/創新海峽國際會展中心復雜地質條件下降排水方案福州海峽國際會展中心項目QC成果發布發布人：許寶和中國建筑股份有限公司海峽國際會展中心創新降排水方案QC小組二00九年三月目錄一、工程概況(ProjectOverview) 1二、小組概況（GroupOverview） 2三、P階段（Plan） 43.1、課題選擇 43.2、課題確認 73.3、確定目標 73.4、可行性論證 83.5、提出方案，確定最佳方案 93.6、制定對策 16四、D階段（Do） 17實施一、優化降水方案 17實施二、降水井施工 19實施三、明溝、集水坑施工 21實施四、盲溝施工 22實施五、降水 24五、C階段（Check） 255.1、實施效果總檢查 255.2、進度效益 275.3、經濟效益 27六、A階段（Action） 296.1、鞏固措施 296.2、今后打算 30七、合理化建議（RationalizationProposals） 30八、QC小組活動一覽表（TableGroupActivities） 30一、工程概況(ProjectOverview)福州海峽國際會展中心工程位于閩江右岸的福州市東部新城。總建筑面積為38萬m2,地下室建筑面積15萬m2，合同造價約25億。本工程由H1區、H2區兩個展廳及C區會議中心構成，展廳長468m，寬168m，會議中心長210m，寬130m，建成后將是海峽西岸經濟區一座具有國際標準的超大型展覽建筑（亞洲第二大），是舉行福建省政治協商會議，省人大會議，國際大型招商引資及學術會議，綜合性大型展覽的場所，同時也是福建省新的標志性建筑之一，其社會影響大。本工程地質復雜，地處閩江口，表層為吹填砂。處于徑流和潮流的過渡段，既受徑流影響，又受潮流影響。汛期洪水對流量、流速、水位的影響特別顯著，非汛期則以潮汐性流水出現，水位隨江水漲潮落潮波動而變化，水位高度為-4.7～-8m。圖一：會展中心建筑效果圖二、小組概況（GroupOverview）本QC小組成立于2008年8月，小組成員涵蓋技術、生產、商務合約多個方面、均接受過多次TQC學習培訓，具體情況見下表：QC小組成員一覽表小組名稱創新降排水方案QC小組課題類型創新型注冊時間2008年8月課題注冊號ZJHX—2008—002—002#活動課題創新海峽國際會展中心復雜地質條件下降排水方案平均TQC受教育時間平均64小時活動時間2008.8至2008.10小組人數10人出勤率95%圖二：小組人員討論會圖二：小組人員討論會小組成員基本情況序號姓名組內職務職稱學歷組內分工1楊程榮顧問高級工程師本科活動指導，技術顧問2劉勝利組長高級工程師本科策劃組織、技術指導3盛建武副組長工程師本科對策實施、方案編制4劉小良副組長工程師本科策劃組織、效果監測5楊勇組員工程師碩士過程實施、效果監測6許寶和組員工程師本科方案落實，成果整理7肖彬組員助理工程師本科方案落實、成果整理8鄧新建組員助理工程師本科對策實施、效果監測9郭培漢組員工程師本科質量控制、過程實施10曹智組員預算員本科效益統計、費用控制制表人：肖彬制表時間：2008年8月25日三、P階段（Plan）3.1、課題選擇3.1.1問題提出基坑降排水是土方開挖施工的前提條件，其降水的效果與速度直接影響后續工序施工。2008年8月25日，小組在組長劉勝利組織下，召開了一次專題討論會，對整個工程的降排水情況進行認真分析，發現影響本工程基坑降水的主要問題有以下幾個方面：本工程工期緊，合同工期578天，地下室結構工期120天，且土方開挖工期只有20天。為迎接泛珠三角洲論壇2009年10月在福州召開。總工期進一步由578天調整為460天，這就要求各分部工期都要相應壓縮，短期降水任務艱巨；本工程體量大，基坑面積大，降水總量大。