基于BIM的砂层地质深基坑组合胎模砌筑施工技术

王 刚 王 成 魏 星 孟 锦 张 波 陈 杰 李海荣

中建三局集团有限公司 陕西 西安 710065

高层及超高层建筑通常存在深大基坑，传统基坑胎模砌筑通常采用砖胎模，砌筑过程工期、质量和安全受砌筑高度及地质情况影响，工程量较大，施工劳动力投入多，砌筑材料损耗量大，砌筑质量难以保障，且砌筑高度过高时存在一定的安全隐患。本文提出采用BIM技术辅助砂层地质深基坑组合胎模砌筑的施工技术，应用BIM技术精准建模，砌筑材料由工厂加工预排版、精准下料，砌筑过程中利用3种不同材料进行组合胎模砌筑，通过工人施工可视化交底，能明显降低工期、减少劳动力投入及材料损耗，有效提高施工质量，降低安全风险，综合效益显著[1-3]。

1 工程概况

本文从案例分析的角度，对组合胎模在工程施工中的应用开展分析。某建筑工程总建筑面积约8.6万 m2，总高度168.65 m，地上42层、地下2层，结构形式为框架-核心筒结构，是一座超高层综合写字楼建筑。基础二次开挖面积约1 500 m2，局部开挖最深高度8 m，面积约600 m2，开挖标高变化差异较大，且开挖范围内均为砂层地质。

2 施工技术重难点

2.1 结构情况复杂

基础为桩筏基础，其中核心筒基坑最深达到8.15 m，面积约600 m2，结构情况复杂，底板厚度变化差异较大，深大承台数量较多（图1）。基坑开挖土层为④中砂，地质条件较差。

图1 基坑结构情况复杂

2.2 传统砖胎模易倒塌

传统砖胎模砌筑，一次砌筑高度为1.8 m，耗费工期长，且砖胎模以小红砖砌筑，整体性差。砌筑高度过大，砂层土侧压力大，砌筑时易倒塌，存在较大的安全隐患。

图2 传统砖胎模砌筑易倒塌

2.3 基坑支护适用性差

若在砂层区域采用喷锚＋花管支护，基坑边坡坡度不易控制，需要二次找坡，案例工程外框柱承台距离核心筒较近，花管施工影响外框柱承台砖胎模砌筑，且混凝土喷锚由于砂层开挖不确定性，实际所需混凝土量远大于计算所需的混凝土量，预拌混凝土浪费量较大。

采用挡土墙施工工艺，工序复杂，施工进度慢，且砂层地质挡土墙无法生根，工程造价高，经济性差。

2.4 劳动力投入多、资源浪费较大

传统砖胎模施工方法利用小砖进行砌筑，材料使用量较多，需要大量劳动力，且施工过程中产生的固体垃圾废料较多，砌筑过程中存在沉降时间等待，施工周期较长。

3 组合胎模砌筑施工技术

3.1 总体思路

结合以往深大承台竖向GRC胎模砌筑施工案例，创新性地提出组合胎模施工工艺，并以BIM技术辅助施工，整体建模，组合胎模预排版，工厂预制加工，现场可视化交底，施工高效、快捷。

3.2 组合胎模材料特性

通过对预制楼板、GRC胎模及砖胎模进行合理搭配使用，充分利用各种材料的特性以实现砂层地质深基坑砌筑工作（表1），确保施工的安全、高效、经济。

表1 材料特性

预制楼板：质量大，整体性良好，相对于红砖，有较好的抗土体滑移性能；价格低廉，市场货源充足。

GRC板材：整体性良好，易切割，适用于狭小且不规则区域胎模砌筑。

多孔砖：桩头处板材较难施工，多孔砖具有灵活的特点。

3.3 施工方法

3.3.1 结构BIM模型建立

根据设计图纸及土方开挖控制范围，精准建立BIM模型（图3），精度须达到LOD400及以上。对预制楼板、GRC板及红砖施工区域建立准确模型，提取工程量。

图3 组合胎模BIM模型

3.3.2 工厂预加工

根据BIM模型，准确提取每种材料的用量及尺寸，由工厂预加工，对板材进行编号，以达到现场快速施工的要求。

3.3.3 组合胎模砌筑

大面砌筑采用预制楼板沿基坑边线横向砌筑，砌筑过程中进行土方分层回填夯实。待砌筑至2 m高度，土方须回填完毕，沿纵向砌筑一排GRC条板，GRC条板深入土层40 cm，设置完成后再进行下一层2 m高预制楼板砌筑工作，并分层回填夯实到位（图4、图5）。

图4 预制楼板砌筑可视交底

图5 预制楼板大面施工

转角处及桩间位置利用GRC条板进行砌筑。转角处利用BIM模型提前统计非标GRC条板尺寸，精准下料（图6）；桩间局部位置利用GRC条板易切割的特点对GRC条板进行现场切割，准确下料（图7）。

图6 GRC板砌筑可视交底

图7 转角处GRC条板砌筑

桩头处胎模形状为弧形，利用标砖灵活组合的特点，采用标砖砌筑，预制楼板砌筑桩头处预留20 cm采用标砖砌筑（图8～图10）。

图8 红砖砌筑可视交底

图9 桩头处红砖砌筑

图10 组合胎模砌筑完成效果

4 质量控制要点

1）BIM建模需准确，达到LOD400以上精度，工厂预制时按照模型精准加工。

2）预制楼板、GRC条板、红砖强度等级必须符合设计要求，禁止存在缺棱掉角现象。

3）根据BIM深化设计图纸开挖，土方开挖至距离基底以上300 mm位置，以下采用人工清土施工。土方开挖结构外放210 mm，主楼外框土方开挖结构外放320 mm，主楼核心筒土方开挖结构外放600 mm，在基坑开挖时要严格控制基坑最后一步开挖的标高。由现场专职测量员用水平仪将水准标高引测至坑底，形成标高控制网，以准确开挖至预定标高。

4）砌筑灰缝厚度宜为8～12 mm，且应饱满、平直、通顺，立缝砂浆应填实。

5）条板砌筑方法应正确，条板上下应错缝搭接。

5 组合胎模与传统胎模的比较分析

对比胎模砌筑成本，组合胎模砌筑经济性明显优于传统胎模，且传统砖胎模砌筑过高时需增加支撑，组合胎模后期无需增设支撑。

传统砖胎模砌筑费时费力，每砌筑至一定高度时的技术间歇时间较长，工序较多；组合胎模砌筑采用预制楼板及GRC条板，条板砌筑效率约为传统砖胎模效率的10倍，采用组合胎模从施工方法源头上解决工效问题。采用BIM技术辅助组合胎模砌筑，根据精确的BIM模型，工厂预加工，现场快速砌筑，解决现场板材加工难的问题，固体垃圾废料率有效减少，符合建筑业发展趋势。大块板材砌筑施工时工艺简便，从而加快施工进度，提高施工质量，胎模垂直度及平整度较易管控。板材整体砌筑，整体性较好，相比传统胎模标砖砌筑，坍塌风险明显降低。采用以上施工方法，极大提高了施工安全性，结合BIM可视建造，施工交底通俗易懂，应用效果得到了监理方与建设方的一致认可。

6 结语

采用GRC组合胎模施工工艺，成功解决砂层地质深大基坑砖胎模砌筑问题，在案例项目实践使用后，获得了监理方与建设方的一致认可。采用组合胎模能够有效减少砂层地质深大基坑砌筑安全风险，降低施工成本。该项施工技术安全、成熟、高效，能够大幅缩短施工工期，适用于砂层地质深大基坑胎模砌筑工作。