关于软土地基研究和基础基坑成本优化应用案例分析

张春香

（中铁建南沙投资发展有限公司，广东广州 510000）

0 引言

本案例项目所处区域位于珠江三角洲冲积平原，属于深厚软土地基，覆盖着深厚的淤泥、淤泥质土、淤泥质沙等软土层，不仅其物理力学性能差，而且分布广、厚度大，给工程建设带来了巨大的挑战，成为基础、基坑工程设计和施工中突出的技术难题。深厚软土区域工程变形大、沉降大。该区域较为常见的软土分布深度在25～40m，软土呈现出高压缩性、低抗剪强度、强触变性、高含水量的特点；在受到工程机械扰动或重载作用时，会触发地面持续性的沉降，初期沉降深度可达1m 以上，给工程施工及生活居住环境带来巨大影响。

深厚软土区域施工组织难度大，且软土场地无法承载施工车辆、施工机械的重量，给车辆行走、设备安装使用带来巨大安全隐患；同时，软土受雨水等恶劣天气影响较大，必须要经过处理才能勉强满足施工的需求[1]。

深厚软土区域基础基坑形式复杂、工期长、成本高。且本案例所在区域的地基土层分布，常有穿过软土层即进入岩层的分布，工程基础设计时不得不选择成本较高的灌注桩基础，基坑支护设计时支护桩长度长、坑内外加固范围大、止水要求高等，导致基础基坑等地下工程的成本高、工期长、施工效果不理想[2]。

1 项目概况

本案例项目地处广州南部一小岛岛尖，建设用地面积约29000m2，总建筑面积23000m2。

1.1 基坑设计信息

项目为两个相邻地块组成，中间夹有一条代建道路，东地块北侧及东侧均有一条代建道路，西地块拟建二层地下室，东地块拟建一至二层地下室。基坑开挖深度为3.70～7.70m，地下室边线距离用地红线仅有3～5m。

1.2 基坑周边环境概括

北侧：地下室约3.65m 外为用地红线，红线外为规划路，现状已填至+10.0m 标高（场地内标高为+5.50m）。

东侧：地下室外为先建负一层地下室边线。

南侧：地下室约7.36m 外为用地红线，红线外为规划路，现状已填至+8.0m 标高（场地内标高为+5.50m）。

西侧：地下室约3.97m 外为用地红线，红线外为规划路，现状标高与场地内平齐。

1.3 项目地质状况

该项目地层组成较为均匀，开挖范围主要为填土、超厚层淤泥质砂（厚度约25～30m）；淤泥质砂下为中粗砂层（厚度约10～15m），砂层下为风化岩层，入岩深度超深（入岩深度约50～60m）。基坑开挖的底面基本处于淤泥和淤泥质砂层中，代表性地质剖面如图1 所示。

图1 基坑中间地块的典型地质剖面图

2 项目可研阶段拟定设计方案

项目在可研阶段，基坑支护方案采用的是“排桩+水平内支撑”形式，止水构件采用的是三轴搅拌桩，桩长按照35m 长预估。项目在进行详细的可研后发现，场地岩面深度比可研阶段多15～20m，按照可研阶段同样的方案，基坑支护的成本要增加50%以上，方案优化势在必行[3]。

3 优化思路

经过探讨，本项目的基坑优化设计按照如图2 所示思路展开。

图2 基坑优化设计思路导图

3.1 施工图阶段方案选型

参照相关基坑工程技术指南，按照支护成本由低到高的排序，逐步分析各种支护形式的适用性[4]。

（1）支护形式选型，对比结果如表1 所示。

表1 支护形式选型方案对比

（2）止水帷幕选型。根据项目的勘察情况，淤泥质砂层中夹有淤泥质土，并呈互层状。初步分析淤泥质砂层并不纯净，竖向透水性较差，为此参考周边地块其中一滨海房地产项目（该项目地层情况与本项目相似，基坑深度9～12m，且该项目已通过专家评审）及另一会议展馆项目，结合本项目特征（基坑在现状地面开挖约4m 即到基坑底，基坑深度不深），且综合考虑经济、工期的情况下，考虑采用三轴搅拌桩进行悬挂止水。

