天津地区综合交通枢纽工程基坑围护结构选型及造价分析

摘要：综合交通枢纽工程是一个复杂的综合性项目，在围护结构设计时应综合考虑各子项工程间的相互关系，将多个单项工程结合成一个整体的基坑工程进行设计，灵活采用多种支护型式的组合。文章以天津西站交通枢纽配套市政公用工程为例，针对天津地区的水文地质特点，对综合交通枢纽基坑围护结构三种不同的施工方法及造价进行了分析，以期为同类交通枢纽工程建设提供参考。

关键词：综合交通枢纽；基坑围护结构；SMW工法桩；重力坝

中图分类号：TU473　文献标识码：A　文章编号：1009-2374(2011)07-0121-03

近年来，随着我国城市化进程的推进，综合交通枢纽越来越多地被用来解决城市中心城区的交通问题。仅天津地区就出现了天津东站、天津西站、于家堡站、滨海站、滨海国际机场等五个综合交通枢纽工程，其功能强大、系统繁杂、接口众多，这些特点就决定了其施工的复杂性。综合交通枢纽工程施工时，其施工方法往往受到地面建筑物、道路、城市交通、环境保护、施工机具以及资金条件等因素的影响。本文以天津西站交通枢纽配套市政公用工程为例，对天津地区的综合交通枢纽基坑围护结构的选型进行研究，综合考虑了多种因素的影响，以期得出一些有益的结论。

一、工程背景

天津西站交通枢纽配套市政公用工程由地下停车场及公共换乘区工程、景观工程、公交车场工程、高架桥工程、既有道路拓宽工程、管理控制中心工程、供电系统工程、市政公用排水泵站工程等子项组成，仅地下停车场及公共换乘区工程，就包括南广场地下工程和北广场地下工程两个部分。总建筑面积130235m2，工程总投资为19.31亿元，平均每平方米造价1.48万元。其基坑具有总体规模大、单体工程多、体型差异大、深度变化大等特点，所以在进行基坑设计时应综合考虑施工时各子工程间的相互影响，确定合理的基坑施工方案。

二、工程地质

(一)　地层岩性

天津地区属冲积平原，沉积了一套海陆交互相地层。地层分布自上而下依次为：人工填土层①、新近沉积层②、第Ⅰ陆相层③、第Ⅰ海相层④、第Ⅱ陆相层⑤、第Ⅲ陆相层⑥、第Ⅱ海相层⑦、第Ⅳ陆相层⑧、第Ⅲ海相层⑨。

(二)　水文地质条件

表层地下水为第四系孔隙潜水。赋存于第二陆相层及以下粉砂及粉土中的地下水具有微承压性，为微承压水。

潜水地下水位埋藏较浅，一般埋深0.4～2.1m。潜水主要依靠大气降水入渗和地表水体入渗补给，故地下水位的幅度变化较大。它主要赋存于人工填土层①、第Ⅰ陆相层③及第Ⅰ海相层④的相对含水层中，以第Ⅱ、第Ⅲ陆相层的⑤Ⅰ、⑥Ⅰ层粉质粘土为相对隔水底板。第Ⅱ陆相层及以下的⑤2、⑥2粉土、⑤4、⑥4和⑥5粉细砂层中的地下水为微承压水。

三、施工方案比选

围护结构的选型不仅与地质条件和结构型式有关，还取决于周边环境、工期要求、工程造价等因素。针对本工程的复杂特性、水文地质、周边环境等特点对地下连续墙、重力坝(水泥土搅拌桩)、SMWT法桩三种围护结构形式进行了深入的技术、经济分析和比较。

(一)　地下连续墙

第一，工法特性。地下连续墙对地层条件的适应性比较广泛，尤其适用于类似天津地区由黏性土、粉土和饱和砂层组成的冲积平原第四系松散地层中。在基坑深、地质条件差、地下水位高时，一般都需要采用地下连续墙作为基坑的围护结构。其最大优点是横向整体刚度大，能承受较大的水平侧向荷载。其次，基坑开挖时变形较小，周围地面的沉降少，能够较好地控制和减少对邻近建(构)筑物和地下管线的影响，无需设置围檩体系，具有安装速度快，施加预应力方便等优点，工作效率高。

第二，工程实例。天津西站南广场地下停车场及公共换乘区工程东接轨道交通地下结构工程，北接国铁西站站房，南邻西青道下沉道路。地质条件主要为粘土②层、粉质粘土③、④、⑤层，潜水位位于地下1m左右。基坑长约123m，宽约460m，深约9.5m，但现场西侧施工场地狭小，没有放坡条件，结合本项目主体结构形式及规模，围护结构采用地下连续墙+钢管支撑围护体系。连续墙厚度800mm，墙体嵌固深度9m，钢管撑φ600mm，壁厚12mm。连续墙墙体间接头采用圆形锁口管柔性接头，拐角处设置φ700@500高压旋喷桩加固。

(二)　重力坝(水泥土搅拌桩)