總建筑面積38萬m2，地下室面積15萬m2；施工場地位于河道和漫灘地上，表層為吹填砂造地，地下水位高（地下水位-4.7～-8m），且基坑開挖至中砂層，含水量高，滲透系數大（20m/d）；本工程地處閩江口，處于徑流和潮流的過渡段，既受徑流影響，又受潮流影響，水位情況復雜，降水難度大。3.1.2調查分析1、本工程地質地貌情況復雜，處于河道交叉，含水含泥量豐富，土質情況復雜的漫灘地，是經過吹沙和回填形成的被閩江及其支流環繞的獨立小島。對于工程性質來說，降水施工非常困難，該區域地質地貌情況在東南沿海區域具有一定的普遍存在性。工程原始地貌如下圖：圖三：場地原始地貌圖四：場地吹砂造地下面兩張照片為項目剛進場在工地對面鼓山上拍攝的遠景及現場拍攝的近景，從中可以清楚看到工地在四面環水的砂地中央，周圍環境含水量豐富。圖五：工地現場實際拍攝（遠景與近景）2、基坑開挖深度大，本工程地下室底板頂標高-6.3m，板厚400mm，大部分承臺厚1.5m，局部承臺厚2m，因此板的挖深標高為-6.8m,大部分承臺開挖標高-7.9m,局部承臺挖深-8.4m。根據福州市勘測院2008年3月和4月的《福州海峽國際會展中心巖土工程勘察報告（一期、二期）》（工程編號：2007改0187-02Ⅰ、2007改0187-02Ⅱ），其中工程地質剖面圖如下：圖六：工程地質剖面圖3、地下水位情況復雜，工程地處徑流和潮流的過渡段，汛期洪水對流量、流速、水位的影響特別顯著，非汛期則以潮汐性流水出現，水位隨江水漲潮落潮波動而變化，降水主要涉及土層為細中砂層。此層主要受江水的橫向及垂直補給，富水性較好，土層滲透系數20m/d。根據福州市勘測院2008年4月的《抽水試驗報告》結論表明：場地上部含水層厚度15m左右，主要成分為細中砂，含水層底板為淤泥質土夾砂，為弱透水層，含水層屬于松散孔隙潛水，靜止水位埋深為-5.5～-7.1m.圖七：地下水位高程示意圖4、臺風對降水有影響，歷年的8-9月份是福州市受臺風影響比較嚴重的時間段。臺風來臨期間，地下水位波動比較大，并且雨水特別多，降水難度增大。以下為從福州氣象部門統計的2005至2007年各季度影響福州地區的臺風次數：2005年～2007年季度臺風統計表月份次數1～3月4～6月7～9月10～12月份2005年0次1次4次1次2006年0次1次5次0次2007年0次0次4次2次制表人：郭培漢制表時間：2008年8月25日3.2、課題確認創新海峽國際會展中心復雜地質條件下降排水方案創新海峽國際會展中心復雜地質條件下降排水方案3.3、確定目標課題確認后，8月28日，小組第二次召開會議，由于原設計降水方案無法滿足調整后的工期要求，圍繞本工程的兩個最重要的情況，討論一致確認了課題的雙目標：工期緊工期緊降水難度大目標：1、10天形成基坑降排水系統2、15天降水至-9.00m（9月10日到9月25日）具體對原設計方案及優化方案目標比較如下：圖八：降水方案目標比較圖3.4、可行性論證本工程屬于市重點項目，是福建省推行海峽西岸兩個先行區建設的重點工程。同時也是中建總公司2008年十大重點工程之一，得到了福州市各級行政部門的大力支持及中建總公司的足夠重視，在人員，資金、材料物資等方面給予很大的協助。項目部組織福州市及公司總部降水相關專家、福州市勘測院、建設單位、監理單位技術人員對降排水方案進行深入討論并提出了不少的建議，反復論證如何在不同實施方案中找到工期與費用的平衡點。3、選擇有實力、成建制、操作規范、人員充足的勞務隊伍。3.5、提出方案，確定最佳方案小組確定活動目標以后，第三次召開會議，通過“頭腦風暴法”，廣泛提出不同意見，并整理出4個不同的降排水方案。方案一：深井降水依據地質報告提供的水力參數計算單井涌水量和單井出水量，依據影響半徑及降水深度計算水力坡度，依據降水有效半徑確定井間距，本計算方法未考慮群井效應，計算結果會偏于保守，在計算參數選擇上，k值按勘察結果選取k=20m/d。