深厚淤泥質土地區基坑支護技術方案的經濟性分析

文／周俏 中鐵城建集團第二工程有限公司 廣東廣州 510000

引言：

深厚淤泥質土層是沿海地區、特別是內陸河流入海口附近的典型地層。結合深厚淤泥質土層的工程性質，在進行地下工程建設時不僅僅需要設置基坑支護為工程施工提供操作空間、確保施工過程的安全和避免對周邊環境造成不利影響，往往還需要配套設置相應的止水措施和對基坑支護坑內側的被動土壓力區域進行加固，以避免地下水對施工造成不利影響和有效控制基坑支護結構的變形。深厚淤泥質土層深基坑支護體系的選型受到諸多方面的限制，如需要考慮經濟性、技術可行性、對周邊環境的影響、以及對項目施工組織的影響等。在滿足各項規范、標準、政策、技術要求的前提下，經濟性指標往往成為選擇技術方案的最主要的因素，即分析技術方案的經濟性，是深基坑支護體系的技術方案選型過程中一項重要工作。本文結合珠三角地區某深厚淤泥質土層工程項目，對該項目將實施基坑支護技術方案的經濟性進行了較深入的分析和研究。

1.工程概況

1.1 項目概況

本項目位于珠三角地區，擬建設內容主要為新建住宅，設置有兩層地下室。該項目的±0.000（相對標高）為7.5m（絕對高程），場地現狀的原始地面較為平整，平均絕對高程約為5.0m。基坑的擬開挖深度為7.9m，基坑周長約為1197m，基坑內平面面積約為91491 m2。該項目采用設計施工總承包合同模式（即EPC 合同模式），工程承包范圍包括土石方工程、基坑工程、主體工程、機電安裝工程及精裝修工程等，由施工總承包單位與第三方設計院的聯合體中標。

在基坑支護的初步設計階段，設計單位提供多個設計方案，在此基礎上對方案進行經濟性分析，為甄選最優方案提供依據。

1.2 地質概況

根據該項目《地質勘察報告》的鉆孔揭露，本場地地表以下25.2m 深以內為夾雜砂層的深厚淤泥質土層，其自上而下分布如下：人工回填軟土層厚度約1.9m、淤泥層厚度約2.6m、第一中砂層厚度約2.7m、淤泥質土厚度約18m；軟弱土層其下的土層分布如下：第二中砂層厚度約0.8m、粉質黏土厚度約6.2m，其下為粉砂巖層。該場地的地層分布具有珠江入海口區域的典型地層特征。

1.3 水文條件

根據《地質勘察報告》，勘察期間測得場地地下水埋藏較淺，初見水位埋深0.3～1.2m，穩定水位埋深0.40～1.50m。本場地地下水位受季節和天氣的影響而變化，雨季水位明顯上升，旱季水位會相對下降，水位變化幅度約為0.5～1.0m。《地質勘察報告》建議用于基坑設計的地下水設計埋深為0.5m。

1.4 市場約束條件

經過前期的市場調研，珠三角地區的深基坑工程的施工工藝相對成熟，灌注排樁支護、預制排樁支護、型鋼水泥土攪拌樁支護[1]、地下連續墻支護等均有成功案例，相關的機械設備和物資的供應市場較為成熟。

2.基坑支護技術方案介紹

綜合考慮本項目的實際情況，本基坑的安全等級定為二級，環境等級為三級，設計使用年限小于1 年。設計單位結合本項目的具體情況和市場約束條件提供了多個適用的基坑支護設計方案。經過外部專家評審后，專家意見認為以下兩種方案均可適用于本項目的基坑支護。

2.1 方案一

采用分離式排樁（鉆孔灌注樁φ800@1000）和兩道高壓旋噴錨索作為支護結構；采用三軸攪拌樁（φ850@600）形成的止水帷幕作為獨立的止水系統。支護樁的長度為27.1m，樁頂設置蓋梁協調鄰樁均勻受力，錨索處設置腰梁為支護樁提供水平抗力；錨索與水平方向呈45 度向下設置，兩道錨索的錨固段長度均為4.0m，非錨固段長度分別為33.5m 和29m；用于止水帷幕的三軸攪拌樁受止水要求控制，其長度為28m。

另外，為了增加基坑內土體的抗力以及減少支護結構的變形，對基坑內支護樁的被動土壓力區域采用雙軸攪拌樁（φ700@500）進行加固，加固寬度為5.7m，加固深度為6.0m，沿支護樁的內側設置。基坑支護方案一的技術要求詳圖1。

圖1 基坑支護方案一

2.2 方案二

采用型鋼水泥土攪拌樁（即SMW 工法樁）和沿高度設置兩道高壓旋噴錨索作為支護結構。水泥土攪拌樁采用φ850@600 的三軸攪拌樁工藝施工，內插型鋼的規格為HN700＊300 Ⅱ型；結合支護要求和止水要求，型鋼水泥土攪拌樁的長度為28m；錨索的設置同方案一。與方案一顯著不同的是，方案二不設置獨立的止水系統，而是使用SMW 工法樁兼做止水帷幕[2]。

