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1 圍護型式及選型分析

1.1 價值工程簡介

價值工程（Value Engineering）是第二次世界大戰(zhàn)期間，美國通用電氣公司麥爾斯總結(jié)出的一套在保證同樣功能的前提下，降低成本的比較完整的科學方法，隨著其研究內(nèi)容的不斷豐富和完善，形成了一套完整的科學體系。

價值工程是通過對所研究對象的功能與費用的系統(tǒng)分析，研究對象的最低壽命周期成本可靠地實現(xiàn)使用者所需功能，以獲得最佳的綜合效益。價值工程中的“價值”，是研究對象功能和實現(xiàn)這個功能所耗用費用（成本）的比值，其表達式為V=F/C，其中：F為研究對象的功能；C為研究對象的成本；V為研究對象的價值。功能分析是價值工程的核心。功能是指研究對象能夠滿足某種需求的一種屬性，即研究對象的具體用途，功能分析就是透過研究對象的實物形象，將隱蔽在研究對象背后的本質(zhì)—功能揭示出來，明確“研究對象有哪些功能”，找出各種功能相互之間的邏輯關系。經(jīng)過測算，分析保證必要功能，剔除過剩功能，補充不足功能，使研究對象的功能結(jié)構更合理。

1.2 價值工程在基坑圍護選型的具體應用

基坑工程是臨時工程和隱蔽工程，不確定的影響因素較多，既涉及到土力學的強度、變形和穩(wěn)定性問題，又涉及到土體與支護結(jié)構共同作用的問題，是一項綜合性強、風險性大的結(jié)構巖土工程。上海地區(qū)地下水位淺，淺層土體軟弱，周邊環(huán)境復雜，增加了基坑工程設計和施工的難度。基坑圍護選型應首先滿足安全性、周邊環(huán)境保護及技術經(jīng)濟的要求，同時要有利于節(jié)約資源、符合可持續(xù)發(fā)展的要求，實現(xiàn)綜合的社會效益和經(jīng)濟效益。

考慮到基坑工程是臨時工程，它的使用壽命是有限的；根據(jù)不同地層條件、周邊環(huán)境保護要求、工期要求等設計與施工的基坑工程，需要投入一定的人、財、物，耗用一定費用即成本；這樣就很有必要運用價值工程理論來比選圍護型式。如何運用價值工程的理念來比選基坑圍護型式，必須遵循如下步驟：

（a）根據(jù)實際需要設計盡可能多的圍護方案，根據(jù)場地周邊環(huán)境（道路、管線、建筑物、其他保護要求）、地質(zhì)條件、基坑挖深、面積大小、工期要求、施工條件等進行初步方案篩選，列出可供比選的方案；

（b）確定功能評價指標及其重要權數(shù)；

（c）確定費用評價指標及其重要權數(shù)；

（d）計算各方案的功能系數(shù)、費用系數(shù)和價值系數(shù)；

（e）根據(jù)各方案的價值系數(shù)值，選出最優(yōu)方案。

在上海地區(qū)，對于1 層地下室的淺基坑，其圍護結(jié)構型式主要有放坡開挖、水泥土攪拌樁重力式擋墻（重力壩）、土釘墻、雙排樁、板式支護懸臂、板式支護結(jié)合內(nèi)支撐等圍護結(jié)構型式。為簡單、快速確定方案的比選，對1層地下室淺基坑，其功能的評價指標主要是：技術可行（滿足方案的科學性和先進性、圍護體系穩(wěn)定性要求、圍護體系強度要求、圍護體系的變形要求）、環(huán)境影響（施工對環(huán)境的影響、施工可能產(chǎn)生的地質(zhì)災害）、施工便捷（施工難易程度、設備可獲取性、施工工期）等，并假定各評價指標的權數(shù)相等；其費用的評價指標主要是：直接成本（基坑工程的勘察、設計、施工、監(jiān)測等費用）、間接成本（環(huán)境保護成本、工期的經(jīng)濟成本、管理成本等），并假定各評價指標的權數(shù)相等。根據(jù)工程經(jīng)驗，對淺基坑中常見的圍護型式指標進行總結(jié)，假定功能系數(shù)取值區(qū)間為1～10，取值越大功能越能滿足要求，費用系數(shù)取值區(qū)間為1～10，取值越大費用越高；價值系數(shù)取值區(qū)間為0.1～10，價值系數(shù)為1 時方案最優(yōu)（表1）。

表1 圍護結(jié)構型式及選型分析

2 工程實例分析[1-7]

