B IM 技術(shù)在復(fù)雜地基樁基施工過程中的應(yīng)用

陳志釗 祝國(guó)梁 陳景鎮(zhèn) 藍(lán)永煬 藍(lán)明紅

中國(guó)建筑第四工程局有限公司 福建 廈門 361000

1 項(xiàng)目介紹

1.1 工程概況

新體育中心工程（施工）II 標(biāo)段工程，位于廈門市翔安區(qū)東部體育會(huì)展新城片區(qū)劉五店社區(qū)。新體育中心工程（施工）Ⅱ標(biāo)段：包含體育館及綜合訓(xùn)練館、游泳館、體育工藝等，建筑面積約23.39 萬(wàn)m2（其中體育館含訓(xùn)練館約15.78 萬(wàn)m2，游泳館約7.61 萬(wàn)m2）。本工程采用預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁，總樁數(shù)2722 根，其中，植樁1575 根，錘擊樁1147 根。管樁采用《先張法預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁》（閩2012—G- 124）中PHC600- 130- AB，樁身混凝土強(qiáng)度等級(jí)C80，樁端持力層為8a 砂礫狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖或8b土狀強(qiáng)風(fēng)化輝綠巖，樁端進(jìn)入持力層深度大于1m，有效樁長(zhǎng)大于12m。

1.2 重難點(diǎn)分析及BIM 應(yīng)用對(duì)策

（1）巖層坡度大且孤石分布廣，地質(zhì)復(fù)雜。本工程勘察報(bào)告顯示該場(chǎng)地跨越不同地貌單元，地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜。垂直向力學(xué)性能相差大，受區(qū)域構(gòu)造作用，巖面起伏較大，在碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖、中風(fēng)化花崗巖、微風(fēng)化花崗巖中巖面坡度≥30°。在勘察報(bào)告中，孤石遇見率平均達(dá)35%，分布廣且呈串珠狀，對(duì)樁基施工存在重要影響。

通過BIM 軟件建立三維地質(zhì)及樁基模型,運(yùn)用BIM軟件對(duì)持力層進(jìn)行預(yù)判評(píng)估，施工過程中依托三維模型集成地勘數(shù)據(jù), 發(fā)現(xiàn)地質(zhì)問題并將錘擊施工工藝轉(zhuǎn)換植樁法施工工藝，及時(shí)處理減少工期延誤。

（2）本項(xiàng)目植樁法，植樁施工工藝較于傳統(tǒng)旋挖灌注樁及錘擊樁，成樁質(zhì)量控制要點(diǎn)多。傳統(tǒng)施工交底方式無(wú)法完全滿足實(shí)際需求，導(dǎo)致施工交底不充分，容易出現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)施工質(zhì)量控制不到位，對(duì)項(xiàng)目后期評(píng)優(yōu)將會(huì)造成較大影響。

通過BIM 技術(shù)對(duì)植樁法施工工藝，進(jìn)行三維施工模擬動(dòng)畫制作，進(jìn)行三維交底[1]。

（3）本項(xiàng)目靠海一側(cè)存在著深厚淤泥層，且由于地質(zhì)復(fù)雜，對(duì)持力層定義模糊，樁端持力層為8a 砂礫狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖或8b 土狀強(qiáng)風(fēng)化輝綠巖，對(duì)打樁、成樁直接產(chǎn)生影響。

通過三維模型軟件創(chuàng)建樁基模型與地下巖層模型,針對(duì)抗拔樁根據(jù)模型數(shù)據(jù)進(jìn)行樁身摩阻力計(jì)算, 最后結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)樁基抗拔實(shí)驗(yàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)，得出樁身摩阻力數(shù)據(jù)提供相關(guān)數(shù)據(jù)與設(shè)計(jì)院進(jìn)行參考。

2 基于BIM 的設(shè)計(jì)優(yōu)化

三維地質(zhì)模型創(chuàng)建：通過BIM 軟件結(jié)合地勘報(bào)告數(shù)據(jù)（表1）創(chuàng)建整體地形模型。

樁基模型創(chuàng)建：根據(jù)項(xiàng)目設(shè)計(jì)施工圖紙，通過BIM 軟件進(jìn)行樁基模型繪制，運(yùn)用Dynamo 軟件進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)優(yōu)化處理，并根據(jù)地勘報(bào)告及結(jié)構(gòu)說明繪制樁基模型。

