BIM技術(shù)在深基坑內(nèi)支撐拆除中的應(yīng)用

武 俊，張 波，王華燕，章偉洋

(中國(guó)建筑第二工程局有限公司，廣東 深圳 518045)

0 引言

隨著建筑行業(yè)的不斷發(fā)展和創(chuàng)新，BIM技術(shù)被廣泛應(yīng)用于建筑施工中。深基坑工程地下室結(jié)構(gòu)施工受內(nèi)支撐制約，內(nèi)支撐拆除風(fēng)險(xiǎn)高，施工難度大，嚴(yán)重制約施工工期。為解決此類問題，利用BIM技術(shù)指導(dǎo)內(nèi)支撐拆除施工，可降低安全風(fēng)險(xiǎn)，提高施工效率，降低項(xiàng)目成本，實(shí)現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)。本文以深圳市龍華區(qū)錦順名居項(xiàng)目為例，闡述BIM技術(shù)在深基坑內(nèi)支撐拆除中的應(yīng)用。

1 工程概況

錦順名居項(xiàng)目位于廣東省深圳市龍華區(qū)，項(xiàng)目占地面積18 264m2，總建筑面積177 880m2，地下3層，局部2層，主要功能為住宅、公寓、商務(wù)辦公及商業(yè)?；硬捎萌澦匾Ш蠘?錨索+內(nèi)支撐的支護(hù)形式，基坑深11.5m，周長(zhǎng)為557m。

地下室結(jié)構(gòu)施工按后澆帶位置分為A～G 7個(gè)區(qū)，結(jié)合分區(qū)情況與內(nèi)支撐支護(hù)形式，將內(nèi)支撐拆除劃分為Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ 3個(gè)區(qū)域(見圖1)。I區(qū)為小環(huán)撐，對(duì)應(yīng)A區(qū)；Ⅱ區(qū)為對(duì)撐，對(duì)應(yīng)B區(qū)；Ⅲ區(qū)為大環(huán)撐，對(duì)應(yīng)C，D，E，F(xiàn)，G區(qū)。各區(qū)內(nèi)結(jié)構(gòu)施工達(dá)到內(nèi)支撐拆除條件后，獨(dú)立拆除，通過分區(qū)拆除，可降低內(nèi)支撐對(duì)地下室結(jié)構(gòu)施工的影響。

圖1 基坑支護(hù)三維效果

項(xiàng)目基坑支護(hù)設(shè)有1道鋼筋混凝土內(nèi)支撐梁，74根鋼格構(gòu)柱，環(huán)形內(nèi)支撐梁尺寸為1.6m×1.2m，矩形內(nèi)支撐梁尺寸為1.0m×1.2m，地下室外墻與基坑支護(hù)側(cè)壁間凈距為1.2m，腰梁外側(cè)與地下室外墻間凈距為0.2m，內(nèi)支撐梁頂標(biāo)高為-4.000m，底標(biāo)高為-5.200m， 地下1層樓板面標(biāo)高為-5.600m，內(nèi)支撐梁底部與地下1層樓板頂部間凈距為0.4m。內(nèi)支撐與地下室位置關(guān)系如圖2所示。

圖2 內(nèi)支撐與地下室位置關(guān)系

2 施工工藝

利用BIM技術(shù)模擬施工過程，具體流程為：地下室底板及換撐板施工→拆除與塔樓墻柱沖突的格構(gòu)柱→地下3層結(jié)構(gòu)施工→地下2層結(jié)構(gòu)及換撐梁施工→拆除內(nèi)撐梁及剩余格構(gòu)柱。

2.1 地下室底板及換撐板施工

換撐板強(qiáng)度等級(jí)及板厚同地下室底板，采用素混凝土，如圖3所示。澆筑時(shí)應(yīng)充分振搗，保證換撐板與支護(hù)樁充分接觸。在底板上450mm處預(yù)留地下室外墻施工縫，采用止水鋼板擋水，待地下室底板強(qiáng)度達(dá)到要求后進(jìn)行地下3層結(jié)構(gòu)施工。

圖3 地下室底板及換撐板施工

2.2 拆除與塔樓墻柱沖突的格構(gòu)柱

塔樓墻柱為主要豎向受力構(gòu)件，不能后澆，因此需找出與塔樓墻柱沖突處，對(duì)格構(gòu)柱進(jìn)行換撐處理。利用BIM技術(shù)對(duì)基坑支護(hù)模型與地下室結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行碰撞，共發(fā)現(xiàn)內(nèi)支撐與結(jié)構(gòu)墻柱沖突8處。

