基于BIM技術(shù)帷幕灌漿施工技術(shù)分析

孫瑞君

（山西省水利建筑工程局，山西 太原 030006）

0 引言

傳統(tǒng)水利工程帷幕灌漿技術(shù)過度依賴二維工程圖，難以直觀地對(duì)工程效果進(jìn)行展示，無法精確排查施工過程中存在的安全隱患，易造成水利工程建筑滲漏等現(xiàn)象。為解決工程滲漏問題，結(jié)合文獻(xiàn)[1]中李敏提出的集成BIM技術(shù)中的3D建模＋4D建筑信息管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)了基于BIM技術(shù)對(duì)水利工程施工帷幕灌漿施工技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化方案。利用裂隙巖體參數(shù)和漿液參數(shù)對(duì)帷幕灌漿參數(shù)計(jì)算方法進(jìn)行完善，利用可視化技術(shù)對(duì)水利工程單排孔帷幕灌漿工序流程進(jìn)行直觀展示，完善帷幕灌漿施工技術(shù)，對(duì)基于BIM技術(shù)的帷幕灌漿技術(shù)效果進(jìn)行了檢測(cè)。

1 確立灌漿施工參數(shù)

在帷幕灌漿施工過程中，滲透漿液遵從線性滲透定律進(jìn)行滲流，其滲透性規(guī)律與地下水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律基本一致。通常被灌注的物體是均勻的物體，滲流在沙子中做穩(wěn)定的紊流運(yùn)動(dòng)[1]。當(dāng)漿液進(jìn)入到巖土體的空洞底部時(shí)，會(huì)在孔隙中進(jìn)行填補(bǔ)并且凝固[2]。若水利工程內(nèi)部完全連通，建筑結(jié)構(gòu)特性視為施工階段漿液流動(dòng)路徑連通總和，則BIM施工連通參數(shù)W為：

式中，l和p分別為工程施工階段土壓數(shù)據(jù)參數(shù)和裂縫參數(shù);Vij為工程灌漿距離i與j的整體土壓參數(shù)，S為工程總長(zhǎng)度。在滲流的灌漿巖石里流體滲透速度和水力的坡度成為反比例。在漿液通性指數(shù)W的取值介于0～10時(shí)證明灌漿質(zhì)量相對(duì)較好。若在建筑結(jié)構(gòu)中存在個(gè)裂痕隱患，帷幕通過第n個(gè)裂痕的概率為Q，則Q可表示為:

結(jié)合上述算法可有效對(duì)帷幕灌漿施工參數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集計(jì)算，并及時(shí)根據(jù)計(jì)算結(jié)果對(duì)系統(tǒng)采集信息對(duì)做出調(diào)整。通過對(duì)山西省某水利工程灌漿情況進(jìn)行檢測(cè)得到帷幕灌漿參數(shù)采集數(shù)據(jù)檢測(cè)計(jì)算結(jié)果。系統(tǒng)對(duì)帷幕灌漿參數(shù)采集信息見表1。

通過對(duì)帷幕灌漿的通性概率進(jìn)行分析和計(jì)算，進(jìn)而求出灌漿工程的其他數(shù)據(jù)[3]。在水利工程施工過程中最主要的是對(duì)工程進(jìn)行帷幕灌漿施工修復(fù)環(huán)節(jié)。設(shè)工程建筑磨損參數(shù)為γ，灌漿輸出速率為ψ，則根據(jù)相關(guān)理論，帷幕灌漿輸入系數(shù)T算法為：

顯然，帷幕灌漿輸入系數(shù)T結(jié)構(gòu)質(zhì)量參數(shù)反射成反比，當(dāng)T的數(shù)值越大則灌漿就越難通過建筑裂痕修復(fù)區(qū)域[4]。結(jié)合上述算法對(duì)水利工程帷幕灌漿參數(shù)E進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算方法如下。

表1 帷幕灌漿參數(shù)采集信息

根據(jù)表1數(shù)據(jù)可知，對(duì)帷幕灌漿信息參數(shù)進(jìn)行計(jì)算其結(jié)果與檢測(cè)結(jié)果基本一致，由此證實(shí)該算法精準(zhǔn)度較高且所需運(yùn)行時(shí)間較短。在對(duì)帷幕灌漿參數(shù)進(jìn)行計(jì)算過程中，由于工程所在地形實(shí)際參數(shù)與地質(zhì)模型數(shù)據(jù)會(huì)存在一定誤差[6]。為了縮小計(jì)算誤差，可在拼合模型后利用BIM技術(shù)對(duì)地理模型圖像信息進(jìn)行展示，使其更趨近于真實(shí)情況，從而完成水利建筑灌漿工程與當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)的拼合準(zhǔn)確度，保障工程建筑質(zhì)量。結(jié)合上述算法對(duì)基于BIM的帷幕灌漿工程施工流程進(jìn)行分析。