結合工程平面布置圖確定降水井的布置，使其有利于排水、土方開挖、結構施工，盡量減少不利干擾和影響。具體計算簡圖如下：圖九：深井降水計算圖計算公式為：單井涌水量計算：Q=2.73kMS/[Lg(1+R/ro)+(M-L)lg(1+0.2M/ro)/L]出水量計算：q=120πRsLEQ\R(3,k)影響半徑：R=10SEQ\R(,k)降水井深度：H=S+L+Ir0+h（I為降水水力坡度，h為自然地面至底下水位深度）計算結果如下表：計算結果表降水深度s(m)管井半徑rs(m)滲透系數K(m/d)含水層厚度M(m)影響半徑R(m)單井涌水量Q(m3/d)單井出水量q(m3/d)降水有效半徑r0(m)濾水管有效長度L(m)降水井深度H(m)布井間距Db(m)結果判定Db<2r0q>1.2Q3.00.2205134213613893825滿足要求降水井共布置184口，具體位置見下圖：圖十：降水井平面布置圖降水井井深為18m，井內降深（水位埋深）3m。所有水井成孔直徑為Ф800㎜，濾水管內徑Ф400㎜。整個工程安排6臺鉆機全面從北向南施工。總體上單井各設一臺潛水泵，用膠管連接后各自排至就近排水溝內，經匯集后流向沉淀池進行沉淀。而后排至閩江。本方案降水時間長，降水施工期間成立由機電部負責管理的降水施工隊，晝夜24小時監護，確保降水的連續性和降水施工的成功。本方案采用深井自動控制系統，保持井內動水位在-9.0m以下有利因素：工序少，技術成熟，只需大范圍平行進行鉆井施工，保證臨時電力供應，保持水泵正常運轉以及排水溝的暢通，就可以成功降水。不利因素：EQ\o\ac(○,1)井點多，施工同時投入鉆井機械量大，降水時間長。EQ\o\ac(○,2)耗費大，成本高，24小時不間斷抽水對于施工電力負荷也比較大。EQ\o\ac(○,3)井點抽水排入基坑外圍排水溝距離遠，所需水管多，基坑內水管布置難度大，不利于為后續工序土方大開挖提供工作面。EQ\o\ac(○,4)后續底板砼施工時，基坑內深井過多，封井工作量大，間接增加后續工序工期。方案二：輕型井點降水井點系統裝置原理：井點管、總管及集水箱內空氣被吸走，形成一定的負壓。管路系統外部地下水承受大氣壓力的作用，為保持平衡狀態，由高壓區向低壓區方向流動。地下水被壓入至井點管內，經總管至集水箱，然后用水泵抽走。設備及材料的準備（以每套為例）序號名稱單位規格與技術性能（備注）降水設備1射流泵（配水槍頭）臺水沖成孔，埋設井點管2降水管配件套D100集水總管，D48井點管3水箱個暫時盛放井點管內抽出的承壓水4離心式水泵臺B型，生產率20m3/h；揚程25m；抽吸真空高度7m，吸口直徑50mm，電動機功率2.8kw，轉速2900r/min。與集水總管相連，形成真空，抽除承壓水至水箱內5污水泵臺將水箱內水抽至坑外井點管用Ф48*3.5mm鋼管，帶管箍，下端3m長范圍鉆有Ф10mm梅花形孔形成濾管，管底封閉。濾管外纏棕皮三層，間距40mm纏鐵絲。連接管用直徑50mm塑料透明管、膠皮管，連接井點管與集水總管，鐵絲扎緊。集水總管用直徑100mm鋼管，間距1200mm焊接D48支管。濾料選用粒徑0.5-3.0cm石子，含泥量小于1%。本工程基坑面積大，采用環形井點布置，間距4m。井點管距坑壁為1.0m，間距1.2m，埋深-12m。圖十一：基坑井點降水示意圖井點管埋設采用水沖成孔，孔徑約為100mm，井深比井點設計深0.5m；井點管頂端露出地面約800mm，然后在井孔內倒入粒徑20mm石子約500mm高，再沿井點管四周均勻投放2-4mm粒徑粗砂，上部1.0m深度內，用淤泥土填實以防漏氣。井點管濾水管部分必須埋入含水層內。井點管采用連接管接通總管，并用鐵絲綁牢。