CN115369867A - 一种基于bim的引孔沉桩施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于BIM的引孔沉桩施工方法，包括应用BIM技术模拟桩与溶洞的位置关系，而采取不同处理措施；当不影响时采用常规施工；当模拟桩与溶洞相互影响时，先采用长螺旋钻孔，引孔至较坚硬土层时改用潜孔锤进行钻冲破岩，直至引孔达到预计桩长，首段配桩采用预制高强混凝土薄壁钢管桩，且桩靴采用锯齿状桩靴。通过BIM能形成可视、直观的三维模型，对存在溶洞位置及邻近的桩位采用长螺旋钻孔桩引孔加潜孔锤冲击坚硬夹层，为预制管桩的顺利贯入并达到收桩条件提供保障，采用锯齿状桩靴及重点部位采用高强管桩，有效解决溶洞地质中岩面不平整导致的桩端滑移、断桩问题，提高管桩在溶洞范围区段的抗弯折性能，有效提高成桩质量及确保基础安全。

Description

一种基于BIM的引孔沉桩施工方法

技术领域

本发明涉及建筑施工技术领域，特别涉及一种基于BIM的引孔沉桩施工方法。

背景技术

溶洞常存于地下，属隐蔽物，不能直观被人认识。而地质勘探也只能定性地确定溶洞的存在及大概位置，而无法准确测出溶洞的大小、形状，因而溶洞的存在将给施工带来很大的困难。溶洞地质中的岩面起伏较大，采用常规施工方法施工预制管桩十分容易出现断桩，当遇到夹层岩层或溶洞顶部岩土较坚硬时，预制管桩施工难以达到收桩标准，危及基础安全。

发明内容

本发明的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种基于BIM的引孔沉桩施工方法，能够有效提高成桩质量及确保基础安全。

根据本发明第一方面实施例的基于BIM的引孔沉桩施工方法，包括以下步骤：

应用BIM技术提前对地质状况进行分析，模拟桩与溶洞的位置关系并进行风险评估，根据评估结果采取不同的处理措施；

其中当模拟桩与模拟溶洞位置不相互影响时，采用常规桩靴和常规预应力管桩进行施工；

其中当模拟桩与模拟溶洞位置出现相互影响时，先采用长螺旋钻孔，引孔至较坚硬土层时改用潜孔锤进行钻冲破岩，直至引孔达到预计桩长，在首段至溶洞洞顶范围的配桩采用预制高强混凝土薄壁钢管桩，且桩靴采用锯齿状桩靴以应对存在溶洞的位置，直至通过溶洞顶部后接驳常规预应力管桩。

根据本发明的第一方面实施例的基于BIM的引孔沉桩施工方法，至少具有如下有益效果：通过BIM能形成可视、直观的三维模型并进行不同程度的风险评估，根据评估结果采取不同的处理措施，其中对存在溶洞位置及其邻近范围的桩位采用长螺旋钻孔桩引孔加潜孔锤冲击坚硬夹层，为预制管桩的顺利贯入并达到收桩条件提供保障，采用锯齿状桩靴及重点部位采用预制高强混凝土薄壁钢管桩，有效解决溶洞地质中岩面不平整导致的桩端滑移、断桩问题，提高管桩在溶洞范围区段的抗弯折性能，有效提高成桩质量及确保基础安全。

根据本发明的第一方面实施例所述的基于BIM的引孔沉桩施工方法，应用BIM技术前，结合桩基础设计图纸和勘察报告研究分析获取具体现场施工环境。

根据本发明的第一方面实施例所述的基于BIM的引孔沉桩施工方法，应用BIM技术的方法包括：

建立土层和溶洞分布的BIM模型，将超前钻勘测得出的钻孔柱状图转化为相应的溶洞分布三维模型；

建立管桩模型，将二维的工程桩的平面布置图转化为相应的工程桩分布的三维模型。

根据本发明的第一方面实施例所述的基于BIM的引孔沉桩施工方法，超前钻勘测得出的钻孔柱状图的转化方式包括：将包括钻孔坐标、钻孔深度、孔口高程、层底深度、分层厚度、层底标高输入到BIM软件中，从而在BIM软件中生成土层分布和相应溶洞分布的三维模型；

二维的工程桩的平面布置图转化的方式包括：将工程桩平面布置图的内容输入BIM软件，输入包括桩的类型、桩的空间位置坐标，桩长、桩径，从而生成工程桩分布的三维模型。

根据本发明的第一方面实施例所述的基于BIM的引孔沉桩施工方法，根据设计要求、地质勘察报告和模拟桩与溶洞的位置关系确定受溶洞影响的预应力管桩判别范围，针对模拟桩的桩底与溶洞的洞顶距离小于2米，或溶洞2米水平范围内存在模拟桩的至少之一情况发生，则判断模拟桩与模拟溶洞位置发生相互影响，否则判断模拟桩与模拟溶洞位置不相互影响。

