價值工程在建筑地基基礎設計優選中的應用研究

崔 慧（山東華邦建設集團有限公司，山東 濰坊 262500）

隨著建筑市場的發展與成熟，在全生命周期范疇內高效利用資源建設結構合理、質量達標、功能齊全的建筑工程，已成為當今建筑工程管理的重要目標，價值工程在建筑工程設計中得到了廣泛拓展應用。通過借鑒相關工程建筑經驗與數據，充分考慮地基建設的地質特征和周邊環境，應有價值分析可有效促進建筑工程與成本的匹配，為地基處理設計方案進行綜合比選，實現工程價值最大化。

本文從具體工程實例入手，以山東濰坊坊子區D小區住宅建設項目為例，將工程績效指標進行了分析和細化。為提高價值工程的實用性，研究結合建筑工程實際特征與分析需要，整合了功能、成本與價值分析系數，利用數理統計的方法，實現了多指導因素比選，有效提高了價值工程在建筑地基設計的應用深度。

1 工程案例

1.1 工程基本概況

山東濰坊坊子區D小區住宅項目主要工程內容包括12 棟框架-剪力墻結構的高層居住民宅以及集中式單層的地下停車場，設計使用年限為70年，工程地基基礎設計等級為甲級，建筑結構安全等級為二級，整體建筑面積為171428.62m2。高層居民住宅單層標準高度為3m，均采用框架-剪力墻結構，建筑基礎結構均采用0.5m厚的筏板基礎，建筑編號為#1～#12，工程基本概況見表1。

表1 工程基本概況

1.2 自然地質條件

工程位于山東半島西部的河流沖積平原，地層發育齊全，場地輕微液化，土層整體相對穩定。根據現場勘測結果，布置勘測孔中僅有兩個勘測孔反饋自重濕陷量計算值Δzs≥75mm，其余勘測孔反饋自重濕陷量平均值為Δzs=47.68mm，勘測數據分布情況如圖1 所示。由相關地質標準可判定工程場地為I 級輕微濕陷場[1]，工程所在區域天然地基土層情況見表2。

圖1 工程勘測點自重濕陷量箱形圖

表2 工程自然地基情況與承載力特征值

2 建筑地基基礎設計備選方案

根據勘測條件與建設內容，結合建筑規范與行業標準，項目針對目前可采用基礎建設方法，設計了三套不同工程側重點的地基基礎設計預選方案，方案基本設計內容如下：

（1）傳統CFG 復合地基加筏板地基設計方案。采用CFG樁基作為復合樁基，施工采用中心灌壓技術，可保證建成后的GFC單樁承壓在650kN以上。根據工程需要，單樁端承樁樁徑長d=400mm，樁長l=8.5m，坐落于4-2層粉土地基土層[2]，樁距折減率β取0.75～0.90，計算得s=1.80m，為樁徑的4.5倍，符合樁基布局要求。樁基選用C20 混凝土，樁頂采用靜力壓實法敷設厚度為250mm、夯實度為85%的砂石褥墊層。1000mm筏板下布置C15混凝土墊層，厚100mm，外延150m。工程單樁施工時間約為5d，完成打樁后進行靜載試驗，檢測土方挖土前后的變形情況[3]。

（2）振沖碎石樁加連續墻地基設計方案。采用振沖碎石樁作為地基樁基，施工采用40kW 的振沖器，建成后的樁基單樁承壓力在680kN 以上。根據工程需要，碎石樁的樁徑d=800mm，樁長l=8.5m[3]，利用設備將碎石樁打入4-2層粉土地基土層中，樁土應力比n取3，采用三角形布樁法，計算所得的合理間距值s=2m，符合相關規范要求。樁基褥墊層采用300mm 厚碎石墊層，靜力壓實施工。連續墻采用C30 混凝土，厚度為200mm，計劃埋深為4.5m，兩側設置地下防水層，主要用于#11、#12 單體施工，加強地基的穩定性，單體打樁施工工期為6d，地下連續墻施工周期為10d，施工完畢以后進行整體的靜載試驗和變形監測[4]。

（3）鋼管混凝土灌注樁與淺基礎設計方案。采用鋼管混凝土灌注樁組作為主要樁基，施工中鋼管樁基采用鉆孔灌壓技術，設計樁徑d=1000mm，樁長l=7m，于4-2 層粉土層進行樁端固結，褥墊層厚200mm，混凝土摻入比例選為30%，樁距選擇2m[5]。淺基礎需要在鋼管混凝土樁基周圍采取加固措施保證基礎穩定性，褥墊層厚度采取200mm，靜力壓實施工。單體打樁工期為8d[3]，完成后進行靜壓測試，后檢測土方挖土前后的變形情況。

