預(yù)制混凝土樁的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及BIM施工應(yīng)用

張虎偉

(遼寧建筑職業(yè)學(xué)院，遼寧 遼陽(yáng) 111000)

1 預(yù)制樁樁基礎(chǔ)的特點(diǎn)

樁基礎(chǔ)是一種現(xiàn)代建筑物中廣泛采用的基礎(chǔ)形式，因?yàn)樵摲N基礎(chǔ)承載力強(qiáng)，不均勻沉降小，特別適合自重大的高層建筑，大跨度廠房以及各種特殊地基土的工況處理上。預(yù)制樁基礎(chǔ)不同于灌注樁，其屬于預(yù)制裝配式建筑的重要組成部位，其施工工藝屬于干作業(yè)范疇，在預(yù)制構(gòu)件廠進(jìn)行鋼筋的綁扎和混凝土的澆筑，然后由運(yùn)輸設(shè)備運(yùn)送到施工現(xiàn)場(chǎng)，采用錘擊法、震動(dòng)法、水沖法、靜壓法等多種施工方法進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)打樁，預(yù)制樁綠色、環(huán)保、節(jié)能的施工工藝符合我國(guó)當(dāng)前建筑業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的要求，因此在對(duì)環(huán)境要求較高的城市建筑中應(yīng)用越來越廣泛。

2 工程概況

本工程為遼寧省遼陽(yáng)市市郊一座工業(yè)廠房，廠區(qū)周邊開闊，無重要建筑物。通過天海巖土工程公司提供的地質(zhì)勘察報(bào)告確定了該工程的持力層為暗綠色草黃粉質(zhì)粘土，該土層含水量低，孔隙比小，液性指數(shù)為0.31，處于可塑狀態(tài)，土體抗剪指標(biāo)高，壓縮模量大，比貫入阻力大，說明該土層強(qiáng)度高，硬度大。同時(shí)報(bào)告中指出該層土體的厚度達(dá)到了4 m，可以使樁的樁端深入其中。但是因?yàn)閳?chǎng)地的土層以粉質(zhì)黏土為主，同時(shí)地下水位線高，因此如果采用鉆孔灌注樁，則在施工過程中容易出現(xiàn)塌孔的風(fēng)險(xiǎn)，因此本工程采用鋼筋混凝土預(yù)制方樁，混凝土采用標(biāo)號(hào)為C40，初擬樁身截面尺寸為700mm×700mm，樁長(zhǎng)為21.0m，樁端進(jìn)入持力層暗綠色草黃粉質(zhì)粘土3m。

3 樁身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的核心問題就滿足其對(duì)地基承載力和建筑整體變形的2個(gè)核心條件，根據(jù)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》計(jì)算得到該預(yù)制樁的承臺(tái)尺寸為4m×6m，為6樁承臺(tái)，即每個(gè)承臺(tái)下設(shè)計(jì)6根樁，樁距為2.8m。

每根樁的最大單樁承載力N=1505kN。對(duì)于樁基礎(chǔ)來說，鋼筋工程是整個(gè)設(shè)計(jì)的核心，因此利用已有的參數(shù)和計(jì)算結(jié)果對(duì)預(yù)制混凝土方樁的鋼筋進(jìn)行設(shè)計(jì)。初擬設(shè)計(jì)的混凝土標(biāo)號(hào)采用C40，鋼筋牌號(hào)采用HRB335熱軋預(yù)制樁身配筋圖如圖1所示。

圖1 樁身結(jié)構(gòu)及配筋圖(單位：mm)