根据本发明的第一方面实施例所述的基于BIM的引孔沉桩施工方法，当模拟桩与模拟溶洞位置发生相互影响时，进一步判断溶洞高度是否大于3米，若大于3米需对溶洞进行灌浆预处理，再进行后续施工。

根据本发明的第一方面实施例所述的基于BIM的引孔沉桩施工方法，溶洞预处理施工技术流程：

进行测量放样施工；

搭建临设、布置钻孔；

进行泥浆制备，施工注浆孔，确定面积、体积及洞体充填情况；

安装套管，然后搅拌或外供水泥砂浆浆液，泵注水泥砂浆；

对排气孔进行观测，并作补浆处理，直至完成施工。

根据本发明的第一方面实施例所述的基于BIM的引孔沉桩施工方法，当模拟桩与模拟溶洞位置发生相互影响时，施工方法还包括：

前期引孔完毕后；

静压桩机就位、调试；

吊桩、调整垂直度；

焊接锯齿状桩靴；

送桩、接桩；

过溶洞顶部后接驳常规预应力管桩，直至达到收桩标准。

根据本发明的第一方面实施例所述的基于BIM的引孔沉桩施工方法，常规桩靴采用十字型桩靴。

根据本发明的第一方面实施例所述的基于BIM的引孔沉桩施工方法，长螺旋钻孔的直径比管桩的桩径小50～100mm。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步地说明；

图1为本发明实施例的施工流程图；

图2为本发明实施例BIM软件中的土层及溶洞分布模型；

图3为本发明实施例钻孔揭露的溶洞情况三维示意图；

图4为本发明实施例预判桩长建立管桩模型；

图5为本发明实施例管桩与溶洞模型相结合形成的三维示意图；

图6为本发明实施例施工的截面图。

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。

在本申请的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

在本申请的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是至少两个，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本申请的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以在结合技术方案的具体内容后，合理确定上述词语在本申请中的具体含义。

溶洞大多数是由地下水对岩层的长期溶蚀以致塌陷而形成的。溶洞的形态变化较大，除少部分洞身比较顺直、断面较规则外，大多忽高忽低、忽宽忽窄，且常见多洞连通，在溶洞中普遍分布有钟乳石、石笋、石柱等岩溶形态。

参照图1至图6，本申请第一方面实施例的基于BIM的引孔沉桩施工方法，应用于建筑施工过程中的引孔沉桩做法，尤其是在溶洞地区复杂地质环境下预应力管桩桩施工工程，基于BIM的引孔沉桩施工方法包括以下步骤：

应用BIM技术提前对地质状况进行分析，模拟桩与溶洞的位置关系并进行风险评估，根据评估结果采取不同的处理措施；形成可视、直观的三维模型并进行不同程度的风险评估可便于预先布局和调整不同的施工方式，应对不同情况的地质。

其中当模拟桩与模拟溶洞位置不相互影响时，采用常规桩靴210和常规预应力管桩110进行施工；对不受溶洞范围影响的工程桩采用常规材料及施工方法进行施工。

其中当模拟桩与模拟溶洞位置出现相互影响时，先采用长螺旋钻孔，引孔至较坚硬土层时改用潜孔锤进行钻冲破岩，或溶洞顶部坚硬岩土的引孔沉桩法，为预制管桩的顺利贯入并达到收桩条件提供保障，直至引孔达到预计桩长，在首段至溶洞洞顶范围的配桩采用预制高强混凝土薄壁钢管桩120，且桩靴采用锯齿状桩靴220以应对存在溶洞的位置，直至通过溶洞顶部后接驳常规预应力管桩110。桩靴采用锯齿状桩靴220以防止岩面起伏造成的断桩风险，通过模型分析管桩与溶洞的关系，首段～溶洞洞顶范围以上的配桩采用预制高强混凝土薄壁钢管桩120以提高桩的抗弯折性能，降低断桩风险，上部管桩可采用常规预应力管桩110以降低建设成本。

通过BIM能形成可视、直观的三维模型并进行不同程度的风险评估，根据评估结果采取不同的处理措施，其中对存在溶洞位置及其邻近范围的桩位采用长螺旋钻孔桩引孔加潜孔锤冲击坚硬夹层，为预制管桩的顺利贯入并达到收桩条件提供保障，采用锯齿状桩靴220及重点部位采用预制高强混凝土薄壁钢管桩120，有效解决溶洞地质中岩面不平整导致的桩端滑移、断桩问题，提高管桩在溶洞范围区段的抗弯折性能，有效提高成桩质量及确保基础安全。

