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专精 ▎桩基成本优化
栏目:国腾动态 发布时间:2019-11-21

 

摘要:结构优化设计,一般按规范对结构参数、配筋、构件截面进行优化,而往往会忽略桩基础的相关优化。其实,桩基础优化简单粗暴,更容易节约成本,对于大地下室结构很多时候节约的成本远大于钢筋、混凝土所能节约的成本。

 

关键词:地勘;结构;设计

 

为何要进行桩基础优化?

桩基础成本优化,在结构设计中经常被忽略,一味的强调安全,而忽略掉安全后的成本。安全固然重要,但保证安全、满足规范和当地要求、经验情况下情况下,能做到节约成本,才是考验一个结构工程师基本能力与设计概念的最重要因素。

 

桩基成本优化关键点四个方面:

(1)桩基选型是否正确

(2)桩基截面取值是否合理

(3)桩基长度取值是否合理

(4)桩基承载力取值是否准确

而影响桩基成本的上述四个关键点的源头来着两个方面:一是地勘报告,二是设计人员判断。

目前大多数工程存在高周转、低价中标、周期短,造成地勘单位勘察不当、设计单位判断不准确。

 

本文从地勘单位的地勘报告入手,分析地勘保守、地勘单位成本影响力重视不足、考察不足而造成的桩基设计经济性差。

 

 

 

实际案例

1. 工程概况

序号

项目

概况

1

工程地点

浙江省宁波杭州湾

2

工程时间

2017年9月

3

建筑类型

中高层住宅

5

土质特征

软土地基,淤泥层厚达10m左右

 

2. 原设计桩基础方案

工程所在城濒临杭州湾海边,属于冲积-海积型平原,岩性包括淤泥质亚粘土、亚砂土及粉细砂、砂砾石等,其厚度分布不均,地质较差。因曾出现预制桩基础的住宅发生倾斜现象,当地主管部门规定住宅项目不允许使用预制桩作为桩基础,设计院按当地常用泥浆护壁钻孔灌注桩完成设计。

 

设计初稿方案的估算为3898万元,总桩长97,970m,平均桩长约60m,建面单方指标271元/m2。估算明细如下表:

 

名称

单位

工程量

综合造价(万元)

总造价(万元)

备注

总方量

m3

28502

0.114

3257

含泥浆外运

钢筋笼

t

1282.6

0.5

641.3

钢筋含量45kg/m3

合计

1891

2.06

3898.3

总桩长97970m

 

名称

桩型

总价(万元)

单价(元/m2)

目标成本

预制管桩

2592

180

优化前

钻孔灌注桩

3898.3

271

偏差

当地不允许用预制桩

1306.3

91(超出50%)

设计院初稿方案的估算超出目标成本1306万元,超出50%,如下表:

 

3. 经济性复核

一般判断桩基设计经济性的方法是复核桩基承载力利用率。计算式如下:

桩基承载力利用率=建筑物总荷载 / 桩基础的总承载力

若桩基承载力利用率≧85%,则设计较合理;否则属于设计富余太多、不经济。

 

根据设计院提供的资料,本项目的桩基承载力利用率为72%<85%,指标显示桩基设计承载力偏低,设计不经济。详见下表:

image.png

 

经过分析,出现这种情况的原因是设计院按地质勘察的中间报告进行取值设计,而根据以往经验,地勘中间报告提供的技术参数一般较保守,只能用于早期初步判断。

 

这一情况也通过对标周边地块的勘察报告中得到印证。我们收集到周边两个项目(一个安置小区、一个青少年中心)的地勘报告,并进行对标,发现本项目地勘中间报告取值偏低。如下图表所示:

 

 image.png

图一  桩端阻力特征值对标
image.png

 

图二  桩侧阻力特征值对标

详细数据见下表:

image.png

 

4. 优化前准备

在确认问题及找到原因后,准备实施设计优化,从内外两个方面分别做了准备工作:

 

(1) 公司内部协调

① 内部沟通一致,获得建设单位支持

项目在完成上述分析后,同设计院、建设单位设计部和建设单位成本部进行初步沟通:在保证安全的前提下合理压缩设计余量降低成本、压缩工期符合建设单位利益。遂向建设单位进行汇报,确定是否需要进行设计优化。

② 项目内部成员召开设计讨论会,确定优化目标、降本思路、优化方案

项目内部成员召集会议,详细分析设计所依据的规范与调研当地项目工程桩指标,设定了优化目标、思路、步骤。

 

1) 优化目标:控制在当地平均水平。根据调研情况,当地工程桩的单方成本平均在240~250元/m2。

 

2)优化思路:

A从地质勘察报告的优化入手。通过与周边地块地勘取值对标验证本优化项目地勘报告取值合理性,根据设计试桩破坏性试验检测报告极限荷载值进行优化;

B对于同一栋楼设计桩型时运用价值工程进行取舍:

a、精细化设计会增加桩的规格,减少工程量的同时增加桩基检测量、费用、工期;

b、桩长平均值按保守最长的桩长取值,桩型少,检测数量少缩短检测工期;

 

C查看钢筋笼主筋规格与数量是否合理,常规规格为C14,甚至能优化到C12;