第一，工法特性。水泥土重力式挡墙对于粉土、粉质粘土互层的天津地质条件较适宜。一般适用于开挖深度2～10m范围的基坑。其优点为重力坝自身可作为止水帷幕，基坑内不需设内支撑，方便主体结构的施工。同时其造价低、施工速度快、工艺简单且无噪音、无振动、无污染。其缺点是重力式挡墙质量较难控制，变形大，抗渗性较地下连续墙差。

第二，工程实例。天津西站南广场地下停车场及公共换乘区工程的基坑长约123m，宽约460m，深约9.5m。基坑北侧面向铁路站场一侧，场地相对开阔，结合本项目主体结构形式及规模，围护结构采用两级放坡+重力坝方案。

第一级放坡坡高3.8m，坡度为1：2，一级平台宽度为4.0m；第二级放坡坡高为3.5m，坡度为1：1.5，二级平台宽度为10.7m。重力坝结合二级卸土放坡设置，其中采用二级卸土放坡的方式卸除了7.4m高的土方，余下的4.55m高差采用双轴水泥土搅拌桩(φ700@500)重力坝作为第一级基坑围护结构。考虑基坑外侧附加荷载，计算得重力坝宽度为5.2m、插入深度为4.55m。

(三)　SMW工法桩

第一，工法特性。SMW工法桩适用于粘性土、砂性土以及砂砾石等地层中施工。一般仅用于开挖深度

第二，工程实例。天津西站交通枢纽配套市政公用工程北广场地下项目出租车蓄车场工程，地质条件主要为粘土和粉质粘土层，潜水位位于地下1m左右。基坑长约120m，宽约60m，深约10m。根据该基坑与北侧子牙河南路、东侧地下公共停车库基坑之间的相互关系，通过方案比选，确定基坑采用SMWI法加一道斜坡钢支撑进行围护，工法顶面设置1100×800冠梁。斜撑采用φ609×12钢管，水平间距约3m，钢支撑与水平夹角18°，底板设钢筋混凝土牛腿。留土边坡设2级土坡，坡率均为1：1.5，两级边坡之间设2m平台。

四、工程造价的确定

(一)　概算编制依据及原则

第一，采用定额。

地下停车场及公共换乘区的土建工程，采用天津市建委建筑[2008]1045号文颁发的2008年《天津市市政工程预算基价》(以下简称“市政定额”)。

地面建筑物、构筑物的土建工程采用天津市建委建筑[2008]1045号文颁发的2008年《天津市建筑工程预算基价》(以下简称“建筑定额”)。

上述定额不足时，采用相近定额按编制期单价换算、补充。

第二，工程费用取费标准。

采用“市政定额”、“建筑定额”的工程，计费程序和标准依据天津市建委建筑[2008]1045号文颁发的2008年《天津市建设工程计价办法》和天津市各专业工程预算基价的规定计列。

由于概算定额与预算定额适用于不同设计阶段，因此，在使用2008年《天津市市政工程预算基价》编制概算时应计取零星工程费，计取规定按天津市市政公路管理定额[2009]213号文规定的费率：地铁、隧道工程按5％计列。

第三，工、料、机价格取定。概算编制期为2010年6月，人工、材料、机械均采用《天津市政公路工程造价信息》及《天津工程造价信息》2010年第6期公布的信息价。

(二)　技术经济指标分析

按以上编制原则编制的基坑围护结构，分别采用不同施工方法的土建结构技术经济指标如下：

(三)　影响因素分析

不同的施工方法在进行方案比较时，其技术经济指标在分析过程中，还应考虑多方面的因素。例如，重力坝(水泥土搅拌桩)的施工方法，对于不同的实施深度，考虑实施质量的控制，可能会采用不同轴数的搅拌桩实施，而轴数越多造价越高，当重力坝工法与SMWI法桩进行比较时，水泥土搅拌桩轴数的不同会造成重力坝工法与SMWI法桩在经济比较后得出截然相反的结论。另外，同一施工方法下的实施深度，不同地区定额消耗量及取费的高低，也会对工程造价产生很大的差别。总之，在设计阶段，需要全面考虑工程影响因素，合理确定工程造价。五、结论

第一，综合交通枢纽工程的功能复杂、系统繁多、子项工程的结构交叉较多，故其基坑往往具有总体规模大、单体工程多、体型差异大、深度变化大等特点。

第二，进行基坑设计时应综合考虑各子项工程间的相互关系，将多个单项工程结合成一个整体的基坑工程进行设计，确定合理的基坑实施方案。

第三，针对基坑特点，可灵活采用放坡、地下连续墙、重力坝、SMW工法、钢支撑等多种组合型式。

第四，对于基坑较深、地质条件差、地下水位高、地面沉降小、施工场地狭小时，应优先采用地下连续墙围护体系，但造价最高。

第五，对于基坑较浅、施工场地开阔、变形要求不高时，宜优先选用重力坝围护体系，它具有施工速度快、无噪音、无振动、无污染，造价最低等特点。

第六，基坑深度较浅时，对于止水性、地面沉降、施工场地、工期、造价都有一定要求时，可以采用SMW工法。