2 基于BIM的帷幕灌漿施工過程設(shè)計(jì)

為保障灌注的漿液能有效填補(bǔ)到建筑滲漏縫隙中，且漿液的硬化程度能夠達(dá)到水利建筑工程施工強(qiáng)度要求，需要通過單排孔灌漿方法提升漿液壓力，從而提高巖層縫隙和漿液間的吸引力，保障漿液有效灌注并穩(wěn)定附著于建筑結(jié)構(gòu)中，促進(jìn)得漿液擴(kuò)散的過程中發(fā)生擠密效應(yīng)，以修補(bǔ)建筑裂痕，解決滲透問題。為保證施工過程安全規(guī)范，結(jié)合BIM技術(shù)的可視化優(yōu)點(diǎn)對(duì)灌漿施工技術(shù)流程進(jìn)行規(guī)劃，以期達(dá)到對(duì)施工情況進(jìn)行精準(zhǔn)展示和有效的處理的設(shè)計(jì)目標(biāo)?；贐IM的灌漿施工展示模塊設(shè)計(jì)見圖1。

圖1 基于BIM的灌漿施工展示流程

如圖1所示，通過BIM數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)灌漿工程信息進(jìn)行采集處理后，將工程數(shù)據(jù)傳輸至在Revit管理模塊，以便直接、快速準(zhǔn)確的對(duì)工程進(jìn)展情況進(jìn)行查詢和展示。在利用BIM技術(shù)對(duì)水利工程灌漿施工流程進(jìn)行展示和優(yōu)化的過程中，可通過BIM可視系統(tǒng)中的場(chǎng)景切換功能實(shí)現(xiàn)對(duì)地質(zhì)地貌信息的展示。為了更好的對(duì)工程施工情況進(jìn)行掌握和分析，需要對(duì)可視化灌漿展示系統(tǒng)展示功能進(jìn)行分析，灌漿展示系統(tǒng)功能展示模塊見圖2。

圖2 基于BIM的灌漿展示系統(tǒng)功能模塊

結(jié)合BIM灌漿系統(tǒng)灌漿施工展示系統(tǒng)對(duì)帷幕灌漿的工序進(jìn)行分析，在帷幕灌漿施工過程中要遵從縮小灌漿孔距，提高灌漿效果的原則。通過單排孔施工方式灌注漿液，以便漿液在灌漿區(qū)域形成阻水幕墻，從而提升建筑的承載量和抗形變能力，達(dá)到增加漿液擴(kuò)散空間的設(shè)計(jì)要求，保障灌漿質(zhì)量，完成復(fù)雜灌漿工程的施工項(xiàng)目。為了提高灌漿效果，要對(duì)單排序孔灌漿施工情況進(jìn)行研究，以便相關(guān)工作人員更加直觀的對(duì)施工過程中灌注鉆孔加密處理過程進(jìn)行觀察，以實(shí)現(xiàn)對(duì)灌漿施工情況和效果進(jìn)行直觀展示的要求。單排孔施工順序展示圖見圖3。

圖3 單排孔施工順序展示圖

結(jié)合BIM灌漿展示系統(tǒng)可更好的對(duì)灌漿工程施工過程進(jìn)行實(shí)時(shí)展示，保障灌漿施工過程安全性和準(zhǔn)確性。結(jié)合BIM可視化工程展示系統(tǒng)對(duì)帷幕灌漿施工技術(shù)進(jìn)行完善處理，以期提高工程施工效率。

3 基于BIM的帷幕灌漿施工要點(diǎn)

在帷幕灌漿技術(shù)中，鉆孔質(zhì)量直接影響施工質(zhì)量。因此在工程開始之前需要結(jié)合BIM技術(shù)對(duì)鉆孔位置進(jìn)行精確的分析和定位。定位完成后，利用灌漿鉆孔設(shè)備進(jìn)行鉆孔位置校正和固定工作，以防在施工過程中由于震動(dòng)過大造成的鉆孔方向偏移等問題。在鉆孔打好后，利用壓力水流對(duì)鉆孔進(jìn)行反復(fù)清理,直至排除水流清澈，防止孔洞堵塞等問題發(fā)生。

