独立基础形式的建筑结构基础底板施工优化

冯晓庆 乔社礼

摘要：作为建筑结构常用的基础形式之一，独立基础形式是相对于桩基础和筏板基础，投入成本较低的一种方式。但是由于独立基础形式的分散布置，且为到达持力层，结构标高一般低于建筑标高，需要分区域回填，对现场施工组织困难也较多。为此我们在施工前期通过BIM建模、工序模拟等方式，提前考虑工序流程，在施工工序和施工成本上提前策划，分析现场的限制，找出潜在的问题，对常规的技术方案进行针对性的优化，有效的减小过程中的施工难度，节约工期节约成本，达到技术创效的目的。

關键词：独立基础;BIM建模;施工优化;技术创效

目前常规的独立基础形式的建筑底板施工工序，一般是先开挖至独立顶，再独立开挖独立基础，采用砖胎模方式进行施工，但对于建筑板标高高于独基顶较多的情况下，如此施工工序回填次数多，施工工序多。成都天府生物产业孵化园二期项目在实施基础阶段，前期通过建模分析，后期通过两个地块分别实施对比，实现工序优化及验证，达到技术创效。

1、工程概况

成都天府生物产业孵化园二期项目H、K地块，是位于成都天府国际生物城规划区内，总建筑面积约15.1万平方米，H地块共有5栋建筑，K地块共有6栋建筑，地下室两层，局部一层，地上最低2层，最高11层。是集研发、办公、商业、食堂和共享服务单元等设施为一体的大型现代化研发办公基地。

2、基础阶段重难点简介

本项目低矮楼层及单层地下室区域基础形式为独立基础，该区域基础无结构防水板，仅在独立基础底部设置单层卷材防水，在独立基础及防水施工完后直接回填房心土至建筑标高，实施建筑板及其他做法。

因本地区地表土质以素土和黏土为主，独立基础持力层松散卵石层距离建筑标高底面约2-3m，但独立基础设计高度仅1m左右，在开挖至松散卵石层前，需放坡开挖，大多数均有超挖，需采用C15素混凝土回填至独立基础底标高后再实施独立基础。独立基础之间中心间距约8m，独基尺寸一般为4-5m宽，如采用放坡开挖，对于开挖深度较深的情况会占用大部分场地，导致作业困难。同时如采用常规方案单个独立基础开挖基坑，再用砖胎模施工独立基础，需多次回填施工影响工效。

为此我们事先建立模型，利用BIM模型辅助理解现场施工工况，BIM施工模型的创建将施工方案的全过程映射成虚拟环境，通过对此虚拟环境的操作来实现对施工全过程的观察、跟踪、控制和引导，最终达到论证、优化、调整、优选施工方案的目的[1]。

3、施工工艺对比分析

3.1方案一工序介绍

此方案为常规施工方式，根据原设计土方场坪图，土方第一次开挖至设计结构（独立基础）顶标高，再根据独基尺寸和换填要求，进行独基范围的基坑开挖，按此方式施工工序为：1独基范围基坑开挖-2独基底部换填C15混凝土-3独基四周砖胎模施工-4砖胎模外侧灰土回填-5砖胎模外侧回填后垫层施工-6防水施工（如图红色线标识）-7防水保护层施工-8独基结构施工（底层砖胎模，其他采用普通木模板）-9独基周边及顶部灰土回填至建筑板底-10垫层施工-11底板施工。

3.2方案二優化后工序介绍

此方案针对本项目独基密集，深度较深的情况改进。对独基开挖方式及顺序进行优化，场坪时一次性开挖至独立基础底标高，再根据独基尺寸和换填要求aChJP0SfAG+KWfMHY6DNNeyeHCFD5Ou7YBx8vFKHPns=，进行独基范围基坑开挖，按此方式施工工序为：1独基范围换填基坑开挖-2独基底部混凝土换填-3独基范围以外区域垫层施工-4防水卷材施工-5防水保护层施工-6独基结构施工（仅采用普通木模板）-7独基周边灰土回填至建筑板底-8垫层施工-9底板施工。

3.3技术比对分析

（1）将土方开挖线控制在独基底，这一措施可以减小换填时过深的大开挖带来的加大放坡比例及用于安全防护措施的费用，同时减小了安全风险与隐患。如按方案一需二次开挖独立基础的基坑，且开挖放坡后相邻独基基坑之间几乎无作业通道，无法进行大型机械作业和材料运输，只能人工及小型设备作业，影响工效。

（2）场平标高降低至基础底面，可使得柔性防水卷材大面积铺开，减小了在独立基础侧面和阴阳角附加层处的使用与消耗量。大量节约卷材施工时间和费用。

（3）方案一采用了大量的砖胎模，但由于为多阶独基，基础中上阶的侧边需要采用木模支设且难度较大，由于独立基础尺寸的多样性会导致模板和钢管的折损率较大，而且浇筑混凝土时为保证质量和外观需要分阶分层缓慢浇筑，施工工序复杂繁琐。方案二减少了砖胎模用量。

（4）方案一相对于方案二至少多两道工序，再加上从材料和机械进场的方便程度考虑，方案二至少可节约工期10～12天。

3.4经济对比分析

两个方案相比较，方案二施工一次性多开挖一米深左右，增加了土方开挖以及土方回填的相应成本，比单独放坡开挖大概增加土方开挖量3000m3，增加3：7灰土回填量3000方，增加垫层量约5050㎡。但是方案二节约了单独开挖独基时二次开挖土方的工程量，并且施工工效节省较多。同时方案二可节约独基侧面防水及防水保护层约2880㎡，节约砖胎模690m3。

具体费用分析详下表：

优化后的方案二初步估算减少费用约23.51万元。

4、实施效果

本项目包含H、K两个地块，且开工时间前后错开约半年，其中H地块先开工，K地块后开工。在现场实施过程中，刚好可将方案一和方案二分别实施作为对比分析案例，在H地块实施时，采用了常规的方案一实施，在K地块实施时，按改进后的方案二实施。

实施中发现，方案一不仅存在预先分析的成本高，工期长的问题，同时存在回填质量问题，因在砖胎模背后回填土方时，砖胎模内侧无结构实体，压实土方过程很容易造成砖胎模倾覆。但方案二将独基结构实施完成后再统一安排回填，故可正常压实，实施效果和质量效果较好，与此同时，改进后的方案二，将初次土方开挖标高定在梁底及最浅独基底标高位置，如此也节约了土方开挖回填量，同时具备施工作业方便，工序少，防水用量节约，成本低，效率高的特点。总体来说，本项目独立基础形式的建筑结构基础底板施工优化方案较为成功。

结语：

本次工程，通过对独立基础施工工序的分析，前期利用BIM技术进行现场拟建物模型建立，将这些资料进行综合性的分析和处理。该模型能够实现传统的设计标准，并且能在此基础上实现数据的可视化设计[2]。通过技术信息建立的3D基础模型可以非常直观、便利地协助施工管理者分析现场的限制。后期再通过两个地块的实际操作进行验证，最终明确了基础底板施工优化方案的成功。此类针对独立基础形式的建筑基础施工工序优化，可应用范围广，具体还可根据实际项目做细部调整。同时这种利用BIM模型辅助优化方案的方式也是现阶段施工建筑行业所尝试的方向。

参考文献：

[1]张希黔.建筑施工科技创新及应用[M].北京：中国建筑工业出版社，2019.

[2]邵光华.BIM 技术在建筑设计中的应用研究[D].青岛理工大学，2014.