在本申请的一些实施例中，应用BIM技术前，结合桩基础设计图纸和勘察报告研究分析获取具体现场施工环境，根据地质勘查报告揭露的地质情况，场地内及附近的不良地质作用有岩溶、土洞，地质灾害主要有地面沉降、塌陷。在本申请的具体施工实施例中，属浅覆盖性岩溶。本次勘察见可溶岩(石灰岩)钻孔39个，揭露到溶洞的钻孔有8个，见洞率约20.51％。总共揭露溶洞17个，其中11个钻孔为单孔单层溶洞，1个钻孔为单孔2串珠溶洞，1个钻孔为单孔4串珠溶洞，溶洞洞顶埋深为13.5～24.9m，洞底埋深为13.80～25.7m，洞高为0.20～5.30m，平均洞高1.88m。本次勘察见可溶岩(石灰岩)钻孔39个，揭露到土洞的钻孔有2个，见洞率约3.6％。在揭露的洞体中最大高度为5.30m，最小仅0.20m。同时在岩面附近由于溶蚀作用，造成岩面起伏变化很大。岩溶的分布在纵横向上变化很大，规律性差，呈无序状。桩基础设计桩型PHC-AB500-100，有效桩长≥13m，桩端持力层中风化石灰岩，单桩承载力特征值1800KN，管桩总根数916根。

在本申请的一些实施例中，具体参照图2至图5，应用BIM技术的方法包括：

具体参照图2和图3，建立土层和溶洞分布的BIM模型，将超前钻勘测得出的钻孔柱状图转化为相应的溶洞分布三维模型；具体的，将超前钻勘测得出的钻孔柱状图的转化方式包括：将包括钻孔坐标、钻孔深度、孔口高程、层底深度、分层厚度、层底标高输入到BIM软件中，从而在BIM软件中生成土层分布和相应溶洞分布的三维模型。

具体参照图4，建立管桩模型，将二维的工程桩的平面布置图转化为相应的工程桩分布的三维模型。具体的，将二维的工程桩的平面布置图转化的方式包括：将工程桩平面布置图的内容输入BIM软件，输入包括桩的类型、桩的空间位置坐标，桩长、桩径，从而生成工程桩分布的三维模型。

在本申请的一些实施例中，具体参照图6，根据设计要求、地质勘察报告和模拟桩与溶洞的位置关系确定受溶洞影响的预应力管桩判别范围，针对模拟桩的桩底与溶洞的洞顶距离小于2米，或溶洞2米水平范围内存在模拟桩的至少之一情况发生，则判断模拟桩与模拟溶洞位置发生相互影响，否则判断模拟桩与模拟溶洞位置不相互影响。

在本申请的一些实施例中，当模拟桩与模拟溶洞位置发生相互影响时，基于基础安全考虑，对上述范围内影响管桩的溶洞，进一步判断溶洞高度是否大于3米，若大于3米需对溶洞进行灌浆300预处理，再进行后续施工。

在本申请的一些实施例中，根据地质勘查报告揭露的地质情况，场地内溶洞洞顶埋深为13.5～24.9m，洞底埋深为13.80～25.7m，洞高为0.20～5.30m，基于基础安全考虑，对上述范围内影响管桩的溶洞，对揭露溶洞高度≥3米的溶洞进行灌浆300预处理。溶洞预处理施工技术流程：

进行测量放样施工；

搭建临设、布置钻孔；

进行泥浆制备，施工注浆孔，确定面积、体积及洞体充填情况；

安装套管，然后搅拌或外供水泥砂浆浆液，泵注水泥砂浆；

对排气孔进行观测，并作补浆处理，直至完成施工。

在本申请的一些实施例中，受溶洞影响的管桩，先采取长螺旋钻+潜孔锤引孔。其中先采用长螺旋钻孔，为保证桩侧摩擦力，所采用的长螺旋钻孔直径应比管桩桩径小50～100mm。

由于长螺旋钻孔工艺性能特性限制，在引孔至较坚硬土层时则无法继续钻入，为确保引孔能穿透夹层岩层或溶洞顶部岩土，确保预制管桩施工达到收桩标准，改用潜孔锤进行钻冲破岩，引孔达到预计桩长，并确保桩端持力层岩层厚度与溶洞距离达到设计要求厚度以上。