3 方案價值工程分析與比選

在利用價值工程分析進行基礎方案比選時，應將工程內容解構后進行質量、成本直接對比量化，結合建筑工程地基基礎設計特點進行評價選擇。在選擇時，地基樁基的沉降在使用年限內必須在可接受范圍內，滿足縱向承載需求，針對一般的地質動力影響應滿足結構穩定性要求，施工方法應成熟可靠并且經濟可行，便于后續定期的風險檢測。

將項目建設目標、地質基礎、施工質量和風險控制需要與價值評價相結合，利用專家打分法針對不同基礎設計方案進行指標量化和權重賦值，指標體系從整體上分為性能指標得分A=性能指標平均分（A1）×性能指標權重（A2），經濟指標得分B=經濟指標平均分（B1）×經濟指標權重（B2），環境指標得分C=環境指標平均分（C1）×環境指標權重（C2）[6]。構成的評價功能系統模型如圖2所示。

圖2 價值工程評價功能系統模型圖

本次共邀請了6位專家進行評分，利用矩陣法確定各三級指標權重與得分，權重計算后需要進行一致性檢驗，通過檢驗后權重值參與評分計算，根據評價結果，權重占比最大的是經濟指標，占比總和為53.9%，其次是性能指標，綜合占比為37.2%，環境指標綜合占比為8.9%，細化后的三級指標的評價結果與對比如圖3所示，三級指標中對價值工程綜合測評結果影響最大的是施工工期（16%）和維護成本（16%）和方案成本（15%），與價值工程基本原則相符合。

圖3 三級指標權重雷達圖

通過以上模型分析專家對三種預選方案的評價值，得到的分析結果如圖4所示，評分結果顯示，三類方案均能滿足項目地基建設基本需求。其中，傳統CFG復合地基加筏板地基設計方案施工后性能表現最好，性能評分為90.33，鋼管混凝土灌注樁與淺基礎設計方案基礎承載能力和耐久性略低于方案Ⅰ，但具有良好的結構穩定性，對于輕微環境應力變化的適應性好，性能評分為85.47，從整體上看，由于前期方案設計在樁徑、樁距與樁基布置上均據根據項目需要進行了設計測算與調整，因此，各方案之間性能指標差異較小，分數極差僅為3.68。

圖4 不同地基基礎設計方案指標得分雷達分布圖

從經濟性指標分析結果看，振沖碎石樁加連續墻地基設計方案雖然施工難度大，但樁基質量穩定，不易受到地下水以及環境溫度變化的影響，降低了樁基維護成本，隨著振沖器設備性能指標提升，主要設備成本下降，折損率降低，在經濟性方面存在一定優勢。傳統CFG 復合地基加筏板地基設計方案施工技術發展成熟，技術應用經驗豐富，技術人力成本較低，有效提高了工程施工效率和施工質量[7]，施工成本與維護成本均低于方案Ⅲ。

從項目的環境影響方面看，方案Ⅰ、方案Ⅱ在施工過程中產生的施工噪音分貝數遠小于方案Ⅲ，而方案Ⅱ在施工過程中會產生大量的固體廢棄物，增大了施工運載負荷。根據不同方案的指標和權重，計算得CFG 復合地基加筏板地基設計方案最終得分為87.15分，略高于方案Ⅱ的85.11分和方案Ⅲ的83.4426分，工程最終選擇CFG復合地基加筏板組為工程地基建設方案。項目竣工后，為驗證價值工程評價系統模型的有效性，匯總整理了地基施工成本，與當地同規模的單體建筑比較發現，單體地基建設成本低于同類型項目的地基建設成本平均值，可見建設方案評價結果符合現實情況，有效控制了建設成本，提高了項目的經濟性能[8]。

4 結語

本研究以山東濰坊坊子區D 小區住宅項目為例，根據其項目地基建設需要和前期地質勘測結果，對三類地基建設設計方案利用價值工程思路進行了優化比選。研究通過構建價值工程功能評價系統并利用專家評價法對二級指標和三級指標進行評價賦值，將基礎方案性能和環境友好程度納入了價值評價體系，提高了優選模型的可行性，結論如下：

（1）根據專家評議結果確定二級指標在價值工程評價體系權重為經濟指標53.9%、性能指標37.2%，環境指標8.9%。但在比選過程中，由于設計方已針對工程需要與地質特征對樁徑、樁長、樁基分布進行了計算與調整，方案的性能指標參數評價相較于其他兩類指標，對最終評價結果的影響弱于數據表現，進一步突出了經濟指標的作用性，符合價值工程核心邏輯。

（2）根據項目最終評價結果，最終在三類預備方案中選擇CFG 復合地基加筏板組為工程地基建設方案，實際應用結果表示方案施工后性能表現與成本節約性優良，驗證了方案優選模型在實際工程應用上的可行性與實用性，其確定的權重體系可為類似工程的地基方案必選工作提供量化參考。