預制混凝土樁的結(jié)構(gòu)設計及BIM施工應用

張虎偉

(遼寧建筑職業(yè)學院，遼寧 遼陽 111000)

1 預制樁樁基礎的特點

樁基礎是一種現(xiàn)代建筑物中廣泛采用的基礎形式，因為該種基礎承載力強，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。預制樁基礎不同于灌注樁，其屬于預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，在預制構(gòu)件廠進行鋼筋的綁扎和混凝土的澆筑，然后由運輸設備運送到施工現(xiàn)場，采用錘擊法、震動法、水沖法、靜壓法等多種施工方法進行現(xiàn)場打樁，預制樁綠色、環(huán)保、節(jié)能的施工工藝符合我國當前建筑業(yè)轉(zhuǎn)型升級的要求，因此在對環(huán)境要求較高的城市建筑中應用越來越廣泛。

2 工程概況

本工程為遼寧省遼陽市市郊一座工業(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)，土體抗剪指標高，壓縮模量大，比貫入阻力大，說明該土層強度高，硬度大。同時報告中指出該層土體的厚度達到了4 m，可以使樁的樁端深入其中。但是因為場地的土層以粉質(zhì)黏土為主，同時地下水位線高，因此如果采用鉆孔灌注樁，則在施工過程中容易出現(xiàn)塌孔的風險，因此本工程采用鋼筋混凝土預制方樁，混凝土采用標號為C40，初擬樁身截面尺寸為700mm×700mm，樁長為21.0m，樁端進入持力層暗綠色草黃粉質(zhì)粘土3m。

3 樁身結(jié)構(gòu)設計

樁基礎設計的核心問題就滿足其對地基承載力和建筑整體變形的2個核心條件，根據(jù)《建筑樁基技術規(guī)范》計算得到該預制樁的承臺尺寸為4m×6m，為6樁承臺，即每個承臺下設計6根樁，樁距為2.8m。

每根樁的最大單樁承載力N=1505kN。對于樁基礎來說，鋼筋工程是整個設計的核心，因此利用已有的參數(shù)和計算結(jié)果對預制混凝土方樁的鋼筋進行設計。初擬設計的混凝土標號采用C40，鋼筋牌號采用HRB335熱軋預制樁身配筋圖如圖1所示。

圖1 樁身結(jié)構(gòu)及配筋圖(單位：mm)

4 預制樁BIM施工應用

BIM技術的全稱是Building information modelling，即建筑信息模型。BIM技術是伴隨著信息化技術改革在建筑業(yè)轉(zhuǎn)型升級過程中應運而生的一個全新理念，是一系列相關軟件的集合體，應用于建筑全專業(yè)從策劃到設計、到施工、到管理再到后期運維階段的生命周期中。BIM技術最基本的、最為接受的就是它的三維可視化特點，通過BIM建模軟件進行結(jié)構(gòu)構(gòu)件的正向設計，直接搭建出建筑物三維立體的模型，并且與其對應的平面圖、立面圖、剖面圖聯(lián)動反應，不再需要看圖的甲方技術人員或乙方的施工技術員通過平面線條進行三維空間想象，而是直接立體感性地接受建筑設計成果，方便了設計單位與下游施工單位的交底工作。同時，BIM技術也不僅僅是一個畫三維圖形的專業(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號，鋼筋的等級直徑，砂漿的類型標號，砌體的種類及強度以及這些建筑材料的供貨方式，是甲供材還是施工采購總承包都會包含在三維模型中，是一個信息化的集合體。BIM技術應用于建筑、結(jié)構(gòu)、機電設備、裝修全專業(yè)，可以利用相關的BIM軟件如Navisworks、魯班、品茗等進行各個專業(yè)間的碰撞檢查，通過內(nèi)置專業(yè)的規(guī)范，檢查出不合理的標高設計位置，節(jié)省了大量的專業(yè)會審的時間，協(xié)調(diào)了各專業(yè)間的設計。BIM技術的逐漸成熟和廣泛應用助力了預制裝配式建筑的推廣和普及，預制裝配式建筑就是一個信息化的全生命周期建筑過程，其在設計院進行設計，在構(gòu)件加工廠進行深化設計并生產(chǎn)加工，運輸?shù)浆F(xiàn)場進行機械設備吊裝。在整個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作為這個載體來傳遞從構(gòu)件的設計到生產(chǎn)、到施工的全部信息，保障預制構(gòu)件的高質(zhì)量施工和管理。預制樁基礎是預制裝配式建筑的重要組成部分，而預制工程中鋼筋工程作為一個分項工程，是生產(chǎn)和施工質(zhì)量管理中的重點內(nèi)容，特別地作為隱蔽工程，覆蓋后難以檢查，因此在生產(chǎn)和施工前應編制專項施工方案對生產(chǎn)施工人員進行技術交底來保證施工的質(zhì)量，避免后期的工期和費用索賠。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)混凝土預制方樁的配筋結(jié)果搭建鋼筋綁扎的三維模型，通過動態(tài)三維的BIM模型降低了技術交底的難度，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 預制方樁鋼筋綁扎三維圖

在用Revit軟件建立好預制樁的三維模型后，將其導入到廣聯(lián)達BIM5D模型中，并將模型與斑馬夢龍的施工進度圖，廣聯(lián)達預算GBQ文件進行關聯(lián)可以在BIM平臺上對整個樁基礎施工過程進行形象進度、時間、成本控制的5D管理。再將模型文件導入到Fuzor軟件中進行三維動態(tài)漫游和VR虛擬應用，可提前進行工程各階段的驗收，減少了不必要的工程變更和索賠。

5 結(jié)語

BIM技術的應用連接了傳統(tǒng)設計與施工，方便了設計人員與施工人員之間的溝通交通，強化了技術交底以及后期施工管理的效果，是今后預制構(gòu)件設計施工發(fā)展的方向。