3 基于BIM 的樁長(zhǎng)預(yù)判

3.1 樁長(zhǎng)預(yù)判

由于項(xiàng)目地質(zhì)復(fù)雜，在碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖、中、微風(fēng)化花崗巖中巖面坡度≥30°，孤石遇見率平均達(dá)35%。

經(jīng)過試驗(yàn)樁檢測(cè)數(shù)據(jù)分析得出，持力層、地層斷面及孤石分布預(yù)判數(shù)據(jù)不夠準(zhǔn)確。項(xiàng)目BIM 團(tuán)隊(duì)，通過整合地質(zhì)模型創(chuàng)建形象的表達(dá)了地勘點(diǎn)位間的地質(zhì)起伏關(guān)系，更加準(zhǔn)確判斷了地下土層的斷面及孤石覆蓋區(qū)域。減少由于地質(zhì)復(fù)雜、勘探點(diǎn)位不足造成的樁長(zhǎng)預(yù)判數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確的情況。

根據(jù)設(shè)計(jì)說明確認(rèn)樁基收錘標(biāo)準(zhǔn)、入巖深度等關(guān)鍵信息，關(guān)聯(lián)地質(zhì)與樁基模型，預(yù)判有效樁長(zhǎng)，并出具相關(guān)樁長(zhǎng)預(yù)判出圖如圖1 所示。

圖1 樁長(zhǎng)預(yù)判出圖

3.2 樁長(zhǎng)預(yù)判誤差分析

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)Fa 區(qū)361 根樁的樁基施工記錄，將對(duì)BIM 預(yù)判樁長(zhǎng)數(shù)據(jù)與實(shí)際有效樁長(zhǎng)進(jìn)行比對(duì)，得出結(jié)論：BIM 預(yù)判樁長(zhǎng)與實(shí)際有效樁長(zhǎng)誤差值平均值小于等于1m。樁長(zhǎng)預(yù)判誤差分析表如表1 所示。

表1 預(yù)判樁長(zhǎng)明細(xì)表

3.3 抗拔樁深化分析

根據(jù)樁長(zhǎng)預(yù)判剖面圖，對(duì)樁基所在土層面積進(jìn)行計(jì)算。結(jié)合地勘報(bào)告提供的參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算，得出該樁的側(cè)摩阻力[2-3]。與設(shè)計(jì)說明中的參數(shù)要求進(jìn)行核對(duì)，分析此抗拔樁的抗拔力是否滿足需求，同時(shí)復(fù)核現(xiàn)場(chǎng)抗拔實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。進(jìn)行數(shù)據(jù)比對(duì)，分析通過此項(xiàng)深化是否可滿足現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際使用需求。

單樁豎向抗拔承載力特征值（Rta）計(jì)算見式（1）。

式中：Rta——抗拔樁承載力特征值；

up——樁身周邊長(zhǎng)度；

qsia——側(cè)阻力特征值；

li——樁周第i 層土的厚度；

qpa——端阻力特征值；

Ap——樁底段橫截面面積。

根據(jù)上述數(shù)據(jù)，通過計(jì)算得出樁基豎向抗拔承載力滿足設(shè)計(jì)要求大于等于600kN，具體計(jì)算結(jié)果見表2。單樁豎向土層示意圖見圖2。

表2 預(yù)制管樁單樁豎向承載力特征值計(jì)算表

圖2 單樁豎向土層示意圖

4 結(jié)語(yǔ)

通過引入BIM 技術(shù)優(yōu)化了復(fù)雜地質(zhì)樁基工程的設(shè)計(jì)和施工，提高樁長(zhǎng)預(yù)判準(zhǔn)確率15%，優(yōu)化設(shè)計(jì)10 余處，預(yù)估節(jié)省費(fèi)用20 余萬(wàn)元，合計(jì)減少10 余次溝通協(xié)調(diào)會(huì)議，提高了交底質(zhì)量，提前工期7d；BIM 技術(shù)的成功應(yīng)用保證了樁基工程的信息化管理、保障了施工質(zhì)量，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益；積累了經(jīng)驗(yàn),具有極高的推廣應(yīng)用價(jià)值；通過減少設(shè)計(jì)錯(cuò)漏、精細(xì)化管理還帶動(dòng)了BIM 技術(shù)在行業(yè)的應(yīng)用，社會(huì)效益顯著。