本文以浦東新區(qū)東溝09-03地塊商品房項目為例，對該類基坑的圍護選型進行分析。

2.1 工程概況及周邊環(huán)境

項目位于上海浦東新區(qū)，基坑開挖面積19 660.1 m2，周長653.1 m?；訓|側(cè)和南側(cè)用地紅線鄰近蓮心河，東南角基坑開挖邊線距用地紅線最近僅約2.6 m；南側(cè)東部區(qū)域基坑開挖邊線距離用地紅線僅3.7 m；其余區(qū)域基坑開挖邊線距離用地紅線大于5.0 m。除汽車坡道位置外，基坑北側(cè)與東煦路中間間隔20 m的綠化退界。中間位置有一棟6 層混凝土框架結(jié)構辦公樓，距基坑開挖邊線約20.1 m。東北角汽車坡道開挖邊線距用地紅線僅3.2 m。基坑西側(cè)緊鄰生命線工程——東溝水泵站蓄水池和3 層民宅，為本基坑重點保護對象。最大儲水量達到10 000 m3，水池基礎型式為夯實土天然地基，對變形的控制要求極為嚴格。環(huán)境保護等級為二級。工程概況與周邊環(huán)境如圖1所示。

圖1 基坑概況及周邊環(huán)境

2.2 工程地質(zhì)與水文地質(zhì)條件

本工程基坑圍護主要涉及到第①層雜填土、第②層粉質(zhì)黏土、第③層黏質(zhì)粉土夾淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、第④層淤泥質(zhì)黏土、第⑤層黏土、第⑥層粉質(zhì)黏土。影響本工程圍護的主要為淺部潛水。根據(jù)上海地區(qū)地下水年平均水位埋深，地下水位埋深為0.50 m。

2.3 基坑開挖深研究

基坑挖深和周邊環(huán)境條件是影響圍護選型和圍護經(jīng)濟性的2 個重要因素。本工程平整后場地平均絕對標高+4.60 m，相對標高-0.55 m；底板厚度0.4 m，墊層厚度0.15 m，地庫地基梁高度0.85 m，號樓地基梁高度0.90 m。根據(jù)結(jié)構設計資料中基坑底板面標高，基坑分為深區(qū)和淺區(qū)2 個區(qū)域，深區(qū)底板頂標高為-5.65 m，對應深區(qū)號樓和地庫的挖深分別為6.15 m，6.10 m；淺區(qū)底板頂頂標高為-4.95 m，對應號樓和地庫的挖深分別為5.45 m，5.40 m。

北側(cè)和東側(cè)號樓工程樁在基坑坑邊，改動地基梁的型式可能會對建筑的使用功能和上部結(jié)構的安全造成影響；西側(cè)和南側(cè)為地下車庫梁板基礎，將最邊跨下翻地基梁改為上翻梁，地基梁下落0.45 m，西側(cè)深區(qū)和淺區(qū)對應的挖深分別為5.70 m和5.40 m。在不影響建筑功能和空間使用的情況下，減小了基坑開挖深度，有效地改善了基坑圍護的安全性和經(jīng)濟性。

2.4 圍護選型分析

根據(jù)本基坑除西側(cè)、基坑東南角和東北角汽車坡道位置，其余區(qū)域基坑開挖邊線距離用地紅線均大于5 m；北側(cè)最為寬松，但該側(cè)需考慮施工材料加工、堆放和職工生活區(qū)域的安排。因此，圍護選型分析分為典型的三類，一類為東側(cè)、南側(cè)和北側(cè)大部分區(qū)域，周邊環(huán)境較為寬松；另一類為東北角和東南角圍護場地有限；第三類為西側(cè)周邊環(huán)境保護等級高的區(qū)域。根據(jù)項目計劃和銷售規(guī)劃要求，本工程對工期要求較為嚴格，故必須充分考慮工期所帶來的費用成本。

2.4.1 第一類區(qū)域圍護選型

根據(jù)基坑的挖深和周邊環(huán)境情況，按照圍護選型的第一步，周邊無放坡開挖的施工空間，土釘墻施工會超出用地紅線，故排除第Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ類圍護型式；

第一類區(qū)域?qū)幼冃慰刂戚^為寬松，功能要求較低，而工期費用為主要評價指標；如采用內(nèi)支撐體系，施工工期較長；選用攪拌樁重力式擋墻、板式支護懸臂和雙排樁圍護型式較為合理。故第一類區(qū)域選擇格柵式攪拌樁重力式擋墻、板式支護懸臂和雙排樁為目標對象。

板式懸臂圍護型式則需要圍護樁穿過第④層淤泥質(zhì)黏土，深入到第⑤層黏土中方可滿足穩(wěn)定性要求，樁長較長，且板式懸臂位移較大。對比每延米重力式擋墻和板式懸臂圍護型式的造價，重力式擋墻的經(jīng)濟性優(yōu)于板式懸臂圍護型式。故本類選用攪拌樁重力式擋墻的圍護型式，壩體的寬度和插入深度則根據(jù)基坑開挖深度和周邊的荷載確定。通過價值工程分析，得出攪拌樁重力壩最優(yōu)，典型圍護剖面如圖2所示。

