專精 ▎樁基成本優化
欄目:國騰動態 發布時間:2019-11-21

 

摘要:結構優化設計,一般按規范對結構參數、配筋、構件截面進行優化,而往往會忽略樁基礎的相關優化。其實,樁基礎優化簡單粗暴,更容易節約成本,對于大地下室結構很多時候節約的成本遠大于鋼筋、混凝土所能節約的成本。

 

關鍵詞:地勘;結構;設計

 

為何要進行樁基礎優化?

樁基礎成本優化,在結構設計中經常被忽略,一味的強調安全,而忽略掉安全后的成本。安全固然重要,但保證安全、滿足規范和當地要求、經驗情況下情況下,能做到節約成本,才是考驗一個結構工程師基本能力與設計概念的最重要因素。

 

樁基成本優化關鍵點四個方面:

(1)樁基選型是否正確

(2)樁基截面取值是否合理

(3)樁基長度取值是否合理

(4)樁基承載力取值是否準確

而影響樁基成本的上述四個關鍵點的源頭來著兩個方面:一是地勘報告,二是設計人員判斷。

目前大多數工程存在高周轉、低價中標、周期短,造成地勘單位勘察不當、設計單位判斷不準確。

 

本文從地勘單位的地勘報告入手,分析地勘保守、地勘單位成本影響力重視不足、考察不足而造成的樁基設計經濟性差。

 

 

 

實際案例

1. 工程概況

序號

項目

概況

1

工程地點

浙江省寧波杭州灣

2

工程時間

2017年9月

3

建筑類型

中高層住宅

5

土質特征

軟土地基,淤泥層厚達10m左右

 

2. 原設計樁基礎方案

工程所在城瀕臨杭州灣海邊,屬于沖積-海積型平原,巖性包括淤泥質亞粘土、亞砂土及粉細砂、砂礫石等,其厚度分布不均,地質較差。因曾出現預制樁基礎的住宅發生傾斜現象,當地主管部門規定住宅項目不允許使用預制樁作為樁基礎,設計院按當地常用泥漿護壁鉆孔灌注樁完成設計。

 

設計初稿方案的估算為3898萬元,總樁長97,970m,平均樁長約60m,建面單方指標271元/m2。估算明細如下表:

 

名稱

單位

工程量

綜合造價(萬元)

總造價(萬元)

備注

總方量

m3

28502

0.114

3257

含泥漿外運

鋼筋籠

t

1282.6

0.5

641.3

鋼筋含量45kg/m3

合計

1891

2.06

3898.3

總樁長97970m

 

名稱

樁型

總價(萬元)

單價(元/m2)

目標成本

預制管樁

2592

180

優化前

鉆孔灌注樁

3898.3

271

偏差

當地不允許用預制樁

1306.3

91(超出50%)

設計院初稿方案的估算超出目標成本1306萬元,超出50%,如下表:

 

3. 經濟性復核

一般判斷樁基設計經濟性的方法是復核樁基承載力利用率。計算式如下:

樁基承載力利用率=建筑物總荷載 / 樁基礎的總承載力

若樁基承載力利用率≧85%,則設計較合理;否則屬于設計富余太多、不經濟。

 

根據設計院提供的資料,本項目的樁基承載力利用率為72%<85%,指標顯示樁基設計承載力偏低,設計不經濟。詳見下表:

image.png

 

經過分析,出現這種情況的原因是設計院按地質勘察的中間報告進行取值設計,而根據以往經驗,地勘中間報告提供的技術參數一般較保守,只能用于早期初步判斷。

 

這一情況也通過對標周邊地塊的勘察報告中得到印證。我們收集到周邊兩個項目(一個安置小區、一個青少年中心)的地勘報告,并進行對標,發現本項目地勘中間報告取值偏低。如下圖表所示:

 

 image.png

圖一  樁端阻力特征值對標
image.png

 

圖二  樁側阻力特征值對標

詳細數據見下表:

image.png

 

4. 優化前準備

在確認問題及找到原因后,準備實施設計優化,從內外兩個方面分別做了準備工作:

 

(1) 公司內部協調

① 內部溝通一致,獲得建設單位支持

項目在完成上述分析后,同設計院、建設單位設計部和建設單位成本部進行初步溝通:在保證安全的前提下合理壓縮設計余量降低成本、壓縮工期符合建設單位利益。遂向建設單位進行匯報,確定是否需要進行設計優化。

② 項目內部成員召開設計討論會,確定優化目標、降本思路、優化方案

項目內部成員召集會議,詳細分析設計所依據的規范與調研當地項目工程樁指標,設定了優化目標、思路、步驟。

 

1) 優化目標:控制在當地平均水平。根據調研情況,當地工程樁的單方成本平均在240~250元/m2。

 

2)優化思路:

A從地質勘察報告的優化入手。通過與周邊地塊地勘取值對標驗證本優化項目地勘報告取值合理性,根據設計試樁破壞性試驗檢測報告極限荷載值進行優化;

B對于同一棟樓設計樁型時運用價值工程進行取舍:

a、精細化設計會增加樁的規格,減少工程量的同時增加樁基檢測量、費用、工期;

b、樁長平均值按保守最長的樁長取值,樁型少,檢測數量少縮短檢測工期;

 

C查看鋼筋籠主筋規格與數量是否合理,常規規格為C14,甚至能優化到C12;

