李燦峰 龔宇凱 劉 寧

(浙江寶業(yè)建設(shè)集團(tuán)有限公司 浙江紹興 312000)

0 引言

在樁基礎(chǔ)施工過程中，復(fù)雜的地質(zhì)條件直接影響到樁基礎(chǔ)的施工質(zhì)量及承載力。由于地質(zhì)勘察報(bào)告無法較為詳細(xì)描述地下土層的全部情況，使得目前尚無較好的方法直觀判斷入巖深度、樁長設(shè)計(jì)等問題。

BIM技術(shù)的應(yīng)用，可將地質(zhì)勘查報(bào)告或相近工程的地質(zhì)情況直觀表達(dá)在地質(zhì)模型中，對(duì)施工中的技術(shù)交底及質(zhì)量控制提供依據(jù)和評(píng)判手段。

本文以紹興市越城區(qū)人民醫(yī)院建設(shè)工程為例，詳細(xì)分析BIM技術(shù)在樁基施工中的應(yīng)用，為類似工程提供參考。

1 工程概況

紹興市越城區(qū)人民醫(yī)院建設(shè)工程位于紹興市越城區(qū)人民東路與敬賓路交叉口西南側(cè)?？偨ㄖ娣e130 700 m2，地下一層，地上八層，地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級(jí)為甲級(jí)，采用柱下獨(dú)立承臺(tái)加抗浮筏板，筏板450 mm厚，承臺(tái)高度900 mm～1400 mm。工程樁采用泥漿護(hù)壁鉆孔灌注樁，樁徑600 mm，樁端持力層中風(fēng)化角礫凝灰?guī)r，入巖深度不小于1.0 m，單樁豎向承載力特征值為1800 kN，樁長為6 m～32 m，總樁數(shù)1428根。

根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告，該工程場地地基土層自上而下依次為①雜填土、②粉質(zhì)粘土、③淤泥、④粘土、⑤粉質(zhì)粘土、⑥粘土、⑦含粘性土礫砂、⑧圓礫、⑨含礫粉質(zhì)粘土、⑩-2強(qiáng)風(fēng)化角礫凝灰?guī)r、⑩-3中風(fēng)化角礫凝灰?guī)r。各土層層厚、樁周土摩擦力特征值、樁端土承載力特征值參數(shù)指標(biāo)等如表1所示。

表1 各土層參數(shù)表

作為樁端持力層的中風(fēng)化角礫凝灰?guī)r，具有以下特點(diǎn)：

(1)巖石飽和單軸抗壓強(qiáng)度16.9～46.5 MPa，平均值為28.6 MPa，標(biāo)準(zhǔn)值為24.6 MPa，巖體強(qiáng)度的差異性大。

(2)場地內(nèi)巖面層頂高差變化大，最淺部位層頂標(biāo)高為-1.06 m，最深部位層頂標(biāo)高為-37.93 m，而且局部坡度較大，坡度最大處達(dá)54.46°，場地地勘等高線地形圖如圖1所示。

圖1 地勘等高線地形圖

(3)根據(jù)地勘報(bào)告土層描述，在中風(fēng)化角礫凝灰?guī)r上部局部存在夾層。

2 施工難點(diǎn)

根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告及設(shè)計(jì)資料分析本工程存在以下難點(diǎn)：

(1) 根據(jù)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》(JGJ94-2008)第5.3.5條，結(jié)合地勘報(bào)告提供的土層參數(shù)指標(biāo)，由樁端持力層⑩-3層中風(fēng)化角礫凝灰?guī)r提供的單樁豎向承載力特征值≥upqsal+qpaAp=0.6×3.14×70×1.0+0.32×3.14×3000=980 kN。由上述計(jì)算可知，樁端持力層提供了單樁豎向承載力特征值的一半以上的承載力。因此，未入巖或入巖深度不足，對(duì)樁基承載力影響很大，直接關(guān)系到工程質(zhì)量安全。

(2) 根據(jù)該工程樁基設(shè)計(jì)圖紙中僅明確工程樁樁端持力層為⑩-3層中風(fēng)化角礫凝灰?guī)r及入巖深度應(yīng)≥1.0 m。工程樁施工前，雖可結(jié)合周邊勘探孔的地質(zhì)情況預(yù)估工程樁長度，但因勘探孔間距為20 m～25 m，預(yù)估工程樁長度缺少參照性，與實(shí)際施工完成的工程樁長度偏差較大。

(3)作為樁端持力層的中風(fēng)化角礫凝灰?guī)r抗壓強(qiáng)度差異性大，通過鉆桿受力判斷入巖深度，往往較困難。另外局部坡度較大處，全截面入巖要求是確保工程樁施工的質(zhì)量保證，如何判斷是否全截面入，巖尚無較好的方法參考。

3 BIM技術(shù)應(yīng)用情況

針對(duì)項(xiàng)目復(fù)雜地質(zhì)情況，運(yùn)用BIM技術(shù)建立地形模型，進(jìn)行地質(zhì)情況直觀分析[1]，并利用BIM技術(shù)參數(shù)化特點(diǎn)出具模型設(shè)計(jì)樁長，為項(xiàng)目樁基施工提供參考。地質(zhì)模型如圖2所示。

圖2 地質(zhì)模型

3.1 三維交底預(yù)警

運(yùn)用BIM技術(shù)三維可視化特點(diǎn)，分析樁基施工不利地質(zhì)情況可以分析出以下3個(gè)問題：

(1)⑩-3中風(fēng)化角礫凝灰?guī)r作為樁端持力層，層頂標(biāo)高在場地內(nèi)分布差異大，局部坡度大，坡度最大處達(dá)54.46°，如圖3所示。

