建筑工程深基坑支护方案优化及成本控制

卢毅

【摘要】本文介绍了某房地产开发公司开发建设的高层建筑工程深基坑支护及降水工程方案优化及成本控制。根据地质特点、周边环境复杂、地下水量大等不利因素，按传统深基坑支护和降水方法拟定了二个可行方案，再按本工程特点，将施工方针由止水改为引水拟定第三个方案，经过仔细论证、方案优化及建設成本管理，取得了良好的安全、经济、加快进度的效果，节约了建设成本。望本文能给同行们在建筑深基坑支护及降水施工方面上提供一些经验分享。

【关键词】深基坑支护和降水；方案优化；施工监控；成本管理

一、前言

近年来，随着施工技术的发展和高层建筑的普及，深基坑施工逐渐变得越来越重要。在南方某些城市，由于降水充沛、地下水储量丰富，再加上地基本身的不利因素，给基坑施工的支护和降水造成了难题。若施工方案选择不当，将会给该场地的深基坑支护施工安全、质量、进度和成本控制造成重大影响。因此，在施工之前，合理的方案选择和优化对工程的成败优劣就显得非常重要。

二、项目概况

本工程项目位于某省会城市高新开发区中心主干道旁，为12栋高层建筑工程，地上32层，地下2层的建筑，建筑面积约25万㎡，建筑东面约150m是该地排洪储水湖，东北面紧靠城市排洪渠，西面距开挖边5.0米是城市主干道，南面为大道支路，距基坑开挖边3.0米，北面为大道另一支路，距离开挖边3米，且离开挖边北面25米为另一小区，该小区为高层建筑，已经入住，地下一层，地上18层。本项目为在建工程，现基坑支护工程安全稳定，两层地下室结构工程已完成，按经优化选择的基坑支护方案施工，确保了施工安全，加快了施工进度，节约了建设成本，取得较好经济效益。

三、项目地质情况

（一）地质概况：

该项目地处市中心，三面为城市道路，地下室二层，场地各侧无放坡条件，基坑周长约 760m，坑边地下管线复杂，位于防洪蓄水湖附近，地下水十分丰富，且水位浅。

场地岩土层分布为七层，由填土、淤泥质土、黏土、粉质黏土、圆砾及风化岩等组成，分布见下图。其中圆砾⑤全场地分布，为强透水含水层，层位稳定，厚度大，厚度变化相对较小，土质较均匀，评价其均匀性较好；粉质黏土⑤-1 部分地段分布，厚度变化较大，层位稳定性差，评价其均匀性差；风化岩层⑥、⑦层位稳定，顶板埋深变化较小，水平方向力学性质相近，评价其均匀性较好。当采用圆砾为基础持力层时，除场地西侧的部分地段圆砾层中夹粉质黏土⑤-1分布地段为不均匀地基外，其余地段可按均匀地基考虑；当采用深基础以风化岩为持力层时，其沉降是均匀的。

工程地质剖面图（部分）

四、工程特点与难点

该项目基坑具有以下特点和难点：

（1）基坑开挖较深，裙楼基坑开挖深度为9.6m，塔楼开挖深度为13.6m，基坑面积约3.5万平方米，为一级基坑工程。

（2） 施工场地狭小，场地周边有道路、地下管线及排污水管分布，管线纵横交错。场地四周均不符合放坡开挖条件。

（3） 经勘察，本项目场地内的圆砾层比较厚，最大厚度达33m，承载力比较大，可以作为基础持力层，但该层为强透水含水层，容易发生底层透水。基坑部分区域有一层软弱夹层黏土⑤-1，偏高压缩性，力学强度低，属不良土层，不可作为基础持力层，当作地基下卧层时易引起地基不均匀沉降，需进行地基加固处理，加固处理延长了施工工期，对深基坑支护施工安全及降水效果提出了更高的要求。