換撐采用臨時(shí)回頂鋼管立柱樁，用20mm厚、φ700鋼管及30mm厚鋼板制成。底板澆筑前，預(yù)埋鋼板和地腳螺栓，并在底板面設(shè)置鋼板，鋼板與臨時(shí)立柱樁底焊接，支撐梁處采用植筋，植入地腳螺栓與鋼板連接，后與臨時(shí)立柱樁底焊接，完成立柱樁安裝，臨時(shí)支撐與底板連接如圖4所示。施工前，利用BIM技術(shù)制作格構(gòu)柱換撐施工模擬動(dòng)畫，進(jìn)行三維交底。

圖4 臨時(shí)支撐與底板連接

2.3 地下3層結(jié)構(gòu)施工

底板及換撐板施工完畢后，進(jìn)行地下3層結(jié)構(gòu)施工，依次進(jìn)行墻柱及梁板鋼筋綁扎、架體搭設(shè)、模板安裝及加固、混凝土澆筑，在地下室底上450mm處預(yù)留外墻施工縫并焊接止水鋼板。

施工時(shí)格構(gòu)柱與結(jié)構(gòu)沖突，采用以下方法處理。

1)格構(gòu)柱與梁沖突 格構(gòu)柱與梁沖突處，梁縱筋盡量拉通，若梁縱筋遇格構(gòu)柱無法拉通時(shí)截?cái)?，將截?cái)嗟目v筋彎折，按要求焊接到格構(gòu)柱角鋼上，進(jìn)行角鋼補(bǔ)強(qiáng)，在格構(gòu)柱周邊0.5～1m范圍設(shè)置施工縫，同時(shí)預(yù)留梁縱筋，并采用支撐架進(jìn)行回頂，四周支撐架≥2排，待地下室施工完畢且拆除格構(gòu)柱后再進(jìn)行此處施工，梁縱筋截?cái)嗪?，二次施工時(shí)采用機(jī)械連接，如圖5所示。

圖5 格構(gòu)柱與梁筋沖突處理

2) 格構(gòu)柱與板沖突 格構(gòu)柱與板沖突處，板鋼筋盡量拉通，不能拉通時(shí)，板縱筋在格構(gòu)柱周邊0.5～1m 截?cái)囝A(yù)留，并采用支撐架進(jìn)行回頂，待內(nèi)支撐及格構(gòu)柱拆除完畢后進(jìn)行該處結(jié)構(gòu)施工，如圖6所示。板筋截?cái)囝A(yù)留時(shí)，采用綁扎搭接，搭接長(zhǎng)度應(yīng)滿足對(duì)應(yīng)的接頭百分率要求，也可采用雙面焊接5d(d為鋼筋直徑)進(jìn)行連接。

圖6 格構(gòu)柱與板沖突處理

2.4 地下2層結(jié)構(gòu)及換撐梁施工

待地下3層結(jié)構(gòu)施工完成，進(jìn)行地下2層結(jié)構(gòu)施工，地下2層施工同地下3層，換撐梁與地下2層同步施工，采用植筋方式，施工效果如圖7所示。

圖7 地下2層結(jié)構(gòu)與換撐梁施工

換撐梁施工時(shí)，其面標(biāo)高同地下1層樓面標(biāo)高，在基坑側(cè)壁鉆孔，將換撐梁鋼筋植入基坑側(cè)壁內(nèi)，另一側(cè)錨入地下室外墻，換撐梁布置間距為1.8m，與鋼筋混凝土支護(hù)樁一一對(duì)應(yīng)。換撐梁尺寸為400mm×500mm，面筋、底筋均為3φ22，腰筋為2φ22，箍筋直徑為10mm，每間隔300mm布置1道。

由于換撐梁與腰梁間上下凈距僅0.4m，為滿足換撐梁混凝土澆筑空間，在換撐梁處地下室外墻安裝0.1m高吊模，從吊模上方灌入混凝土，其余位置地下室外墻吊模高0.5m，換撐梁與外墻交接做法如圖8所示。

圖8 換撐梁與外墻交接做法

格構(gòu)柱與墻柱、梁板沖突處理同地下3層。

2.5 內(nèi)支撐拆除及吊運(yùn)