一組井點管部件連接完畢后，與離心泵連通，接通電源，可進行試抽水，測試系統無問題，就可投入正常使用。井點使用時，應保持連續不斷抽水，配用發電機以防斷電。有利因素：設備結構緊湊，體積小，狹窄工地進入方便；可以有效防止流砂，提高邊坡穩定性，技術也比較成熟。不利因素：①采用真空泵抽水，存在耗電量大，出水率低，故障多等缺點②施工麻煩，占用空間大，主要機具設備須放置在基坑四周，占用現場施工場地，嚴重制約后續工序土方開挖大范圍平行施工。③基坑范圍過大，輕型井點配套設備需要數量多，實施有一定難度。方案三：明溝、集水坑降排水在基坑的四周設置排水明溝，隔斷基坑外水滲入基坑；基坑橫向后澆帶上設置臨時明溝，四周明溝每隔40m設置集水坑，使基坑滲出的地下水通過排水明溝匯集于集水坑內，然后用水泵將其抽出基坑外。圖十二：明溝、集水坑排水方法1-排水明溝；2-集水坑；3-離心式水泵；4-設備基礎或建筑物基礎邊線；5-原地下水位線；6-降低后地下水位線有利因素：工藝簡單，施工速度快，方案經濟，適用最為廣泛。基坑周邊支護比較方便。不利因素：EQ\o\ac(○,1)降水效率不高，比較適用于降排水量比較小的基坑。EQ\o\ac(○,2)安全性不高，護坡難度大，有流砂層。EQ\o\ac(○,3)降水完成所需工期長。EQ\o\ac(○,4)局部深基坑所需集水坑開挖深度大。方案四：外截內排深井聯合降水在基坑四周離底板1.2m設置明溝與集水坑組成的截水系統，截斷基坑外水與基坑內的聯系；基坑內部設置盲溝、集水井形成內部的排水系統，再輔以適當數量的深井，從而形成一個完整體系的降排水系統，經濟高效達到快速降水的目的。以下為整個降排水方案平面布置圖：圖十三：基坑降排水布置圖有利因素：EQ\o\ac(○,1)降水效率高，節約工期。EQ\o\ac(○,2)投入相對少，節約成本。③降水井設置在后澆帶上對后期底板施工影響小。④縱橫向盲溝系統可以動態控制地下水位。不利因素：①需形成一個完整的降排水系統才能有效降低水位。②各工序銜接需要非常緊密，現場施工組織難度比較大。四種降排水方案的分析、評估：方案評估表綜合評價結論序號方案方案效果經濟投入實施難度工期綜合得分1深井降水867526方案四能最大限度的滿足要求，予以采用2輕型井點降水7767273明溝集水坑降排水6985284外截內排深井聯合降水987933說明：各單項按滿分10分，最低分3分進行打分，3～4分為差，5～6分為合格，7～8分為良好，9～10分為優秀制表人：許寶和制表日期：2008年8月30日最終選擇方案的確定：經過綜合對比分析，小組決定采用方案四（外截內排深井聯合降水）施工。雖然需形成一個完整的降排水系統才能有效降低水位，并且施工組織難度比較大，但能充分滿足整體進度需要，經濟合理，且方案實施降水效果好。因此從工期、安全、經濟的角度出發，小組成員一致認為方案四為最佳方案。3.6、制定對策明溝，集水坑施工降水井施工9月5日，小組在項目部會議室召開會議，針對選定降排水方案進行了初步方案設計，并確定了整個工藝流程如下：明溝，集水坑施工降水井施工方案優化設計方案優化設計盲溝施工盲溝施工降水降水對策表序號實施步驟對策（what）目標（why）措施（how）地點（where）完成時間（when）負責人（who）1方案優化設計根據水力學原理進行降排水方案設計通過專家評審1、通過計算確定所需降水井口數與降水時間2、繪制降水井定位圖3、編制降排水施工方案項目部會議室9月8日劉勝利盛建武楊勇2降水井施工由專業隊伍負責降水井施工降水井試抽水驗收合格率100%1、選定與我們合作多次的、有實力專業隊伍2、專人負責現場降水井施工。施工現場9月15日許寶和肖彬3明溝、集水坑施工嚴格按照方案要求達到截水、排水效果基坑邊坡穩定，水平、垂直位移＜2㎜/d，累計＜30㎜開挖至設計標高，邊開挖邊堆碼砂袋，并采用防沙網。