BIM技術在預制裝配式涵洞施工中的應用

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，將結構劃分為多塊管節(jié)，通過接頭連接，將其應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、運營等方面更具優(yōu)越性，符合國家大力倡導和發(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。

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

2 裝配式涵洞關鍵施工技術

BIM技術應用到裝配式涵洞模板中可以提前預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，保證施工效率和施工質(zhì)量。

2.1 裝配式涵洞標準化的構件預制場

預制場按照流水化施工進行場地布設，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 裝配式涵洞的構件預制工藝

在裝配式涵洞模板設計過程中，利用BIM技術可驗算模板強度、剛度及穩(wěn)定性，并且可模擬模板拼裝的合理性。在設計圖紙會審中，可采用BIM技術模擬鋼筋綁扎，提前得知鋼筋沖突等設計錯誤，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（管型側墻）

構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，降低構件存放損壞率。構件出廠前進行試拼并檢查相關檢測項目。

2.3 裝配式涵洞安裝工藝

（1）基坑開挖及地基處理?；娱_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，地基承載力設計容許值不小于200kPa。若地基承載力不滿足設計要求，需通過觸探檢測確定碎石換填深度。

（2）墊層施工?；渍教幚硗瓿珊螅紫蠕佒?0cm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，保證構件就位點高程準確。

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

（4）側墻和頂板安裝。BIM施工技術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，總結出安全高風險點，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側墻，直至側墻底部外邊線與彈的墨線重合，然后吊裝頂板預制件，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。涵洞外側接縫清理、鑿毛、砂漿抹平方法與內(nèi)側接縫相同。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。結構強度達到設計強度的90%后進行涵背回填，構件底部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。填土應對稱分層壓實，壓實厚度應小于15cm，壓實度不應小于96%。結構側面1m內(nèi)及頂板回填厚度小于0.5m內(nèi)使用小型靜壓設備，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，云茂項目結合相關國標、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

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

（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%；預制場區(qū)采用全自動噴淋系統(tǒng)進行養(yǎng)生，保證了構件強度，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，將結構尺寸合格率提升至100%。

（3）結合云茂業(yè)主相關數(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技術在預制裝配式涵洞施工中的應用，能提前將實物效果圖展示出來，提前對裝配式涵洞的預制和安裝中可能出現(xiàn)的風險進行預判，降低了施工中的危險系數(shù)。同時，BIM技術提高了施工過程中的管控力，優(yōu)化了資源配置，提高了預制和施工的效率。

5 結束語

裝配式涵洞在云茂高速的成功應用實現(xiàn)了標準化、工廠化、集成化、規(guī)?；_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。