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基于BIM技術的鉆孔灌注樁樁長預控制施工技術

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（三）基于BIM技術的鉆孔灌注樁樁長預控制施工技術
1. 技術背景
在工程建設過程中，樁基礎的施工效率通常較低，主要是因為現場施工過程中無法提前預知樁
孔開挖深度，導致樁孔開挖過程中需要根據設計圖紙的嵌巖要求邊開挖邊判斷；同時由于無法預知
樁孔開挖深度，也導致了無法預估鋼筋籠長度、施工時間等，對進度管理、物資材料準備等都產生
了影響，降低了生產效率。
為了達到提前預估樁長、鋼筋籠提前制作以提高施工效率的目的，基于BIM 技術的特點，提出
了一種基于BIM 技術的鉆孔灌注樁樁長預控制施工技術，通過模擬樁基礎模型與巖土分層模型的關
系預控制樁基礎長度的同時施工現場可提前進行鋼筋籠的制作。有效提高了樁基礎施工的效率。
2. 技術簡介
基于BIM 技術的鉆孔灌注樁樁長預控制施工技術是對傳統樁基礎施工方法的改進。通過模擬巖
土分層情況，建立巖土分層模型與樁基礎模型并依據實際位置關系組合模型，根據設計要求對每個
樁的樁身長度進行測算，計算理論預控制樁長、鋼筋籠長度、混凝土澆筑量等，并組織專業分包進
行預控制樁長交底，現場進行樁孔開挖過程中鋼筋后臺便可開始同步制作鋼筋籠，現場樁孔開挖到
理論挖深后組織進行巖土層判斷與收方，將收方實際數據輸入計算表中，對理論數據進行修正，若
鋼筋籠長度修正后與理論值誤差在500mm 范圍內，則鋼筋籠長度可不進行修正，若在誤差范圍外則
需要及時通知現場進行鋼筋籠長度的修正，修正驗收后即可下放鋼筋籠澆筑混凝土，省去了樁孔邊
開挖邊判斷的時間與開挖后再根據樁孔深度進行鋼筋籠制作的時間，提高了施工效率。
3. 適用范圍
該技術適用于非詳勘點項目或設計未明確各樁身長度的樁基礎工程施工。
4. 施工工藝流程及操作要點
4.1 施工工藝流程
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基于BIM 技術的樁長預控制施工技術工藝流程圖
4.2 施工操作要點
4.2.1 圖紙識讀
熟悉設計圖紙，熟悉樁基礎設計圖紙要求的嵌巖深度、鋼筋籠長度、基頂標高、嵌巖層要求等；
熟悉地勘點位，明確地勘點與各樁基礎的關系；熟悉場地下各巖土層大致分布情況與關系。
4.2.2 建立地質分層模型
1、整理地勘點：在Excel 中建立不同的工作表，每個工作表代表一個巖土層，在每個工作表
中輸入各地勘點的X、Y 坐標與該工作表對應的巖土層的底標高，分別輸入至表中第一、二、三列中。
將每個工作表單獨導出為txt 文件。
2、建立模型：在Civil3D 中使用【點】工具分別導入上述的txt 文件，建立地勘點模型，將
同一巖土層的標高點創建為一個點編組，創建后每個點位上應有不同的標高，分別代表不同的巖土
層分層標高；使用【曲面】工具創建出不同巖土層名稱的曲面，曲面的巖土層名稱需與Excel 工作
表中的巖土層名稱對應，便于建模時的辨別，在【曲面】工具下使用點編組定義曲面模型，曲面名
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稱與點編組名稱對應，即可創建出不同巖土層分界的曲面；選擇一個曲面，使用【從曲面提取實體】
功能創建地質層實體模型，創建時選擇與該曲面相鄰的曲面進行創建，同時將創建的單層實體模型
導出為單獨的dwg 文件，最底層巖土模型創建至設計要求的嵌巖層即可。
根據地勘點創建地質分層模型圖
4.2.3 Dynamo 轉化地質分層模型
啟動Revit，分別將單層巖土層dwg 文件導入至Revit 中；啟動Revit 插件Dynamo，輸入Dynamo