D檢查鋼筋籠長度是否合理:

a、抗壓樁鋼筋籠長度為樁長2/3;

b、抗拔樁L1段鋼筋籠長度為樁長2/3,L2段鋼筋籠長度為樁長1/3,抗拔樁L2段主筋數量常規為L1段50%。

 

3)實施步驟:

A 初次優化:協調地勘單位查驗地勘參數取值是否合理;協調我們優化公司內部根據調整后地勘參數調整樁基礎設計方案;

B 設計試樁破壞性試驗檢測報告出來后,根據檢測報告實際荷載值進行二次優化。

 

(2) 地勘單位、設計單位協同

①協同建設單位設計部約談設計院:優化設計后可以減少樁基工程量20%左右,涉及降低成本近1000萬元。而且,優化后還可以加快進度,得到了設計院的理解和支持,愿意等地勘參數調整完成后進行詳細設計;

 

②協同建設單位設計部約談地勘單位,地勘單位以地勘中間報告均按現場實際勘察數據為由拒絕調整參數,我們把收集到的周邊兩個項目(安置小區、青少年中心)地勘報告給地勘單位進行對標,地勘單位仍拒絕調整參數,理由如下:  

 

青少年中心房屋高度與住宅不一致,鉆探深度不一致,無參考作用;安置小區地勘報告地基土力學參數過高,根據以往經驗判斷懷疑其地勘報告數據不真實。

 

(3) 糾偏

1)協同地勘單位一起拜訪周邊地塊收集住宅項目地勘報告,經過對標三個項目,地基土力學參數均與安置小區類似。在建設單位幫助下約談地勘單位領導,以對標項目參數為依據我司要求地勘單位詳細復核勘察試驗數據,減少富余量;

2)地勘單位調整后,地基土的力學參數在中間報告基礎上提高約5%依然偏于保守,且不愿意再進行調整;

3)因地勘參數調整范圍不大,設計院不愿意做詳細方案,經協調設計院可以在設計試樁破壞性試驗檢測報告出來后再詳細排施工圖;

4)協同建設單位工程部一起催檢測中心盡快完成檢測并出具設計試樁的破壞性試驗檢測報告。

 

(4) 調整地勘參數

① 根據靜載荷試驗結果,要求地勘單位對地基土力學參數進行調整,調整后單樁豎向承載力在中間報告基礎上提高約7%~40%不等。

調整前后的地基土力學參數變化詳見以下圖表:

 

image.png

圖三  樁端阻力特征值對比

詳細數據見下表:

image.png 

② 設計院根據調整后地勘報告進行調整,為縮短設計時間減輕后續建設單位運營節點壓力,協同建設單位設計部去設計院約談設計院負責人等,強調優化工作時效性和重要性,并與設計院交底優化思路后要求設計院結構負責人主責完成樁基礎優化工作;

③ 公司內部協調,結構優化人員出差駐點在設計院全程跟蹤優化工作,確保時效性和優化質量。

 

5. 實施優化及成果

(1) 設計院初稿某棟樓樁基礎方案:

 image.png

圖四  優化前樁基方案

(2) 根據設計試樁破壞性試驗檢測報告優化后某棟樓樁基礎圖紙:

 image.png

圖五  優化后樁基方案

 

優化后,樁基礎承載力利用率為84%~93%,平均值為89% > 85%,較合理。詳見下表:

image.png 

(3) 優化結果

建設單位和設計院的支持下:優化達到預期效果,工期節省6天,成本降低850萬元,優化率22%,優化后建面單方樁基成本指標212元/平,低于當地市場平均值240~250元/平,達到合理先進水平。

詳細數據如下表:

 

樁基優化后造價分析表

名稱

單位

工程量

綜合造價(萬元)

總造價(萬元)

備注

總方量

m3

22533

0.114

2574.8

含泥漿外運

鋼筋籠

t

946.4

0.5

473.2

鋼筋含量42kg/m3

合計

1711

1.78

3048

總裝成76588m

 

 

樁基優化前后對比表

對比項

原設計方案

優化后方案

優化效果

優化率

數量

根數

1891

1711

減少180根

10%

總樁長

m

97970

76588

減少21382m

22%

總方量

m3

28502

22533

減少5969m3

21%

含鋼量

Kg/m3

45

42

減少3Kg/m3

7%

工期

工期63天按30臺樁機計算

工期57天按30臺樁機計算

減少6天

10%

總成本

萬元

3898

3048

減少850萬元

22%

成本指標

元/m2

271

212

減少59元/m2

22%

樁基承載力利用率

-

72%

89%

提供17%

24%

效能指標

元/t

12.8

10.0

減少2.8元/t

21.8%

 

 

樁基優化前后指標對比表

名稱

單位

目標成本

原設計方案

優化后方案

總價

萬元

2592

3898

3048

單方指標

元/m2

180

271

212

差異

-

100%

150%

118%

 

優化后樁基礎成本3048萬元,仍超過目標成本456萬元(超18%)。鑒于當地樁基類型變化以及優化后的技術指標合理,建設單位同意調整相應的目標成本,調整后的目標成本在可控范圍內

 

 

 

三、 總結

在本案例中得到的最大教訓是對勘察報告不夠重視,導致專業度和配合度均較差。在無豐富勘察經驗的單位勘察報告取值保守,且配合度差,修改推諉,優化工作推進困難。

    以后的工作方向是根據當地經驗,結合成熟的勘察單位給出的附近勘察報告進行設計優化樁基礎,以達到為建設單位節約成本的目的。

 


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