玻璃纖維筋圍護(hù)樁在含水黏土夾砂地層中的應(yīng)用

鄧毅旁

摘 要：文章以實(shí)際工程為例，首先闡述了設(shè)置玻璃纖維筋樁的條件及必要性，然后對(duì)玻璃纖維筋樁施工工藝及質(zhì)量控制進(jìn)行了分析，從工藝、沉降、安全、效益等方面進(jìn)行對(duì)比分析，總結(jié)適合含水黏土夾砂層的盾構(gòu)進(jìn)出洞圍護(hù)方式，提高了施工效率，為不同地層的圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)施工提供參照。

關(guān)鍵詞：玻璃纖維筋 圍護(hù)樁 粉質(zhì)黏土夾砂地層 應(yīng)用

1.工程概況

地鐵6號(hào)線一期工程丈八六路站～丈八四路站盾構(gòu)區(qū)間位于錦業(yè)路正下方，盾構(gòu)區(qū)間長(zhǎng)度1138.4m，盾構(gòu)從丈八四路站始發(fā)，丈八六路站東端頭接收，盾構(gòu)區(qū)間最小轉(zhuǎn)彎半徑2000m，區(qū)間埋深約18m，與區(qū)間連接的丈八六路站為地下兩層框架結(jié)構(gòu)，采用明挖+蓋挖法施工，車站長(zhǎng)度477m，圍護(hù)結(jié)構(gòu)共設(shè)704根，除東端接收端洞門位置外都為鋼筋鉆孔樁，丈八六路站及區(qū)間土質(zhì)自上而下主要為人工填土、黃土狀土、粉質(zhì)粘土、砂類土、夾砂層土、中更新統(tǒng)湖積粉質(zhì)粘土及砂類土；地下水水位埋深為8.00～10.00m，孔隙潛水存于洪積粉質(zhì)粘土、砂類土層中，水量較大，施工場(chǎng)地和地質(zhì)條件較復(fù)雜。

2.設(shè)置玻璃纖維筋樁的條件及必要分析

根據(jù)丈八六路車站及區(qū)間巖土工程勘察報(bào)告，丈八六路站～丈八四路站盾構(gòu)區(qū)間土質(zhì)變化大，種類較復(fù)雜，區(qū)間與丈八六路站銜接處土為黑褐色黏土及夾砂土，地下水豐富，場(chǎng)地地質(zhì)存在土質(zhì)不均，成份雜亂，結(jié)構(gòu)松散，工程性能差，有涌水、涌砂風(fēng)險(xiǎn)，施工開(kāi)挖時(shí)容易出現(xiàn)局部坍塌特點(diǎn)。為減少對(duì)地層的擾動(dòng)，確保安全，在洞門范圍采用玻璃纖維筋樁，盾構(gòu)出洞時(shí)不需要人工破除鋼筋混凝土樁基，采用盾構(gòu)機(jī)直接磨除出洞，達(dá)到快速、安全的效果。

3.玻璃纖維筋樁施工工藝及質(zhì)量控制

3.1設(shè)置范圍及標(biāo)準(zhǔn)

車站圍護(hù)結(jié)構(gòu)共設(shè)704根圍護(hù)樁，圍護(hù)樁樁長(zhǎng)23.08m，樁徑1.5m，鋼筋主筋直徑為25mm，其中盾構(gòu)洞門范圍部分用直徑Φ25、Φ20、Φ12的玻璃纖維筋代替普通鋼筋，在上下兩端部分與普通鋼筋搭接，搭接長(zhǎng)度45倍直徑以上，并采用 U形卡扣和螺栓與普通鋼筋連接。

3.2玻璃纖維筋性能優(yōu)點(diǎn)

GFRP玻璃纖維筋材料是將高強(qiáng)纖維絲浸漬專用環(huán)氧樹(shù)脂基體后在光電熱一體的高速聚合裝置內(nèi)受熱固化，經(jīng)牽引連續(xù)拉擠成型。具有如下特性：