圖3 ⑩-3號(hào)土地勢(shì)陡峭部位

(2)地層中圓礫層位于⑩-3中風(fēng)化角礫凝灰?guī)r上部，局部土層分布較厚，厚度最大達(dá)7.4 m，對(duì)樁基施工存在較大干擾，如圖4所示。

圖4 ⑧號(hào)土圓礫層超厚部位集中區(qū)域

(3)地層中⑩-2號(hào)土強(qiáng)風(fēng)化角礫凝灰?guī)r緊貼持力層，局部土層分布較厚，厚度最大達(dá)3.1 m，對(duì)樁基入巖判別存在較大干擾，如圖5所示。

圖5 ⑩-2號(hào)土強(qiáng)風(fēng)化角礫凝灰?guī)r超厚部位集中區(qū)域

通過分析得出以上3個(gè)問題后，可在樁基施工前，對(duì)施工班組進(jìn)行三維交底預(yù)警，制定合理樁基施工方案。針對(duì)持力層局部坡道大、局部圓礫層厚度大、局部強(qiáng)風(fēng)化巖層厚度大等不同情況，選用合適的樁基施工機(jī)械及施工方法，保證樁基施工質(zhì)量。

3.2 輔助樁長設(shè)計(jì)

建立基于地質(zhì)模型的樁基模型，利用BIM技術(shù)參數(shù)化[2]導(dǎo)出樁基設(shè)計(jì)樁長，結(jié)合樁基施工班組出具的施工設(shè)計(jì)樁長，共同作為樁基施工設(shè)計(jì)樁長的判斷依據(jù)。通過建立的樁基三維模型，如圖6～圖9所示，可以清晰直觀地判斷每根樁的入巖情況。對(duì)每根工程樁施工要求等進(jìn)行詳細(xì)交底，有助于項(xiàng)目管理人員對(duì)每根工程樁的入巖深度等施工要求有更清晰的認(rèn)識(shí)與理解。

圖6 樁基模型

圖7 陡峭部位三維模型

圖8 強(qiáng)風(fēng)化超厚部位三維模型

圖9 圓礫層超厚部位三維

3.3 模型設(shè)計(jì)樁長動(dòng)態(tài)反饋

樁基施工過程中，施工實(shí)際樁長同設(shè)計(jì)樁長有一定偏差；采集偏差較大的已施工完成樁基實(shí)際樁長、入巖深度數(shù)據(jù)，運(yùn)用BIM參數(shù)化手段錄入模型，真實(shí)反饋地勘報(bào)告勘探不足部位地質(zhì)基巖位置情況，形成新的地質(zhì)模型，如圖10所示。對(duì)還未施工的樁基模型設(shè)計(jì)樁長進(jìn)行修正，為樁基施工提供參考。

圖10 樁基設(shè)計(jì)樁長反饋

3.4 工程量統(tǒng)計(jì)

因樁基設(shè)計(jì)圖紙往往僅明確工程樁施工入巖要求，未明確每根工程樁的實(shí)際樁長。因此，進(jìn)行工程樁工程量計(jì)算時(shí)，還需根據(jù)地勘報(bào)告參數(shù)進(jìn)行估算。但這種方法工作量大，且估算的工程量偏差往往很大。而通過建立的三維模型，可逐個(gè)統(tǒng)計(jì)出每根樁基于三維模型的預(yù)估樁長，形成統(tǒng)計(jì)表，可快速、準(zhǔn)確地計(jì)算出相應(yīng)工程量[3]。

4 效益分析

該工程1428根工程樁施工完成后，按設(shè)計(jì)要求共選取18根進(jìn)行豎向靜載試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果符合設(shè)計(jì)要求；地下室基礎(chǔ)施工前對(duì)工程樁進(jìn)行全數(shù)低應(yīng)變檢測(cè)，其中Ⅰ類樁1299根(合格率達(dá)91%)，Ⅱ類樁129根，無Ⅲ、Ⅳ類樁。

(1)通過運(yùn)用三維模型交底、比對(duì)分析等措施，使施工管理人員與作業(yè)人員在施工前，對(duì)地質(zhì)情況復(fù)雜程度、工程樁施工的重難點(diǎn)有更直觀的了解，有利于提升工程樁施工質(zhì)量，確保工程樁樁端入巖及入巖深度滿足設(shè)計(jì)要求。

(2) 輔助工程樁工程量計(jì)算。通過三維模型得出的預(yù)估樁長，比按設(shè)計(jì)圖紙及附近勘探孔得出的預(yù)估樁長的準(zhǔn)確性有明顯提高，有利于投標(biāo)報(bào)價(jià)及材料采購等。

(3)通過BIM三維模型，可結(jié)合工程樁施工情況對(duì)三維模型作動(dòng)態(tài)調(diào)整、判斷，同時(shí)也能對(duì)地質(zhì)勘察報(bào)告提供的基巖等高線圖進(jìn)行補(bǔ)充后，作為樁基施工參考。

5 結(jié)語

運(yùn)用BIM技術(shù)對(duì)復(fù)雜地質(zhì)條件及樁基建立三維模型，通過對(duì)地質(zhì)情況三維分析，導(dǎo)出模型設(shè)計(jì)樁長，在樁基施工過程中進(jìn)行模型設(shè)計(jì)樁長動(dòng)態(tài)反饋等措施，有效解決了復(fù)雜地質(zhì)條件下樁基入巖判斷、樁長設(shè)計(jì)、工程量統(tǒng)計(jì)等問題。提升了樁基施工質(zhì)量，確保了工程樁豎向承載力滿足設(shè)計(jì)要求。