■ 奚岳峰X(qián)I Yuefeng

1 概述

根據(jù)上海市政府頒發(fā)的《上海市城鄉(xiāng)建設(shè)和管理“十三五”規(guī)劃》（以下簡(jiǎn)稱(chēng)《規(guī)劃》），上海的住房市場(chǎng)體系以完善居住、開(kāi)發(fā)普通商品住房為主。至2020年，將著力深化完善廉租住房、公共租賃住房、共有產(chǎn)權(quán)保障住房、征收安置住房“四位一體”、購(gòu)租并舉的住房保障體系，新增各類(lèi)保障性住房約30萬(wàn)套。

作為國(guó)內(nèi)特大型城市的上海，建設(shè)用地日趨稀缺，為能達(dá)到對(duì)城市土地的集約利用，有效降低工程的綜合造價(jià)，目前的保障性住房多向近郊或遠(yuǎn)郊發(fā)展，并以高層住宅建設(shè)為主，層數(shù)多為12～18層。

因保障性住房選址的周邊環(huán)境相對(duì)寬松，考慮預(yù)應(yīng)力樁為工廠預(yù)制，有造價(jià)、工期、質(zhì)量等諸方面的優(yōu)勢(shì)，故廣泛應(yīng)用于目前的保障性住房建設(shè)。在2015年11月10日召開(kāi)的中央財(cái)經(jīng)領(lǐng)導(dǎo)小組第十一次會(huì)議上，習(xí)近平總書(shū)記提出：“在適度擴(kuò)大總需求的同時(shí)，著力加強(qiáng)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革，著力提高供給體系質(zhì)量和效率，增強(qiáng)經(jīng)濟(jì)持續(xù)增長(zhǎng)動(dòng)力。”在上海的地貌單元中，若不考慮長(zhǎng)江口各島嶼，濱海平原地貌及類(lèi)似地貌（湖沼I2區(qū)）占比約近70%；考慮到樁基工程技術(shù)上存在不確定性，質(zhì)量上風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)較為突出，且其造價(jià)占比較高，故對(duì)濱海平原地貌下高層住宅的預(yù)應(yīng)力樁基工程進(jìn)行綜合優(yōu)化，藉此獲得良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益[1]，是為加強(qiáng)工程建設(shè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革的重要舉措之一。

2 樁基優(yōu)化目的與流程

2.1 濱海平原工程地質(zhì)概況

根據(jù)地質(zhì)勘探，濱海平原地基土的層次及主要特征如表1所示。考慮高層住宅基底荷載較大，同時(shí)兼顧沉樁可行性，一般選擇第⑦1層（砂質(zhì)粉土或粉砂）的中下部或第⑦2層（一般為粉砂）的上部作為預(yù)應(yīng)力樁基持力層[2]。

表1 濱海平原地基土層主要特征

2.2 樁基優(yōu)化目的

通過(guò)精細(xì)化勘察、優(yōu)化概念設(shè)計(jì)（樁基選型及設(shè)計(jì)比選）、試沉樁施工、試樁檢測(cè)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)證反饋及動(dòng)態(tài)干預(yù)，獲取樁基工程經(jīng)濟(jì)、質(zhì)量、環(huán)境和工期等全要素的最佳方案，最終實(shí)現(xiàn)“造價(jià)經(jīng)濟(jì)、質(zhì)量?jī)?yōu)良、管理消耗降低、工期可控、施工有序”之目的。

2.3 樁基優(yōu)化流程

基于樁基優(yōu)化目的，其主要的輸入輸出關(guān)系如圖1所示，據(jù)此可編制樁基優(yōu)化流程（圖2）。

3 樁基優(yōu)化實(shí)例

表2總結(jié)了近兩年濱海平原地貌下的典型優(yōu)化案例。

圖1 輸入輸出關(guān)系圖

4 樁基優(yōu)化綜合平衡分析

4.1 工期管理分析

實(shí)際上，可以將樁基優(yōu)化分為專(zhuān)項(xiàng)優(yōu)化和綜合優(yōu)化。所謂專(zhuān)項(xiàng)優(yōu)化，基本指向?yàn)槌翗犊尚行苑治觯ㄈ缢山险綜18-39-04地塊）。對(duì)預(yù)應(yīng)力靜壓樁而言，具體表現(xiàn)為：基樁沉至預(yù)定設(shè)計(jì)標(biāo)高且樁身完整。所謂綜合優(yōu)化，則指的是捕獲全要素（工期、成本、質(zhì)量、技術(shù)、供應(yīng)鏈等諸方面）的最優(yōu)解。

