深厚淤泥质土地区基坑支护技术方案的经济性分析

文／周俏 中铁城建集团第二工程有限公司 广东广州 510000

引言：

深厚淤泥质土层是沿海地区、特别是内陆河流入海口附近的典型地层。结合深厚淤泥质土层的工程性质，在进行地下工程建设时不仅仅需要设置基坑支护为工程施工提供操作空间、确保施工过程的安全和避免对周边环境造成不利影响，往往还需要配套设置相应的止水措施和对基坑支护坑内侧的被动土压力区域进行加固，以避免地下水对施工造成不利影响和有效控制基坑支护结构的变形。深厚淤泥质土层深基坑支护体系的选型受到诸多方面的限制，如需要考虑经济性、技术可行性、对周边环境的影响、以及对项目施工组织的影响等。在满足各项规范、标准、政策、技术要求的前提下，经济性指标往往成为选择技术方案的最主要的因素，即分析技术方案的经济性，是深基坑支护体系的技术方案选型过程中一项重要工作。本文结合珠三角地区某深厚淤泥质土层工程项目，对该项目将实施基坑支护技术方案的经济性进行了较深入的分析和研究。

1.工程概况

1.1 项目概况

本项目位于珠三角地区，拟建设内容主要为新建住宅，设置有两层地下室。该项目的±0.000（相对标高）为7.5m（绝对高程），场地现状的原始地面较为平整，平均绝对高程约为5.0m。基坑的拟开挖深度为7.9m，基坑周长约为1197m，基坑内平面面积约为91491 m2。该项目采用设计施工总承包合同模式（即EPC 合同模式），工程承包范围包括土石方工程、基坑工程、主体工程、机电安装工程及精装修工程等，由施工总承包单位与第三方设计院的联合体中标。

在基坑支护的初步设计阶段，设计单位提供多个设计方案，在此基础上对方案进行经济性分析，为甄选最优方案提供依据。

1.2 地质概况

根据该项目《地质勘察报告》的钻孔揭露，本场地地表以下25.2m 深以内为夹杂砂层的深厚淤泥质土层，其自上而下分布如下：人工回填软土层厚度约1.9m、淤泥层厚度约2.6m、第一中砂层厚度约2.7m、淤泥质土厚度约18m；软弱土层其下的土层分布如下：第二中砂层厚度约0.8m、粉质黏土厚度约6.2m，其下为粉砂岩层。该场地的地层分布具有珠江入海口区域的典型地层特征。

1.3 水文条件

根据《地质勘察报告》，勘察期间测得场地地下水埋藏较浅，初见水位埋深0.3～1.2m，稳定水位埋深0.40～1.50m。本场地地下水位受季节和天气的影响而变化，雨季水位明显上升，旱季水位会相对下降，水位变化幅度约为0.5～1.0m。《地质勘察报告》建议用于基坑设计的地下水设计埋深为0.5m。

1.4 市场约束条件

经过前期的市场调研，珠三角地区的深基坑工程的施工工艺相对成熟，灌注排桩支护、预制排桩支护、型钢水泥土搅拌桩支护[1]、地下连续墙支护等均有成功案例，相关的机械设备和物资的供应市场较为成熟。

2.基坑支护技术方案介绍

综合考虑本项目的实际情况，本基坑的安全等级定为二级，环境等级为三级，设计使用年限小于1 年。设计单位结合本项目的具体情况和市场约束条件提供了多个适用的基坑支护设计方案。经过外部专家评审后，专家意见认为以下两种方案均可适用于本项目的基坑支护。

2.1 方案一

采用分离式排桩（钻孔灌注桩φ800@1000）和两道高压旋喷锚索作为支护结构；采用三轴搅拌桩（φ850@600）形成的止水帷幕作为独立的止水系统。支护桩的长度为27.1m，桩顶设置盖梁协调邻桩均匀受力，锚索处设置腰梁为支护桩提供水平抗力；锚索与水平方向呈45 度向下设置，两道锚索的锚固段长度均为4.0m，非锚固段长度分别为33.5m 和29m；用于止水帷幕的三轴搅拌桩受止水要求控制，其长度为28m。

另外，为了增加基坑内土体的抗力以及减少支护结构的变形，对基坑内支护桩的被动土压力区域采用双轴搅拌桩（φ700@500）进行加固，加固宽度为5.7m，加固深度为6.0m，沿支护桩的内侧设置。基坑支护方案一的技术要求详图1。

图1 基坑支护方案一

2.2 方案二

采用型钢水泥土搅拌桩（即SMW 工法桩）和沿高度设置两道高压旋喷锚索作为支护结构。水泥土搅拌桩采用φ850@600 的三轴搅拌桩工艺施工，内插型钢的规格为HN700＊300 Ⅱ型；结合支护要求和止水要求，型钢水泥土搅拌桩的长度为28m；锚索的设置同方案一。与方案一显著不同的是，方案二不设置独立的止水系统，而是使用SMW 工法桩兼做止水帷幕[2]。

