基于BIM的砂層地質深基坑組合胎模砌筑施工技術

王 剛 王 成 魏 星 孟 錦 張 波 陳 杰 李海榮

中建三局集團有限公司 陜西 西安 710065

高層及超高層建筑通常存在深大基坑，傳統基坑胎模砌筑通常采用磚胎模，砌筑過程工期、質量和安全受砌筑高度及地質情況影響，工程量較大，施工勞動力投入多，砌筑材料損耗量大，砌筑質量難以保障，且砌筑高度過高時存在一定的安全隱患。本文提出采用BIM技術輔助砂層地質深基坑組合胎模砌筑的施工技術，應用BIM技術精準建模，砌筑材料由工廠加工預排版、精準下料，砌筑過程中利用3種不同材料進行組合胎模砌筑，通過工人施工可視化交底，能明顯降低工期、減少勞動力投入及材料損耗，有效提高施工質量，降低安全風險，綜合效益顯著[1-3]。

1 工程概況

本文從案例分析的角度，對組合胎模在工程施工中的應用開展分析。某建筑工程總建筑面積約8.6萬 m2，總高度168.65 m，地上42層、地下2層，結構形式為框架-核心筒結構，是一座超高層綜合寫字樓建筑。基礎二次開挖面積約1 500 m2，局部開挖最深高度8 m，面積約600 m2，開挖標高變化差異較大，且開挖范圍內均為砂層地質。

2 施工技術重難點

2.1 結構情況復雜

基礎為樁筏基礎，其中核心筒基坑最深達到8.15 m，面積約600 m2，結構情況復雜，底板厚度變化差異較大，深大承臺數量較多（圖1）。基坑開挖土層為④中砂，地質條件較差。

圖1 基坑結構情況復雜

2.2 傳統磚胎模易倒塌

傳統磚胎模砌筑，一次砌筑高度為1.8 m，耗費工期長，且磚胎模以小紅磚砌筑，整體性差。砌筑高度過大，砂層土側壓力大，砌筑時易倒塌，存在較大的安全隱患。

圖2 傳統磚胎模砌筑易倒塌

2.3 基坑支護適用性差

若在砂層區域采用噴錨＋花管支護，基坑邊坡坡度不易控制，需要二次找坡，案例工程外框柱承臺距離核心筒較近，花管施工影響外框柱承臺磚胎模砌筑，且混凝土噴錨由于砂層開挖不確定性，實際所需混凝土量遠大于計算所需的混凝土量，預拌混凝土浪費量較大。

采用擋土墻施工工藝，工序復雜，施工進度慢，且砂層地質擋土墻無法生根，工程造價高，經濟性差。

2.4 勞動力投入多、資源浪費較大

傳統磚胎模施工方法利用小磚進行砌筑，材料使用量較多，需要大量勞動力，且施工過程中產生的固體垃圾廢料較多，砌筑過程中存在沉降時間等待，施工周期較長。

3 組合胎模砌筑施工技術

3.1 總體思路

結合以往深大承臺豎向GRC胎模砌筑施工案例，創新性地提出組合胎模施工工藝，并以BIM技術輔助施工，整體建模，組合胎模預排版，工廠預制加工，現場可視化交底，施工高效、快捷。

