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        上海軌道交通地下明挖車站土建工程造價指標(biāo)的關(guān)鍵影響因素分析

        2022-07-01 06:04:12
        城市道橋與防洪 2022年4期
        關(guān)鍵詞:圍護結(jié)構(gòu)底板車站

        郭 睿

        (上海市政工程造價咨詢有限公司,上海市 200092)

        0 引言

        在工程建設(shè)前期,尤其設(shè)計資料還不完善時,造價指標(biāo)是估算造價的重要依據(jù),可以用于方案比選的快速估算,也可為后階段造價工作提供參考。上海軌道交通線路多穿越市區(qū),以地下線路為主,地下車站也以明挖方式居多。本文通過對上海軌道交通地下明挖車站土建工程的技術(shù)經(jīng)濟分析和數(shù)據(jù)統(tǒng)計計算,分析其費用指標(biāo)的關(guān)鍵影響因素及影響程度,以期為上海軌道交通的造價工作提供參考。

        1 分析方法和指標(biāo)數(shù)據(jù)的選取

        基于車站的項目特性,附屬部分與主體相比埋深較淺,圍護、結(jié)構(gòu)方案均有較大不同,而圍護工程與主體結(jié)構(gòu)受影響的因素也各不相同,故本次將車站土建劃分為主體圍護、主體結(jié)構(gòu)、附屬工程(含附屬圍護和結(jié)構(gòu)一起)3 個部分分別進行分析。

        在輔以數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析時借用上海軌交某條線路(以下簡稱線路A)29 個地下車站的造價指標(biāo)。線路A 全線為地下明挖車站,選用施工圖階段預(yù)算造價,可避免投標(biāo)讓利和結(jié)算工況變化等變更對造價的影響。考慮圍護費用受基坑面積影響較建筑面積影響更大,故圍護造價指標(biāo)選用基坑面積作為分母,主體結(jié)構(gòu)和附屬工程造價指標(biāo)分別用主體和附屬的建筑面積作為分母計取。本文在后續(xù)分析中將借助SPSS 軟件對造價指標(biāo)進行線性相關(guān)性、正態(tài)分布性的計算,為了避免信息價月份不同帶來的誤差影響,計算指標(biāo)中將各車站的信息價月份統(tǒng)一調(diào)整到近期某月份(2020 年8 月)。

        2 地下車站造價指標(biāo)的影響因素分析

        2.1 主體圍護造價指標(biāo)的影響因素

        眾所周知基坑圍護設(shè)計受土質(zhì)影響很大。但本文探討的是上海軌交車站土建造價的影響因素,而基于上海軟土地基的背景條件,各車站土質(zhì)差異并不大。故土質(zhì)條件不作為本文分析內(nèi)容。

        2.1.1底板埋深

        底板埋深對地下車站圍護費用有著顯著影響,最直觀的從不同埋深車站的圍護結(jié)構(gòu)尺寸、支撐道數(shù)等就能看出。本線路地下2 層車站的主體埋深為16~17 m,地下連續(xù)墻厚度為800 mm,標(biāo)準(zhǔn)段墻深在30 m左右(不含構(gòu)造段),支撐使用4 道居多(1 道混凝土+3 道鋼支撐);而地下3 層車站的主體埋深在25 m上下,地下連續(xù)墻厚度需要增加到1 200 mm,標(biāo)準(zhǔn)段墻深達46~50 m(不含構(gòu)造段),支撐則需要設(shè)置7 道(2 道混凝土+5 道鋼支撐,局部增加1 道)。

        圖1 為29 個車站主體工程圍護費用指標(biāo)(以基坑面積為分母,下同)的數(shù)據(jù)點曲線,圖中橫軸29 個車站從左至右的底板埋深呈逐漸增加趨勢。由圖1 可見,圍護費用指標(biāo)隨底板埋深的增加而呈現(xiàn)出明顯的上升趨勢。

        圖1 A 線路29 個車站圍護造價指標(biāo)(基坑面積)隨底板埋深的變化曲線

        借用SPSS 數(shù)據(jù)分析軟件對主體圍護造價指標(biāo)與主體底板埋深的線性關(guān)系進行了計算,結(jié)果得到擬合線性公式為:圍護造價指標(biāo)(萬元/m2)=-1.582+0.230×底板埋深(m),如圖2 所示,反映的擬合結(jié)果為底板埋深每增加1 m,圍護造價指標(biāo)增加2 300 元/m2。模型相關(guān)系數(shù)的平方值R2為0.748,意味著底板埋深可以解釋圍護造價指標(biāo)74.8% 的變化原因。

        圖2 車站底板埋深與圍護造價指標(biāo)的線性關(guān)系圖

        2.1.2圍護比

        圍護比為圍護結(jié)構(gòu)水平投影長度與基坑面積的比值,該比值越大,則代表相同基坑面積下,基坑需要圍護的長度越長。對比土質(zhì)條件類似、深度相近的車站來說,圍護比越大,圍護費用越高。上海軌交A線路車站之間土質(zhì)情況差異不大,在此選取埋深相近的2 組車站數(shù)據(jù)進行對比。

