BIM技术在预制装配式涵洞施工中的应用

佘志勇，宋嘉伟，冯乐乐

1.深圳惠盐高速公路有限公司，广东 深圳 518081

2.中交一航局第一工程有限公司，天津 300456

传统的现浇式涵洞存在点多、面广、大体量、高投入且质量不易控制的特点，对工程建设和现场管理提出了较高要求。20世纪80年代，法国对装配式地下通道进行了研究，将结构划分为多块管节，通过接头连接，将其应用于地下通道等实际工程中，取得了很好的效果[1]。我国近年来也提倡在工程中推广装配式施工法，2011年在安徽省徐明高速项目首次采用装配式涵洞施工。装配式涵洞相比传统的涵洞，在生产、建设、运营等方面更具优越性，符合国家大力倡导和发展绿色公路、品质工程的总体要求。

1 工程概况

云茂高速TJ12合同段起讫桩号K98+520～K111+620，路线总长13.1km。该项目共有装配式涵洞17道，其中装配式涵洞分为管涵和箱涵两种型式。

涵洞由预制顶板、两个预制侧墙和现浇底板组成。顶板与侧墙连接处采用铰接接头，底板与侧墙连接处采用整个底板现浇，使构件形成一个统一的整体。

2 装配式涵洞关键施工技术

BIM技术应用到装配式涵洞模板中可以提前预判施工过程中可能存在的问题，以动画的交底形式让施工人员更直观地理解施工技术，保证施工效率和施工质量。

2.1 装配式涵洞标准化的构件预制场

预制场按照流水化施工进行场地布设，占地3800m2，分为钢筋配送中心、半成品存放区、钢筋绑扎区、预制区、养生存放区、试拼区共6个区域。厂内配置50t、10t龙门吊各1台，管型、箱型模板共19套，可满足生产需求。

2.2 装配式涵洞的构件预制工艺

在装配式涵洞模板设计过程中，利用BIM技术可验算模板强度、刚度及稳定性，并且可模拟模板拼装的合理性。在设计图纸会审中，可采用BIM技术模拟钢筋绑扎，提前得知钢筋冲突等设计错误，从而更好地优化施工图纸，保证施工进度。

装配式涵洞采用专用的绑扎胎具进行整体绑扎，能提高工艺效率和加工精度。6人作业小组可以3h完成一节段6×4箱涵的钢筋绑扎。

模板采用铰接式整体钢模（面板厚度6mm），标准节、洞口不同节段可采用同一套块模板灵活改装，满足施工需求。4人作业小组1.5h可以完成从钢筋吊装入模到模板加固，提高了模板的安拆工效。BIM模板效果图如图1所示。

图1 BIM模板效果图（管型侧墙）

构件采用地埋式管道自动喷淋系统和喷淋养护台车联合养护，保证混凝土强度，养生完成后放置在专用存放架，并用橡胶垫隔离保护，降低构件存放损坏率。构件出厂前进行试拼并检查相关检测项目。

2.3 装配式涵洞安装工艺

（1）基坑开挖及地基处理。基坑开挖采用人工配合挖掘机进行。基底标高、轴线位置、平面尺寸经验收合格后，采用轻便型动力触探方法进行地基承载力检测，地基承载力设计容许值不小于200kPa。若地基承载力不满足设计要求，需通过触探检测确定碎石换填深度。

（2）垫层施工。基底整平处理完成后，首先铺筑40cm厚的优质砂砾垫层并整平压实，再在其上浇筑10cm厚C25混凝土垫层，模板采用10#槽钢，高度与砼垫层厚度一致，利用铝合金刮杆进行混凝土面找平，保证构件就位点高程准确。

（3）构件运输。构件的混凝土达到设计强度的90%时方可进行运输[2]。运输预制块采用钢支架支垫，并用手拉葫芦将预制构件与运输车辆绑扎牢固，避免混凝土与车厢之间发生硬接触导致磕碰掉边。

（4）侧墙和顶板安装。BIM施工技术运用到装配式涵洞管节安装中可以提前模拟施工现场，总结出安全高风险点，提出可靠的安全措施，同时可以生动交底，让施工人员熟悉施工工艺，提高施工质量。安装构件前用2m靠尺检查垫层的平整度，超过3mm的部分须进行人工修整。安装前对边缘线精确放线，构件先粗略安放，再进行人工辅助精调，利用激光测距仪对净空、位置进行控制，如图2所示。

