B IM 技术在复杂地基桩基施工过程中的应用

陈志钊 祝国梁 陈景镇 蓝永炀 蓝明红

中国建筑第四工程局有限公司 福建 厦门 361000

1 项目介绍

1.1 工程概况

新体育中心工程（施工）II 标段工程，位于厦门市翔安区东部体育会展新城片区刘五店社区。新体育中心工程（施工）Ⅱ标段：包含体育馆及综合训练馆、游泳馆、体育工艺等，建筑面积约23.39 万m2（其中体育馆含训练馆约15.78 万m2，游泳馆约7.61 万m2）。本工程采用预应力高强混凝土管桩，总桩数2722 根，其中，植桩1575 根，锤击桩1147 根。管桩采用《先张法预应力高强混凝土管桩》（闽2012—G- 124）中PHC600- 130- AB，桩身混凝土强度等级C80，桩端持力层为8a 砂砾状强风化花岗岩或8b土状强风化辉绿岩，桩端进入持力层深度大于1m，有效桩长大于12m。

1.2 重难点分析及BIM 应用对策

（1）岩层坡度大且孤石分布广，地质复杂。本工程勘察报告显示该场地跨越不同地貌单元，地质结构复杂。垂直向力学性能相差大，受区域构造作用，岩面起伏较大，在碎块状强风化花岗岩、中风化花岗岩、微风化花岗岩中岩面坡度≥30°。在勘察报告中，孤石遇见率平均达35%，分布广且呈串珠状，对桩基施工存在重要影响。

通过BIM 软件建立三维地质及桩基模型,运用BIM软件对持力层进行预判评估，施工过程中依托三维模型集成地勘数据, 发现地质问题并将锤击施工工艺转换植桩法施工工艺，及时处理减少工期延误。

（2）本项目植桩法，植桩施工工艺较于传统旋挖灌注桩及锤击桩，成桩质量控制要点多。传统施工交底方式无法完全满足实际需求，导致施工交底不充分，容易出现现场施工质量控制不到位，对项目后期评优将会造成较大影响。

通过BIM 技术对植桩法施工工艺，进行三维施工模拟动画制作，进行三维交底[1]。

（3）本项目靠海一侧存在着深厚淤泥层，且由于地质复杂，对持力层定义模糊，桩端持力层为8a 砂砾状强风化花岗岩或8b 土状强风化辉绿岩，对打桩、成桩直接产生影响。

通过三维模型软件创建桩基模型与地下岩层模型,针对抗拔桩根据模型数据进行桩身摩阻力计算, 最后结合现场桩基抗拔实验检测数据，得出桩身摩阻力数据提供相关数据与设计院进行参考。

2 基于BIM 的设计优化

三维地质模型创建：通过BIM 软件结合地勘报告数据（表1）创建整体地形模型。

桩基模型创建：根据项目设计施工图纸，通过BIM 软件进行桩基模型绘制，运用Dynamo 软件进行相关数据优化处理，并根据地勘报告及结构说明绘制桩基模型。

3 基于BIM 的桩长预判

3.1 桩长预判

由于项目地质复杂，在碎块状强风化花岗岩、中、微风化花岗岩中岩面坡度≥30°，孤石遇见率平均达35%。

经过试验桩检测数据分析得出，持力层、地层断面及孤石分布预判数据不够准确。项目BIM 团队，通过整合地质模型创建形象的表达了地勘点位间的地质起伏关系，更加准确判断了地下土层的断面及孤石覆盖区域。减少由于地质复杂、勘探点位不足造成的桩长预判数据不准确的情况。

根据设计说明确认桩基收锤标准、入岩深度等关键信息，关联地质与桩基模型，预判有效桩长，并出具相关桩长预判出图如图1 所示。

图1 桩长预判出图

3.2 桩长预判误差分析

根据现场Fa 区361 根桩的桩基施工记录，将对BIM 预判桩长数据与实际有效桩长进行比对，得出结论：BIM 预判桩长与实际有效桩长误差值平均值小于等于1m。桩长预判误差分析表如表1 所示。

表1 预判桩长明细表

3.3 抗拔桩深化分析

根据桩长预判剖面图，对桩基所在土层面积进行计算。结合地勘报告提供的参数进行数据计算，得出该桩的侧摩阻力[2-3]。与设计说明中的参数要求进行核对，分析此抗拔桩的抗拔力是否满足需求，同时复核现场抗拔实验数据。进行数据比对，分析通过此项深化是否可满足现场实际使用需求。

单桩竖向抗拔承载力特征值（Rta）计算见式（1）。

式中：Rta——抗拔桩承载力特征值；

up——桩身周边长度；

qsia——侧阻力特征值；

li——桩周第i 层土的厚度；

qpa——端阻力特征值；

Ap——桩底段横截面面积。

根据上述数据，通过计算得出桩基竖向抗拔承载力满足设计要求大于等于600kN，具体计算结果见表2。单桩竖向土层示意图见图2。

表2 预制管桩单桩竖向承载力特征值计算表

图2 单桩竖向土层示意图

4 结语

通过引入BIM 技术优化了复杂地质桩基工程的设计和施工，提高桩长预判准确率15%，优化设计10 余处，预估节省费用20 余万元，合计减少10 余次沟通协调会议，提高了交底质量，提前工期7d；BIM 技术的成功应用保证了桩基工程的信息化管理、保障了施工质量，取得了较好的经济效益；积累了经验,具有极高的推广应用价值；通过减少设计错漏、精细化管理还带动了BIM 技术在行业的应用，社会效益显著。