深基坑加高支护方案的经济分析

冯碧卿

（中铁十八局集团 第四工程有限公司，天津 300350）

随着我国建筑行业的快速发展，向高空与地下建筑设计成为发展趋势，这势必会增加基坑的深度，如果不采用支护很可能会出现工程事故，但是采用支护方案会增加项目成本［1-5］。本文结合昆明轨道交通五号线工程土建四标段的工程实例，以工程造价工期和安全系数为主要侧重点，确定了适合昆明轨道交通五号线的合理方案。通过对基坑支护方案的经济分析［6-7］，不仅可以为建设、施工等单位提供有效的参考，而且还可以为相关企业提供可靠的指导，以确保项目的顺利实施。

1 工程概况

昆明轨道交通五号线工程土建四标段工程地点为云南省昆明市。该标段包括五一路站、翠以南两个车站，建筑面积近4×104m2，翠湖站—五一路站区间、圆通公园站（不含）—翠湖站区间两段区间。

翠湖站为昆明轨道交通五号线工程第七座车站，翠湖车站设计为岛式站台站形式，地下三层，站台宽度大约是12.9 m，车站总建面约17 000 m2，车站主体外包长度大概为162 m，外包宽度为24 m。车站深基坑深度为29～32 m，长度为162 m，宽度约为24.3 m，通过工程勘探深度范围内地层自上而下依次为沙土、砂质石灰岩、中风化灰岩、砂质泥灰岩、角砾岩和砂岩。

2 支护方案拟定

该标段场地开工前原状地面标高为+2.5 m，周边道路标高为+3 m，进场后为防洪排涝将地面标高提高至+3.0～+3.2 m,冠梁施工底标高为-1 m 左右，在冠梁开挖后，冠梁底距地面3.2～4.1 m，针对这种情景制定了地连墙加高与钢板桩支护2 种基坑加高支护方案。

2.1 地连墙加高方案

地连墙加高方案如下。首先，借助成槽机顺着需要深开槽项目的周边轴线，通过泥浆护壁的形式，朝地下深挖一条窄长槽。其次，进行仔细清槽，并通过吊车将钢筋笼吊入到槽内，采用灌注管法将混凝土灌注到深槽中形成一个单元槽段。最后，逐段逐步重复进行开槽和浇筑步骤，最终在地下构筑起一道连续的坚固的钢筋混凝土整体结构。根据昆明市轨道集团论证通过的《昆明轨道交通五号线工程土建四标段翠湖站站地连墙施工专项方案》进行施工。钢筋笼钢筋直径为16～32 mm：高度在3.0～4.5 m 之间，宽度为0.8 m。在钢筋笼加工制作时将钢筋笼的尺寸根据调整后的标高进行增加，混凝土灌注过程中墙顶标高也按要求增加，将地连墙标高由原地面标高+2.5 位置抬高至3.5 m。该方案实施所需的工程材料以及工程尺寸等如表1 所示。从表1 可知，该方案需要C40P8 混凝土1 043.28 m3，需钢筋320 t，风镐5 套。

表1 方案一所需材料

2.2 钢板桩支护方案

钢板桩是一种边缘带配置U 形咬口的联动装置的钢结构体，该钢结构体能够自由组合成一种彼此连续紧密咬合在一起的钢结构体，另外，考虑钢板桩深基坑四周由履带式挖掘机、运输车等施工机械设备引起的动荷载（支护方案拟定时，按20 kN/m 考虑），选用IV 型拉森钢板桩，经过修边调直以后使用，钢板桩参数：高度为170 mm，宽度为400 mm,厚度为15.5 mm，理论质量为75 kg/m。相邻板桩之间通过型号为480 mm×300 mm 的H 型槽钢作为围标进行有效连接，每根拉森钢板桩和围标之间空隙采取加垫钢板的方式进行有效填充加固。另外转角处配备专用的钢构件，采用直径630 mm、壁厚10 mm的钢管作为内支撑。钢板桩支护方案所需主要材料如表2 所示。

表2 钢板桩支护方案所需主要材料

2.3 两种施工方案比较

本文在对2 种施工方案进行比较时，主要从安全性、工期以及造价3 个方面进行分析，着重从造价方面进行分析。

（1）安全性分析

地连墙加高方案选择加长的钢筋笼对履带吊的起吊臂长度、回转半径有更高的要求；在钢筋笼长度增加的同时，也会增加钢筋笼的质量，降低吊装的安全性。而钢板桩支护方案中使用的IV 型拉森钢板桩通过350 型振动打桩机夹起、插入、拔出，工艺过程更成熟，安全系数更大。而且钢板桩支护方案中钢板桩的承载力比较强，特别是组合成为连续的墙体以后，钢板桩的刚度和强度均会有较大提升。地连墙加高方案如果出现接缝处密封不好或者墙体出现裂缝等质量问题时，基坑非常容易出现渗水现象。而IV型拉森钢板桩连接处锁口通常结合得非常紧密，而且钢板桩的连接处基本不存在缝隙，具有较好的水密性，防渗功能较好。从安全性方面来看，钢板桩支护的安全性高于地连墙加高的安全性。

（2）工期分析

地连墙加高方案是将墙顶标高加高，后期冠梁施工时，需破除，按照3 个工作面计算，每天可破除15 m，共计需要20 d。而钢板桩支护方案施工速度较快，并且可穿插在地连墙施工后进行，不对总工期产生影响。按照3 个工作面考虑，钢板桩插拔共计需要12 d。因此，从工期分析这一角度看，钢板桩支护方案比地连墙加高方案缩短了8 d 的工期。另外，IV 型拉森钢板桩施工工序、施工技术比较简便，容易进行安装，而且组合灵活便捷，容易控制质量，节约工期；IV 型拉森钢板桩能适应各种地质情况及土质，避免基坑过多开挖土方量，而且无需太大的作业占用场，不会因天气变化和作业场地出现问题等因素对工期造成影响，可以确保施工工期。

（3）造价分析

在对不同基坑支护方案进行成本计算时，其所需材料和机械台班的单价采用2020 年市场价格。地连墙加高方案需要1 043.28 m3C40P8 混凝土和320 t 钢筋等材料，钢板桩支护方案需要3 785 根工字钢、25 台班振动打桩机等，具体所需成本分别如表3 和表4 所示。

表3 地连墙加高造价分析

表4 钢板桩支护造价分析

通过两个方案对比分析可知，地下连续墙加高方案造价为229.16×104元，钢板桩支护方案的造价为124.4×104元，地连墙加高方案比钢板支护方案的造价高出104.76×104元，前者是后者的1.8 倍。而且IV 型拉森钢板桩自带U 形咬口，能发挥较好的止水作用，从而规避基坑容易出现渗水、流砂等弊端，极大减少取土量和混凝土用量，材料能够回收后反复使用。综合比较，IV 型拉森钢板桩支护比地连墙加高方案具更高的经济性。

3 结束语

通过对地下连续墙加高与钢板桩支护2 种施工方案进行安全系数分析、工期分析以及造价的对比分析得到如下结论：钢板桩支护方案不仅有效地降低了基坑支护工程的造价，而且还提高了工程的安全性，同时也大幅地缩短了工期，实现了该工程的最大效益。

实践证明，采用钢板桩支护具有施工便捷、施工效率高、环保效果显著、对空间要求低、耐久性好、能循环使用、适应变形能力强等，所以拉森钢板桩在桥梁、地铁、建筑、水利、交通等领域应用越来越广泛。