在灌漿施工過程中，對(duì)漿料的配比和對(duì)灌漿壓力的控制十分重要，需要結(jié)合前文灌漿施工參數(shù)算法對(duì)漿料配比濃度進(jìn)行精準(zhǔn)計(jì)算后依據(jù)先稀后濃的原則開始進(jìn)行注漿。結(jié)合BIM施工展示系統(tǒng)對(duì)漿料灌注過程中的壓力變化數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)判斷和展示，保障在灌漿異常情況下迅速采取解決措施。在灌漿過程中，一旦發(fā)生串漿情況，需要立刻停止灌漿并堵塞灌漿孔。另外在灌漿施工工作結(jié)束后，需要利用BIM可視化技術(shù)對(duì)施工質(zhì)量進(jìn)行檢查，從而保障工程的安全性和穩(wěn)定性?；贐IM的灌漿施工質(zhì)量檢測(cè)過程見圖4。

圖4 基于BIM的灌漿施工技術(shù)

如圖4所示，利用孔口封閉循環(huán)原理對(duì)帷幕灌漿覆蓋層進(jìn)行設(shè)計(jì)，進(jìn)行循環(huán)分段式灌漿。在帷幕灌漿工程技術(shù)的最后階段，需要利用壓力灌漿法進(jìn)行灌漿封孔處理。以保障建筑的穩(wěn)固，避免再次出現(xiàn)滲漏、裂痕等問題。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果檢測(cè)

為了對(duì)基于BIM技術(shù)的水利工程施工帷幕灌漿施工技術(shù)的有效性進(jìn)行檢測(cè)，設(shè)計(jì)了仿真實(shí)驗(yàn)。由于在帷幕灌漿施工過程中，建筑結(jié)構(gòu)地表、地中和地下承載壓力不同，會(huì)造成的灌漿效果各有不同。因此在地質(zhì)較為復(fù)雜的建筑中進(jìn)行灌漿檢測(cè)實(shí)驗(yàn)，分別對(duì)傳統(tǒng)方法與結(jié)合BIM可視化技術(shù)的灌漿方法進(jìn)行對(duì)比檢測(cè)，并記錄兩種方法的地表灌漿情況、地中灌漿情況。記錄結(jié)果見圖5、圖6。

圖5 傳統(tǒng)方法灌漿吸入量檢測(cè)結(jié)果

圖6 基于BIM技術(shù)的灌漿吸入量檢測(cè)結(jié)果

通過對(duì)圖5、圖6的對(duì)比檢測(cè)可知，利用BIM可視化技術(shù)進(jìn)行的帷幕灌漿施工技術(shù)，可有效提高建筑地表、地中和地下灌漿效果，使三者灌漿吸入情況基本相同，保障建筑的穩(wěn)定性。由此證實(shí)，結(jié)合BIM可視化技術(shù)的帷幕灌漿技術(shù)可更好的對(duì)建筑裂縫進(jìn)行填補(bǔ)和修復(fù)。為了進(jìn)一步對(duì)基于BIM的帷幕灌漿技術(shù)的防滲性效果進(jìn)行檢測(cè)，設(shè)計(jì)了與傳統(tǒng)方法的對(duì)比實(shí)驗(yàn)檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果見圖7。

圖7 灌漿效果對(duì)比檢測(cè)

根據(jù)圖7的檢測(cè)結(jié)果可以看出，傳統(tǒng)灌漿技術(shù)防滲性效果相對(duì)較差且檢測(cè)過程耗時(shí)過多，而基于BIM技術(shù)的水利工程施工帷幕灌漿施工技術(shù)可更好的解決水利工程建筑中常見的滲漏問題，其防滲性達(dá)到90%左右。由此證實(shí)基于BIM技術(shù)的水利工程施工帷幕灌漿施工技術(shù)可更好的保障水利工程建設(shè)安全性和穩(wěn)定性，有利于推動(dòng)水利工程建筑行業(yè)的健康、長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。

5 結(jié)語

為解決當(dāng)前水利工程建筑滲漏問題，結(jié)合BIM技術(shù)可視化優(yōu)勢(shì)對(duì)帷幕灌漿技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，以期達(dá)到提高工程質(zhì)量、減輕工程內(nèi)部侵蝕情況的設(shè)計(jì)要求。對(duì)基于BIM的帷幕灌漿技術(shù)進(jìn)行試驗(yàn)檢測(cè)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)結(jié)合BIM可視化技術(shù)進(jìn)行灌漿，可更好的保障漿液吸入，提高灌漿質(zhì)量，有效解決傳統(tǒng)水利工程建筑中常見的滲漏等問題，推動(dòng)現(xiàn)代化水利工程建設(shè)事業(yè)的健康發(fā)展，為水利工程灌漿技術(shù)提供重要的參考依據(jù)。