帷幕灌漿施工中BIM技術(shù)的運(yùn)用研究

劉大洲

(大連市普蘭店區(qū)河道管理處，遼寧 大連 116200)

0 引 言

由于過度依賴二維工程圖使得傳統(tǒng)的帷幕灌漿技術(shù)難以直觀的展現(xiàn)工程效果，對水利工程施工中存在的安全隱患難以精確的進(jìn)行排查，導(dǎo)致建筑滲漏等問題的頻繁發(fā)生。為解決上述問題，考慮采用3D建模+4D數(shù)據(jù)信息管理系統(tǒng)以及BIM可視化模塊，完善裂隙巖體及漿液參數(shù)，通過采用BIM可視化模塊研究單孔灌漿工藝，在此基礎(chǔ)上檢測基于BIM技術(shù)的應(yīng)用效果。

1 灌漿施工參數(shù)

滲透漿液在帷幕灌漿施工中的滲流變化特征與地下水運(yùn)動基本保持相同，二者均滿足線性滲透的變化規(guī)律[1]。一般情況下，在沙子中做穩(wěn)定紊流運(yùn)動的被灌注物體滿足均勻性要求。而巖土體中的孔隙被漿液灌注時，當(dāng)進(jìn)入到空洞底部時發(fā)生填補(bǔ)和凝固[2-4]。在工程結(jié)構(gòu)完全處于連通的情況下，可對漿液流通路徑相關(guān)參數(shù)W利用BIM技術(shù)描述，其計算公式為：

(1)

式中：p、l分別代表施工階段的裂縫參數(shù)與土壓數(shù)據(jù)參數(shù)；S代表水利工程施工的總長度；Vij代表距離i至j的灌漿整體土壓參數(shù)。

水力坡度和流體的滲流速度在滲流的灌漿巖體內(nèi)存在反比例關(guān)系，為保證較好的灌漿質(zhì)量漿液連通指數(shù)W應(yīng)處于0-10之間。對于存在裂隙隱患的建筑結(jié)構(gòu)，可采用計算公式(2)確定通過裂隙n的概率Q，即：

(2)

設(shè)Qnε、Qyε分別代表通過n個和y個裂痕的發(fā)生概率，根據(jù)以上計算流程確定質(zhì)量參數(shù)R，其計算公式為：

(3)

通過計算分析灌漿的通性概率可求算灌漿工程的其他數(shù)據(jù)，其中帷幕灌漿的施工修復(fù)環(huán)節(jié)為水利工程施工最主要的過程。設(shè)ψ、γ分別為灌漿輸出速率和工程建筑磨損參數(shù)，則灌漿輸入系數(shù)T可根據(jù)相關(guān)理論確定，即：

T=∑Q(R/γ-ψ)

(4)

可見，工程建構(gòu)質(zhì)量參數(shù)和灌漿輸入系數(shù)呈負(fù)相關(guān)性，灌漿通過裂隙修復(fù)區(qū)域的難度隨著T值的增大而增加。對帷幕灌漿參數(shù)E結(jié)合上述算法進(jìn)行計算，計算公式為：

(5)

對施工過程的有關(guān)參數(shù)按照上述算法采集確定，然后對系統(tǒng)信息結(jié)合以上計算值做出及時的調(diào)整。選擇遼寧省某水利工程為例，通過檢測帷幕灌漿情況及其相關(guān)參數(shù)確定計算數(shù)據(jù)，采集整理相關(guān)參數(shù)。統(tǒng)計整理的帷幕灌漿相關(guān)參數(shù)，見表1。

表1 統(tǒng)計整理的帷幕灌漿相關(guān)參數(shù)

從表1可以發(fā)現(xiàn)，帷幕灌漿參數(shù)檢測結(jié)果和計算數(shù)據(jù)保持較好的一致性，可見該算法的運(yùn)算時間較短且具有較高的精準(zhǔn)度。由于地質(zhì)模型參數(shù)和工程所在地形實際數(shù)據(jù)存在一定差異，使得在灌漿參數(shù)計算時具有稍微的偏差。為了降低該計算偏差，可采用BIM技術(shù)展示模型拼合后的圖像信息，提高地理模型的客觀性和可靠性，同歸對地質(zhì)情況和灌漿施工的精準(zhǔn)融合，更加有效的反映建筑質(zhì)量和實際情況。文章對帷幕灌漿施工流程結(jié)合上述計算方法和BIM技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)分析。