3、沙袋用竹竿或鋼筋串好，形成整體。施工現場9月15日曹智郭培漢4盲溝施工嚴格方案施工形成盲溝系統盲溝疏水暢通，坡度大于5‰1、盲溝開挖時，施工員現場測量開挖深度PVC管安裝時用編織袋裝石子兩邊固定人工回填碎石。施工現場9月20日楊勇許寶和肖彬5降水現場實施地下室水位低于承臺底50cm每天早晚各一次通過觀察井觀測水位，降水井編號，并由專人負責巡查，配置發電機，以防止停電。施工現場9月24日肖彬楊敏軍制表：許寶和日期：2008年9月5日四、D階段（Do）實施一、優化降水方案1、通過計算，得出所需降水井的數量深井降水的布置：按無壓非完整井井點來計算涌水量，考慮降到-9.0m，靜水位目前觀測井實測數據為-6.0m。式中：K為滲透系數，取20m/dHo為有效含水深度，取10mS為降水深度，取2mR為抽水影響半徑:x0為基坑假想半徑：單管涌水量：參照抽水試驗結果，取：則井點個數:N=1.1×Q/q考慮到H1、H2及C區相互降水的有利影響，降水井H2區36個，H1區36個，C區20個，合計92個。井深18米。布置原則：主要布置在結構后澆帶上，具體位置及定位見下圖：圖十四：降排水布置圖效果檢查：通過計算和繪制井點布置圖，編制降排水施工方案，該方案經專家討論通過，并經總公司、監理及業主審批獲得好評。專家一致認為：如按此方案施工不但降水效果有保障，能滿足工期要求，同時也將節約可觀成本。下為專家論證簽字的會議記錄：圖十五：降排水方案專家論證實施二、降水井施工施工工藝：井點測量定位→挖井口、安放護筒→鉆機就位→鉆孔→回填井底砂石墊層→吊放井管→回填井管與井壁間砂礫過濾層→洗井→井管內下設水泵、安裝抽水控制電路→試抽水（驗收合格）→降水井正常抽水降水井施工采用100型鉆機施工，泥漿護壁成孔，開孔口徑450mm（一徑到底），在基坑內的井口標高為-6.0米，高出底板300mm，基坑外的井口標高為-4.0米，井深18m，局部孔深21米，成井后進行洗井和試抽水。用φ219無縫鋼管成井，鋼管上開孔φ16@30×30呈梅花型布置，管外包40目尼龍濾網1層，外側填3～5mm礫石或碎石，管底從下往上依次填300mm的碎石料和砂料。抽水設備采用150QJ30-30/4型潛水電泵，泵頭在孔內13米處。圖十六：深井具體做法圖效果檢查：小組對降水井試抽水進行抽查：合格率100%。并繪制檢查表如下：抽查時間2008年9月14日2008年9月16日2008年9月18日2008年9月20日2008年9月22日抽查個數（個）1515151515合格個數（個）1515151515合格率（%）100100100100100圖十七：現場后澆帶上降水井抽水及深井無縫鋼管原材料實施三、明溝、集水坑施工為截斷坑外水進入基坑，以及方便基坑中部降水井的排水，在深井抽水三天后，就沿建筑物周邊設置集水坑和明溝，集水坑和明溝邊線距底板邊線為1200mm，砂包擋土墻寬1000mm。因場地為回填砂層，建筑物底板外側邊坡擬采用大放坡，坡度為1:1.5。為方便土層滯水流出，防止沙子流失，在砂層表面鋪設防沙網。明溝寬500mm，底部防砂網上堆碼砂包一層，外側為1500mm砂包擋土墻，堆砂袋時必須每層反向疊碼，并且每四層用φ16鋼筋打入串好，以增加其整體性，在明溝與后澆帶相交處設集水坑，集水坑的邊坡做法同明溝。圖十八：明溝剖面圖圖十九：現場明溝照片效果檢查：通過實施對策，基坑邊坡穩定，邊坡水平、垂直位移均控制在目標值內，同時也截斷基坑外部水滲入基坑，為基坑降水系統形成創造了良好的條件。圖二十：基坑監測數據情況實施四、盲溝施工橫向后澆帶下埋PVC管，PVC管從各區縱向中軸線斷開，分別坡向基坑周邊的明溝，在PVC管與明溝相交處設集水坑，起始管底標高為-8.0米，與集水坑相交處管底標高為-8.5米。