然后采用锯齿状桩靴220，岩面附近由于溶蚀作用，造成岩面起伏变化很大，采用锯齿状桩靴220及重点部位采用预制高强混凝土薄壁钢管桩120，对比常规桩靴210采用的十字型桩靴能有效解决溶洞地质中岩面不平整导致的桩端滑移、断桩问题。部分配桩采用预制高强混凝土薄壁钢管桩120，首段至溶洞洞顶范围以上的配桩采用预制高强混凝土薄壁钢管桩120以提高桩的抗弯折性能，降低断桩风险，上部管桩可采用常规预应力管桩110以降低建设成本。

在本申请的一些实施例中，当模拟桩与模拟溶洞位置发生相互影响时，施工方法还包括：

前期引孔完毕后；

静压桩机就位、调试；

吊桩、调整垂直度；

焊接锯齿状桩靴220；

送桩、接桩；

过溶洞顶部后接驳常规预应力管桩110，直至达到收桩标准。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

上面结合附图对本申请实施例作了详细说明，但是本申请不限于上述实施例，在所述技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本申请宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (10)

1.一种基于BIM的引孔沉桩施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

应用BIM技术提前对地质状况进行分析，模拟桩与溶洞的位置关系并进行风险评估，根据评估结果采取不同的处理措施；

其中当模拟桩与模拟溶洞位置不相互影响时，采用常规桩靴和常规预应力管桩进行施工；

其中当模拟桩与模拟溶洞位置出现相互影响时，先采用长螺旋钻孔，引孔至较坚硬土层时改用潜孔锤进行钻冲破岩，直至引孔达到预计桩长，在首段至溶洞洞顶范围的配桩采用预制高强混凝土薄壁钢管桩，且桩靴采用锯齿状桩靴以应对存在溶洞的位置，直至通过溶洞顶部后接驳常规预应力管桩。

2.根据权利要求1所述的基于BIM的引孔沉桩施工方法，其特征在于：应用BIM技术前，结合桩基础设计图纸和勘察报告研究分析获取具体现场施工环境。

3.根据权利要求1或2所述的基于BIM的引孔沉桩施工方法，其特征在于：应用BIM技术的方法包括：

建立土层和溶洞分布的BIM模型，将超前钻勘测得出的钻孔柱状图转化为相应的溶洞分布三维模型；

建立管桩模型，将二维的工程桩的平面布置图转化为相应的工程桩分布的三维模型。

4.根据权利要求3所述的基于BIM的引孔沉桩施工方法，其特征在于：超前钻勘测得出的钻孔柱状图的转化方式包括：将包括钻孔坐标、钻孔深度、孔口高程、层底深度、分层厚度、层底标高输入到BIM软件中，从而在BIM软件中生成土层分布和相应溶洞分布的三维模型；

二维的工程桩的平面布置图转化的方式包括：将工程桩平面布置图的内容输入BIM软件，输入包括桩的类型、桩的空间位置坐标，桩长、桩径，从而生成工程桩分布的三维模型。

5.根据权利要求3所述的基于BIM的引孔沉桩施工方法，其特征在于：根据设计要求、地质勘察报告和模拟桩与溶洞的位置关系确定受溶洞影响的预应力管桩判别范围，针对模拟桩的桩底与溶洞的洞顶距离小于2米，或溶洞2米水平范围内存在模拟桩的至少之一情况发生，则判断模拟桩与模拟溶洞位置发生相互影响，否则判断模拟桩与模拟溶洞位置不相互影响。

6.根据权利要求5所述的基于BIM的引孔沉桩施工方法，其特征在于：当模拟桩与模拟溶洞位置发生相互影响时，进一步判断溶洞高度是否大于3米，若大于3米需对溶洞进行灌浆预处理，再进行后续施工。

7.根据权利要求6所述的基于BIM的引孔沉桩施工方法，其特征在于：溶洞预处理施工技术流程：

进行测量放样施工；

搭建临设、布置钻孔；

进行泥浆制备，施工注浆孔，确定面积、体积及洞体充填情况；

安装套管，然后搅拌或外供水泥砂浆浆液，泵注水泥砂浆；

对排气孔进行观测，并作补浆处理，直至完成施工。

8.根据权利要求1所述的基于BIM的引孔沉桩施工方法，其特征在于：当模拟桩与模拟溶洞位置发生相互影响时，施工方法还包括：

前期引孔完毕后；

静压桩机就位、调试；

吊桩、调整垂直度；

焊接锯齿状桩靴；

送桩、接桩；

过溶洞顶部后接驳常规预应力管桩，直至达到收桩标准。

9.根据权利要求8所述的基于BIM的引孔沉桩施工方法，其特征在于：常规桩靴采用十字型桩靴。

10.根据权利要求1所述的基于BIM的引孔沉桩施工方法，其特征在于：长螺旋钻孔的直径比管桩的桩径小50～100mm。

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