節點并連接，將導入的dwg 文件轉化為Revit 中的實體模型。
Dynamo 轉化模型節點及邏輯圖
4.2.4 建立樁基礎模型
將項目樁基礎模型圖紙與場地地勘圖紙疊加，判斷出樁基礎與地勘點的位置關系，將圖紙導入
Revit 中，并與已建立好的地質分層模型對齊，使兩者位置關系正確；在Revit 中根據樁基礎圖紙
建立樁基礎模型，首先創建的樁基礎模型需接觸至嵌巖層模型的底部，測量出開挖標高至嵌巖標高
的高度，然后依據設計圖紙再增加樁基礎的嵌巖長度，測量計算出初步預控制樁長。
樁基礎模型的建立圖
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4.2.5 剛性角判斷
根據設計圖紙的要求，對每根樁進行剛性角的判斷，在Revit 中對每根樁基礎與其周圍的樁基
礎做剖面，進入剖面圖中，對每根樁基礎及其周圍的樁基礎進行剛性角的判斷，若有樁基礎不滿足
剛性角的要求，則對樁長較短的樁基礎模型進行加長處理，使其滿足剛性角的要求，并重新對周圍
的樁基礎進行剛性角的判斷，最終使所有樁基礎滿足剛性角的要求。
剛性角的判斷與修正圖
4.2.6 記錄與計算
對所有樁基礎的剛性角要求進行判斷與調整后，將最終的樁基礎模型從開挖標高至樁底標高的
長度記錄至Excel 計算表中，即可計算出開挖前的預控制數據，現場樁基礎施工過程中主要需要的
數據為預計開挖深度、預計鋼筋籠長度、混凝土澆筑量與混凝土澆筑至距離場地平面的距離，各數
據計算公式如下：預計開挖深度=場地平面標高-基底標高；預計鋼筋籠長度=樁頂標高-基底標高+35d
（d 為鋼筋直徑）；混凝土澆筑至距離場地平面的距離=場地平面標高-樁頂標高-超灌高度；混凝土
澆筑量=樁截面積×（預計開挖深度-混凝土澆筑至距離場地平面的距離）。將計算過程及結果等數
據錄入統計表，方便統一管理。
樁基礎預控制計算表圖
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4.2.7 交底
組織樁基礎施工交底會，明確樁基礎采用預控制樁長技術開挖，要求專業分包按照預控制開挖
深度進行開挖，開挖至預控制深度后再進行巖土層判斷，并要求鋼筋后臺按照預控制鋼筋籠長度提
前進行鋼筋籠的制作，混凝土澆筑應按預控制要求澆筑至指定的標高，交底時應明確鋼筋籠的長度
受開挖深度的影響較大，所以現場在樁孔開挖過程中需控制好與理論挖深的誤差。
4.2.8 現場施工與反饋
樁孔開挖完成后，現場進行巖土層的判斷與收方，并將收方的樁孔深度數據輸入至計算表中，
與理論的樁孔深度進行對比，若誤差在500mm 之內，則鋼筋籠長度可不進行修正，若在誤差范圍外
則需要及時通知現場進行鋼筋籠長度的修正。
4.2.9 現場調整
現場鋼筋后臺若收到調整通知后，則需要對鋼筋籠進行長度的調整以滿足實際的樁基礎施工要
求。
4.2.10 驗收
現場樁孔開挖完成及鋼筋籠制作完成后，通知監理單位進行驗收，驗收合格后即可下放鋼筋籠、
澆筑混凝土，完成樁基礎的施工，混凝土澆筑量也可根據計算進行控制，澆筑至預計的高度即可停
止澆筑，此時已滿足超灌高度。
5. 材料與設備
5.1 材料
表5.1-1 主要材料表
序號材料名稱規格主要指標用途
1 鋼筋按設計要求抗拉強度、伸長率、冷彎性能
樁鋼筋籠
鋼筋網片
2 混凝土按設計要求抗壓強度、塌落度樁身澆筑
鋼筋需對原材、焊接進行檢驗，混凝土進場時需進行塌落度測試，澆筑時需對每根樁基礎制作
混凝土抗壓強度試塊，并按檢驗要求進行檢驗。
5.2 設備
表5.2-2 主要設備表
序號設備名稱規格技術指標用途
1 鋼筋切斷機GQ40 2.2kW 鋼筋切割
2 鋼筋彎曲機GW40 3kW 鋼筋彎曲
3 鋼筋調直機GT4--10 5.5kW 鋼筋調直
4 旋挖機三一SR250R 261kW 旋挖成孔
