建筑工程深基坑支護方案優(yōu)化及成本控制

盧毅

【摘要】本文介紹了某房地產(chǎn)開發(fā)公司開發(fā)建設的高層建筑工程深基坑支護及降水工程方案優(yōu)化及成本控制。根據(jù)地質(zhì)特點、周邊環(huán)境復雜、地下水量大等不利因素，按傳統(tǒng)深基坑支護和降水方法擬定了二個可行方案，再按本工程特點，將施工方針由止水改為引水擬定第三個方案，經(jīng)過仔細論證、方案優(yōu)化及建設成本管理，取得了良好的安全、經(jīng)濟、加快進度的效果，節(jié)約了建設成本。望本文能給同行們在建筑深基坑支護及降水施工方面上提供一些經(jīng)驗分享。

【關鍵詞】深基坑支護和降水；方案優(yōu)化；施工監(jiān)控；成本管理

一、前言

近年來，隨著施工技術的發(fā)展和高層建筑的普及，深基坑施工逐漸變得越來越重要。在南方某些城市，由于降水充沛、地下水儲量豐富，再加上地基本身的不利因素，給基坑施工的支護和降水造成了難題。若施工方案選擇不當，將會給該場地的深基坑支護施工安全、質(zhì)量、進度和成本控制造成重大影響。因此，在施工之前，合理的方案選擇和優(yōu)化對工程的成敗優(yōu)劣就顯得非常重要。

二、項目概況

本工程項目位于某省會城市高新開發(fā)區(qū)中心主干道旁，為12棟高層建筑工程，地上32層，地下2層的建筑，建筑面積約25萬㎡，建筑東面約150m是該地排洪儲水湖，東北面緊靠城市排洪渠，西面距開挖邊5.0米是城市主干道，南面為大道支路，距基坑開挖邊3.0米，北面為大道另一支路，距離開挖邊3米，且離開挖邊北面25米為另一小區(qū)，該小區(qū)為高層建筑，已經(jīng)入住，地下一層，地上18層。本項目為在建工程，現(xiàn)基坑支護工程安全穩(wěn)定，兩層地下室結構工程已完成，按經(jīng)優(yōu)化選擇的基坑支護方案施工，確保了施工安全，加快了施工進度，節(jié)約了建設成本，取得較好經(jīng)濟效益。

三、項目地質(zhì)情況

（一）地質(zhì)概況：

該項目地處市中心，三面為城市道路，地下室二層，場地各側(cè)無放坡條件，基坑周長約 760m，坑邊地下管線復雜，位于防洪蓄水湖附近，地下水十分豐富，且水位淺。

場地巖土層分布為七層，由填土、淤泥質(zhì)土、黏土、粉質(zhì)黏土、圓礫及風化巖等組成，分布見下圖。其中圓礫⑤全場地分布，為強透水含水層，層位穩(wěn)定，厚度大，厚度變化相對較小，土質(zhì)較均勻，評價其均勻性較好；粉質(zhì)黏土⑤-1 部分地段分布，厚度變化較大，層位穩(wěn)定性差，評價其均勻性差；風化巖層⑥、⑦層位穩(wěn)定，頂板埋深變化較小，水平方向力學性質(zhì)相近，評價其均勻性較好。當采用圓礫為基礎持力層時，除場地西側(cè)的部分地段圓礫層中夾粉質(zhì)黏土⑤-1分布地段為不均勻地基外，其余地段可按均勻地基考慮；當采用深基礎以風化巖為持力層時，其沉降是均勻的。

工程地質(zhì)剖面圖（部分）

四、工程特點與難點

該項目基坑具有以下特點和難點：

（1）基坑開挖較深，裙樓基坑開挖深度為9.6m，塔樓開挖深度為13.6m，基坑面積約3.5萬平方米，為一級基坑工程。

（2） 施工場地狹小，場地周邊有道路、地下管線及排污水管分布，管線縱橫交錯。場地四周均不符合放坡開挖條件。

（3） 經(jīng)勘察，本項目場地內(nèi)的圓礫層比較厚，最大厚度達33m，承載力比較大，可以作為基礎持力層，但該層為強透水含水層，容易發(fā)生底層透水。基坑部分區(qū)域有一層軟弱夾層黏土⑤-1，偏高壓縮性，力學強度低，屬不良土層，不可作為基礎持力層，當作地基下臥層時易引起地基不均勻沉降，需進行地基加固處理，加固處理延長了施工工期，對深基坑支護施工安全及降水效果提出了更高的要求。