图2 顶板安装示意图

管片吊装时，选用80t汽车吊，并采用直径D=30mm公称抗拉强度1550MPa 6×37规格的钢丝绳。首先缓慢起吊安放两侧侧墙，直至侧墙底部外边线与弹的墨线重合，然后吊装顶板预制件，最后安装洞口。

（5）底板钢筋绑扎及混凝土浇筑。装配式涵洞所有管节吊装就位后，进行侧墙底部外伸钢筋调直和底板钢筋绑扎。底板混凝土强度等级为C40，混凝土浇筑采用地泵入模加人工振捣的方式振捣密实[3]。

（6）防水处理。涵洞内侧接缝采用钢丝刷、抹布将管节拼缝内、缝边清除干净，对倒角位置混凝土与砂浆接触面进行凿毛处理，洒水湿润接缝，待晾干后再填塞M7.5高黏稠水泥砂浆。涵洞外侧接缝清理、凿毛、砂浆抹平方法与内侧接缝相同。水泥砂浆具有一定强度后，沿接缝先涂一层25cm宽911聚氨酯防水涂料，再用专用胶水粘贴25cm宽背贴式橡胶止水带。为使止水带固定牢固，可每间隔1m用高强钢钉固定，如图3所示。

图3 止水带安装示意图

（7）涵背回填。结构强度达到设计强度的90%后进行涵背回填，构件底部1m范围区回填采用砂或石屑等一般透水性材料，1m以上墙身回填采用一般路基填料。填土应对称分层压实，压实厚度应小于15cm，压实度不应小于96%。结构侧面1m内及顶板回填厚度小于0.5m内使用小型静压设备，此范围外使用大型压路机压实。

3 装配式涵洞施工质量检测

装配式涵洞检测交工指标目前无成套的国家和行业标准可以遵照执行，云茂项目结合相关国标、行标、地标、施工图纸和实际施工水平，经参建各方多次讨论，确定了云茂项目装配式涵洞内部验收标准。

4 施工成果

公路建设的工地标准化、施工标准化以及管理标准化是项目建设优质高效的必然选择[4]。装配式涵洞在云茂高速的应用取得了以下成果。

（1）中交一航局承建的TJ12标段为装配式涵洞使用比例最高的施工标段，标段K101+900～K104+400段落2.5km范围内8道4m×4m涵洞均采用装配式工艺，原计划3个月完成涵洞施工，实际仅用2个多月就完成了涵洞安装及回填，比现浇涵洞工期提前了8个月，为路基填筑提供了工作面，并保证了工后沉降。

（2）装配式涵洞由于采用专用胎架进行绑扎，钢筋间距合格率提升为100%；预制场区采用全自动喷淋系统进行养生，保证了构件强度，混凝土外观质量良好；采用各种控制保护层措施，使合格率提升至97.8%；采用定型的整体式铰接钢模板，将结构尺寸合格率提升至100%。

（3）结合云茂业主相关数据，根据每种涵洞的实际长度和延米单价，得出现浇涵洞综合单价为2.08万元/延米，装配式涵洞综合单价（不含模板、场建费用）为1.71万元/延米，装配式涵洞每延米节约成本约0.37万元，但由于装配式涵洞场地建设和模板投入共计915.77万元，需要至少生产2475m装配式涵洞才能与现浇涵洞投入持平。单个预制场生产数量超过2475m后，装配式涵洞的经济性将得以体现，数量越多，效益越高。

（4）BIM技术在预制装配式涵洞施工中的应用，能提前将实物效果图展示出来，提前对装配式涵洞的预制和安装中可能出现的风险进行预判，降低了施工中的危险系数。同时，BIM技术提高了施工过程中的管控力，优化了资源配置，提高了预制和施工的效率。

5 结束语

装配式涵洞在云茂高速的成功应用实现了标准化、工厂化、集成化、规模化，达到了提高工程质量、加快工程进度、降低工程投资、提高劳动效率的目标，对我国装配式涵洞施工技术的发展起到了很大的助推作用，对类似工程的实施也具有较高的参考意义。