BIM技術(shù)在預(yù)制裝配式涵洞施工中的應(yīng)用

佘志勇，宋嘉偉，馮樂樂

1.深圳惠鹽高速公路有限公司，廣東 深圳 518081

2.中交一航局第一工程有限公司，天津 300456

傳統(tǒng)的現(xiàn)澆式涵洞存在點多、面廣、大體量、高投入且質(zhì)量不易控制的特點，對工程建設(shè)和現(xiàn)場管理提出了較高要求。20世紀80年代，法國對裝配式地下通道進行了研究，將結(jié)構(gòu)劃分為多塊管節(jié)，通過接頭連接，將其應(yīng)用于地下通道等實際工程中，取得了很好的效果[1]。我國近年來也提倡在工程中推廣裝配式施工法，2011年在安徽省徐明高速項目首次采用裝配式涵洞施工。裝配式涵洞相比傳統(tǒng)的涵洞，在生產(chǎn)、建設(shè)、運營等方面更具優(yōu)越性，符合國家大力倡導(dǎo)和發(fā)展綠色公路、品質(zhì)工程的總體要求。

1 工程概況

云茂高速TJ12合同段起訖樁號K98+520～K111+620，路線總長13.1km。該項目共有裝配式涵洞17道，其中裝配式涵洞分為管涵和箱涵兩種型式。

涵洞由預(yù)制頂板、兩個預(yù)制側(cè)墻和現(xiàn)澆底板組成。頂板與側(cè)墻連接處采用鉸接接頭，底板與側(cè)墻連接處采用整個底板現(xiàn)澆，使構(gòu)件形成一個統(tǒng)一的整體。

2 裝配式涵洞關(guān)鍵施工技術(shù)

BIM技術(shù)應(yīng)用到裝配式涵洞模板中可以提前預(yù)判施工過程中可能存在的問題，以動畫的交底形式讓施工人員更直觀地理解施工技術(shù)，保證施工效率和施工質(zhì)量。

2.1 裝配式涵洞標準化的構(gòu)件預(yù)制場

預(yù)制場按照流水化施工進行場地布設(shè)，占地3800m2，分為鋼筋配送中心、半成品存放區(qū)、鋼筋綁扎區(qū)、預(yù)制區(qū)、養(yǎng)生存放區(qū)、試拼區(qū)共6個區(qū)域。廠內(nèi)配置50t、10t龍門吊各1臺，管型、箱型模板共19套，可滿足生產(chǎn)需求。

2.2 裝配式涵洞的構(gòu)件預(yù)制工藝

在裝配式涵洞模板設(shè)計過程中，利用BIM技術(shù)可驗算模板強度、剛度及穩(wěn)定性，并且可模擬模板拼裝的合理性。在設(shè)計圖紙會審中，可采用BIM技術(shù)模擬鋼筋綁扎，提前得知鋼筋沖突等設(shè)計錯誤，從而更好地優(yōu)化施工圖紙，保證施工進度。

裝配式涵洞采用專用的綁扎胎具進行整體綁扎，能提高工藝效率和加工精度。6人作業(yè)小組可以3h完成一節(jié)段6×4箱涵的鋼筋綁扎。

模板采用鉸接式整體鋼模（面板厚度6mm），標準節(jié)、洞口不同節(jié)段可采用同一套塊模板靈活改裝，滿足施工需求。4人作業(yè)小組1.5h可以完成從鋼筋吊裝入模到模板加固，提高了模板的安拆工效。BIM模板效果圖如圖1所示。

圖1 BIM模板效果圖（管型側(cè)墻）

構(gòu)件采用地埋式管道自動噴淋系統(tǒng)和噴淋養(yǎng)護臺車聯(lián)合養(yǎng)護，保證混凝土強度，養(yǎng)生完成后放置在專用存放架，并用橡膠墊隔離保護，降低構(gòu)件存放損壞率。構(gòu)件出廠前進行試拼并檢查相關(guān)檢測項目。

2.3 裝配式涵洞安裝工藝

（1）基坑開挖及地基處理。基坑開挖采用人工配合挖掘機進行?；讟烁?、軸線位置、平面尺寸經(jīng)驗收合格后，采用輕便型動力觸探方法進行地基承載力檢測，地基承載力設(shè)計容許值不小于200kPa。若地基承載力不滿足設(shè)計要求，需通過觸探檢測確定碎石換填深度。

（2）墊層施工。基底整平處理完成后，首先鋪筑40cm厚的優(yōu)質(zhì)砂礫墊層并整平壓實，再在其上澆筑10cm厚C25混凝土墊層，模板采用10#槽鋼，高度與砼墊層厚度一致，利用鋁合金刮桿進行混凝土面找平，保證構(gòu)件就位點高程準確。

（3）構(gòu)件運輸。構(gòu)件的混凝土達到設(shè)計強度的90%時方可進行運輸[2]。運輸預(yù)制塊采用鋼支架支墊，并用手拉葫蘆將預(yù)制構(gòu)件與運輸車輛綁扎牢固，避免混凝土與車廂之間發(fā)生硬接觸導(dǎo)致磕碰掉邊。

（4）側(cè)墻和頂板安裝。BIM施工技術(shù)運用到裝配式涵洞管節(jié)安裝中可以提前模擬施工現(xiàn)場，總結(jié)出安全高風(fēng)險點，提出可靠的安全措施，同時可以生動交底，讓施工人員熟悉施工工藝，提高施工質(zhì)量。安裝構(gòu)件前用2m靠尺檢查墊層的平整度，超過3mm的部分須進行人工修整。安裝前對邊緣線精確放線，構(gòu)件先粗略安放，再進行人工輔助精調(diào)，利用激光測距儀對凈空、位置進行控制，如圖2所示。