管外側及上部填0.5米厚卵石或碎石，再在上部回填砂。圖二十一：后澆帶PVC排水管盲溝沿2條縱向后澆帶增設常規碎石盲溝，溝深0.5米，下口寬300mm，上口寬500mm，內填卵石或碎石，用來疏干基坑內滯水，并沿盲溝設集水井。圖二十二：集水井、盲溝的做法在底板混凝土施工時，通過導管直接把降水井抽出的水導入后澆帶的PVC管，通過后澆帶下PVC管排到基坑兩邊明溝與集水坑再排出基坑。這是一個合理優化盲溝的措施，解決了基坑內深井出水管布置問題，取得很好效果。如下圖所示：圖二十三：后澆帶上深井與盲溝聯合排水效果檢查：通過實施對策，盲溝疏水順暢。盲溝坡度記錄數據如下：圖二十四：盲溝坡度測量數據實施五、降水先采取深井進行降水，以便完成強制性排水系統（明溝、盲溝、PVC埋管）的施工。強排系統形成后，基坑周邊的明溝可以截斷基坑內外水的水平聯系，內部的PVC管、盲溝相互連通引流地下水至基坑周邊的集水坑，達到降低水位的目的，形成一個以強排降水為主，深井降水輔，兩者相互配合共同作用的降排水系統。深井中的水或基坑內集水井中的水抽出后排至基坑周邊的明溝或集水坑內，再抽至基坑上部的檢查井，經沉淀由排水管統一排至場地南側河道內、北側閩江內。效果檢查：形成一個以強排降水為主，深井降水輔，兩者相互配合共同作用的降排水系統。至9月21日，從下面水位觀測表可以看出整個基坑動水位已經控制在低于承臺底50cm。圖二十五：降水井水位觀測表（至9月21日）五、C階段（Check）5.1、實施效果總檢查5.1.1、以下五張照片從系統局部、整體兩個方面反映了整個基坑降水后的狀況，明顯可以看出降水達到了此次QC活動的效果：圖二十六：盲溝系統的形成圖二十七：明溝系統的排水效果圖二十八：基坑水的外排圖二十九：基坑內土方大范圍開挖圖三十：開挖至基坑底的土方現場總情況5.1.2、通過現場設置的觀測井的實際觀測數據顯示：9月23日以后地下水位已經穩定在-9.0m以下。對于我們的目標：15天降水至-9.00m（9月10日到9月25日），最終提前2天完成。以下為觀測井實際測量的地下水位的詳細數據及降水方案實施比較圖：圖三十一：地下水位觀測數據表圖三十二：降水方案實施比較圖5.2、進度效益通過創新地使用外截內排深井聯合降水，有效的解決了高水位吹填砂地質條件下的降排水問題，為后續土方開挖提供了良好的條件。降水工作于2009年9月10日開始，于2009年9月23日成功降水，比原定目標縮短了2天，具體工期縮短情況見圖三十二。5.3、經濟效益通過與未進行QC活動進行對比，計算出節約的直接經濟效益是759.54萬元。經濟效益分析表序號分項QC活動前降排水費用（萬元）QC活動后降排水費用（萬元）節約成本（萬元）備注1明溝施工2854×338=130.262854×45=12.84117.42砂袋代替磚砌明溝2深井施工184×9600=176.6492×9600=88.3288.32優化設計減少深井數量3施工用電184×90×24×3×1.732×0.85=175.5492×13×24×3×1.732×0.85=12.68162.864人工費19×3×90×100=51.310×3×13×100=3.947.45后澆帶盲溝3214×338=108.633214×120=37.4971.146邊坡支護300202807QC活動費用03.6-3.68合計938.37178.83759.54制表人：許寶和制表日期：2008年9月25日通過QC活動，創造了經濟效益，也造成了一定得影響力，《東南快報》對海峽國際會展中心項目通過優化降排水方案節約成本作專題報道。圖三十三：東南快報高度贊揚我工地降排水方案5.4、社會效益：通過技術創新，在如此短的工期內非常經濟的達到了降排水的要求，提前完成了工期目標，為公司及項目部贏得了良好的聲譽，也向外界展示了