（4）地下水异常丰富，地下水面为-3.5m至-4.5m埋藏浅，基坑壁岩土层主要为①、①-1、②、③及④层，部分圆砾⑤层，基坑开挖后，地下水对岩土层的影响主要表现为岩土层的力学强度降低。勘察期间，拟建场地上层滞水水位变化较大，水量小，未测得其明显水位。但若在雨季，填土中的上层滞水水位可能较明显，在基坑开挖过程中可能发生渗流；孔隙水稳定水位埋深为3.80～5.30m（标高约69.62～71.19m），水量较大，具有承压性；水位埋深位于基底标高67.1m 以上，且基底均为强透水含水层。若在不采取必要的隔水或降水措施的情况下开挖基坑，坑壁极易出现涌土和流砂及管涌破坏现象，基坑开挖过程中基底极可能发生突涌等地质灾害，造成造成工程安全事故。故需要设计周详的降水计划。且由于项目位开发区城市中心区域，周边环境坏境十分复杂，降水时必须考虑对周边环境的影响。

（5）基坑内需要进行抗拔桩施工、地下室施工及抽排水、防水、防潮等施工，工程量大和时间较长，基坑支护稳定性要求高。

（6）本工程为了减少安全风险的发生，要避开丰水期进行基础施工，而本项目所处区域，干水期只有九月到次年的三月，时间短。

五、拟定支护降水方案

在拟定支护降水方案时，根据项目特点、地质条件和场地限制，考滤施工技术可行，保证施工安全的原则拟定了以下三种支护降水方案。在进行优化选择方案时，原则为首先考滤施工技术可行，保证施工安全的前提下，同时考滤尽可能缩短工期，降低成本的原则选择方案。

方案一：采用止水帷幕支护方式

采用钻孔灌注桩+止水帷幕进行基坑支护及止水，在基坑内四周作好抽水井。做法详见方案图一。抽水井井壁作好过滤措施，在完成钻孔灌注桩和止水帷幕施工后，在抽水井内抽水以降低基坑内地下水水位，以确保基础的正常施工，该方案可有效缓解直抽降水对工程本身及周边环境的影响。但由于场地内分布的圆砾层厚度大，且为强透水含水层，水体丰富，在采用该方案时，如果钻孔灌注桩+止水帷幕组成的支护体发生水平位移，将会造成基坑外向基坑内渗水从而出现险情。该方案实施的过程工期比较长，安全风险比较高，经济成本较高。

方案二：连续墙止水支护方式

在基坑四周采用地下连续墙+预应力锚索支护。做法详见方案图二。在基坑周边采用地下连续墙与基坑围护结构相结合，墙底进入隔水泥岩一定深度，使基坑外侧形成一道隔水边界，基坑内含水层无补给源，经止水处理后的基坑内直接采用常规抽水方法进行降水，可较易地将水位降低。此方法施工可行，水位降深可满足设计要求，效果好，在基础施工完成后地下连续墙可以作为地下室外墙，但是由于场地内分布的圆砾⑤层厚度大，为强透水含水层，地下连续墙需要建到深至强风化泥岩层⑥1m以下，施工工艺比较复杂、施工难度比较大，故费用较大。

方案三：排桩+预应力锚索支护降水方式

在基坑四周支护形式采用排桩+预应力锚索支护，将施工方针由止水改为引水，针对该场地的地质情况。做法详见方案图三。工程不宜采用直接抽水法，如果在基坑内底面直接进行抽水以降低地下水位，则场地内分布的粉质黏土④和圆砾⑤层等层中会出现涌土、流砂、管涌，最终导致邻近场地下沉、塌陷。故采用坑内降水坑外补水的办法，在基坑内设置抽水机抽水的同时，在场地周边可能出现塌陷下沉的区域设置灌水井，向该地回灌抽出的地下水以保证该地的地下水位不会下降到危险点，同时设置观测井，早晚观察水位两次，以此确定抽水速度，确保降水在安全范围内。另外因为场地周边地下管道复杂，距道路较近，为了防止岩层松动，满足稳定性要求，故场地各侧采用预应力锚索为支护固定周边岩层，亦要定期对周边的点的位移和沉降进行严密监测。该方案特点：投资费用较低，工期较短，安全性能可靠。

