獨立基礎(chǔ)形式的建筑結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)底板施工優(yōu)化

沈益國 黃鑫 劉媛媛 唐詩豪 李兵

【摘要】作為建筑結(jié)構(gòu)常用的基礎(chǔ)形式之一，獨立基礎(chǔ)形式是相對于樁基礎(chǔ)和筏板基礎(chǔ)，投入成本較低的一種方式。但是由于獨立基礎(chǔ)形式的分散布置，且為到達(dá)持力層，結(jié)構(gòu)標(biāo)高一般低于建筑標(biāo)高，需要分區(qū)域回填，對現(xiàn)場施工組織困難也較多。為此我們在施工前期通過BIM建模、工序模擬等方式，提前考慮工序流程，在施工工序和施工成本上提前策劃，分析現(xiàn)場的限制，找出潛在的問題，對常規(guī)的技術(shù)方案進(jìn)行針對性的優(yōu)化，有效的減小過程中的施工難度，節(jié)約工期節(jié)約成本，達(dá)到技術(shù)創(chuàng)效的目的。

【關(guān)鍵詞】獨立基礎(chǔ);BIM建模;施工優(yōu)化;技術(shù)創(chuàng)效

目前常規(guī)的獨立基礎(chǔ)形式的建筑底板施工工序，一般是先開挖至獨立頂，再獨立開挖獨立基礎(chǔ)，采用磚胎模方式進(jìn)行施工，但對于建筑板標(biāo)高高于獨基頂較多的情況下，如此施工工序回填次數(shù)多，施工工序多。成都天府生物產(chǎn)業(yè)孵化園二期項目在實施基礎(chǔ)階段，前期通過建模分析，后期通過兩個地塊分別實施對比，實現(xiàn)工序優(yōu)化及驗證，達(dá)到技術(shù)創(chuàng)效。

1、工程概況

成都天府生物產(chǎn)業(yè)孵化園二期項目H、K地塊，是位于成都天府國際生物城規(guī)劃區(qū)內(nèi)，總建筑面積約15.1萬平方米，H地塊共有5棟建筑，K地塊共有6棟建筑，地下室兩層，局部一層，地上最低2層，最高11層。是集研發(fā)、辦公、商業(yè)、食堂和共享服務(wù)單元等設(shè)施為一體的大型現(xiàn)代化研發(fā)辦公基地。

2、基礎(chǔ)階段重難點簡介

本項目低矮樓層及單層地下室區(qū)域基礎(chǔ)形式為獨立基礎(chǔ)，該區(qū)域基礎(chǔ)無結(jié)構(gòu)防水板，僅在獨立基礎(chǔ)底部設(shè)置單層卷材防水，在獨立基礎(chǔ)及防水施工完后直接回填房心土至建筑標(biāo)高，實施建筑板及其他做法。

因本地區(qū)地表土質(zhì)以素土和黏土為主，獨立基礎(chǔ)持力層松散卵石層距離建筑標(biāo)高底面約2-3m，但獨立基礎(chǔ)設(shè)計高度僅1m左右，在開挖至松散卵石層前，需放坡開挖，大多數(shù)均有超挖，需采用C15素混凝土回填至獨立基礎(chǔ)底標(biāo)高后再實施獨立基礎(chǔ)。獨立基礎(chǔ)之間中心間距約8m，獨基尺寸一般為4-5m寬，如采用放坡開挖，對于開挖深度較深的情況會占用大部分場地，導(dǎo)致作業(yè)困難。同時如采用常規(guī)方案單個獨立基礎(chǔ)開挖基坑，再用磚胎模施工獨立基礎(chǔ)，需多次回填施工影響工效。

為此我們事先建立模型，利用BIM模型輔助理解現(xiàn)場施工工況，BIM施工模型的創(chuàng)建將施工方案的全過程映射成虛擬環(huán)境，通過對此虛擬環(huán)境的操作來實現(xiàn)對施工全過程的觀察、跟蹤、控制和引導(dǎo)，最終達(dá)到論證、優(yōu)化、調(diào)整、優(yōu)選施工方案的目的[1]。

3、施工工藝對比分析

3.1方案一工序介紹

此方案為常規(guī)施工方式，根據(jù)原設(shè)計土方場坪圖，土方第一次開挖至設(shè)計結(jié)構(gòu)（獨立基礎(chǔ)）頂標(biāo)高，再根據(jù)獨基尺寸和換填要求，進(jìn)行獨基范圍的基坑開挖，按此方式施工工序為：1獨基范圍基坑開挖-2獨基底部換填C15混凝土-3獨基四周磚胎模施工-4磚胎模外側(cè)灰土回填-5磚胎模外側(cè)回填后墊層施工-6防水施工（如圖紅色線標(biāo)識）-7防水保護(hù)層施工-8獨基結(jié)構(gòu)施工（底層磚胎模，其他采用普通木模板）-9獨基周邊及頂部灰土回填至建筑板底-10墊層施工-11底板施工。

