基坑圍護的技術經濟研究

文／王飛 同濟大學建筑設計研究院（集團）有限公司 上海 200092

引言：

近年來中國的城鎮化發展導致了城市空間需求驟漲，為解決土地資源供給與空間需求之間的矛盾，國土空間全維度拓展利用成為城市可持續發展的必由之路。城市地下空間的開發利用是解決城市土地資源緊缺，改善城市交通，提升配套支撐能力的有效途徑。根據《2021 中國城市地下空間發展藍皮書》內的數據統計，截至2020年底，中國城市地下空間累計建設24 億平方米，2020年中國城市地下空間新增建筑面積約2.59 億平方米，同比增長0.78%，新增地下空間建筑面積（含軌道交通）占同期城市建筑竣工面積約22%；在技術方面，基坑圍護工程作為城市地下空間發展的重要技術支撐得到了迅速的發展；然而在經濟方面，城市內已經建成的建筑、交通、城市配套設施成為了地下基坑方案選用的重要制約因素，基坑圍護的投資也逐年提高；通過對基坑圍護的技術和經濟研究，分析基坑造價的影響因素，研究優化措施，對于提高項目的經濟性具有重大意義。

1、基坑圍護的適用

地下連續墻圍護方案適用于三級基坑條件下的幾乎各種水文地質條件的地基，當施工場地的地下水位高于地面時，可以結合止水帷幕等擁有良好抗滲截水的圍護結構形成復合方案實施；

鉆孔灌注樁圍護方案可適用于一級基坑條件，因此在我國近年的應用較多。灌注墻體可以較好的粘黏砂土和軟粘土，配合水泥攪拌樁、高壓旋噴樁等圍護結構阻擋水土流失，在砂土地區和軟黏土地區得到較好的施工效果；

深層攪拌水泥土樁墻圍護結構適于設備快速挖土，因此常用于市中心等交通流量大的地址施工，以減少對城鎮日常的影響；高壓旋噴樁圍護結構因其施工設備小巧靈活，適合在施工空間較小的情況下使用；

自然放坡最經濟便捷，但由于其放坡工作面大，在建設場地局促，且周圍有需要保護的建成設施時，很難滿足其場地要求；在基坑圍護的優化設計中，可以考慮結合其他圍護結構進行局部的組合適用，降低圍護工程的造價；

從以上列舉的幾種基坑圍護結構的適用環境可見，每種結構都有其自身的優劣勢。然而實際情況復雜多樣，需要結合項目的環境、進度、成本等多方面的因素進行綜合考量和組合使用。

2、影響基坑圍護造價的因素分析

幾乎每項基坑工程都會在不同的環境、背景、條件下實施。水文地質條件、工程地質情況、城市地下管線、周邊建筑特點等條件都會成為基坑圍護結構方案選用的影響因素。要在復雜的情況下選擇合適的基坑圍護方案，做好影響因素的整理，才能幫助建設和施工單位共同做出合理的選擇。

本節從靜態因素和動態因素兩方面討論其對基坑圍護工程造價的影響。

靜態因素通常包括地質地貌環境、自然氣候、水文條件、城鎮鄉村土地與建筑規劃、公共服務配套設施建設和規劃、場地的周界條件、人口種族和社會文化等。靜態因素極少變化，領域從業者常以靜態因素作為參考維度，從學科理論和技術試驗與應用的角度開展研究，如不同的土質情況下墻體位移和承壓的能力、北方凍土環境下深挖坑體的關注點，是圍護結構選型的主要影響因素。

動態因素是指在前述的時間范圍內，其本身發生的變化直接或間接的從多方面影響施工，且這種變化會周期性發生或大概率的隨機發生。比如國家或地方工信部與財政部門等單位和機構升級行業相關的規范要求、行業上下游產業波動帶來的成本變化、生產原材料價格波動、行業平均薪資水平變動、中央或地方的稅務稅收政策的變化等。近年來，由于勞動價格的上漲，環保要求的提高等因素，動態因素越來越多的成為影響建設工程造價的主要因素之一，也越來越多的考驗相關方的建設技術能力和管理能力。基于動態因素，工程相關方通常更需要基于當前理論和技術背景進行實時的數據修正，通過科學的方式進行設計方案的決策。

3、不同基坑圍護的經濟數據分析

掌握不同基坑圍護類型的各項經濟數據和指標，結合工程的規模和困難程度、工程消耗工期、工程建設的效果、施工期間和之后所帶來的環境成本等信息，可以很好地為以后的工程建設積累總體層面的經驗，并在編制投資估算和方案比選階段作為決策的依據之一。

以下是筆者統計的幾種常用基坑的指標統計數據詳見表1：

表1 幾種常用基坑圍護的技術經濟統計表

4、基坑圍護的造價優化及實例

基坑圍護的優化既可以從外部因素著手，如優化建筑物地下室形體，也可以從基坑圍護工程的內部因素著手，如進行結構選型優化、局部設計優化、施工組織優化。

4.1 通過優化地下室形體進行基坑圍護的造價優化

通過減少基坑不利側的地下室層數來進行基坑圍護造價的優化；如上海閔行七寶地區某城市廣場，原設計地下二層，基坑開挖深度約9.7m；地下室南側約30m 范圍內為地鐵區間隧道，且上部市政道路下埋多條市政管線，南側基坑保護要求極高；出于對地鐵的保護目的，原圍護方案采用地下連續墻+三道鋼支撐，相鄰4%的基坑面積內，占用了總圍護工程30%的造價；后通過將臨近地鐵線段的南側地下室調整為局部地下一層，減小了開挖深度，并形成了臺階式的緩沖區域，圍護形式優化為鉆孔灌注樁+一道支撐，大大節約了基坑的投資；