3.2 开挖方案比选

项目由相邻两地块组成，中间相隔一条代建道路，道路现状已进行堆载预压。

两地块的基坑开挖可采用单独开挖如图3 所示和连通开挖如图4 所示两种方式，二者的成本对比如表2所示。

图3 原设计基坑平面

图4 优化设计后基坑平面

表2 开挖方案成本对比

经项目组与道路业主方沟通，此预压段土方可连通挖出，此方案节约成本约2000 万元。且挖出的土质较好，可重复利用，减少外购土方的成本[5]。

3.3 采用长短桩（部分区段）替代长桩支护

由于本项目少部分钻孔揭露显示淤泥层深厚约18～20m，经验算，支护桩嵌固段较长，经设计院研究及实际工程经验总结，可采用长短桩方案对嵌固段进行优化设计，并优化支护桩长，从而节省成本。

3.4 搅拌桩桩长再次优化

施工图中三轴搅拌桩桩长约35m，经设计反复对比发现前期勘察报告关于淤泥质砂的土性、渗透系数等设计参数的定义有所不符，要求现场补充抽水试验验证。根据勘察补充调整的基坑设计参数，三轴搅拌桩长度由35m 调整为20～25m，间距由1.2m 调整为1.8m，并由原三轴搅拌桩套打一孔的方式调整为搭接250mm。该措施优化成本约950 万元，优化后基坑支护总成本约5100 万元，每延米造价约48100 元/m。

3.5 反压土台水泥掺量优化

综合考虑反压土台的自立和自稳性后，将斜支撑反压土台的水泥掺入量，在基坑底标高以上搅拌桩水泥含量调整为8%或5%，优化成本约240 万元。

3.6 降/回灌井布置优化

结合基坑支护平面，精细化设计，细扣降/回灌井的平面布置，审慎调整，适当增加井与井之间的间距，优化成本约43 万元。

3.7 细化分段精细化设计

利用各个地勘孔揭露的地层情况的不同，精细化设计细化剖面图，部分剖面支护桩桩长减少1～7m，经测算此部分成本减少约170 万元。

4 成本对比

经过反复的探讨和设计方案的不断优化，初始方案与最终实施的方案造价对比如表3 所示。

表3 整体方案造价对比

5 结语

通过近两年来在基础基坑上的研究，以及最新项目上的实践，在基坑设计和成本控制上[6]，此成本优化案例有以下几方面可供推广应用。

5.1 工作方式方法上

（1）成本前控，设计方案选型是重点。经济适配的方案是后续再优化的基础。

（2）设计方案优化要全方位、全过程进行。按成本占比优化的顺序：支护形式（支护桩等）、止水形式（三轴搅拌桩等）、加固形式（锚索、内撑等）；设计方案无论是在方案阶段还是施工阶段都要保持优化的动力。

（3）方案优化工作要深入、细化。对每种形式的优化、每个剖面的优化都要深入细部，并且包括零星部件的优化。

（4）要有结构性思维，方案联动，综合经济最优。基坑支护方案可以联动大土方平衡、主体结构（含桩基础）、周边场地环境等，结合工期选择最经济的方案组合。

（5）要有创新意识、敢想敢干。方案的想法需要创新，在保障安全的基础上，选择综合经济最优的；地区的部分管理约定可以提前沟通协调，一些突破性的方案能更好节省成本，多尝试就多一次机会。

5.2 技术细节上

（1）距离相近的小地块件间可优先采用整体连通基坑设计。

（2）软土地基的二层地下室，基坑挖深度在9～10m之间，如基坑开挖面积较大，采用长短桩支护的方式，优于全长桩支护方案。

（3）一层地下室基坑开挖深度2～5m，场地允许采用放坡支护的方式，相对于其他支护方案，有着基坑工程造价、工期及施工便利性等多方面的优势。

（4）参考《基坑工程技术指南》，按其中推荐的成本顺序，逐步尝试成本最优、项目适用的最佳支护形式。