4.1.1 專(zhuān)項(xiàng)優(yōu)化

專(zhuān)項(xiàng)優(yōu)化（沉樁可行性分析）主要由簡(jiǎn)易概念設(shè)計(jì)、試沉樁施工及試沉樁反饋總結(jié)三道工序組成，工期可按單工序?qū)I(yè)化生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間計(jì)算，即：

式中，Tgz—作業(yè)時(shí)間（總工期）；

Tb—制度時(shí)間；

Tzk—作業(yè)寬放時(shí)間；

Tgxk—個(gè)人需要與休息寬放時(shí)間。

專(zhuān)項(xiàng)優(yōu)化工期約為4周，其中，概念設(shè)計(jì)1周，試沉樁施工2周，反饋總結(jié)1周。

4.1.2 綜合優(yōu)化

綜合優(yōu)化工期編排可應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃技術(shù)完成，通過(guò)計(jì)算作業(yè)時(shí)間、結(jié)點(diǎn)時(shí)間、工序時(shí)間、時(shí)差來(lái)確定總工期，一般而言，需要15周，經(jīng)過(guò)工期優(yōu)化后，可控制在90d內(nèi)完成。在這里，網(wǎng)絡(luò)工期優(yōu)化主要指的是工期-資源優(yōu)化和工期-成本優(yōu)化。

表2 濱海平原地貌下的典型樁基優(yōu)化項(xiàng)目

圖2 樁基優(yōu)化流程圖

作為安居工程，合理工期越短，財(cái)務(wù)成本越低，隱性的管理消耗也越低，經(jīng)濟(jì)效益也越顯著。安居工程也是民心工程，能在承諾的工期內(nèi)交付乃至提早交付，除可有效控制或降低動(dòng)遷安置成本外，尚可獲得群眾的認(rèn)可和贊譽(yù)，這會(huì)產(chǎn)生較好的社會(huì)效益?；谝陨显颍侠砉て诶響?yīng)作為樁基優(yōu)化的支配性約束條件。

不容忽視的是，對(duì)合理工期的再壓縮會(huì)帶來(lái)較大質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)，該質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)落地后將產(chǎn)生沉沒(méi)成本。以文中九亭01-04地塊、02-04地塊為例，主要優(yōu)化目標(biāo)為節(jié)支（降本），約束工期為30d。為滿足此剛性約束，下調(diào)了試樁樣本數(shù)量（按3根/地塊執(zhí)行）和試樁休止期（實(shí)際執(zhí)行14d），為確保單樁承載力的發(fā)揮，技術(shù)上選擇加大樁基進(jìn)入持力層的深度，但這明顯犧牲了沉樁可行性。據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)反饋，部分樁未能沉至設(shè)計(jì)標(biāo)高，或在沉樁過(guò)程中發(fā)生終壓力陡降（樁身破損）現(xiàn)象，后續(xù)視具體異常有針對(duì)性地采取了設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)調(diào)整、設(shè)計(jì)核定以及補(bǔ)樁等措施。該沉樁成本雖由施工單位承擔(dān)，但從系統(tǒng)優(yōu)化而言，此方案并非最優(yōu)解。

基于以上分析，樁基綜合平衡優(yōu)化應(yīng)盡量前置，為工期-資源優(yōu)化和工期-成本優(yōu)化留出較大空間，也可有效降低沉沒(méi)成本，建議在擴(kuò)初階段即予以啟動(dòng)為宜。