D检查钢筋笼长度是否合理:

a、抗压桩钢筋笼长度为桩长2/3;

b、抗拔桩L1段钢筋笼长度为桩长2/3,L2段钢筋笼长度为桩长1/3,抗拔桩L2段主筋数量常规为L1段50%。

 

3)实施步骤:

A 初次优化:协调地勘单位查验地勘参数取值是否合理;协调我们优化公司内部根据调整后地勘参数调整桩基础设计方案;

B 设计试桩破坏性试验检测报告出来后,根据检测报告实际荷载值进行二次优化。

 

(2) 地勘单位、设计单位协同

①协同建设单位设计部约谈设计院:优化设计后可以减少桩基工程量20%左右,涉及降低成本近1000万元。而且,优化后还可以加快进度,得到了设计院的理解和支持,愿意等地勘参数调整完成后进行详细设计;

 

②协同建设单位设计部约谈地勘单位,地勘单位以地勘中间报告均按现场实际勘察数据为由拒绝调整参数,我们把收集到的周边两个项目(安置小区、青少年中心)地勘报告给地勘单位进行对标,地勘单位仍拒绝调整参数,理由如下:  

 

青少年中心房屋高度与住宅不一致,钻探深度不一致,无参考作用;安置小区地勘报告地基土力学参数过高,根据以往经验判断怀疑其地勘报告数据不真实。

 

(3) 纠偏

1)协同地勘单位一起拜访周边地块收集住宅项目地勘报告,经过对标三个项目,地基土力学参数均与安置小区类似。在建设单位帮助下约谈地勘单位领导,以对标项目参数为依据我司要求地勘单位详细复核勘察试验数据,减少富余量;

2)地勘单位调整后,地基土的力学参数在中间报告基础上提高约5%依然偏于保守,且不愿意再进行调整;

3)因地勘参数调整范围不大,设计院不愿意做详细方案,经协调设计院可以在设计试桩破坏性试验检测报告出来后再详细排施工图;

4)协同建设单位工程部一起催检测中心尽快完成检测并出具设计试桩的破坏性试验检测报告。

 

(4) 调整地勘参数

① 根据静载荷试验结果,要求地勘单位对地基土力学参数进行调整,调整后单桩竖向承载力在中间报告基础上提高约7%~40%不等。

调整前后的地基土力学参数变化详见以下图表:

 

image.png

图三  桩端阻力特征值对比

详细数据见下表:

image.png 

② 设计院根据调整后地勘报告进行调整,为缩短设计时间减轻后续建设单位运营节点压力,协同建设单位设计部去设计院约谈设计院负责人等,强调优化工作时效性和重要性,并与设计院交底优化思路后要求设计院结构负责人主责完成桩基础优化工作;

③ 公司内部协调,结构优化人员出差驻点在设计院全程跟踪优化工作,确保时效性和优化质量。

 

5. 实施优化及成果

(1) 设计院初稿某栋楼桩基础方案:

 image.png

图四  优化前桩基方案

(2) 根据设计试桩破坏性试验检测报告优化后某栋楼桩基础图纸:

 image.png

图五  优化后桩基方案

 

优化后,桩基础承载力利用率为84%~93%,平均值为89% > 85%,较合理。详见下表:

image.png 

(3) 优化结果

建设单位和设计院的支持下:优化达到预期效果,工期节省6天,成本降低850万元,优化率22%,优化后建面单方桩基成本指标212元/平,低于当地市场平均值240~250元/平,达到合理先进水平。

详细数据如下表:

 

桩基优化后造价分析表

名称

单位

工程量

综合造价(万元)

总造价(万元)

备注

总方量

m3

22533

0.114

2574.8

含泥浆外运

钢筋笼

t

946.4

0.5

473.2

钢筋含量42kg/m3

合计

1711

1.78

3048

总装成76588m

 

 

桩基优化前后对比表

对比项

原设计方案

优化后方案

优化效果

优化率

数量

根数

1891

1711

减少180根

10%

总桩长

m

97970

76588

减少21382m

22%

总方量

m3

28502

22533

减少5969m3

21%

含钢量

Kg/m3

45

42

减少3Kg/m3

7%

工期

工期63天按30台桩机计算

工期57天按30台桩机计算

减少6天

10%

总成本

万元

3898

3048

减少850万元

22%

成本指标

元/m2

271

212

减少59元/m2

22%

桩基承载力利用率

-

72%

89%

提供17%

24%

效能指标

元/t

12.8

10.0

减少2.8元/t

21.8%

 

 

桩基优化前后指标对比表

名称

单位

目标成本

原设计方案

优化后方案

总价

万元

2592

3898

3048

单方指标

元/m2

180

271

212

差异

-

100%

150%

118%

 

优化后桩基础成本3048万元,仍超过目标成本456万元(超18%)。鉴于当地桩基类型变化以及优化后的技术指标合理,建设单位同意调整相应的目标成本,调整后的目标成本在可控范围内

 

 

 

三、 总结

在本案例中得到的最大教训是对勘察报告不够重视,导致专业度和配合度均较差。在无丰富勘察经验的单位勘察报告取值保守,且配合度差,修改推诿,优化工作推进困难。

    以后的工作方向是根据当地经验,结合成熟的勘察单位给出的附近勘察报告进行设计优化桩基础,以达到为建设单位节约成本的目的。