén)吊軌道基礎(chǔ)所在的南北側(cè)擋墻沉降量均小于16 mm，深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)變形均處在規(guī)范允許范圍內(nèi)，表明本次QC活動(dòng)取得較為顯著的效果。

5 目標(biāo)效果

1)經(jīng)濟(jì)效益。通過(guò)運(yùn)用QC方法，制定合理的施工方案，減少了路面破除費(fèi)用、土方開(kāi)挖及回填、混凝土澆筑及破除等費(fèi)用，采用既有圍護(hù)結(jié)構(gòu)+鋼箱梁的形式，滿足現(xiàn)場(chǎng)龍門(mén)吊運(yùn)行及安全控制要求，共節(jié)省施工成本45.6萬(wàn)元，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

2)安全效益。通過(guò)運(yùn)用QC方法，解決了現(xiàn)場(chǎng)縱坡較大，地面高低起伏，傳統(tǒng)方式難以滿足龍門(mén)吊安全運(yùn)行的問(wèn)題，此課題在保證承載力和穩(wěn)定性的前提下，將龍門(mén)吊軌道基礎(chǔ)坡度由1.75%降為3‰，有效降低了龍門(mén)吊運(yùn)行過(guò)程中因慣性延長(zhǎng)制動(dòng)距離帶來(lái)的施工風(fēng)險(xiǎn)。

3)技術(shù)效益。通過(guò)本次課題的研究，小組成員汲取類似工程的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)一步學(xué)習(xí)研究了龍門(mén)吊軌道基礎(chǔ)的設(shè)置方式及受力特點(diǎn)，提升了小組成員的創(chuàng)新和研發(fā)能力，龍門(mén)吊軌道基礎(chǔ)設(shè)置方法的成功創(chuàng)新為公司今后類似項(xiàng)目提供了參考和借鑒。

6 標(biāo)準(zhǔn)化

本次QC活動(dòng)順利完成了既定目標(biāo)，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益，故該研究成果具有一定的推廣價(jià)值，小組成員針對(duì)成果的推廣價(jià)值進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化研究和總結(jié)。目前小組已編制《地鐵車站新型龍門(mén)吊軌道基礎(chǔ)設(shè)置方法》，在公司內(nèi)部進(jìn)行推廣，為今后公司承接的類似工程提供參考和借鑒，同時(shí)依托本課題研究成果編寫(xiě)的工法已申報(bào)成功。

7 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)本次QC活動(dòng)，小組成員在使用PDCA循環(huán)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題上有了較大提升，掌握了創(chuàng)新型質(zhì)量小組活動(dòng)的程序和步驟，統(tǒng)計(jì)工具運(yùn)用更加合理，提高了項(xiàng)目管理意識(shí)和能力。此外小組成員對(duì)行業(yè)信息的查詢、調(diào)研，創(chuàng)新優(yōu)化與設(shè)計(jì)能力有了很大的提升，活動(dòng)后編寫(xiě)了《受限空間懸臂式基坑施工工法》并成功申報(bào)省級(jí)工法，將活動(dòng)中取得的技術(shù)成果標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化。在今后施工中，小組將繼續(xù)大力開(kāi)展QC活動(dòng)，不斷將QC成果應(yīng)用到工程實(shí)踐中。