（1）抗拉強(qiáng)度高，抗拉強(qiáng)度近2000MPa，和高強(qiáng)鋼絲接近。

（2）熱漲系數(shù)與混凝土接近，為0.8～1.2×10-5；適合作為加強(qiáng)筋在混凝土中應(yīng)用。

（3）玻璃纖維筋彈性模量較低，約為普通鋼筋的2/3～1/5。

（4）玻璃纖維復(fù)合材料筋的壽命為鋼筋的兩倍，耐腐蝕性能好。對(duì)于在潮濕環(huán)境或其他侵蝕性環(huán)境中工作的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，GFRP玻璃纖維筋適合于作為鋼筋的替代材料。

（5）玻璃纖維復(fù)合材料筋的拉伸彈性模量介于普通鋼材和高強(qiáng)鋼材之間，GFRP筋的抗剪強(qiáng)度僅有50～60MPa，抗剪強(qiáng)度較低。

（6）密度小，容重輕。密度2g/ cm3左右，玻璃纖維筋比重是普通鋼筋的1/4，易于安裝和運(yùn)輸。

（7）玻璃纖維筋性能上和普通鋼筋相似，與混凝土有較好的黏結(jié)性，和混凝土具有相似的收縮系數(shù)，同時(shí)具有很高的抗拉強(qiáng)度和較低的抗剪強(qiáng)度。

3.3施工工藝

（1）鋼筋籠制作

玻璃纖維筋鋼筋籠樁徑為1.5m，長(zhǎng)23.08m，由兩節(jié)普通鋼筋籠和一節(jié)玻璃纖維筋籠組成。普通鋼筋和玻璃纖維筋籠材料加工完成合格后，將普通鋼筋和玻璃纖維鋼筋分別獨(dú)立加工制作成型。其中玻璃纖維筋籠主筋采用36根Φ25玻璃纖維筋，箍筋為Φ12@100玻璃纖維筋，加強(qiáng)筋為Φ20@2000玻璃纖維筋。玻璃纖維筋之間的連接采用鍍鋅扎絲綁扎連接，在兩者接頭處留搭接長(zhǎng)度（搭接長(zhǎng)度≥45d約1.2m）和足夠數(shù)量的螺旋箍筋。

（2）鋼筋籠吊放與連接

吊放時(shí)采用逐節(jié)吊裝逐節(jié)沉放的方法，已插入的鋼筋籠，利用鋼管或型鋼通過(guò)其架立筋將該段承托臨時(shí)固定，上節(jié)鋼筋籠由吊車臨時(shí)吊住呈懸吊狀態(tài)，上下兩節(jié)對(duì)中使其成為一條直線后，找正主筋位置并利用吊墜由前后左右控制垂直度，調(diào)整完成后受力主（縱）筋間GFRP筋與鋼筋連接應(yīng)采用鋼制U型卡連接，搭接長(zhǎng)度≥45d（d為主筋直徑），U型卡應(yīng)與筋材直徑相適應(yīng)，每根筋材連接端的U型卡數(shù)量≥2個(gè)。預(yù)留螺旋箍筋與主筋之間的連接可以采用鍍鋅扎絲呈梅花形綁扎，綁扎應(yīng)該牢靠用。

兩節(jié)鋼筋籠連接時(shí)，在同一截面內(nèi)鋼筋接頭需錯(cuò)開(kāi)，接頭面積≤總截面50%，連接時(shí)，上下兩節(jié)的鋼筋籠主筋軸心必須對(duì)齊。上下節(jié)對(duì)接完成后，拔掉承托用的鋼管或型鋼，繼續(xù)沉放鋼筋籠，為避免鋼筋籠碰撞孔壁，要緩慢沉放，并將吊索置于鋼筋籠軸線上，不使其搖晃，將放置好的鋼筋籠定位固定。