施工前利用BIM技術(shù)進(jìn)行施工模擬，以進(jìn)度、成本、安全為主要考慮要素，合理安排施工。待換撐梁強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求，拆除內(nèi)支撐。項(xiàng)目?jī)?nèi)支撐劃分為Ⅰ區(qū)小環(huán)撐、Ⅱ區(qū)對(duì)撐梁、Ⅲ區(qū)大環(huán)撐3部分，根據(jù)各區(qū)域工期安排，可對(duì)優(yōu)先施工區(qū)域獨(dú)立拆除。采用金剛石繩鋸對(duì)內(nèi)支撐梁進(jìn)行分區(qū)域、分段切割。內(nèi)支撐切割分段如表1所示。

表1 內(nèi)支撐切割分段

內(nèi)支撐切割時(shí)，尺寸為1.0m×1.2m的對(duì)撐梁切割長(zhǎng)度≤1.8m，尺寸為1.6m×1.2m的環(huán)梁切割尺寸≤1.2m，嚴(yán)格按方案要求進(jìn)行切割。

切割完成后進(jìn)行內(nèi)支撐梁的吊運(yùn)，利用BIM技術(shù)提前規(guī)劃運(yùn)輸路線，采用叉車和汽車式起重機(jī)進(jìn)行吊運(yùn)，共設(shè)置3個(gè)起吊點(diǎn)，運(yùn)送時(shí)按規(guī)劃路線運(yùn)送至起吊點(diǎn)，由汽車式起重機(jī)吊出。內(nèi)支撐場(chǎng)內(nèi)運(yùn)輸路線如圖9所示。

圖9 內(nèi)支撐場(chǎng)內(nèi)運(yùn)輸路線

切割的內(nèi)支撐梁塊，由汽車式起重機(jī)吊出基坑后，轉(zhuǎn)運(yùn)至幼兒園區(qū)域進(jìn)行粉碎，粉碎后回收其內(nèi)部鋼筋，將混凝土碾碎成石粉，用于地下室外墻的回填，可提高回填質(zhì)量，變廢為寶，降低施工成本，符合綠色施工的要求。

3 質(zhì)量安全保證措施

1)為保證有效傳遞基坑側(cè)壁土壓力，消除安全隱患，換撐板澆筑時(shí)需使換撐板與支護(hù)樁充分接觸并振搗密實(shí)。

2)內(nèi)支撐梁底標(biāo)高為-5.200m，地下1層板面標(biāo)高為-5.600m，凈距為0.40m，在結(jié)構(gòu)墻柱與內(nèi)支撐梁沖突位置，墻柱混凝土振搗困難，為保證澆筑質(zhì)量，在內(nèi)支撐梁上開φ70圓形洞口，將振搗棒通過圓形洞口伸入墻柱內(nèi)，進(jìn)行墻柱混凝土振搗。

3)叉車路過后澆帶時(shí)，為防止后澆帶周圍出現(xiàn)裂縫須鋪設(shè)鋼板。

4)換撐梁與地下室外墻交接位置施工縫位于樓板上200mm，此位置為防水薄弱點(diǎn)，換撐梁混凝土澆筑不易密實(shí)，換撐梁與地下室外墻交接陰角位置也為防水薄弱點(diǎn)(見圖10)。為加強(qiáng)薄弱點(diǎn)防水能力，采用BIM技術(shù)制作施工動(dòng)畫進(jìn)行施工模擬，利用BIM技術(shù)可視化指導(dǎo)防水施工。

圖10 鋼筋混凝土撐換梁防水示意

5)內(nèi)支撐拆除前進(jìn)行施工作業(yè)或?qū)⑵渥鳛槿诵型ǖ罆r(shí)，應(yīng)在內(nèi)支撐兩側(cè)設(shè)置安全防護(hù)。

6)為保證施工安全，內(nèi)支撐切割時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制切割尺寸。

7)內(nèi)支撐拆除時(shí)，在支護(hù)樁頂冠梁設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)，監(jiān)測(cè)拆除過程中基坑豎向位移和水平位移，各設(shè)16個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，當(dāng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)變化異?；蜻_(dá)到報(bào)警值時(shí)，立即停止拆撐。

4 結(jié)語(yǔ)

以深圳市龍華區(qū)錦順名居項(xiàng)目為例，依托BIM技術(shù)對(duì)內(nèi)支撐拆除進(jìn)行施工模擬，提前解決施工難題，依據(jù)BIM技術(shù)提供的有效信息進(jìn)行合理判斷，利用BIM技術(shù)可視化優(yōu)勢(shì)，對(duì)內(nèi)支撐拆除的復(fù)雜工序進(jìn)行可視化交底，提高工人的接受能力，降低質(zhì)量安全風(fēng)險(xiǎn)，為后續(xù)類似工程施工提供參考。