2 帷幕灌漿施工中BIM技術(shù)的應(yīng)用

為了保證灌注的漿液能夠滿足工程建設(shè)的強(qiáng)度要求并并且有效填補(bǔ)到建筑滲漏的縫隙內(nèi)，可采取提升單排孔漿液壓力的方法增大漿液與巖層縫隙之間的吸引力，促進(jìn)漿液擴(kuò)散過程發(fā)生擠密效應(yīng)并保證漿液有效灌注和穩(wěn)定附著于結(jié)構(gòu)體系內(nèi)，從而解決滲漏問題和修補(bǔ)建筑裂痕[5-7]?；贐IM技術(shù)的灌漿施工展示流程，見圖1。

圖1 基于BIM技術(shù)的灌漿施工展示流程

根據(jù)圖1所示，對施工建設(shè)相關(guān)信息利用BIM數(shù)據(jù)庫進(jìn)行提取，然后在Revit管理模塊中輸入相關(guān)參數(shù)，由此實現(xiàn)快速、準(zhǔn)確、直接的展示和查詢工程進(jìn)展?fàn)顩r。將施工工藝流程利用BIM系統(tǒng)進(jìn)行完善和展示時，相應(yīng)的地質(zhì)信息展示可采用場景可視化模塊完成。為了更好的分析與掌握灌漿施工情況，需要進(jìn)一步分析灌漿展示過程中系統(tǒng)的可視化功能，灌漿展示中系統(tǒng)的可視化功能模塊，見圖2。

圖2 灌漿展示中系統(tǒng)的可視化功能模塊

對帷幕灌漿工序根據(jù)BIM灌漿系統(tǒng)施工展示模塊進(jìn)行分析，按照提高灌漿效果和縮小灌漿孔距的原則進(jìn)行帷幕灌漿施工。為了在施工范圍能夠形成阻水幕墻采用單排孔方案進(jìn)行灌注，可實現(xiàn)增加漿液擴(kuò)散空間的設(shè)計要求以及提升建筑抗變形能力及承載量的目的，保證復(fù)雜灌漿的正常施工和水利工程建設(shè)質(zhì)量。通過深入研究單排孔灌漿施工情況提高灌漿施工效果，以實現(xiàn)相關(guān)工作人員直觀展示灌漿效果和施工情況的要求，對鉆孔加密在施工過程中的處理情況進(jìn)行更加直觀的觀察。為保證灌漿施工的準(zhǔn)確性、安全性以及提高工程施工效率，對帷幕灌漿施工技術(shù)和施工過程采用BIM灌漿展示系統(tǒng)、可視化展示模塊進(jìn)行完善處理及實時展示[8-10]。單排孔施工順序流程圖，見圖3。

圖3 單排孔施工流程圖

3 基于BIM的帷幕灌漿施工要點(diǎn)

鉆孔質(zhì)量狀況將直接影響著帷幕灌漿的施工質(zhì)量，所以必須根據(jù)BIM技術(shù)和工程設(shè)計資料精準(zhǔn)的定位鉆孔位置。為避免由于過大的震動使得鉆孔方向發(fā)生偏移等情況的出現(xiàn)，待完成定位后還需要對鉆孔位置進(jìn)行固定與矯正，在實際工程中灌漿鉆孔設(shè)備較為常見；另外，為防止孔洞發(fā)生堵塞等問題，在完成鉆孔工作后需要對鉆孔利用壓力水流進(jìn)行反復(fù)清理直至排除的水流清澈[11]。

對灌漿壓力和漿料配比的控制為灌漿施工的重要環(huán)節(jié)，漿料配比濃度的精準(zhǔn)計算可結(jié)合前文中灌漿施工參數(shù)算法確定，注漿過程應(yīng)遵循先稀后濃的原則。對于壓力的變化結(jié)合BIM施工模塊進(jìn)行科學(xué)的評判和展示，以防在出現(xiàn)異常的情況下能夠?qū)酀{施工采取有效的措施[12]。若在灌漿過程中出現(xiàn)串漿現(xiàn)象，應(yīng)立即封堵灌漿孔并停止灌漿。待灌漿完成后還需要對其質(zhì)量情況按照可視化系統(tǒng)檢查，從而保證水利工程質(zhì)量的穩(wěn)定性與安全性，對灌漿施工質(zhì)量利用BIM可視化基礎(chǔ)檢測的主要流程。水利工程灌漿施工，見圖4。