六、三种支护方案的投资费用估算

根据以上三个方案图纸计算工程量，单价采用项目所在地区现行定额及费用计算综合单价，规费与税金按现行标准，不可預见费按10%计，没有定额可套的项目，则采用市场综合单价计算。

以上三个方案，均安全可靠，其中方案三建设费用最低，工艺简单，工期最短，但需要在降水期间对降水情况进行严密观察，严格按照检测方案做好基坑周边的监测工作。最后选择方案3作为本项目的支护和降水实施方案。

七、 方案的实施与施工的成本管理

1、根据选择的方案，进行深化设计，根据施工图纸计算预算价；通过公开招标选择有实力和经验的施工合作单位是实施方案的关键，由于支护和降水方案是根据地质资料进行设计，不是永久的结构体，因此选择具有类似相同施工经验的施工单位进行施工，以确保在施工过程中出现险情时能及时的进行排险处理，这是施工过程确保安全的前提；通过公开招标竞价，根据项目特点和各个投标单位的报价进行总价包干的方式，确定合理最低承包价。

此外选择具有丰富施工监理经验的监理工程师进行现场监理，现场配备较强的协调和管理能力、责任心强的建设单位项目代表对方案实施进行有效协调的管理，是确保项目安全、按期、按量、按价实施的保证。

2、在施工的过程中，总包单位的土方施工必须按照支护施工队伍的进度要求分段分级开挖，现场监理对支护施工进行跟班监控，确保支护施工按规范和方案进行，同时确保成桩的质量、锚索的张拉力、降水的深度能满足设计的要求。

3、深基坑支护和降水及基础加固处理是个动态设计、施工和管理的过程，在复杂的地质条件下难免出现新的情况和难题，如果反映迟钝、不果断、不及时将会导致安全事故、处理成本的增加和工期的拖延。从本项目的施工组织看，施工单位的施工经验、监理到位、建设单位的组织协调、多方的相互配合，对现场出现的情况及时如实进行处理，是确保深基坑支护和降水及基础加固处理施工能顺利在沽水期完成的关键；严谨的科学组织成本控制，按合同进行有效的管理，尽可能减少合同外的工程量，对现场出现的变更及时核量，使费用控制达到了预期的效果。

八、效益分析

经过近5个月的努力，依据方案成功完成了深基坑支护和降水工程。事实证明，本深基坑支护和降水及基础加固处理是成功的，产生了明显的效益。

1、在安全方面，整个地下室施工期间没有出现险情，降水效果十分满意，对周边道路管道和房屋没有任何不利影响。

2、在经济效益方面，方案优化为建设单位取得了明显的经济效益。方案三比传统支护方案一节省投资2500多万元，比方案二连续墙止水支护方案节省投资5000多万元。

3、在施工进度方面，由于施工、监理、建设单位的科学严谨组织和有效的协调及相互配合，为工期上赢得了宝贵的基础施工时间：原本估计方案一预计工期为8月，方案二工期为10个月，而现在实行方案3耗费工期仅为5个月，这使整个项目能按计划有效的进行。

结 语

本工程由于地下水丰富与地质情况特别，给该项目基坑支护与降水工程出了难题。如果按照传统方法，采用止水帷幕支护方式方案或地下连续墙止水方案，由于透水层较厚，将会造成巨额的不必要工程花费，施工时间也将大大增加。经过仔细调查研究，结合现场实际与基坑施工的经验总结，我们提出了新的方案：将施工方针由止水改为引水，使用抽水与补水相结合的降水方案，并在基坑四周支护形式采用排桩+预应力锚索支护，该方案的实施，给整个基坑施工在安全，经济效益和施工进度等方面带来了巨大效益。