3.2方案二優(yōu)化后工序介紹

此方案針對本項目獨基密集，深度較深的情況改進(jìn)。對獨基開挖方式及順序進(jìn)行優(yōu)化，場坪時一次性開挖至獨立基礎(chǔ)底標(biāo)高，再根據(jù)獨基尺寸和換填要求，進(jìn)行獨基范圍基坑開挖，按此方式施工工序為：1獨基范圍換填基坑開挖-2獨基底部混凝土換填-3獨基范圍以外區(qū)域墊層施工-4防水卷材施工-5防水保護(hù)層施工-6獨基結(jié)構(gòu)施工（僅采用普通木模板）-7獨基周邊灰土回填至建筑板底-8墊層施工-9底板施工。

3.3技術(shù)比對分析

（1）將土方開挖線控制在獨基底，這一措施可以減小換填時過深的大開挖帶來的加大放坡比例及用于安全防護(hù)措施的費(fèi)用，同時減小了安全風(fēng)險與隱患。如按方案一需二次開挖獨立基礎(chǔ)的基坑，且開挖放坡后相鄰獨基基坑之間幾乎無作業(yè)通道，無法進(jìn)行大型機(jī)械作業(yè)和材料運(yùn)輸，只能人工及小型設(shè)備作業(yè)，影響工效。

（2）場平標(biāo)高降低至基礎(chǔ)底面，可使得柔性防水卷材大面積鋪開，減小了在獨立基礎(chǔ)側(cè)面和陰陽角附加層處的使用與消耗量。大量節(jié)約卷材施工時間和費(fèi)用。

（3）方案一采用了大量的磚胎模，但由于為多階獨基，基礎(chǔ)中上階的側(cè)邊需要采用木模支設(shè)且難度較大，由于獨立基礎(chǔ)尺寸的多樣性會導(dǎo)致模板和鋼管的折損率較大，而且澆筑混凝土?xí)r為保證質(zhì)量和外觀需要分階分層緩慢澆筑，施工工序復(fù)雜繁瑣。方案二減少了磚胎模用量。

（4）方案一相對于方案二至少多兩道工序，再加上從材料和機(jī)械進(jìn)場的方便程度考慮，方案二至少可節(jié)約工期10～12天。

3.4經(jīng)濟(jì)對比分析

兩個方案相比較，方案二施工一次性多開挖一米深左右，增加了土方開挖以及土方回填的相應(yīng)成本，比單獨放坡開挖大概增加土方開挖量3000m3，增加3：7灰土回填量3000方，增加墊層量約5050㎡。但是方案二節(jié)約了單獨開挖獨基時二次開挖土方的工程量，并且施工工效節(jié)省較多。同時方案二可節(jié)約獨基側(cè)面防水及防水保護(hù)層約2880㎡，節(jié)約磚胎模690m3。

具體費(fèi)用分析詳下表：

優(yōu)化后的方案二初步估算減少費(fèi)用約23.51萬元。

4、實施效果

本項目包含H、K兩個地塊，且開工時間前后錯開約半年，其中H地塊先開工，K地塊后開工。在現(xiàn)場實施過程中，剛好可將方案一和方案二分別實施作為對比分析案例，在H地塊實施時，采用了常規(guī)的方案一實施，在K地塊實施時，按改進(jìn)后的方案二實施。

實施中發(fā)現(xiàn)，方案一不僅存在預(yù)先分析的成本高，工期長的問題，同時存在回填質(zhì)量問題，因在磚胎模背后回填土方時，磚胎模內(nèi)側(cè)無結(jié)構(gòu)實體，壓實土方過程很容易造成磚胎模傾覆。但方案二將獨基結(jié)構(gòu)實施完成后再統(tǒng)一安排回填，故可正常壓實，實施效果和質(zhì)量效果較好，與此同時，改進(jìn)后的方案二，將初次土方開挖標(biāo)高定在梁底及最淺獨基底標(biāo)高位置，如此也節(jié)約了土方開挖回填量，同時具備施工作業(yè)方便，工序少，防水用量節(jié)約，成本低，效率高的特點。總體來說，本項目獨立基礎(chǔ)形式的建筑結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)底板施工優(yōu)化方案較為成功。

結(jié)語：

本次工程，通過對獨立基礎(chǔ)施工工序的分析，前期利用BIM技術(shù)進(jìn)行現(xiàn)場擬建物模型建立，將這些資料進(jìn)行綜合性的分析和處理。該模型能夠?qū)崿F(xiàn)傳統(tǒng)的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，并且能在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)數(shù)據(jù)的可視化設(shè)計[2]。通過技術(shù)信息建立的3D基礎(chǔ)模型可以非常直觀、便利地協(xié)助施工管理者分析現(xiàn)場的限制。后期再通過兩個地塊的實際操作進(jìn)行驗證，最終明確了基礎(chǔ)底板施工優(yōu)化方案的成功。此類針對獨立基礎(chǔ)形式的建筑基礎(chǔ)施工工序優(yōu)化，可應(yīng)用范圍廣，具體還可根據(jù)實際項目做細(xì)部調(diào)整。同時這種利用BIM模型輔助優(yōu)化方案的方式也是現(xiàn)階段施工建筑行業(yè)所嘗試的方向。

參考文獻(xiàn)：

[1]張希黔.建筑施工科技創(chuàng)新及應(yīng)用[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2019.

[2]邵光華.BIM 技術(shù)在建筑設(shè)計中的應(yīng)用研究[D].青島理工大學(xué)，2014.