价值工程在建筑地基基础设计优选中的应用研究

崔 慧（山东华邦建设集团有限公司，山东 潍坊 262500）

随着建筑市场的发展与成熟，在全生命周期范畴内高效利用资源建设结构合理、质量达标、功能齐全的建筑工程，已成为当今建筑工程管理的重要目标，价值工程在建筑工程设计中得到了广泛拓展应用。通过借鉴相关工程建筑经验与数据，充分考虑地基建设的地质特征和周边环境，应有价值分析可有效促进建筑工程与成本的匹配，为地基处理设计方案进行综合比选，实现工程价值最大化。

本文从具体工程实例入手，以山东潍坊坊子区D小区住宅建设项目为例，将工程绩效指标进行了分析和细化。为提高价值工程的实用性，研究结合建筑工程实际特征与分析需要，整合了功能、成本与价值分析系数，利用数理统计的方法，实现了多指导因素比选，有效提高了价值工程在建筑地基设计的应用深度。

1 工程案例

1.1 工程基本概况

山东潍坊坊子区D小区住宅项目主要工程内容包括12 栋框架-剪力墙结构的高层居住民宅以及集中式单层的地下停车场，设计使用年限为70年，工程地基基础设计等级为甲级，建筑结构安全等级为二级，整体建筑面积为171428.62m2。高层居民住宅单层标准高度为3m，均采用框架-剪力墙结构，建筑基础结构均采用0.5m厚的筏板基础，建筑编号为#1～#12，工程基本概况见表1。

表1 工程基本概况

1.2 自然地质条件

工程位于山东半岛西部的河流冲积平原，地层发育齐全，场地轻微液化，土层整体相对稳定。根据现场勘测结果，布置勘测孔中仅有两个勘测孔反馈自重湿陷量计算值Δzs≥75mm，其余勘测孔反馈自重湿陷量平均值为Δzs=47.68mm，勘测数据分布情况如图1 所示。由相关地质标准可判定工程场地为I 级轻微湿陷场[1]，工程所在区域天然地基土层情况见表2。

图1 工程勘测点自重湿陷量箱形图

表2 工程自然地基情况与承载力特征值

2 建筑地基基础设计备选方案

根据勘测条件与建设内容，结合建筑规范与行业标准，项目针对目前可采用基础建设方法，设计了三套不同工程侧重点的地基基础设计预选方案，方案基本设计内容如下：

（1）传统CFG 复合地基加筏板地基设计方案。采用CFG桩基作为复合桩基，施工采用中心灌压技术，可保证建成后的GFC单桩承压在650kN以上。根据工程需要，单桩端承桩桩径长d=400mm，桩长l=8.5m，坐落于4-2层粉土地基土层[2]，桩距折减率β取0.75～0.90，计算得s=1.80m，为桩径的4.5倍，符合桩基布局要求。桩基选用C20 混凝土，桩顶采用静力压实法敷设厚度为250mm、夯实度为85%的砂石褥垫层。1000mm筏板下布置C15混凝土垫层，厚100mm，外延150m。工程单桩施工时间约为5d，完成打桩后进行静载试验，检测土方挖土前后的变形情况[3]。

（2）振冲碎石桩加连续墙地基设计方案。采用振冲碎石桩作为地基桩基，施工采用40kW 的振冲器，建成后的桩基单桩承压力在680kN 以上。根据工程需要，碎石桩的桩径d=800mm，桩长l=8.5m[3]，利用设备将碎石桩打入4-2层粉土地基土层中，桩土应力比n取3，采用三角形布桩法，计算所得的合理间距值s=2m，符合相关规范要求。桩基褥垫层采用300mm 厚碎石垫层，静力压实施工。连续墙采用C30 混凝土，厚度为200mm，计划埋深为4.5m，两侧设置地下防水层，主要用于#11、#12 单体施工，加强地基的稳定性，单体打桩施工工期为6d，地下连续墙施工周期为10d，施工完毕以后进行整体的静载试验和变形监测[4]。

（3）钢管混凝土灌注桩与浅基础设计方案。采用钢管混凝土灌注桩组作为主要桩基，施工中钢管桩基采用钻孔灌压技术，设计桩径d=1000mm，桩长l=7m，于4-2 层粉土层进行桩端固结，褥垫层厚200mm，混凝土掺入比例选为30%，桩距选择2m[5]。浅基础需要在钢管混凝土桩基周围采取加固措施保证基础稳定性，褥垫层厚度采取200mm，静力压实施工。单体打桩工期为8d[3]，完成后进行静压测试，后检测土方挖土前后的变形情况。

