昌平新城东区佰仁医疗基坑支护经济性能分析

一、工程概况

1、工程概况

拟建实验楼为地上6层，地下2层，高度23.85m，预估荷载200kN/m2。地上为U型，东侧中间为下沉庭院，深度约4.0m，其下为整体地下车库，均为框架-剪力墙结构，筏板基础，跨度8×8.1m，室内外高差0.45m，基础埋深均9.0m。该工程重要性等级为二级（一般工程），场地等级为二级（中等复杂场地），地基等级为二级（中等复杂），岩土工程勘察等级为乙级。

2、地形地貌

拟建场地属于冲洪积地貌，现状地形基本平坦，场区北侧约300m 为九里山山脉，山体高度约20m，坡度约35度，山上植被发育，出露基岩以强风化-中风化火山角砾岩、火山凝灰岩为主。勘察期间钻孔孔口处地面标高53.71m～54.17m，最大高差0.46m。根据对现场钻探、原位测试与室内土工试验成果的综合分析，在本次勘探最大深度20.0m范围内揭露的地层，按成因类型、沉积年代可划分为人工堆积层、新近沉积层和一般第四纪沉积层三大类，按岩性特征、物理力学性质进一步划分为5个大层4个亚层。

3、水文概况

（1）、场区东南侧约500m处京密引水渠通过，该渠有水流过，水量较大。

（2）、2019年11月勘探时揭露一层地下水，为承压水类型，稳定水位埋深6.60～6.80m，标高46.92～47.56m，水头高度0.50～1.70m

（3）、根据掌握的区域地下水资料，该区历年最高地下潜水水位1959年可接近自然地表；场区近3～5年最高地下潜水水位埋深6.00m，标高48.00m。

（4）拟建场区第1层承压水，属于渗入、迳流型。主要接受地下水侧向迳流及越流等补给方式，以地下水侧向迳流及人工开采为主要排泄方式；其水位年变化规律一般为：11月份至来年3月份水位最高，其它月份相对较低，水位年变化幅度3m左右。

（5）场地地下水位较浅，基坑埋深较大，须进行抗浮验算及加强降水或者隔水工作。本工程降水涉及地下水，其含水层为④层粗砂-砾砂、④1层细砂-中砂。在降水时可能会因抽水抽走砂颗粒以及降水效果不好基坑侧壁产生流砂而对基坑带来不利影响，严重会引起基坑侧壁坍塌的危险。降水不利也会带来在施建筑因荷载较小地下水使其上浮的工程风险。

二、排桩和地下连续墙的优选分析

1、经济性和安全性

就本工程而言，根据地质和水文条件，要达到同等支护效果，若单从工程造价角度考虑，采用排桩比地下连续墙经济性更好(经我院地基所测算本工程排桩+冠梁+止水帷幕+两层锚杆，单方造价基本在1900元~2000元左右；地下连续墙+两层锚杆，单方造价在2600元~2700元左右；地下连续墙较排桩支护结构增加成本30%~40%左右）；若单从安全性角度考虑，地下连续墙则更安全可靠。因此通常在周边环境简单、地下水不丰富的地段采用排桩支护结构，而在周边环境非常复杂或地下水丰富且很难控制的地段一般采用地下连续墙。然而，大多数工程条件介于两者之间，往往需要同时兼顾经济性和安全性，并综合其他因素比选确定。

为便于分析比较，除特别说明外，假定“标准排桩支护结构”为：桩径为800mm的钢筋混凝土灌注桩，间距1000mm，外加600mm间隔500mm(搭接100mm)旋喷止水桩；“标准地下连续墙支护结构”为厚度800mm钢筋混凝土墙，沿基坑方向取单位延米槽段，其他因素如基坑深度、周边环境、地质条件、工况及支撑型式和位置等都相同。

2、支护单元受力性能

在岩土条件、基坑深度、嵌固深度、支撑设置、外荷载等条件相同的情况下，抗弯刚度直接反映排桩和地下连续墙两种支护结构单元的受力性能。同类材料相同，因此重点分析两支护结构的截面惯性矩：

排桩支护单元；地下连续墙支护单元。对“标准排桩支护结构”，忽略旋喷桩的的抗弯效果，则；对“标准地下连续墙支护结构”则有。简单对比可知，“标准地下连续墙”的抗弯性能是“标准排桩”的两倍

3、周边环境影响

一般说来，基坑开挖对周边环境的影响因素主要包括四个方面：一是侧壁周边建构筑(包括地面建构筑物及附属设施、道路、地下构筑物和管线等)因开挖卸载产生地基破坏、失稳、过大沉降和裂缝等；二是因软土地区嵌固深度不足产生坑底隆起；三是因地下水控制不当造成管涌；四是施工过程中产生噪音扰民或余泥排放污染城市环境等。从理论上讲，只要能够使前述四个问题得到有效控制，无论采取排桩或地下连续墙都是可行的。除挡淤和止水两个问题以外，其他两方面二者采取的措施相近，因此重点讨论挡淤和止水措施。在软土地区，若不增设止水措施的排桩会影响桩间淤泥或地下水的流动，使得场地应力重分布，从而引起周围建筑不均匀沉降，因此排桩的设计常须增加一至两道挡淤止水帷幕(一般的钻孔压密注浆法不易保证止水，曾引发多起重大事故)，这样势必然会增加排桩的施工难度，并加大对周边环境的影响。但对地下连续墙而言，其具有机械化程度高、整体好、质量易于控制、可兼作挡淤止水防渗结构等鲜明特点，前述问题均可得到有效解决。因此，在地下水位较高的软土和砂土等多种地层条件和复杂施工环境下，地下连续墙与排桩相比对周边环境影响更小。

4、施工风险控制

近年来因经济或技术原因引发的深基坑工程事故屡见不鲜，不仅延误工期，造成直接经济损失及人员伤亡，更对社会产生了巨大的负面影响。故在基坑支护结构优选时，兼顾到安全和环保问题的同时，很有必要把可能存在的风险控制在一定范围内，也是项目决策过程中的一个重要环节。在地下水丰富或存在承压水的地区，排桩加旋喷止水桩的支护型式与地下连续墙相比，施工风险更大。

5、施工工艺难易程度

结合多个建筑基坑基坑支护的情况，从场地条件需求、施工机械、施工工序，施工工期等方面分别对两种支护结构进行分析总结，施工工期是在制作单位延米，埋深为10m的排桩和地下连续墙，结合一般地质条件根据经验推算得出，排桩加旋喷止水桩的支护型式与地下连续墙相比，施工场地布置更加灵活，无需大型机械设备，在支护结构入岩较深时工期较短，适用于小型基坑工程或周边环境变形要求不高的大中型基坑工程。但由于排桩加旋喷止水桩的支护型式将支护和止水分开施作，增加了施工工序，存在排桩支护结构因垂直度较难控制而导致桩端分叉、旋喷桩在复杂地段止水效果难以保证等风险，因此在重要的大中型基坑工程中采用时应慎重。地下连续墙几乎不受地质条件限制，在大中型基坑工程中采用具有特殊优势：整体性好，质量可控；墙体刚度大，可承受较大的土压力；支护结构既可支护挡土又能够止水；在不入岩时，较排桩相比还可缩短施工工期，间接降低成本；对于高层建筑施工若采用逆筑法，还可进一步缩短项目总工期，从而实现较佳的综合效益。