从基坑围护体系谈 PC 工法组合桩的技术经济前景

近年来，国务院及各重点省市不断推广绿色施工，在绿色施工方面进行了许多创新与探索。PC 工法组合钢管桩是近年来的一种新型绿色环保围护方式，是从拉森钢板桩改进优化而来。在许多深基坑围护工程中拉森钢板桩的截面刚度不够，需要多层撑锚结构，施工难度大，施工工期长，于是 PC 组合钢管桩便应运而生。本文通过对两个公建项目的不同围护方案的主要结构要素进行量价分析，探讨 PC 工法组合钢管桩与钻孔灌注桩的关键成本差异，从投资决策及政策支持方面提出建议。

1 基坑围护技术的现状及更新

1.1 地下空间资源的有效开发利用

随着社会经济、科学技术的飞速发展，城市化进程的不断加速，对地下空间资源的有效开发利用已成为社会发展的重要战略之一。

目前国内主要的深基坑支护类型有∶复合土钉墙、排桩支护(桩锚、桩撑、双排桩、“桩墙合一”)、新型地下连续墙、逆作法、紧邻建筑物“无肥槽”基坑支护方法、人工冻结法、联合支护(土钉墙+桩锚、土钉墙+桩撑、土钉墙+地下连续墙等)。

地下空间开发规模的增大以及日益复杂的周围环境，对深基坑支护技术的要求也越来越高。基坑不断向“深、大、近”方向发展。为了保证复杂环境下基坑工程顺利施工，以及主体地下结构和基坑周边环境的安全，积极贯彻绿色环保施工和建设生态文明社会的发展理念。随着对基坑侧壁、周边土体、周围环境的支挡、加固及保护措施的要求越来越高，使得深基坑的开挖与支护引起了各方面的广泛重视，新的技术、方法、工艺也随之不断涌现。

1.2 PC 工法组合桩新工艺

PC 工法组合桩就是新工艺中的一种，即通过连接企口将钢管桩与拉森桩连接成整体钢质连续墙体，地下室施工完成后拔出钢管桩和拉森桩，钢管桩和拉森桩可回收、重复施工利用，钢管桩和拉森桩具有较强的抗弯性和抗断性。在兼顾施工安全以及绿色环保的同时，成本可控也是工程建设中不可忽视的一点。本文主要阐述其在项目中的实际运用以及成本分析。

2 技术经济分析

2.1 项目概况

项目一 位于上海市浦东新区临港综合区，项目围护体系采用传统结构形式，钻孔灌注桩+三轴搅拌桩止水帷幕+2 道混凝土支撑体系；项目二 位于上海市普陀区，围护体系采用 PC 工法组合钢管桩+2 道钢支撑体系。两个项目均为两层地下室结构，项目概况基本一致，对围护结构的刚度要求也差不多，但分别采用两种不同结构形式的围护体系。

两个项目的工程概况对比详见表1，基坑围护结构形式对比详见表2。

表1 工程（技术要求）概况对比

表2 结构形式对比

3.2 材料消耗量指标

项目建筑与装饰部分工程量按 GB 50500-2013《建设工程工程量清单计价规范》计算规则计算，所得主要工程量指标见表3。

表3 消耗量指标对比

2.3 造价指标

两个项目的工程计价模式均采用《上海市建筑装饰工程预算定额（2016）》及有关规定和文件的计算规则。项目一的人工、材料、机械单价按“上海建设工程造价信息平台”公布的 2021 年 9 月的工料机信息价计取，项目二实际施工时间为 2020 年 12 月，对比时将相应的人工、材料、机械单价换算成 2021 年 9 月份的信息价，同时，项目工期均按 3 个月考虑，所得出造价指标（延米指标和平米指标）见表4。