4.2 節(jié)支管理分析

傳統(tǒng)意義上的節(jié)支，是指提升單位造價(jià)可提供的單樁承載力。

樁型選定后，存在理論上的最小布樁數(shù)，在上部結(jié)構(gòu)固定后，承載力-布樁數(shù)曲線隨單樁承載力增長(zhǎng)沉降呈收斂穩(wěn)定趨勢(shì)，考慮各要素的互斥性和巖土工程的技術(shù)掌握程度，從成本和技術(shù)角度而言，在布樁數(shù)收斂范圍進(jìn)行挖潛，顯非明智之舉。

在過(guò)往優(yōu)化實(shí)踐中，為確保工程樁承載力滿足設(shè)計(jì)要求，一般將工前破壞性試樁極限抗壓承載力予以0.9倍的折減。為便于成本分析，特取類(lèi)似設(shè)計(jì)邊界條件（主要指設(shè)計(jì)樁型相同、樁端約束條件基本相同）的樁基優(yōu)化案例，經(jīng)反演分析后，得出各案例的樁材節(jié)支率指標(biāo)。在首次統(tǒng)計(jì)過(guò)程中，正偏離超過(guò)平均值10%的節(jié)支率樣本均予以剔除。節(jié)支率和單樁豎向抗壓承載力挖潛正相關(guān)，同時(shí)，需考慮對(duì)沉沒(méi)成本進(jìn)行規(guī)避，其節(jié)支率可按下式計(jì)算：

式中：Mm'—節(jié)支率統(tǒng)計(jì)值；

Mm—節(jié)支率平均值，已剔除正偏離超限樣本；

Mmin—節(jié)支率最小值。

為得出濱海平原地貌單元高層住宅（12 ～18層）預(yù)應(yīng)力樁基優(yōu)化的節(jié)支分布，特選取部分代表性案例予以歸納（表3）。

根據(jù)上述案例，對(duì)濱海平原地貌一般高層住宅而言，建議樁材節(jié)支率目標(biāo)設(shè)定為20%，地上單位建面節(jié)支目標(biāo)設(shè)定為18～20元/m2。

最優(yōu)節(jié)支的實(shí)現(xiàn)需要設(shè)定一個(gè)合理的節(jié)支目標(biāo)。過(guò)高的節(jié)支目標(biāo)有可能產(chǎn)生明顯的沉沒(méi)成本，反而得不償失；過(guò)低的節(jié)支目標(biāo)，顯然有可能產(chǎn)生機(jī)會(huì)成本，嚴(yán)重時(shí)也會(huì)產(chǎn)生沉沒(méi)成本。以松江南站C19-36-07地塊樁基優(yōu)化為例，當(dāng)面臨PHC 400 AB和PHC 500 AB兩種樁基方案時(shí)，傾向于強(qiáng)化沉樁可行性（提升施工的友好性），因此采用了PHC 500 AB樁端淺埋的方案；但試沉樁施工及試樁檢測(cè)表明，因沉樁可行性考慮權(quán)重偏大，致使單樁承載力提高未達(dá)基本預(yù)期，且地庫(kù)柱下單樁抗壓承載力存在不滿足設(shè)計(jì)要求的可能。因此，對(duì)樁基綜合優(yōu)化各要素的合理賦權(quán)，控制沉沒(méi)成本和機(jī)會(huì)成本，是樁基綜合優(yōu)化成本管控的應(yīng)有之義。

4.3 質(zhì)量控制分析

質(zhì)量管控的核心主要在于：①工后樁身完整性良好；②工后單樁承載力滿足要求；③沉樁過(guò)程中環(huán)境友好；④結(jié)合試沉樁施工和試樁檢測(cè)等現(xiàn)場(chǎng)實(shí)證，建立負(fù)面清單，以利后續(xù)工程樁施工管理[3]。

工期的不合理壓縮會(huì)帶來(lái)較大質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)，除此以外，尚需特別關(guān)注的是，樁身完整性和工后單樁承載力存在技術(shù)上的互斥性，若過(guò)度強(qiáng)化其中的一極，可能因沉樁時(shí)樁材實(shí)際強(qiáng)度匹配欠佳產(chǎn)生樁身結(jié)構(gòu)