3 方案价值工程分析与比选

在利用价值工程分析进行基础方案比选时，应将工程内容解构后进行质量、成本直接对比量化，结合建筑工程地基基础设计特点进行评价选择。在选择时，地基桩基的沉降在使用年限内必须在可接受范围内，满足纵向承载需求，针对一般的地质动力影响应满足结构稳定性要求，施工方法应成熟可靠并且经济可行，便于后续定期的风险检测。

将项目建设目标、地质基础、施工质量和风险控制需要与价值评价相结合，利用专家打分法针对不同基础设计方案进行指标量化和权重赋值，指标体系从整体上分为性能指标得分A=性能指标平均分（A1）×性能指标权重（A2），经济指标得分B=经济指标平均分（B1）×经济指标权重（B2），环境指标得分C=环境指标平均分（C1）×环境指标权重（C2）[6]。构成的评价功能系统模型如图2所示。

图2 价值工程评价功能系统模型图

本次共邀请了6位专家进行评分，利用矩阵法确定各三级指标权重与得分，权重计算后需要进行一致性检验，通过检验后权重值参与评分计算，根据评价结果，权重占比最大的是经济指标，占比总和为53.9%，其次是性能指标，综合占比为37.2%，环境指标综合占比为8.9%，细化后的三级指标的评价结果与对比如图3所示，三级指标中对价值工程综合测评结果影响最大的是施工工期（16%）和维护成本（16%）和方案成本（15%），与价值工程基本原则相符合。

图3 三级指标权重雷达图

通过以上模型分析专家对三种预选方案的评价值，得到的分析结果如图4所示，评分结果显示，三类方案均能满足项目地基建设基本需求。其中，传统CFG复合地基加筏板地基设计方案施工后性能表现最好，性能评分为90.33，钢管混凝土灌注桩与浅基础设计方案基础承载能力和耐久性略低于方案Ⅰ，但具有良好的结构稳定性，对于轻微环境应力变化的适应性好，性能评分为85.47，从整体上看，由于前期方案设计在桩径、桩距与桩基布置上均据根据项目需要进行了设计测算与调整，因此，各方案之间性能指标差异较小，分数极差仅为3.68。

图4 不同地基基础设计方案指标得分雷达分布图

从经济性指标分析结果看，振冲碎石桩加连续墙地基设计方案虽然施工难度大，但桩基质量稳定，不易受到地下水以及环境温度变化的影响，降低了桩基维护成本，随着振冲器设备性能指标提升，主要设备成本下降，折损率降低，在经济性方面存在一定优势。传统CFG 复合地基加筏板地基设计方案施工技术发展成熟，技术应用经验丰富，技术人力成本较低，有效提高了工程施工效率和施工质量[7]，施工成本与维护成本均低于方案Ⅲ。

从项目的环境影响方面看，方案Ⅰ、方案Ⅱ在施工过程中产生的施工噪音分贝数远小于方案Ⅲ，而方案Ⅱ在施工过程中会产生大量的固体废弃物，增大了施工运载负荷。根据不同方案的指标和权重，计算得CFG 复合地基加筏板地基设计方案最终得分为87.15分，略高于方案Ⅱ的85.11分和方案Ⅲ的83.4426分，工程最终选择CFG复合地基加筏板组为工程地基建设方案。项目竣工后，为验证价值工程评价系统模型的有效性，汇总整理了地基施工成本，与当地同规模的单体建筑比较发现，单体地基建设成本低于同类型项目的地基建设成本平均值，可见建设方案评价结果符合现实情况，有效控制了建设成本，提高了项目的经济性能[8]。

4 结语

本研究以山东潍坊坊子区D 小区住宅项目为例，根据其项目地基建设需要和前期地质勘测结果，对三类地基建设设计方案利用价值工程思路进行了优化比选。研究通过构建价值工程功能评价系统并利用专家评价法对二级指标和三级指标进行评价赋值，将基础方案性能和环境友好程度纳入了价值评价体系，提高了优选模型的可行性，结论如下：

（1）根据专家评议结果确定二级指标在价值工程评价体系权重为经济指标53.9%、性能指标37.2%，环境指标8.9%。但在比选过程中，由于设计方已针对工程需要与地质特征对桩径、桩长、桩基分布进行了计算与调整，方案的性能指标参数评价相较于其他两类指标，对最终评价结果的影响弱于数据表现，进一步突出了经济指标的作用性，符合价值工程核心逻辑。

（2）根据项目最终评价结果，最终在三类预备方案中选择CFG 复合地基加筏板组为工程地基建设方案，实际应用结果表示方案施工后性能表现与成本节约性优良，验证了方案优选模型在实际工程应用上的可行性与实用性，其确定的权重体系可为类似工程的地基方案必选工作提供量化参考。