基坑围护的技术经济研究

文／王飞 同济大学建筑设计研究院（集团）有限公司 上海 200092

引言：

近年来中国的城镇化发展导致了城市空间需求骤涨，为解决土地资源供给与空间需求之间的矛盾，国土空间全维度拓展利用成为城市可持续发展的必由之路。城市地下空间的开发利用是解决城市土地资源紧缺，改善城市交通，提升配套支撑能力的有效途径。根据《2021 中国城市地下空间发展蓝皮书》内的数据统计，截至2020年底，中国城市地下空间累计建设24 亿平方米，2020年中国城市地下空间新增建筑面积约2.59 亿平方米，同比增长0.78%，新增地下空间建筑面积（含轨道交通）占同期城市建筑竣工面积约22%；在技术方面，基坑围护工程作为城市地下空间发展的重要技术支撑得到了迅速的发展；然而在经济方面，城市内已经建成的建筑、交通、城市配套设施成为了地下基坑方案选用的重要制约因素，基坑围护的投资也逐年提高；通过对基坑围护的技术和经济研究，分析基坑造价的影响因素，研究优化措施，对于提高项目的经济性具有重大意义。

1、基坑围护的适用

地下连续墙围护方案适用于三级基坑条件下的几乎各种水文地质条件的地基，当施工场地的地下水位高于地面时，可以结合止水帷幕等拥有良好抗渗截水的围护结构形成复合方案实施；

钻孔灌注桩围护方案可适用于一级基坑条件，因此在我国近年的应用较多。灌注墙体可以较好的粘黏砂土和软粘土，配合水泥搅拌桩、高压旋喷桩等围护结构阻挡水土流失，在砂土地区和软黏土地区得到较好的施工效果；

深层搅拌水泥土桩墙围护结构适于设备快速挖土，因此常用于市中心等交通流量大的地址施工，以减少对城镇日常的影响；高压旋喷桩围护结构因其施工设备小巧灵活，适合在施工空间较小的情况下使用；

自然放坡最经济便捷，但由于其放坡工作面大，在建设场地局促，且周围有需要保护的建成设施时，很难满足其场地要求；在基坑围护的优化设计中，可以考虑结合其他围护结构进行局部的组合适用，降低围护工程的造价；

从以上列举的几种基坑围护结构的适用环境可见，每种结构都有其自身的优劣势。然而实际情况复杂多样，需要结合项目的环境、进度、成本等多方面的因素进行综合考量和组合使用。

2、影响基坑围护造价的因素分析

几乎每项基坑工程都会在不同的环境、背景、条件下实施。水文地质条件、工程地质情况、城市地下管线、周边建筑特点等条件都会成为基坑围护结构方案选用的影响因素。要在复杂的情况下选择合适的基坑围护方案，做好影响因素的整理，才能帮助建设和施工单位共同做出合理的选择。

本节从静态因素和动态因素两方面讨论其对基坑围护工程造价的影响。

静态因素通常包括地质地貌环境、自然气候、水文条件、城镇乡村土地与建筑规划、公共服务配套设施建设和规划、场地的周界条件、人口种族和社会文化等。静态因素极少变化，领域从业者常以静态因素作为参考维度，从学科理论和技术试验与应用的角度开展研究，如不同的土质情况下墙体位移和承压的能力、北方冻土环境下深挖坑体的关注点，是围护结构选型的主要影响因素。

动态因素是指在前述的时间范围内，其本身发生的变化直接或间接的从多方面影响施工，且这种变化会周期性发生或大概率的随机发生。比如国家或地方工信部与财政部门等单位和机构升级行业相关的规范要求、行业上下游产业波动带来的成本变化、生产原材料价格波动、行业平均薪资水平变动、中央或地方的税务税收政策的变化等。近年来，由于劳动价格的上涨，环保要求的提高等因素，动态因素越来越多的成为影响建设工程造价的主要因素之一，也越来越多的考验相关方的建设技术能力和管理能力。基于动态因素，工程相关方通常更需要基于当前理论和技术背景进行实时的数据修正，通过科学的方式进行设计方案的决策。

3、不同基坑围护的经济数据分析

掌握不同基坑围护类型的各项经济数据和指标，结合工程的规模和困难程度、工程消耗工期、工程建设的效果、施工期间和之后所带来的环境成本等信息，可以很好地为以后的工程建设积累总体层面的经验，并在编制投资估算和方案比选阶段作为决策的依据之一。

以下是笔者统计的几种常用基坑的指标统计数据详见表1：

表1 几种常用基坑围护的技术经济统计表

4、基坑围护的造价优化及实例

基坑围护的优化既可以从外部因素着手，如优化建筑物地下室形体，也可以从基坑围护工程的内部因素着手，如进行结构选型优化、局部设计优化、施工组织优化。

4.1 通过优化地下室形体进行基坑围护的造价优化

通过减少基坑不利侧的地下室层数来进行基坑围护造价的优化；如上海闵行七宝地区某城市广场，原设计地下二层，基坑开挖深度约9.7m；地下室南侧约30m 范围内为地铁区间隧道，且上部市政道路下埋多条市政管线，南侧基坑保护要求极高；出于对地铁的保护目的，原围护方案采用地下连续墙+三道钢支撑，相邻4%的基坑面积内，占用了总围护工程30%的造价；后通过将临近地铁线段的南侧地下室调整为局部地下一层，减小了开挖深度，并形成了台阶式的缓冲区域，围护形式优化为钻孔灌注桩+一道支撑，大大节约了基坑的投资；