5 車載混凝土泵三一SY5271THB 38E 265kW 澆筑混凝土
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序號設備名稱規格技術指標用途
6 履帶式挖機三一SY245H 147kW
棄土轉運、場地
平整
7 吊車徐工QY25 192kW 鋼筋籠吊裝
8 全站儀ZT30R Pro / 樁位放樣
9 GPS 千尋星耀SE / 樁位放樣
10 混凝土抗壓試模/ / 試塊制作
11 坍落度筒+搗棒/ / 塌落度測試
12 高性能電腦/ /
BIM 模型處理
數據處理與計算
6. 效益計算分析
6.1 經濟效益分析
通過BIM 技術預控制樁長，能夠預知材料用量，提前規劃材料使用，同時能夠預知開挖深度，
提前制作鋼筋籠，有效提高了樁基礎施工效率。通過對比每100 根樁基礎的施工情況，經過綜合測
算統計，經濟效益對比見表3。
材料損耗費用：鋼筋籠所使用的鋼筋重量×鋼筋單價+鋼筋籠制作損耗的鋼筋重量×鋼筋單價。
使用BIM 技術預控制樁長每制作7 個鋼筋籠損耗2m 鋼筋；傳統樁基礎開挖每制作10 個鋼筋籠損耗
2m 鋼筋。
機械節省的費用：（傳統樁基礎開挖施工的工期-使用BIM 技術預控制樁長的工期）×（樁機租
賃費用+吊車租賃費用）。
人工節省的費用：（傳統樁基礎開挖施工的工期-使用BIM 技術預控制樁長的工期）×（樁機司
機費+鋼筋工費用+鋼筋籠安裝工費用+吊車司機費）。
表6.1-1 經濟指標對比表
名稱
分項
基于BIM技術的預控制樁長
（每100根樁）
傳統樁基礎施工
（每100根樁）
效益對比
（每100根樁）
材料損耗費用1612.06元1152.04元增加460.02元
機械費用19600元29400元減少9800元
人工費用4200元6300元減少2100元
工期28天42天減少14天
總計節省工期約33%，節省成本費用約31%。
6.2 社會效益分析
本技術充分利用BIM 技術的特點，快速計算出預估樁長，樁孔的開挖可以直接開挖至預估深度
后再進行是否到持力層的判斷，不再需要開挖到一定深度后邊開挖邊判斷，現場可同時進行樁孔開
挖與鋼筋籠的制作，經過驗收與判斷修正后即可將鋼筋籠放入，提高了開挖效率，減少了樁基礎施
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工的工期，符合國家節能環保要求。得到了業主、監理單位的一致肯定，打造公司及集團的企業品
牌形象，取得了良好的社會效益。
7. 應用實例
渝興.環湖企業公園（二期）位于重慶市渝北區青竹東路渝興環湖企業公園，占地面積
53681.12m2，總建筑面積181154.78m2，其中地上面積126410.35m2，地下建筑面積54744.43m2，共5
棟建筑，建筑高度最高為98.20m（4#樓25F）；地下車庫為兩層，配建停車位1657 個。1#、2#、3#、
5#樓及地下車庫為框架結構，4#樓為框架核心筒結構。開工時間為2021 年9 月9 日，竣工時間為
2023 年11 月28 日。
本工程的421 根樁基礎均采用了基于BIM 技術的鉆孔灌注樁樁長預控制施工技術，將預計開挖
深度與實際收方的開挖深度進行對比，經過綜合統計測算，實際開挖深度與預計開挖深度平均相差
363mm，共節省成本約4.8 萬元，減少樁基礎施工工期55 天，提高了樁基礎施工的效率。得到了業
主、監理單位的一致肯定，取得了良好的經濟和社會效益。
施工方案及技術交底現場施工
鋼筋籠提前制作現場驗收與收方
8. 技術咨詢服務單位聯系方式
技術提供單位中建一局集團第二建筑有限公司
主要完成人李曉東、夏松、吳海、張宇航、周順勇、江偉、王濤
技術咨詢聯系人吳海聯系電話17585959767

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