为了增加基坑内土体的抗力以及减少支护结构的变形，采用与方案一相同的方式对基坑内支护桩的被动土压力区域进行加固（即采用φ700@500 双轴搅拌桩方案）。基坑支护方案二的技术要求详图2。

图2 基坑支护方案二

通过对以上两个方案比较，方案一和方案二均采用两道高压旋喷锚索为桩提供支撑反力，以及均对支护桩被动土压力区域进行加固，不同之处在于：（1）支护结构是采用排桩还是型钢水泥土搅拌桩；（2）是否设置独立的止水帷幕。

通过以往的工程实践达成的共识，排桩支护具有施工工艺简单、工艺成熟、对周边环境影响小，可根据基坑变形控制要求灵活调整围护桩刚度等特点，但是施工过程中需要采用泥浆护壁，施工完成后无法清除桩体。

与之不同的是，SMW 工法桩具有施工周期短、施工占用空间小、不需要使用泥浆等优势，并且内置型钢可回收重复利用，是一种环境友好型的技术方案。需要慎重考虑的是，拔除型钢产生的扰动可能会导致水泥土桩产生渗漏，这可能削弱其兼做止水帷幕的功能。如需要在止水阶段拔除内置型钢，可能还需在型钢拔出后进行压力注浆，以防基坑的大面积渗漏风险[3]。

3.技术方案的经济性比较

本次技术方案的经济性比较按《广东省房屋建筑与装饰工程综合定额(2018)》进行测算，材料单价采用广州市2021 年1 月信息价调整计价，综合单价分析时未计取措施项目费和税金。

本文仅对方案一和方案二的差异部分进行经济性分析。因方案一和方案二的两道高压旋喷锚索支护的做法和采用φ700@500 双轴搅拌桩为支护桩被动土压力区域进行加固的做法完全相同，故不在下文中进行经济性比较[4]。

3.1 方案一

方案一采用φ800@1000 钻孔灌注桩作为支护桩，混凝土等级为C35，采用HRB400 级钢筋，纵筋配筋率为1.56%。单根钻孔灌注桩综合单价分析见表1。

表1 单根钻孔灌注桩综合单价分析表（金额单位：元）

3.2 方案二

方案二采用型钢水泥土搅拌桩（套打一孔法），内插HN700＊300 Ⅱ型钢（插一跳一）。水泥土的水泥掺量25%、水泥用量不少于450kg/m3，内置型钢采用Q345 钢材、考虑按租赁使用。方案二中搅拌桩兼做止水帷幕，考虑到搅拌桩长度及平面布置均与方案一中止水帷幕相同，因此兼做止水帷幕的φ850@600 三轴搅拌桩在支护分析中不列出其工程造价。本方案的内置型钢采用租赁方式进行计价，内置型钢按插一跳一计算[5]。根据不同的使用时长计算单幅工法桩内插型钢的综合单价分析见表2。

表2 单幅工法桩内插型钢综合单价分析表（金额单位：元）

3.3 两种方案的经济性分析

通过以上两个方案的综合单价分析，将方案一和方案二折算成沿基坑长度每延长米的工程量和对应的基坑工程造价对比详表3。

表3 每延长米基坑工程造价对比表（金额单位：元）

从表3 可以看出，方案一每延长米的工程造价为30189.91 元。方案二的工程造价与内置型钢的租赁时长密切相关，当按9 个月使用期考虑时每延长米基坑的工程造价为13103.37 元、当按12 个月使用期考虑时每延长米基坑的工程造价为17055.87 元。通过对比发现，当内置型钢的使用期每延长一个月，每延长米基坑支护的工程造价将增加1317.50 元。当工期超过14 个月时，方案二中租赁型钢累计增加材料费将超过新购置型钢材料费的70%，根据《广东省房屋建筑与装饰工程综合定额(2018)》，应按新购置型钢材料考虑，造价更可控。

结语：

深厚淤泥质土层区域的基坑支护采用分离式排桩（钻孔灌注桩φ800@1000）外加两道高压旋喷锚索作为支护结构，以及采用型钢水泥土搅拌桩（工法桩）外加两道高压旋喷锚索作为支护结构均能满足工程要求。

采用型钢水泥土搅拌桩，由于水泥土搅拌桩兼做止水帷幕或者部分作为止水帷幕时，相对于常规排桩方案少了一道用于止水帷幕的水泥土搅拌桩，具有明显的经济性优势。

值得注意的是，采用型钢水泥土搅拌桩时，基坑支护的综合单价与型钢的使用时长密切相关；针对本项目，当型钢的使用周期超过14 个月时，则需要对租赁型钢和新购型钢进行技术经济性比较。

针对于本项目，型钢水泥土搅拌桩不仅综合单价低、占用空间小、施工周期短、还具有环境友好等优势，因此将方案二作为优选方案。