3.2 組合胎模材料特性

通過對預制樓板、GRC胎模及磚胎模進行合理搭配使用，充分利用各種材料的特性以實現砂層地質深基坑砌筑工作（表1），確保施工的安全、高效、經濟。

表1 材料特性

預制樓板：質量大，整體性良好，相對于紅磚，有較好的抗土體滑移性能；價格低廉，市場貨源充足。

GRC板材：整體性良好，易切割，適用于狹小且不規則區域胎模砌筑。

多孔磚：樁頭處板材較難施工，多孔磚具有靈活的特點。

3.3 施工方法

3.3.1 結構BIM模型建立

根據設計圖紙及土方開挖控制范圍，精準建立BIM模型（圖3），精度須達到LOD400及以上。對預制樓板、GRC板及紅磚施工區域建立準確模型，提取工程量。

圖3 組合胎模BIM模型

3.3.2 工廠預加工

根據BIM模型，準確提取每種材料的用量及尺寸，由工廠預加工，對板材進行編號，以達到現場快速施工的要求。

3.3.3 組合胎模砌筑

大面砌筑采用預制樓板沿基坑邊線橫向砌筑，砌筑過程中進行土方分層回填夯實。待砌筑至2 m高度，土方須回填完畢，沿縱向砌筑一排GRC條板，GRC條板深入土層40 cm，設置完成后再進行下一層2 m高預制樓板砌筑工作，并分層回填夯實到位（圖4、圖5）。

圖4 預制樓板砌筑可視交底

圖5 預制樓板大面施工

轉角處及樁間位置利用GRC條板進行砌筑。轉角處利用BIM模型提前統計非標GRC條板尺寸，精準下料（圖6）；樁間局部位置利用GRC條板易切割的特點對GRC條板進行現場切割，準確下料（圖7）。

圖6 GRC板砌筑可視交底

圖7 轉角處GRC條板砌筑

樁頭處胎模形狀為弧形，利用標磚靈活組合的特點，采用標磚砌筑，預制樓板砌筑樁頭處預留20 cm采用標磚砌筑（圖8～圖10）。

圖8 紅磚砌筑可視交底

圖9 樁頭處紅磚砌筑

圖10 組合胎模砌筑完成效果

4 質量控制要點

1）BIM建模需準確，達到LOD400以上精度，工廠預制時按照模型精準加工。

2）預制樓板、GRC條板、紅磚強度等級必須符合設計要求，禁止存在缺棱掉角現象。

3）根據BIM深化設計圖紙開挖，土方開挖至距離基底以上300 mm位置，以下采用人工清土施工。土方開挖結構外放210 mm，主樓外框土方開挖結構外放320 mm，主樓核心筒土方開挖結構外放600 mm，在基坑開挖時要嚴格控制基坑最后一步開挖的標高。由現場專職測量員用水平儀將水準標高引測至坑底，形成標高控制網，以準確開挖至預定標高。

4）砌筑灰縫厚度宜為8～12 mm，且應飽滿、平直、通順，立縫砂漿應填實。

5）條板砌筑方法應正確，條板上下應錯縫搭接。

5 組合胎模與傳統胎模的比較分析

對比胎模砌筑成本，組合胎模砌筑經濟性明顯優于傳統胎模，且傳統磚胎模砌筑過高時需增加支撐，組合胎模后期無需增設支撐。

傳統磚胎模砌筑費時費力，每砌筑至一定高度時的技術間歇時間較長，工序較多；組合胎模砌筑采用預制樓板及GRC條板，條板砌筑效率約為傳統磚胎模效率的10倍，采用組合胎模從施工方法源頭上解決工效問題。采用BIM技術輔助組合胎模砌筑，根據精確的BIM模型，工廠預加工，現場快速砌筑，解決現場板材加工難的問題，固體垃圾廢料率有效減少，符合建筑業發展趨勢。大塊板材砌筑施工時工藝簡便，從而加快施工進度，提高施工質量，胎模垂直度及平整度較易管控。板材整體砌筑，整體性較好，相比傳統胎模標磚砌筑，坍塌風險明顯降低。采用以上施工方法，極大提高了施工安全性，結合BIM可視建造，施工交底通俗易懂，應用效果得到了監理方與建設方的一致認可。

6 結語

采用GRC組合胎模施工工藝，成功解決砂層地質深大基坑磚胎模砌筑問題，在案例項目實踐使用后，獲得了監理方與建設方的一致認可。采用組合胎模能夠有效減少砂層地質深大基坑砌筑安全風險，降低施工成本。該項施工技術安全、成熟、高效，能夠大幅縮短施工工期，適用于砂層地質深大基坑胎模砌筑工作。