（3）混凝土澆筑控制

玻璃鋼筋籠對(duì)接完成后，由工程技術(shù)人員和測(cè)量人員對(duì)樁位進(jìn)行測(cè)量復(fù)核固定，混凝土灌注按照鉆孔樁工藝控制進(jìn)行下一道工序。

3.4施工質(zhì)量注意事項(xiàng)

（1）GFRP筋運(yùn)輸和存儲(chǔ)時(shí)，盡量使材料保持在150～400℃溫度環(huán)境之間，材料隔離紫外線和化學(xué)物質(zhì)，避免影響與混凝土的黏結(jié)效果。

（2）在運(yùn)輸GFRP筋的過(guò)程中，使用橫桿支撐，避免吊裝GFRP筋時(shí)造成過(guò)度彎曲。

（3）GFRP筋的現(xiàn)場(chǎng)加工連接時(shí)，不要將GFRP筋直接放置在地面上，在鋼筋底部布置彈性墊，避免鋼筋直接與地面或堅(jiān)硬物直接碰撞，防止GFRP纖維筋表面損傷。

（4）在鋼筋籠吊裝使用前，將鋼筋表面受到油質(zhì)污染物清洗干凈。

4.施工沉降對(duì)比分析

地表沉降和樁基本身的沉降是圍護(hù)方式需要考慮的因素之一，對(duì)丈八六路站西端頭一般樁基兩個(gè)測(cè)點(diǎn)ZQC19+924-1和ZQC19+924-2及東端頭玻璃纖維筋樁基一個(gè)測(cè)點(diǎn)ZQC20+401.7-1的沉降數(shù)據(jù)對(duì)比，ZQC19+924-1點(diǎn)下沉7.5mm，Z Q C 1 9 + 9 24 -2上抬6 . 5 m m，ZQC20+401.7-1沉降2.40mm，玻璃纖維樁的位移沉降更平均穩(wěn)定，樁頂沉降見(jiàn)表1。

5.施工效率及安全比較分析

通過(guò)對(duì)比玻璃纖維鋼筋與一般鋼筋的規(guī)格及數(shù)量，每個(gè)盾構(gòu)井出洞位置設(shè)圍護(hù)樁8根，布置為Φ1500@1400玻璃纖維筋，單根長(zhǎng)度16m，總長(zhǎng)度128m，一般圍護(hù)樁設(shè)置10根，規(guī)格Φ1000@1400，替換長(zhǎng)度160m，工程本身造價(jià)分別為28.46萬(wàn)和22.78萬(wàn)，兩者相差不大，而鋼筋玻璃纖維筋樁不需要人工破除，工期節(jié)省4～6d。采用盾構(gòu)直接磨除出洞，對(duì)地層擾動(dòng)小，風(fēng)險(xiǎn)低，特別是含水砂層和夾砂地層，容易坍塌，人工破除，安全風(fēng)險(xiǎn)高，在本工程實(shí)踐中，洞門處地表、管線沉降滿足規(guī)范要求，盾構(gòu)平穩(wěn)安全快速出洞，有效提高盾構(gòu)出洞的效率。

6.結(jié)語(yǔ)

綜上所述，玻璃纖維筋圍護(hù)樁作為盾構(gòu)吊出井圍護(hù)方式之一，在丈八六路車站含水黏土夾砂地層應(yīng)用中沉降控制良好、對(duì)地層擾動(dòng)小、安全風(fēng)險(xiǎn)可控、工期效率提高，能規(guī)避人工破除混凝土的安全風(fēng)險(xiǎn)。其他不良地質(zhì)地層中還有飽和軟黃土、富含水砂層，盾構(gòu)始發(fā)到達(dá)風(fēng)險(xiǎn)較大，在考慮盾構(gòu)刀片類型的同時(shí)，也可考慮采用玻璃纖維筋圍護(hù)樁，實(shí)現(xiàn)工期、安全雙控目標(biāo)。

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