對于多層地下室，盡可能使上下層地下室的外墻重合，可以有效地減少圍護的周長；在場地允許的情況下，盡量讓地下室的輪廓接近于正方形，同樣能有效地減少圍護的周長；在遇到陰角的外輪廓時，可以拉平地下室的圍護布置，比較減少的豎向圍護工程量與增加的土方與水平支撐工程量之間的費用大小，從而達到優化基坑圍護造價的目的。

4.2 通過調整支護結構的選型優化基坑造價

一般情況下，在開挖深度、周界條件、變形和沉降可接受的范圍內，優選出較為經濟支護形式，可以有效的優化基坑的造價。根據圍護的一般造價指標，一般可以按照：放坡開挖＜復合土釘墻＜重力式擋土墻（水泥樁）＜重鋼板樁＜SMW 工法＜鉆孔灌注樁＜地下連續墻順序來選擇較為經濟的支護結構。在同等情況下，放坡的經濟性優于垂直支護，臨時支護的經濟性優于永久圍護，水泥攪拌樁的經濟性優于鋼筋混凝土樁，并可以通過圍護結構的組合，在有限的條件內進行基坑造價的優化。如在場地局限的情況下，可以采用頂部放坡+垂直支護的組合形式，通過降低基坑挖深和對坑外主動土應力進行卸載，可以減少樁長、樁截面以及樁的配筋從而有效優化圍護造價。

4.3 通過改變基坑支撐的形式優化基坑造價

基坑圍護的支撐系統占基坑的總造價比例不低，通常在深基坑工程中，采用內支撐的基坑圍護中，水平支撐的造價約占基坑總造價的20%～40%。在變形允許的情況下，調整內支撐系統為外支撐系統，可以明顯地降低投資，如在嘉善某金融創新中心項目基坑方案比選時，通過調整混凝土內支撐系統為預應力錨索的外支撐系統，詳見圖1。降低投資約3646 萬元，詳見表2。

表2 方案造價對比表

圖1 基坑圍護方案對比圖

4.4 通過調整挖土順序來進行造價優化

通過調整基坑挖土的施工順序，同樣可以對基坑圍護的造價進行優化。圖2 中的某項目基坑圍護工程，原挖土方案為先施工中間局部地下二層的土方，再施工兩側地下一層的土方。通過對挖土的順序進行調整，先施工地下一層整層的土方，再開挖中間局部地下二層的土方，云線處的圍護樁的樁頂標高由室外自然地坪調整為地下一層標高處，大大減少了實體圍護樁的樁長，從而優化了圍護工程的造價。

圖2 某項目基坑圍護設計圖

4.5 基坑圍護的優化案例

筆者參與的項目位于深圳市前海深港現代服務業合作區桂灣片區的濱海區域，占據前海灣的核心位置。用地東側為規劃道路金岸北街，西側為前海灣，北側毗鄰前海河水廊道，南側為桂灣河水廊道，隔桂灣河與前海石相望。項目用地14.7 萬m2，建筑面積85952m2，其中地上21958m2，地下63994m2；地下一層層高6m，地下二層層高5m；工程費用18.74 億元。由于項目所在區域由填海而成，地質條件較差，土壤結構松散，基坑開挖深度范圍內存在淤泥層，加之整體地下室面積占比較大，圍護長度較長，初步測算基坑圍護造價約2.69 億元，占工程費用的15%，主體建筑物投資的22%。原方案詳見圖3，二層地下室采用φ1200@1800 咬合樁+2 道鋼筋混凝土支撐；一層地下室采用φ1200@1800 咬合樁+1 道鋼筋混凝土支撐；聯通道采用采用φ1200@1800 咬合樁+3 道鋼筋混凝土支撐；后通過優化基坑設計詳見圖4，主坑部分減少一道支撐，圍護工程的投資由2.69 億元降低為2.33 億元；優化金額3600萬元,優化比例13%，詳見表3。主要優化措施如下：

表3 基坑造價對比表

圖3 原方案

圖4 優化后方案

（1）優化地下室的形體：在總面積基本不變的情況下，通過加大地下一層的面積，減小地下二層的面積，減少了深基坑的比例；

（2）減少基坑埋深：通過整體抬高地下室1m，減少基坑圍護深度；

（3）通過支護形式的優化組合進行基坑優化：原基坑方案天然地坪以下全部考慮垂直支護；由于項目南側及東側場尚有空地，優化方案內考慮頂層局部放坡，下部采用垂直支護的方式，減少了支護樁長度1.3m 及配筋；另與上述②措施結合實施，減少了一道水平支撐，大大降低了基坑投資。

結語：

影響基坑工程建設的因素很多，基坑圍護和基坑支護的可選技術方案豐富，在項目需求、相關規程規范、質量與安全要求、工程成本等多方面約束下，僅使用單一的技術方案幾乎無法達成建設目標或造成資源浪費和增加成本。科學和合理地應用比選手段，可以幫助建設方和施工方獲得更優質的設計方案和實施指導，除按時保質地完成工程交付外，也會為工程干系方和社會帶來更佳的經濟效果。