（4）地下水異常豐富，地下水面為-3.5m至-4.5m埋藏淺，基坑壁巖土層主要為①、①-1、②、③及④層，部分圓礫⑤層，基坑開挖后，地下水對巖土層的影響主要表現(xiàn)為巖土層的力學強度降低?？辈炱陂g，擬建場地上層滯水水位變化較大，水量小，未測得其明顯水位。但若在雨季，填土中的上層滯水水位可能較明顯，在基坑開挖過程中可能發(fā)生滲流；孔隙水穩(wěn)定水位埋深為3.80～5.30m（標高約69.62～71.19m），水量較大，具有承壓性；水位埋深位于基底標高67.1m 以上，且基底均為強透水含水層。若在不采取必要的隔水或降水措施的情況下開挖基坑，坑壁極易出現(xiàn)涌土和流砂及管涌破壞現(xiàn)象，基坑開挖過程中基底極可能發(fā)生突涌等地質(zhì)災害，造成造成工程安全事故。故需要設計周詳?shù)慕邓媱?。且由于項目位開發(fā)區(qū)城市中心區(qū)域，周邊環(huán)境壞境十分復雜，降水時必須考慮對周邊環(huán)境的影響。

（5）基坑內(nèi)需要進行抗拔樁施工、地下室施工及抽排水、防水、防潮等施工，工程量大和時間較長，基坑支護穩(wěn)定性要求高。

（6）本工程為了減少安全風險的發(fā)生，要避開豐水期進行基礎施工，而本項目所處區(qū)域，干水期只有九月到次年的三月，時間短。

五、擬定支護降水方案

在擬定支護降水方案時，根據(jù)項目特點、地質(zhì)條件和場地限制，考濾施工技術可行，保證施工安全的原則擬定了以下三種支護降水方案。在進行優(yōu)化選擇方案時，原則為首先考濾施工技術可行，保證施工安全的前提下，同時考濾盡可能縮短工期，降低成本的原則選擇方案。

方案一：采用止水帷幕支護方式

采用鉆孔灌注樁+止水帷幕進行基坑支護及止水，在基坑內(nèi)四周作好抽水井。做法詳見方案圖一。抽水井井壁作好過濾措施，在完成鉆孔灌注樁和止水帷幕施工后，在抽水井內(nèi)抽水以降低基坑內(nèi)地下水水位，以確?；A的正常施工，該方案可有效緩解直抽降水對工程本身及周邊環(huán)境的影響。但由于場地內(nèi)分布的圓礫層厚度大，且為強透水含水層，水體豐富，在采用該方案時，如果鉆孔灌注樁+止水帷幕組成的支護體發(fā)生水平位移，將會造成基坑外向基坑內(nèi)滲水從而出現(xiàn)險情。該方案實施的過程工期比較長，安全風險比較高，經(jīng)濟成本較高。

方案二：連續(xù)墻止水支護方式

在基坑四周采用地下連續(xù)墻+預應力錨索支護。做法詳見方案圖二。在基坑周邊采用地下連續(xù)墻與基坑圍護結構相結合，墻底進入隔水泥巖一定深度，使基坑外側(cè)形成一道隔水邊界，基坑內(nèi)含水層無補給源，經(jīng)止水處理后的基坑內(nèi)直接采用常規(guī)抽水方法進行降水，可較易地將水位降低。此方法施工可行，水位降深可滿足設計要求，效果好，在基礎施工完成后地下連續(xù)墻可以作為地下室外墻，但是由于場地內(nèi)分布的圓礫⑤層厚度大，為強透水含水層，地下連續(xù)墻需要建到深至強風化泥巖層⑥1m以下，施工工藝比較復雜、施工難度比較大，故費用較大。

方案三：排樁+預應力錨索支護降水方式

在基坑四周支護形式采用排樁+預應力錨索支護，將施工方針由止水改為引水，針對該場地的地質(zhì)情況。做法詳見方案圖三。工程不宜采用直接抽水法，如果在基坑內(nèi)底面直接進行抽水以降低地下水位，則場地內(nèi)分布的粉質(zhì)黏土④和圓礫⑤層等層中會出現(xiàn)涌土、流砂、管涌，最終導致鄰近場地下沉、塌陷。故采用坑內(nèi)降水坑外補水的辦法，在基坑內(nèi)設置抽水機抽水的同時，在場地周邊可能出現(xiàn)塌陷下沉的區(qū)域設置灌水井，向該地回灌抽出的地下水以保證該地的地下水位不會下降到危險點，同時設置觀測井，早晚觀察水位兩次，以此確定抽水速度，確保降水在安全范圍內(nèi)。另外因為場地周邊地下管道復雜，距道路較近，為了防止巖層松動，滿足穩(wěn)定性要求，故場地各側(cè)采用預應力錨索為支護固定周邊巖層，亦要定期對周邊的點的位移和沉降進行嚴密監(jiān)測。該方案特點：投資費用較低，工期較短，安全性能可靠。