4 預(yù)制樁BIM施工應(yīng)用

BIM技術(shù)的全稱是Building information modelling，即建筑信息模型。BIM技術(shù)是伴隨著信息化技術(shù)改革在建筑業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)過程中應(yīng)運(yùn)而生的一個(gè)全新理念，是一系列相關(guān)軟件的集合體，應(yīng)用于建筑全專業(yè)從策劃到設(shè)計(jì)、到施工、到管理再到后期運(yùn)維階段的生命周期中。BIM技術(shù)最基本的、最為接受的就是它的三維可視化特點(diǎn)，通過BIM建模軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)構(gòu)件的正向設(shè)計(jì)，直接搭建出建筑物三維立體的模型，并且與其對(duì)應(yīng)的平面圖、立面圖、剖面圖聯(lián)動(dòng)反應(yīng)，不再需要看圖的甲方技術(shù)人員或乙方的施工技術(shù)員通過平面線條進(jìn)行三維空間想象，而是直接立體感性地接受建筑設(shè)計(jì)成果，方便了設(shè)計(jì)單位與下游施工單位的交底工作。同時(shí)，BIM技術(shù)也不僅僅是一個(gè)畫三維圖形的專業(yè)工具，而是將建筑物所有構(gòu)件的非幾何類的信息也融入于模型中，比如混凝土的類型標(biāo)號(hào)，鋼筋的等級(jí)直徑，砂漿的類型標(biāo)號(hào)，砌體的種類及強(qiáng)度以及這些建筑材料的供貨方式，是甲供材還是施工采購(gòu)總承包都會(huì)包含在三維模型中，是一個(gè)信息化的集合體。BIM技術(shù)應(yīng)用于建筑、結(jié)構(gòu)、機(jī)電設(shè)備、裝修全專業(yè)，可以利用相關(guān)的BIM軟件如Navisworks、魯班、品茗等進(jìn)行各個(gè)專業(yè)間的碰撞檢查，通過內(nèi)置專業(yè)的規(guī)范，檢查出不合理的標(biāo)高設(shè)計(jì)位置，節(jié)省了大量的專業(yè)會(huì)審的時(shí)間，協(xié)調(diào)了各專業(yè)間的設(shè)計(jì)。BIM技術(shù)的逐漸成熟和廣泛應(yīng)用助力了預(yù)制裝配式建筑的推廣和普及，預(yù)制裝配式建筑就是一個(gè)信息化的全生命周期建筑過程，其在設(shè)計(jì)院進(jìn)行設(shè)計(jì)，在構(gòu)件加工廠進(jìn)行深化設(shè)計(jì)并生產(chǎn)加工，運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行機(jī)械設(shè)備吊裝。在整個(gè)裝配式工程中都需要精確的模型幾何數(shù)據(jù)和建筑信息的傳遞，這就需要BIM作為這個(gè)載體來傳遞從構(gòu)件的設(shè)計(jì)到生產(chǎn)、到施工的全部信息，保障預(yù)制構(gòu)件的高質(zhì)量施工和管理。預(yù)制樁基礎(chǔ)是預(yù)制裝配式建筑的重要組成部分，而預(yù)制工程中鋼筋工程作為一個(gè)分項(xiàng)工程，是生產(chǎn)和施工質(zhì)量管理中的重點(diǎn)內(nèi)容，特別地作為隱蔽工程，覆蓋后難以檢查，因此在生產(chǎn)和施工前應(yīng)編制專項(xiàng)施工方案對(duì)生產(chǎn)施工人員進(jìn)行技術(shù)交底來保證施工的質(zhì)量，避免后期的工期和費(fèi)用索賠。本次利用BIM軟件的專業(yè)結(jié)構(gòu)工程建模軟件Revit structure，根據(jù)混凝土預(yù)制方樁的配筋結(jié)果搭建鋼筋綁扎的三維模型，通過動(dòng)態(tài)三維的BIM模型降低了技術(shù)交底的難度，保障了施工的質(zhì)量。該樁的鋼筋綁扎三維模型如圖2所示。

圖2 Revit 預(yù)制方樁鋼筋綁扎三維圖

在用Revit軟件建立好預(yù)制樁的三維模型后，將其導(dǎo)入到廣聯(lián)達(dá)BIM5D模型中，并將模型與斑馬夢(mèng)龍的施工進(jìn)度圖，廣聯(lián)達(dá)預(yù)算GBQ文件進(jìn)行關(guān)聯(lián)可以在BIM平臺(tái)上對(duì)整個(gè)樁基礎(chǔ)施工過程進(jìn)行形象進(jìn)度、時(shí)間、成本控制的5D管理。再將模型文件導(dǎo)入到Fuzor軟件中進(jìn)行三維動(dòng)態(tài)漫游和VR虛擬應(yīng)用，可提前進(jìn)行工程各階段的驗(yàn)收，減少了不必要的工程變更和索賠。

5 結(jié)語(yǔ)

BIM技術(shù)的應(yīng)用連接了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)與施工，方便了設(shè)計(jì)人員與施工人員之間的溝通交通，強(qiáng)化了技術(shù)交底以及后期施工管理的效果，是今后預(yù)制構(gòu)件設(shè)計(jì)施工發(fā)展的方向。