表4 造价指标对比

在计价原则和取费标准相同的原则下，P C 工法桩形式的围护结构（含围护及支撑）造价延米指标为 37 162.52 元/m，灌注桩形式的 48 392.65 元/m，PC 工法桩较灌注桩体系减少 23.21%，PC 工法桩由于其自身具有止水的效果，所以不需要额外打三轴搅拌桩止水帷幕，降低了造价约 9.02%。

2.4 影响 PC 工法桩造价的关键因素

对于 PC 工法组合桩形式的围护结构来说，钢管桩Φ915 mm×14 mm、拉森 IV 钢板桩均为可回收，影响其造价的关键因素为型钢用量以及型钢的租赁期，型钢用量一般根据基坑的形式、围护刚度要求以及周边要求等决定，可优化的空间较为有限，而型钢租赁期主要取决于地下室的施工工期，项目二的地下室计划工期为 3 个月，项目型钢消耗量为 10.09 t/m，按市场租赁价 284 元/(t·月）计算，可以得出延米造价指标随项目工期的线性关系图，同时对比项目一的灌注桩延米造价指标，如图1 所示。

图1 延米造价指标与工期关系图

从图1 中不难发现，工期对 PC 工法桩的造价影响较大，工期从 1 个月到 10 个月，造价几乎翻了一番，当工期在 7 个月内，PC 工法桩的造价低于灌注桩，当工期超过 7 个月，则采用灌注桩更为经济。对于本文中的两个项目，由于地下室较小，工期在 3 个月左右，但即便针对较大的地下室，工期一般也就在 5 至 6 个月，所以采用 PC 工法组合桩，其造价均低于灌注桩，是围护结构的首选结构形式。

3 效益分析

3.1 经济效益

PC 工法组合桩的经济效益主要体现在两个方面：一是其本身的造价，主要由打拔费和租赁费组成，相较于灌注桩而言可节约造价约 20%，尤其是针对地下室工期较短的项目，更能发挥其造价优势；二是围护本身的施工工期，项目二采用的 PC 工法桩，按照 1 台施工设备每天打 15 根计算，需要工期约 15 d，而项目一采用的灌注桩，按照每 3 台施工设备每天完成 120 m3计算，需要工期约 25 d。由此可见，项目二在仅有 1 台施工设备的前提下，依然能比项目一提前完成。这对后续主体结构的施工进度有着非常重要的影响，同时由于总工期的提前带来的经济效益更是非常可观的。同时，PC 工法桩可快速分期分段施工，进出场地机械费低，不需要像灌注桩考虑养护时间。这些都大大提升了其经济效益。

3.2 环境效益

PC 工法组合桩主要采用的是钢管桩和拉森钢板桩，其最大的特点是可回收，环保无污染，无需考虑水电配套，相较于传统的钻孔灌注桩，不仅可以减少钢筋混凝土材料的使用，而且没有泥浆污染，是一种绿色的围护结构体系。根据 PC 工法技术交流会的初步统计，目前我国如果每年使用 PC 工法桩，将可以节约钢筋约 10 万 t，节约混凝土约 100 万 m3，节约水泥约 12 万 t，减少碳排放约 40 万 t。面对环境日益严峻的今天，使用 PC 工法桩更是响应了国家“低碳环保”的政治理念。

另一方面，像灌注桩这样的传统围护结构形式，均在地下形成了永久性障碍物，而 PC 工法桩由于其可回收性，不仅重复利用了资源，更减少了对地下空间的影响，从长远发展的角度考虑，使用 PC 工法桩更有利于未来的重新规划和建设。

4 结 语

PC 工法组合桩的围护结构形式，目前在长江三角洲一带的运用较为广泛。其兼顾了抗弯刚度强、止水效果好、施工简便快捷、绿色环保等优势，能适用于 7～18 m 深度的基坑，在一定程度上保障了深基坑的安全性和经济性，是一种值得推广的新型围护工艺。本文根据现有项目取得的经验，对 PC 工法桩和灌注桩的经济技术指标进行了对比研究，为后续不断完善和发展 PC 工法桩提供了借鉴意义。