根據(jù)圖4可知，對覆蓋層按照孔口封閉循環(huán)的方法進(jìn)行設(shè)計，可達(dá)到灌漿施工的循環(huán)分段處理。為防止再次出現(xiàn)裂痕、滲漏并保證工程的穩(wěn)固，采用壓力灌漿法對灌漿施工的最后階段進(jìn)行封孔處理。

圖4 水利工程灌漿施工

4 實驗檢測分析

采用仿真實驗有效檢測了灌漿過程中BIM的應(yīng)用效果，考慮到工程結(jié)構(gòu)不同部位承載壓力的不同，進(jìn)而對灌漿效果的影響也不盡相同[13]。因此，有必要采用灌漿檢測實驗對復(fù)雜地質(zhì)條件的水利工程進(jìn)行分析，對比檢測基于BIM和傳統(tǒng)方法在帷幕灌漿施工中的效果，并對不同方法的地中灌漿和地表灌漿情況進(jìn)行實時記錄。BIM可視化技術(shù)和傳統(tǒng)方法的灌漿吸入量檢測值，見圖5

Ⅰ傳統(tǒng)方法

Ⅱ基于BIM技術(shù)

圖5 BIM可視化技術(shù)和傳統(tǒng)方法的灌漿吸入量檢測值

通過對比分析兩種檢測方法的灌漿吸入量發(fā)現(xiàn)，帷幕灌漿施工采用BIM可視化技術(shù)可顯著提升地下、地中與地表的灌漿效果，在不同部位的灌漿吸入量大致保持相同，保障了工程建設(shè)質(zhì)量和安全性能。實證分析表明，對于建筑裂縫的修復(fù)和填補(bǔ)基于BIM可視化系統(tǒng)的灌漿技術(shù)具有更好的效果。通過設(shè)計傳統(tǒng)方法和BIM帷幕灌漿技術(shù)對比實驗，進(jìn)一步檢驗其防滲效果的有效性。傳統(tǒng)方法和實驗方法的灌漿效果，見圖6。

圖6 傳統(tǒng)方法和實驗方法的灌漿效果

根據(jù)灌漿檢測結(jié)果可知，在防滲效果方面?zhèn)鹘y(tǒng)灌漿技術(shù)的耗時過多且防滲性能較差，而基于BIM技術(shù)的帷幕灌漿施工期防滲性達(dá)到90%以上，針對水利建設(shè)中較為常見的滲漏問題能夠較好的進(jìn)行處理?？梢?，在保證水利工程建設(shè)穩(wěn)定性與安全性方面基于BIM技術(shù)的帷幕灌漿施工發(fā)揮著重要作用，可為促進(jìn)水利工程的可持續(xù)建設(shè)發(fā)展提供強(qiáng)大的推動力[14]。

5 結(jié) 論

針對傳統(tǒng)的灌漿滲漏問題，文章對帷幕灌漿技術(shù)利用BIM可視化技術(shù)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計，以期為減少工程內(nèi)部的侵蝕情況和提高水利工程建設(shè)質(zhì)量提供一定參考。通過試驗檢測BIM灌漿技術(shù)和傳統(tǒng)方法，結(jié)果顯示：在防滲效果方面?zhèn)鹘y(tǒng)灌漿技術(shù)的耗時過多且防滲性能較差，而基于BIM技術(shù)的帷幕灌漿施工期防滲性達(dá)到90%以上，針對水利建設(shè)中較為常見的滲漏問題能夠較好的進(jìn)行處理。證實了基于BIM可視化技術(shù)的灌漿施工能夠有效解決建筑工程常見的滲漏問題，提高灌漿質(zhì)量并保障漿液的有效吸入，可為完善灌漿技術(shù)的應(yīng)用和促進(jìn)建筑行業(yè)的可健康發(fā)展提供一定的技術(shù)支持。