獨(dú)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(guó) 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(dú)立基礎(chǔ)形式是相對(duì)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(dú)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(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工組織困難也較多。為此我們?cè)谑┕で捌谕ㄟ^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(chǎng)的限制，找出潛在的問題，對(duì)常規(guī)的技術(shù)方案進(jìn)行針對(duì)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(dú)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(dú)立基礎(chǔ)形式的建筑底板施工工序，一般是先開挖至獨(dú)立頂，再獨(dú)立開挖獨(dú)立基礎(chǔ)，采用磚胎模方式進(jìn)行施工，但對(duì)于建筑板標(biāo)高高于獨(dú)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(xiàng)目在實(shí)施基礎(chǔ)階段，前期通過建模分析，后期通過兩個(gè)地塊分別實(shí)施對(duì)比，實(shí)現(xiàn)工序優(yōu)化及驗(yàn)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(xiàng)目H、K地塊，是位于成都天府國(guó)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(diǎn)簡(jiǎn)介

本項(xiàng)目低矮樓層及單層地下室區(qū)域基礎(chǔ)形式為獨(dú)立基礎(chǔ)，該區(qū)域基礎(chǔ)無結(jié)構(gòu)防水板，僅在獨(dú)立基礎(chǔ)底部設(shè)置單層卷材防水，在獨(dú)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(shí)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(dú)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(dú)立基礎(chǔ)設(shè)計(jì)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(dú)立基礎(chǔ)底標(biāo)高后再實(shí)施獨(dú)立基礎(chǔ)。獨(dú)立基礎(chǔ)之間中心間距約8m，獨(dú)基尺寸一般為4-5m寬，如采用放坡開挖，對(duì)于開挖深度較深的情況會(huì)占用大部分場(chǎng)地，導(dǎo)致作業(yè)困難。同時(shí)如采用常規(guī)方案單個(gè)獨(dú)立基礎(chǔ)開挖基坑，再用磚胎模施工獨(dú)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(chǎng)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(duì)此虛擬環(huán)境的操作來實(shí)現(xiàn)對(duì)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(duì)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(jì)土方場(chǎng)坪圖，土方第一次開挖至設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)（獨(dú)立基礎(chǔ)）頂標(biāo)高，再根據(jù)獨(dú)基尺寸和換填要求，進(jìn)行獨(dú)基范圍的基坑開挖，按此方式施工工序?yàn)椋?獨(dú)基范圍基坑開挖-2獨(dú)基底部換填C15混凝土-3獨(dú)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(shí)）-7防水保護(hù)層施工-8獨(dú)基結(jié)構(gòu)施工（底層磚胎模，其他采用普通木模板）-9獨(dú)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(duì)本項(xiàng)目獨(dú)基密集，深度較深的情況改進(jìn)。對(duì)獨(dú)基開挖方式及順序進(jìn)行優(yōu)化，場(chǎng)坪時(shí)一次性開挖至獨(dú)立基礎(chǔ)底標(biāo)高，再根據(jù)獨(dú)基尺寸和換填要求，進(jìn)行獨(dú)基范圍基坑開挖，按此方式施工工序?yàn)椋?獨(dú)基范圍換填基坑開挖-2獨(dú)基底部混凝土換填-3獨(dú)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(dú)基結(jié)構(gòu)施工（僅采用普通木模板）-7獨(dú)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(duì)分析

（1）將土方開挖線控制在獨(dú)基底，這一措施可以減小換填時(shí)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(shí)減小了安全風(fēng)險(xiǎn)與隱患。如按方案一需二次開挖獨(dú)立基礎(chǔ)的基坑，且開挖放坡后相鄰獨(dú)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(chǎng)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(dú)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(shí)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(dú)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(dú)立基礎(chǔ)尺寸的多樣性會(huì)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(duì)于方案二至少多兩道工序，再加上從材料和機(jī)械進(jìn)場(chǎng)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(duì)比分析

兩個(gè)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(dú)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(dú)開挖獨(dú)基時(shí)二次開挖土方的工程量，并且施工工效節(jié)省較多。同時(shí)方案二可節(jié)約獨(dú)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(shí)施效果

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

實(shí)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(zhǎng)的問題，同時(shí)存在回填質(zhì)量問題，因在磚胎模背后回填土方時(shí)，磚胎模內(nèi)側(cè)無結(jié)構(gòu)實(shí)體，壓實(shí)土方過程很容易造成磚胎模傾覆。但方案二將獨(dú)基結(jié)構(gòu)實(shí)施完成后再統(tǒng)一安排回填，故可正常壓實(shí)，實(shí)施效果和質(zhì)量效果較好，與此同時(shí)，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(dú)基底標(biāo)高位置，如此也節(jié)約了土方開挖回填量，同時(shí)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(diǎn)?？傮w來說，本項(xiàng)目獨(dú)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(duì)獨(dú)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(chǎng)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(jì)標(biāo)準(zhǔn)，并且能在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的可視化設(shè)計(jì)[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(chǎng)的限制。后期再通過兩個(gè)地塊的實(shí)際操作進(jìn)行驗(yàn)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(duì)獨(dú)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(shí)際項(xiàng)目做細(xì)部調(diào)整。同時(shí)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)：

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