对于多层地下室，尽可能使上下层地下室的外墙重合，可以有效地减少围护的周长；在场地允许的情况下，尽量让地下室的轮廓接近于正方形，同样能有效地减少围护的周长；在遇到阴角的外轮廓时，可以拉平地下室的围护布置，比较减少的竖向围护工程量与增加的土方与水平支撑工程量之间的费用大小，从而达到优化基坑围护造价的目的。

4.2 通过调整支护结构的选型优化基坑造价

一般情况下，在开挖深度、周界条件、变形和沉降可接受的范围内，优选出较为经济支护形式，可以有效的优化基坑的造价。根据围护的一般造价指标，一般可以按照：放坡开挖＜复合土钉墙＜重力式挡土墙（水泥桩）＜重钢板桩＜SMW 工法＜钻孔灌注桩＜地下连续墙顺序来选择较为经济的支护结构。在同等情况下，放坡的经济性优于垂直支护，临时支护的经济性优于永久围护，水泥搅拌桩的经济性优于钢筋混凝土桩，并可以通过围护结构的组合，在有限的条件内进行基坑造价的优化。如在场地局限的情况下，可以采用顶部放坡+垂直支护的组合形式，通过降低基坑挖深和对坑外主动土应力进行卸载，可以减少桩长、桩截面以及桩的配筋从而有效优化围护造价。

4.3 通过改变基坑支撑的形式优化基坑造价

基坑围护的支撑系统占基坑的总造价比例不低，通常在深基坑工程中，采用内支撑的基坑围护中，水平支撑的造价约占基坑总造价的20%～40%。在变形允许的情况下，调整内支撑系统为外支撑系统，可以明显地降低投资，如在嘉善某金融创新中心项目基坑方案比选时，通过调整混凝土内支撑系统为预应力锚索的外支撑系统，详见图1。降低投资约3646 万元，详见表2。

表2 方案造价对比表

图1 基坑围护方案对比图

4.4 通过调整挖土顺序来进行造价优化

通过调整基坑挖土的施工顺序，同样可以对基坑围护的造价进行优化。图2 中的某项目基坑围护工程，原挖土方案为先施工中间局部地下二层的土方，再施工两侧地下一层的土方。通过对挖土的顺序进行调整，先施工地下一层整层的土方，再开挖中间局部地下二层的土方，云线处的围护桩的桩顶标高由室外自然地坪调整为地下一层标高处，大大减少了实体围护桩的桩长，从而优化了围护工程的造价。

图2 某项目基坑围护设计图

4.5 基坑围护的优化案例

笔者参与的项目位于深圳市前海深港现代服务业合作区桂湾片区的滨海区域，占据前海湾的核心位置。用地东侧为规划道路金岸北街，西侧为前海湾，北侧毗邻前海河水廊道，南侧为桂湾河水廊道，隔桂湾河与前海石相望。项目用地14.7 万m2，建筑面积85952m2，其中地上21958m2，地下63994m2；地下一层层高6m，地下二层层高5m；工程费用18.74 亿元。由于项目所在区域由填海而成，地质条件较差，土壤结构松散，基坑开挖深度范围内存在淤泥层，加之整体地下室面积占比较大，围护长度较长，初步测算基坑围护造价约2.69 亿元，占工程费用的15%，主体建筑物投资的22%。原方案详见图3，二层地下室采用φ1200@1800 咬合桩+2 道钢筋混凝土支撑；一层地下室采用φ1200@1800 咬合桩+1 道钢筋混凝土支撑；联通道采用采用φ1200@1800 咬合桩+3 道钢筋混凝土支撑；后通过优化基坑设计详见图4，主坑部分减少一道支撑，围护工程的投资由2.69 亿元降低为2.33 亿元；优化金额3600万元,优化比例13%，详见表3。主要优化措施如下：

表3 基坑造价对比表

图3 原方案

图4 优化后方案

（1）优化地下室的形体：在总面积基本不变的情况下，通过加大地下一层的面积，减小地下二层的面积，减少了深基坑的比例；

（2）减少基坑埋深：通过整体抬高地下室1m，减少基坑围护深度；

（3）通过支护形式的优化组合进行基坑优化：原基坑方案天然地坪以下全部考虑垂直支护；由于项目南侧及东侧场尚有空地，优化方案内考虑顶层局部放坡，下部采用垂直支护的方式，减少了支护桩长度1.3m 及配筋；另与上述②措施结合实施，减少了一道水平支撑，大大降低了基坑投资。

结语：

影响基坑工程建设的因素很多，基坑围护和基坑支护的可选技术方案丰富，在项目需求、相关规程规范、质量与安全要求、工程成本等多方面约束下，仅使用单一的技术方案几乎无法达成建设目标或造成资源浪费和增加成本。科学和合理地应用比选手段，可以帮助建设方和施工方获得更优质的设计方案和实施指导，除按时保质地完成工程交付外，也会为工程干系方和社会带来更佳的经济效果。