        線路A 埋深16~17 m時,車站圍護比和圍護造價對比見表1;車站圍護比與圍護指標(biāo)的線性關(guān)系圖見圖3 。

        表1 線路A 埋深16~17 m時車站圍護比和圍護造價對比

        圖3 線路A 埋深16~17 m時車站圍護比與圍護指標(biāo)的線性關(guān)系圖

        由表1 可知,同樣埋深在16~17 m的車站中,圍護比最低為0.076 的車站24,其圍護造價指標(biāo)為1.747 萬元/m2,也是最低的;圍護比最大為0.112 的車站6,其圍護造價指標(biāo)為2.799 萬元/m2,也是最高的。

        在該組數(shù)據(jù)中,圍護造價指標(biāo)(萬元/m2)=-0.104+24.089×圍護比,模型相關(guān)系數(shù)的平方值R2為0.591,意味著圍護比可以解釋圍護造價指標(biāo)59.1% 的變化原因(見圖3)。

        線路A 埋深24~25 m時,車站圍護比和圍護造價對比見表2;車站圍護比與圍護指標(biāo)的線性關(guān)系圖見圖4。

        表2 線路A 埋深24~25 m時車站圍護比和圍護造價對比

        圖4 線路A 埋深24~25 m時車站圍護比與圍護指標(biāo)的線性關(guān)系圖

        由表2 可知,埋深在24~25 m的車站中,圍護比最低為0.088 的車站11,其圍護造價指標(biāo)為3.029萬元/m2,也是最低的;圍護比最高為0.105 的車站17 和車站19,其圍護造價指標(biāo)分別為5.8 萬元/m2和5.11 萬元/m2,也是最高的。

        在該組數(shù)據(jù)中,圍護造價指標(biāo)=-7.267+121.049×圍護比,模型相關(guān)系數(shù)的平方值R2為0.830,意味著圍護比可以解釋圍護造價指標(biāo)83.0% 的變化原因(見圖4)。

        從2 組數(shù)據(jù)對比分析可以看到,當(dāng)埋深類似時,圍護比對圍護費用有較大影響。

        2.1.3環(huán)境保護要求

        2.1.3.1 基坑保護等級的影響

        對于市區(qū)地鐵線路來說,經(jīng)常會遇到為保護附近構(gòu)筑物、管線而增加費用。環(huán)境保護對設(shè)計內(nèi)容的一個重要影響體現(xiàn)在設(shè)計參數(shù)取值上。依據(jù)《上海城市軌道交通工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》(STB/ZH-000001—2012)表12.5.1 基坑保護等級標(biāo)準(zhǔn),將基坑保護等級按照基坑周圍一定范圍內(nèi)是否有重要管線和構(gòu)筑物劃分為三級,保護等級越高,基坑沉降和位移的控制要求越高。不同等級之間的參數(shù)成倍數(shù)差異,例如一級基坑地面最大沉降量限值僅為二級基坑的1/2,為三級基坑的1/5。沉降和位移控制越嚴(yán)格勢必圍護要求越高,花費越高,設(shè)計內(nèi)容上會采用增加地基加固范圍和強度、增加支撐使用及增加圍護結(jié)構(gòu)尺寸等一系列方法來減小基坑沉降和位移。

        為對比基坑保護等級不同對圍護造價指標(biāo)產(chǎn)生的影響,選取線路A 同樣埋深為16~17 m、圍護比為0.1~0.11、土質(zhì)以黏土為主的7 個車站(見表3),其中3 個二級車站、4 個一級車站。一級車站和二級車站圍護內(nèi)容差異主要有以下幾點:

        表3 線路A 埋深16~17 m、圍護比0.1~0.11 的車站在不同基坑保護等級下的圍護設(shè)計內(nèi)容和費用對比

        (1)在支撐使用方面,3 個二級車站均采用3 道鋼支撐,而一級車站中有2 個車站采用4 道鋼支撐(車站9、車站10)。

        (2)二級車站中僅端頭井加固的較多,一級車站中全車站抽條加固的較多。

        (3)地下連續(xù)墻的深度為一級車站略深于二級車站,其中最深的車站2 達到36~37 m,其余車站以30 m左右居多。在該組數(shù)據(jù)中一級基坑圍護造價指標(biāo)略高于二級基坑。

        對該組數(shù)據(jù)進行線性回歸分析,模型F 檢驗沒有通過,相關(guān)性計算中的顯著水平P 值>0.05。數(shù)據(jù)計算結(jié)果體現(xiàn)的是環(huán)境保護等級不對圍護指標(biāo)產(chǎn)生顯著影響關(guān)系,說明環(huán)境保護等級對圍護費用的影響關(guān)系較小。

