预制混凝土桩的结构设计及BIM施工应用

张虎伟

(辽宁建筑职业学院，辽宁 辽阳 111000)

1 预制桩桩基础的特点

桩基础是一种现代建筑物中广泛采用的基础形式，因为该种基础承载力强，不均匀沉降小，特别适合自重大的高层建筑，大跨度厂房以及各种特殊地基土的工况处理上。预制桩基础不同于灌注桩，其属于预制装配式建筑的重要组成部位，其施工工艺属于干作业范畴，在预制构件厂进行钢筋的绑扎和混凝土的浇筑，然后由运输设备运送到施工现场，采用锤击法、震动法、水冲法、静压法等多种施工方法进行现场打桩，预制桩绿色、环保、节能的施工工艺符合我国当前建筑业转型升级的要求，因此在对环境要求较高的城市建筑中应用越来越广泛。

2 工程概况

本工程为辽宁省辽阳市市郊一座工业厂房，厂区周边开阔，无重要建筑物。通过天海岩土工程公司提供的地质勘察报告确定了该工程的持力层为暗绿色草黄粉质粘土，该土层含水量低，孔隙比小，液性指数为0.31，处于可塑状态，土体抗剪指标高，压缩模量大，比贯入阻力大，说明该土层强度高，硬度大。同时报告中指出该层土体的厚度达到了4 m，可以使桩的桩端深入其中。但是因为场地的土层以粉质黏土为主，同时地下水位线高，因此如果采用钻孔灌注桩，则在施工过程中容易出现塌孔的风险，因此本工程采用钢筋混凝土预制方桩，混凝土采用标号为C40，初拟桩身截面尺寸为700mm×700mm，桩长为21.0m，桩端进入持力层暗绿色草黄粉质粘土3m。

3 桩身结构设计

桩基础设计的核心问题就满足其对地基承载力和建筑整体变形的2个核心条件，根据《建筑桩基技术规范》计算得到该预制桩的承台尺寸为4m×6m，为6桩承台，即每个承台下设计6根桩，桩距为2.8m。

每根桩的最大单桩承载力N=1505kN。对于桩基础来说，钢筋工程是整个设计的核心，因此利用已有的参数和计算结果对预制混凝土方桩的钢筋进行设计。初拟设计的混凝土标号采用C40，钢筋牌号采用HRB335热轧预制桩身配筋图如图1所示。

图1 桩身结构及配筋图(单位：mm)

4 预制桩BIM施工应用

BIM技术的全称是Building information modelling，即建筑信息模型。BIM技术是伴随着信息化技术改革在建筑业转型升级过程中应运而生的一个全新理念，是一系列相关软件的集合体，应用于建筑全专业从策划到设计、到施工、到管理再到后期运维阶段的生命周期中。BIM技术最基本的、最为接受的就是它的三维可视化特点，通过BIM建模软件进行结构构件的正向设计，直接搭建出建筑物三维立体的模型，并且与其对应的平面图、立面图、剖面图联动反应，不再需要看图的甲方技术人员或乙方的施工技术员通过平面线条进行三维空间想象，而是直接立体感性地接受建筑设计成果，方便了设计单位与下游施工单位的交底工作。同时，BIM技术也不仅仅是一个画三维图形的专业工具，而是将建筑物所有构件的非几何类的信息也融入于模型中，比如混凝土的类型标号，钢筋的等级直径，砂浆的类型标号，砌体的种类及强度以及这些建筑材料的供货方式，是甲供材还是施工采购总承包都会包含在三维模型中，是一个信息化的集合体。BIM技术应用于建筑、结构、机电设备、装修全专业，可以利用相关的BIM软件如Navisworks、鲁班、品茗等进行各个专业间的碰撞检查，通过内置专业的规范，检查出不合理的标高设计位置，节省了大量的专业会审的时间，协调了各专业间的设计。BIM技术的逐渐成熟和广泛应用助力了预制装配式建筑的推广和普及，预制装配式建筑就是一个信息化的全生命周期建筑过程，其在设计院进行设计，在构件加工厂进行深化设计并生产加工，运输到现场进行机械设备吊装。在整个装配式工程中都需要精确的模型几何数据和建筑信息的传递，这就需要BIM作为这个载体来传递从构件的设计到生产、到施工的全部信息，保障预制构件的高质量施工和管理。预制桩基础是预制装配式建筑的重要组成部分，而预制工程中钢筋工程作为一个分项工程，是生产和施工质量管理中的重点内容，特别地作为隐蔽工程，覆盖后难以检查，因此在生产和施工前应编制专项施工方案对生产施工人员进行技术交底来保证施工的质量，避免后期的工期和费用索赔。本次利用BIM软件的专业结构工程建模软件Revit structure，根据混凝土预制方桩的配筋结果搭建钢筋绑扎的三维模型，通过动态三维的BIM模型降低了技术交底的难度，保障了施工的质量。该桩的钢筋绑扎三维模型如图2所示。

图2 Revit 预制方桩钢筋绑扎三维图

在用Revit软件建立好预制桩的三维模型后，将其导入到广联达BIM5D模型中，并将模型与斑马梦龙的施工进度图，广联达预算GBQ文件进行关联可以在BIM平台上对整个桩基础施工过程进行形象进度、时间、成本控制的5D管理。再将模型文件导入到Fuzor软件中进行三维动态漫游和VR虚拟应用，可提前进行工程各阶段的验收，减少了不必要的工程变更和索赔。

5 结语

BIM技术的应用连接了传统设计与施工，方便了设计人员与施工人员之间的沟通交通，强化了技术交底以及后期施工管理的效果，是今后预制构件设计施工发展的方向。