缺陷，或因工后單樁承載力不滿足而產(chǎn)生設(shè)計(jì)核定、結(jié)構(gòu)降荷乃至補(bǔ)樁，這會(huì)產(chǎn)生較大的沉沒(méi)成本。

4.4 技術(shù)分析

技術(shù)的要旨是盡量將事情一次性做正確。為此，在概念設(shè)計(jì)的靜態(tài)思考中，不能有太大偏離。考慮到巖土工程的不確定性，尚需重視試沉樁施工和試樁檢測(cè)的現(xiàn)場(chǎng)反饋，時(shí)刻保持著對(duì)概念設(shè)計(jì)的動(dòng)態(tài)干預(yù)[1]，以免產(chǎn)生機(jī)會(huì)成本或沉沒(méi)成本。

如九星10-04地塊地下車(chē)庫(kù)基本采用柱下單樁，單樁豎向抗壓極限承載力理想預(yù)期為2 255kN，理算最優(yōu)樁規(guī)格為PHC 400 AB 26，并根據(jù)公式[4]對(duì)沉樁終壓力進(jìn)行估算，獲取理算轉(zhuǎn)換系數(shù)?，F(xiàn)場(chǎng)首樁施工時(shí)，其終壓力為1 000kN，二者轉(zhuǎn)換系數(shù)約為2.25，顯然單樁承載力存在很高的不能達(dá)到設(shè)計(jì)預(yù)期的風(fēng)險(xiǎn)。考慮到本工程采用柱下單樁，一旦技術(shù)判斷錯(cuò)誤，將導(dǎo)致優(yōu)化直接成本增加、工期明顯延誤，甚至有可能選擇更加保守的施工圖設(shè)計(jì)方案，從而帶來(lái)工程樁造價(jià)的增加，產(chǎn)生較大機(jī)會(huì)成本，故必須進(jìn)行動(dòng)態(tài)干預(yù)，實(shí)時(shí)調(diào)整設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)，現(xiàn)場(chǎng)當(dāng)即決定將樁長(zhǎng)加長(zhǎng)1m（首樁增加送樁1m）。本工程地庫(kù)共布設(shè)9根工前試樁，實(shí)測(cè)轉(zhuǎn)換系數(shù)見(jiàn)圖3。

根據(jù)圖3，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)單樁豎向抗壓承載力均已達(dá)到化預(yù)期，實(shí)測(cè)轉(zhuǎn)換系數(shù)[1.87，2.40]，即轉(zhuǎn)換系數(shù)小于1.87才能確保本工程安全，充分說(shuō)明了這一動(dòng)態(tài)干預(yù)的合理性和必要性。

表3 部分項(xiàng)目樁基優(yōu)化節(jié)支表

圖3 地下車(chē)庫(kù)試樁終壓力與抗壓極限承載力轉(zhuǎn)換系數(shù)

5 結(jié)語(yǔ)

樁基綜合優(yōu)化可獲得良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，應(yīng)不斷總結(jié)可復(fù)制經(jīng)驗(yàn)并加以推廣。

工期控制涉及管理消耗、財(cái)務(wù)成本以及交付承諾，理應(yīng)作為樁基綜合優(yōu)化的約束性條件，建議樁基綜合優(yōu)化在擴(kuò)初階段即予以啟動(dòng)。

節(jié)支目標(biāo)應(yīng)合理設(shè)定，不宜有明顯偏離，同時(shí)應(yīng)將沉沒(méi)成本和機(jī)會(huì)成本列入重點(diǎn)考慮。

技術(shù)上應(yīng)遵循四原則，即：技術(shù)經(jīng)濟(jì)相結(jié)合，以經(jīng)濟(jì)為主；定性定量相結(jié)合，以定量為主；靜態(tài)動(dòng)態(tài)相結(jié)合，以動(dòng)態(tài)為主；宏觀微觀相結(jié)合，以微觀為主。

樁基綜合優(yōu)化各要素存在相互影響，故應(yīng)合理賦權(quán)，力求實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)平衡，應(yīng)通過(guò)大量?jī)?yōu)化實(shí)踐積累第一手?jǐn)?shù)據(jù)，以推動(dòng)巖土工程供給側(cè)改革不斷向前發(fā)展。