        2.1.3.2 其他設(shè)計構(gòu)造的影響

        除了設(shè)計參數(shù)的影響,為了保護周邊構(gòu)筑物和管線而采取的一些構(gòu)造措施也會對圍護費用產(chǎn)生影響,譬如經(jīng)常遇到的地下連續(xù)墻加深構(gòu)造段和鋼支撐使用軸力伺服系統(tǒng)?;咏邓^程會引起周圍一定范圍內(nèi)的水土流失,導(dǎo)致周邊構(gòu)筑物和管線沉降,對地下連續(xù)墻做一段加深構(gòu)造段可以增加降水水流的繞流路徑,加深段通常只配構(gòu)造筋起到擋水的作用。線路A 共有18 個一級環(huán)境保護基坑,其中有9個車站采取了地下連續(xù)墻加深構(gòu)造。表4 統(tǒng)計了地下連續(xù)墻加深構(gòu)造對圍護造價費用的影響。由表4可知,該加深構(gòu)造會使造價增加500~3 000 萬,引起主體圍護費用增加5%~10% 。

        表4 線路A 一級環(huán)境保護基坑地下連續(xù)墻加深構(gòu)造對造價的影響

        為了控制基坑變形,可以對鋼支撐采用軸力伺服系統(tǒng),也就是通過電子設(shè)備對鋼支撐的軸力做監(jiān)控,低壓自動補償、高壓自動報警,有效控制圍護結(jié)構(gòu)位移。此舉監(jiān)控費用較高,1 根鋼支撐軸力伺服預(yù)算價約為2 萬,1 個4 道鋼支撐的車站約240 根左右,即需要增加480 萬元的費用。

        2.1.4砂性土層的影響

        砂性土層會對圍護結(jié)構(gòu)的槽壁穩(wěn)定性帶來不利影響。由于砂性土比較松散,容易在地下連續(xù)墻接頭的位置出現(xiàn)泥沙、漏水,目前上海軌交地下連續(xù)墻有采用銑接頭的工藝來防治此危害。銑槽機相較常規(guī)的液壓抓斗成槽機價格昂貴,A 線路中共2 個車站使用銑接頭,分別引起圍護費用增加880 萬和2 700 萬,引起主體圍護費用增加比例約5% 。

        2.1.5主體圍護費用影響因素小結(jié)

        綜上可知,對車站主體圍護費用影響程度最大的是底板埋深,它對圍護造價指標(biāo)的影響起著決定性作用。圍護比對相同埋深的基坑影響也較大,而環(huán)境保護、砂性土層存在一定影響,也會引起圍護費用增加幾百萬到幾千萬,但引起費用的增加比例不大。

        主體圍護中費用占比最高的是圍護結(jié)構(gòu),線路A中各車站約達到60%~70%(其余為地基加固、支撐降水)。底板埋深增加時,圍護深度尺寸會有較大變化,而圍護比影響的是單位基坑面積中圍護結(jié)構(gòu)的用量,所以這2 種因素對圍護費用指標(biāo)呈現(xiàn)了主要影響關(guān)系。

        2.2 主體結(jié)構(gòu)

        主體結(jié)構(gòu)造價指標(biāo)相較圍護工程來說相對穩(wěn)定,混凝土含量(單位建筑面積含量)和含鋼量受各種因素影響的規(guī)律并不明顯。對線路A 各車站數(shù)據(jù)進行測試,底板埋深和頂板覆土厚度經(jīng)擬合不與主體結(jié)構(gòu)造價指標(biāo)呈現(xiàn)明顯相關(guān)性(相關(guān)性計算中的顯著水平P 值>0.05)。但底板埋深和頂板覆土厚度也會對主體結(jié)構(gòu)的設(shè)計產(chǎn)生一定影響,例如底板埋深和頂板覆土厚度增加會分別致使底板和頂板尺寸增加、配筋率提高。

        對主體結(jié)構(gòu)造價指標(biāo)進行正態(tài)性檢驗發(fā)現(xiàn)P>0.05,說明沒有呈現(xiàn)出顯著性,造價指標(biāo)具有正態(tài)分布特征,數(shù)據(jù)集中在均值附近。線路A 主體結(jié)構(gòu)造價指標(biāo)為0.35~0.62 萬元/m2,均值為0.522 萬元/m2(見圖5)。

        圖5 線路A 主體結(jié)構(gòu)造價指標(biāo)正態(tài)分布直方圖

        2.3 附屬工程

        附屬工程本身造價占比不大,約占車站總造價的20%~30% 。由于出入口埋深多有相近,線路A 中24 個車站附屬工程造價指標(biāo)呈現(xiàn)正態(tài)分布,均值為1.443 萬元/m2(見圖6)。

        圖6 附屬工程造價指標(biāo)正態(tài)分布直方圖

        3 結(jié)語

        本文將明挖地下車站土建工程分為主體圍護、主體結(jié)構(gòu)和附屬工程3 個部分,分別分析了影響其造價的關(guān)鍵因素,一方面通過技術(shù)經(jīng)濟對比,另一方面通過對上海軌交近期建設(shè)的某線路造價指標(biāo)進行數(shù)據(jù)計算,輔助得到分析結(jié)論。從2 種方法互相印證的結(jié)果來看,主體圍護造價指標(biāo)受底板埋深和圍護比的影響較大,環(huán)境保護和砂性土層會產(chǎn)生一定影響但影響不大;主體結(jié)構(gòu)和附屬工程造價指標(biāo)相對穩(wěn)定且都滿足正態(tài)分布性。

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