六、三種支護方案的投資費用估算

根據(jù)以上三個方案圖紙計算工程量，單價采用項目所在地區(qū)現(xiàn)行定額及費用計算綜合單價，規(guī)費與稅金按現(xiàn)行標準，不可預見費按10%計，沒有定額可套的項目，則采用市場綜合單價計算。

以上三個方案，均安全可靠，其中方案三建設費用最低，工藝簡單，工期最短，但需要在降水期間對降水情況進行嚴密觀察，嚴格按照檢測方案做好基坑周邊的監(jiān)測工作。最后選擇方案3作為本項目的支護和降水實施方案。

七、 方案的實施與施工的成本管理

1、根據(jù)選擇的方案，進行深化設計，根據(jù)施工圖紙計算預算價；通過公開招標選擇有實力和經(jīng)驗的施工合作單位是實施方案的關鍵，由于支護和降水方案是根據(jù)地質(zhì)資料進行設計，不是永久的結構體，因此選擇具有類似相同施工經(jīng)驗的施工單位進行施工，以確保在施工過程中出現(xiàn)險情時能及時的進行排險處理，這是施工過程確保安全的前提；通過公開招標競價，根據(jù)項目特點和各個投標單位的報價進行總價包干的方式，確定合理最低承包價。

此外選擇具有豐富施工監(jiān)理經(jīng)驗的監(jiān)理工程師進行現(xiàn)場監(jiān)理，現(xiàn)場配備較強的協(xié)調(diào)和管理能力、責任心強的建設單位項目代表對方案實施進行有效協(xié)調(diào)的管理，是確保項目安全、按期、按量、按價實施的保證。

2、在施工的過程中，總包單位的土方施工必須按照支護施工隊伍的進度要求分段分級開挖，現(xiàn)場監(jiān)理對支護施工進行跟班監(jiān)控，確保支護施工按規(guī)范和方案進行，同時確保成樁的質(zhì)量、錨索的張拉力、降水的深度能滿足設計的要求。

3、深基坑支護和降水及基礎加固處理是個動態(tài)設計、施工和管理的過程，在復雜的地質(zhì)條件下難免出現(xiàn)新的情況和難題，如果反映遲鈍、不果斷、不及時將會導致安全事故、處理成本的增加和工期的拖延。從本項目的施工組織看，施工單位的施工經(jīng)驗、監(jiān)理到位、建設單位的組織協(xié)調(diào)、多方的相互配合，對現(xiàn)場出現(xiàn)的情況及時如實進行處理，是確保深基坑支護和降水及基礎加固處理施工能順利在沽水期完成的關鍵；嚴謹?shù)目茖W組織成本控制，按合同進行有效的管理，盡可能減少合同外的工程量，對現(xiàn)場出現(xiàn)的變更及時核量，使費用控制達到了預期的效果。

八、效益分析

經(jīng)過近5個月的努力，依據(jù)方案成功完成了深基坑支護和降水工程。事實證明，本深基坑支護和降水及基礎加固處理是成功的，產(chǎn)生了明顯的效益。

1、在安全方面，整個地下室施工期間沒有出現(xiàn)險情，降水效果十分滿意，對周邊道路管道和房屋沒有任何不利影響。

2、在經(jīng)濟效益方面，方案優(yōu)化為建設單位取得了明顯的經(jīng)濟效益。方案三比傳統(tǒng)支護方案一節(jié)省投資2500多萬元，比方案二連續(xù)墻止水支護方案節(jié)省投資5000多萬元。

3、在施工進度方面，由于施工、監(jiān)理、建設單位的科學嚴謹組織和有效的協(xié)調(diào)及相互配合，為工期上贏得了寶貴的基礎施工時間：原本估計方案一預計工期為8月，方案二工期為10個月，而現(xiàn)在實行方案3耗費工期僅為5個月，這使整個項目能按計劃有效的進行。

結 語

本工程由于地下水豐富與地質(zhì)情況特別，給該項目基坑支護與降水工程出了難題。如果按照傳統(tǒng)方法，采用止水帷幕支護方式方案或地下連續(xù)墻止水方案，由于透水層較厚，將會造成巨額的不必要工程花費，施工時間也將大大增加。經(jīng)過仔細調(diào)查研究，結合現(xiàn)場實際與基坑施工的經(jīng)驗總結，我們提出了新的方案：將施工方針由止水改為引水，使用抽水與補水相結合的降水方案，并在基坑四周支護形式采用排樁+預應力錨索支護，該方案的實施，給整個基坑施工在安全，經(jīng)濟效益和施工進度等方面帶來了巨大效益。