PHC管桩BIM信息化配桩技术在施工中的应用

韩庆，纪来有，汤亮，李建华，赵继成

（中国建筑第二工程局有限公司华南分公司）

1 工程概况

珠海机场改扩建工程航站楼工程位于广东省珠海市金湾区三灶镇，总建筑面积18.7万m2，分为地上4层地下2层，建筑高度40.25m。采用旋挖灌注桩、预应力管桩桩基础，建筑物桩基设计等级为甲级。其中，预应力管桩1009根，分为PHC（AB）型管桩端承摩擦型桩，桩端持力层为全、强风化花岗岩，桩端阻力特征值qpa=3500kpa～4500kpa，桩外径D=600mm，壁厚130mm。抗压桩及抗拔桩单桩竖向抗压承载力特征值均为2600kN，抗拔桩单桩竖向抗拔承载力特征值为500kN。抗压桩有效桩长约为20m～50m，抗拔桩有效桩长约为28m～50m。抗压桩最小桩长为20m，抗拔桩最小桩长为28m。本工程设计抗压预应力管桩355根，抗拔预应力管桩654根。

项目处于丘陵与三角洲冲积平原交汇接触地带，地面标高5.98m～7.50m。场地原始地貌属滨海平原地貌，原地势低洼，后经人工填石、填土抬高平整。岩土层分为人工填土层、第四系海陆交互相沉积层、残积层、燕山期花岗岩，工程地质条件复杂。

2 PHC预应力管桩施工重难点

本工程为临海工程，根据地质勘察报告资料显示，勘探点间距约30m，部分相邻勘探点间距持力层起伏达到约13m，而施工图中仅给出PHC管桩的长度范围，抗压桩有效桩长约20m～50m，抗拔桩有效桩长约28m～50m，未确定准确桩长。对于桩承为主、桩长为辅的PHC预应力管桩的桩长配置，传统的配桩方法主要根据地勘报告钻孔平面布置图，结合桩基施工平面布置图以及周边钻孔柱状图，采用内插法计算桩位的持力层标高，其计算过程繁杂、时间长，且因为无法确切知道桩位与各钻孔的距离，当遇到岩层起伏较大的地质条件时，计算结果偏差较大，无法准确预判实际桩长。传统配桩方法为确保安全性，往往偏于保守配桩，配桩过长，造成不必要的资源浪费。针对此问题，项目采用BIM信息化配桩技术，提前模拟、分析、计算出每根PHC管桩配桩长度，做到可视化动态配桩，减少管桩损耗率、加快施工进度、节约施工成本[1]。

3 BIM信息化配桩技术路线

BIM信息化配桩技术是将传统的配桩技术与BIM技术相互融合，通过对地质信息、设计信息进行数据分析，创建出符合实际地质的三维模型，结合BIM智能化数据处理功能，计算出PHC管桩适配桩长，用于指导PHC预应力管桩合理化配桩。具体技术路线见图1。

图1 BIM信息化配桩技术路线

4 BIM信息化配桩技术要点

4.1 信息收集

①利用地勘报告及工程地质柱状图进行分析，提取各钻孔点编号、坐标、孔口标高、地层编号、地层名称、层底高程、分层厚度等关键数据。

②全面了解设计文件及施工方案，提取本工程PHC预应力管桩桩端持力层、桩顶设计标高、设计最小桩长、桩端贯入持力层深度等相关重要数据。

③结合工程超前钻及PHC预应力管桩施工记录或其他能反映地层信息的资料，对地层起伏较大区域进行修正，提高地质模型精确度，提高配桩准确率[2]。

4.2 信息处理

用Excel表对收集的数据进行信息处理，按AutoCAD Civil 3d点数据文件要求分层处理各层数据，保存为CSV文件格式。

根据已处理好的各岩层点数据文件，在AutoCAD Civil 3d中，通过点文件方式创建各岩层曲面，其创建方法如下：

①在“工具空间”中选择“浏览”点击“曲面”选择“创建曲面”；

②展开“曲面”、“定义”、“点文件”、“添加”、“选择点文件”点击CSV文件格式确定“创建曲面”。

重复上述流程分别创建各层岩层曲面使其重叠，形成整个场地三维地质模型。

在AutoCAD Civil 3d中，将三维地质模型导出为RVT格式，再将文件导入Re‐vit中，结合桩基施工图，通过桩端持力层、桩端入岩深度、桩顶标高等信息，创建PHC管桩模型。

4.3 信息使用

通过三维地质模型与桩基模型，可直观了解PHC预应力管桩与持力层之间关系，利用三维地质模型与管桩模型，在Re‐vit中可自动计算出桩顶标高与持力层之间的实际桩长，合理进行PHC管桩配桩。

4.4 信息反馈

根据PHC预应力管桩当天施工记录所反馈的地面标高及桩尖入土深度等数据，判断该区域持力层是否与岩层曲面模型相匹配，通过该数据对岩层曲面模型进行调整及判断相邻区域持力层情况，使岩层曲面模型更加精准，提高BIM信息化配桩准确率。

5 BIM信息化配桩技术实施控制点

5.1 模型控制

三维地质模型的建模精度是影响BIM配桩技术的关键点，模型建立前应充分收集地质信息，主要从以下几方面收集：

①勘察单位地勘报告、超前钻详勘数据；

②相邻建筑物地勘报告或其他能反映施工范围地质的信息资料。

5.2 配桩控制

根据BIM软件所计算出来的配桩长度，结合建筑桩基规范进行PHC管桩配置，一个桩位的接桩口不能超过3处。配桩时，需充分了解所配桩型存在的几种桩长，桩长规格越多，配桩的精准度越高、损耗率越小，但配桩时单节桩长需符合单节桩最小桩长及最大桩长。

6 结语

本工程共计施工PHC预应力管桩1009根，通过BIM信息化配桩技术提高了PHC预应力管桩配桩精准率，有效控制了桩长过剩问题。对桩顶标高控制情况进行统计分析，得出相关数据（见表1）。

表1 桩顶标高控制情况统计表

综合表1数据分析，采用BIM信息化配桩技术可以看出桩长过剩长度≤0.5m，所占比例为94.6%，0.5m～1m之间所占比例为3.9%，而传统的PHC管桩配桩技术按经验值所占比例主要集中于0.5m～1m之间，因此，采用BIM信息化配桩技术不仅提高了配桩精准率，还获得了良好的经济效益[3]。

通过对BIM信息化配桩技术的应用分析，该技术的配桩长度值更接近实际值。相比传统的配桩技术，BIM信息化配桩技术具有能够有效控制桩长过剩问题、减少材料浪费、降低施工成本、加快施工进度等优点。BIM信息化配桩技术能够使桩顶标高精准达到桩顶设计值，减少截桩、接桩事情的发生，并减少了对成品桩的二次扰动，对成品桩起到了有效保护的作用，提高了桩基工程质量。