圖2 頂板安裝示意圖

管片吊裝時，選用80t汽車吊，并采用直徑D=30mm公稱抗拉強度1550MPa 6×37規(guī)格的鋼絲繩。首先緩慢起吊安放兩側(cè)側(cè)墻，直至側(cè)墻底部外邊線與彈的墨線重合，然后吊裝頂板預(yù)制件，最后安裝洞口。

（5）底板鋼筋綁扎及混凝土澆筑。裝配式涵洞所有管節(jié)吊裝就位后，進行側(cè)墻底部外伸鋼筋調(diào)直和底板鋼筋綁扎。底板混凝土強度等級為C40，混凝土澆筑采用地泵入模加人工振搗的方式振搗密實[3]。

（6）防水處理。涵洞內(nèi)側(cè)接縫采用鋼絲刷、抹布將管節(jié)拼縫內(nèi)、縫邊清除干凈，對倒角位置混凝土與砂漿接觸面進行鑿毛處理，灑水濕潤接縫，待晾干后再填塞M7.5高黏稠水泥砂漿。涵洞外側(cè)接縫清理、鑿毛、砂漿抹平方法與內(nèi)側(cè)接縫相同。水泥砂漿具有一定強度后，沿接縫先涂一層25cm寬911聚氨酯防水涂料，再用專用膠水粘貼25cm寬背貼式橡膠止水帶。為使止水帶固定牢固，可每間隔1m用高強鋼釘固定，如圖3所示。

圖3 止水帶安裝示意圖

（7）涵背回填。結(jié)構(gòu)強度達到設(shè)計強度的90%后進行涵背回填，構(gòu)件底部1m范圍區(qū)回填采用砂或石屑等一般透水性材料，1m以上墻身回填采用一般路基填料。填土應(yīng)對稱分層壓實，壓實厚度應(yīng)小于15cm，壓實度不應(yīng)小于96%。結(jié)構(gòu)側(cè)面1m內(nèi)及頂板回填厚度小于0.5m內(nèi)使用小型靜壓設(shè)備，此范圍外使用大型壓路機壓實。

3 裝配式涵洞施工質(zhì)量檢測

裝配式涵洞檢測交工指標目前無成套的國家和行業(yè)標準可以遵照執(zhí)行，云茂項目結(jié)合相關(guān)國標、行標、地標、施工圖紙和實際施工水平，經(jīng)參建各方多次討論，確定了云茂項目裝配式涵洞內(nèi)部驗收標準。

4 施工成果

公路建設(shè)的工地標準化、施工標準化以及管理標準化是項目建設(shè)優(yōu)質(zhì)高效的必然選擇[4]。裝配式涵洞在云茂高速的應(yīng)用取得了以下成果。

（1）中交一航局承建的TJ12標段為裝配式涵洞使用比例最高的施工標段，標段K101+900～K104+400段落2.5km范圍內(nèi)8道4m×4m涵洞均采用裝配式工藝，原計劃3個月完成涵洞施工，實際僅用2個多月就完成了涵洞安裝及回填，比現(xiàn)澆涵洞工期提前了8個月，為路基填筑提供了工作面，并保證了工后沉降。

（2）裝配式涵洞由于采用專用胎架進行綁扎，鋼筋間距合格率提升為100%；預(yù)制場區(qū)采用全自動噴淋系統(tǒng)進行養(yǎng)生，保證了構(gòu)件強度，混凝土外觀質(zhì)量良好；采用各種控制保護層措施，使合格率提升至97.8%；采用定型的整體式鉸接鋼模板，將結(jié)構(gòu)尺寸合格率提升至100%。

（3）結(jié)合云茂業(yè)主相關(guān)數(shù)據(jù)，根據(jù)每種涵洞的實際長度和延米單價，得出現(xiàn)澆涵洞綜合單價為2.08萬元/延米，裝配式涵洞綜合單價（不含模板、場建費用）為1.71萬元/延米，裝配式涵洞每延米節(jié)約成本約0.37萬元，但由于裝配式涵洞場地建設(shè)和模板投入共計915.77萬元，需要至少生產(chǎn)2475m裝配式涵洞才能與現(xiàn)澆涵洞投入持平。單個預(yù)制場生產(chǎn)數(shù)量超過2475m后，裝配式涵洞的經(jīng)濟性將得以體現(xiàn)，數(shù)量越多，效益越高。

（4）BIM技術(shù)在預(yù)制裝配式涵洞施工中的應(yīng)用，能提前將實物效果圖展示出來，提前對裝配式涵洞的預(yù)制和安裝中可能出現(xiàn)的風(fēng)險進行預(yù)判，降低了施工中的危險系數(shù)。同時，BIM技術(shù)提高了施工過程中的管控力，優(yōu)化了資源配置，提高了預(yù)制和施工的效率。

5 結(jié)束語

裝配式涵洞在云茂高速的成功應(yīng)用實現(xiàn)了標準化、工廠化、集成化、規(guī)模化，達到了提高工程質(zhì)量、加快工程進度、降低工程投資、提高勞動效率的目標，對我國裝配式涵洞施工技術(shù)的發(fā)展起到了很大的助推作用，對類似工程的實施也具有較高的參考意義。