為了增加基坑內土體的抗力以及減少支護結構的變形，采用與方案一相同的方式對基坑內支護樁的被動土壓力區域進行加固（即采用φ700@500 雙軸攪拌樁方案）。基坑支護方案二的技術要求詳圖2。

圖2 基坑支護方案二

通過對以上兩個方案比較，方案一和方案二均采用兩道高壓旋噴錨索為樁提供支撐反力，以及均對支護樁被動土壓力區域進行加固，不同之處在于：（1）支護結構是采用排樁還是型鋼水泥土攪拌樁；（2）是否設置獨立的止水帷幕。

通過以往的工程實踐達成的共識，排樁支護具有施工工藝簡單、工藝成熟、對周邊環境影響小，可根據基坑變形控制要求靈活調整圍護樁剛度等特點，但是施工過程中需要采用泥漿護壁，施工完成后無法清除樁體。

與之不同的是，SMW 工法樁具有施工周期短、施工占用空間小、不需要使用泥漿等優勢，并且內置型鋼可回收重復利用，是一種環境友好型的技術方案。需要慎重考慮的是，拔除型鋼產生的擾動可能會導致水泥土樁產生滲漏，這可能削弱其兼做止水帷幕的功能。如需要在止水階段拔除內置型鋼，可能還需在型鋼拔出后進行壓力注漿，以防基坑的大面積滲漏風險[3]。

3.技術方案的經濟性比較

本次技術方案的經濟性比較按《廣東省房屋建筑與裝飾工程綜合定額(2018)》進行測算，材料單價采用廣州市2021 年1 月信息價調整計價，綜合單價分析時未計取措施項目費和稅金。

本文僅對方案一和方案二的差異部分進行經濟性分析。因方案一和方案二的兩道高壓旋噴錨索支護的做法和采用φ700@500 雙軸攪拌樁為支護樁被動土壓力區域進行加固的做法完全相同，故不在下文中進行經濟性比較[4]。

3.1 方案一

方案一采用φ800@1000 鉆孔灌注樁作為支護樁，混凝土等級為C35，采用HRB400 級鋼筋，縱筋配筋率為1.56%。單根鉆孔灌注樁綜合單價分析見表1。

表1 單根鉆孔灌注樁綜合單價分析表（金額單位：元）

3.2 方案二

方案二采用型鋼水泥土攪拌樁（套打一孔法），內插HN700＊300 Ⅱ型鋼（插一跳一）。水泥土的水泥摻量25%、水泥用量不少于450kg/m3，內置型鋼采用Q345 鋼材、考慮按租賃使用。方案二中攪拌樁兼做止水帷幕，考慮到攪拌樁長度及平面布置均與方案一中止水帷幕相同，因此兼做止水帷幕的φ850@600 三軸攪拌樁在支護分析中不列出其工程造價。本方案的內置型鋼采用租賃方式進行計價，內置型鋼按插一跳一計算[5]。根據不同的使用時長計算單幅工法樁內插型鋼的綜合單價分析見表2。

表2 單幅工法樁內插型鋼綜合單價分析表（金額單位：元）

3.3 兩種方案的經濟性分析

通過以上兩個方案的綜合單價分析，將方案一和方案二折算成沿基坑長度每延長米的工程量和對應的基坑工程造價對比詳表3。

表3 每延長米基坑工程造價對比表（金額單位：元）

從表3 可以看出，方案一每延長米的工程造價為30189.91 元。方案二的工程造價與內置型鋼的租賃時長密切相關，當按9 個月使用期考慮時每延長米基坑的工程造價為13103.37 元、當按12 個月使用期考慮時每延長米基坑的工程造價為17055.87 元。通過對比發現，當內置型鋼的使用期每延長一個月，每延長米基坑支護的工程造價將增加1317.50 元。當工期超過14 個月時，方案二中租賃型鋼累計增加材料費將超過新購置型鋼材料費的70%，根據《廣東省房屋建筑與裝飾工程綜合定額(2018)》，應按新購置型鋼材料考慮，造價更可控。

結語：

深厚淤泥質土層區域的基坑支護采用分離式排樁（鉆孔灌注樁φ800@1000）外加兩道高壓旋噴錨索作為支護結構，以及采用型鋼水泥土攪拌樁（工法樁）外加兩道高壓旋噴錨索作為支護結構均能滿足工程要求。

采用型鋼水泥土攪拌樁，由于水泥土攪拌樁兼做止水帷幕或者部分作為止水帷幕時，相對于常規排樁方案少了一道用于止水帷幕的水泥土攪拌樁，具有明顯的經濟性優勢。

值得注意的是，采用型鋼水泥土攪拌樁時，基坑支護的綜合單價與型鋼的使用時長密切相關；針對本項目，當型鋼的使用周期超過14 個月時，則需要對租賃型鋼和新購型鋼進行技術經濟性比較。

針對于本項目，型鋼水泥土攪拌樁不僅綜合單價低、占用空間小、施工周期短、還具有環境友好等優勢，因此將方案二作為優選方案。