圖2 第一類區(qū)域基坑選型結(jié)果典型剖面

2.4.2 第二類區(qū)域圍護選型

第二類區(qū)域基坑開挖邊線距離用地紅線較近，無放坡、土釘墻和攪拌樁重力式擋墻的施工空間，故排除Ⅰ～Ⅳ類圍護型式?；訓|北角汽車坡道挖深與地下車庫挖深相同，鄰近市政道路東喣路，板式懸臂圍護位移較大，排除；可選用板式支護結(jié)合水平支撐、板式支護結(jié)合斜拋撐和雙排樁的圍護型式；板式體系可以選用SMW工法和鉆孔灌注樁。經(jīng)驗算，SMW工法和鉆孔灌注樁均能滿足各項指標的要求，而工法樁H型鋼需露出地面，對坑邊施工作業(yè)有一定的影響。經(jīng)測算，當工期超過10 個月時，SMW工法樁的造價反而高于鉆孔灌注樁。另外，鉆孔灌注樁的剛度更大，對變形的控制更好。同樣，以費用系數(shù)為主要評價指標。經(jīng)價值工程分析，本類區(qū)域選用鉆孔灌注樁加水平支撐的圍護型式。典型圍護剖面如圖3所示。

2.4.3 第三類區(qū)域圍護選型

第三類區(qū)域基坑開挖邊線距離用地紅線較近，紅線外有保護建（構）筑物，對變形要求嚴格。根據(jù)基坑圍護體穩(wěn)定性計算要求和環(huán)境保護要求，板式支護結(jié)合水平支撐、板式支護結(jié)合斜拋撐和雙排樁的圍護型式較為合適。因沿西側(cè)一整條邊都需要保護，且基坑面積較大，采用板式結(jié)合水平支撐圍護型式工程量大，工期和經(jīng)濟性都較板式支護結(jié)合斜拋撐和雙排樁圍護型式為差，費用系數(shù)較大，選用板式支護結(jié)合斜拋撐和雙排樁圍護型式較為合理，對比板式支護結(jié)合斜拋撐和雙排樁的造價，板式支護結(jié)合斜拋撐圍護造價遠低于雙排樁。故本類西側(cè)選用板式支護結(jié)合斜拋撐的圍護型式。典型圍護剖面如圖4所示。

圖3 第二類區(qū)域基坑選型結(jié)果典型剖面

圖4 第三類區(qū)域基坑選型結(jié)果典型剖面

根據(jù)工程進度安排情況，位于西北角和西南角的1#樓和4#樓需要先完工售賣，而若西側(cè)整體采用板式支護結(jié)合斜拋撐的圍護型式，則部分斜拋撐需要撐在號樓底板上，把號樓分成2 個部分，無法滿足號樓先施工、完成的工期和工序要求。而2 個號樓位于西北角和西南角，選用板式支護結(jié)合水平角撐的圍護型式，既滿足了安全性的要求，也滿足了經(jīng)濟性要求。而板式支護體系同樣選用鉆孔灌注樁經(jīng)濟性更好。因此，基坑西側(cè)采用鉆孔灌注樁結(jié)合斜拋撐，在東北角和東南角采用鉆孔灌注樁結(jié)合水平角撐的復合圍護型式最為合理。典型圍護剖面圖與圖3類似。

3 結(jié)語

上海地區(qū)淺層土層以淤泥質(zhì)軟弱土層為主，淺基坑基底一般位于軟弱土層中，基底以下存在較厚的軟弱下臥層，對基坑圍護極為不利，淺基坑的圍護選型應得到重視?；诨娱_挖面積越來越大，基坑內(nèi)常常有多棟號房，業(yè)主出于銷售進度的安排，基坑內(nèi)號房施工進度安排有先有后；基于基坑四周環(huán)境保護要求和施工交通組織需要，基坑四周的圍護型式也需盡可能的細化。本文基于價值工程分析，充分考慮基坑圍護選型必須遵循設計方案應科學性、合理性，滿足圍護體安全和環(huán)境保護要求，施工便捷等原則，對于同一基坑，可結(jié)合不同側(cè)面的環(huán)境要求，對于大面積基坑，可考慮不同區(qū)域號房的施工進度要求，分側(cè)面、分區(qū)域設計基坑圍護的型式，這樣既考慮了淺基坑圍護型式的適用條件，圍護體穩(wěn)定性、變形和位移控制的要求，又充分考慮圍護設計方案的經(jīng)濟性和施工便捷要求，結(jié)合工程實例具體說明了圍護選型的實施步驟和方法，為上海軟土地區(qū)淺基坑的圍護選型提供參考。