玻纖錨桿技術(shù)在超高層建筑基坑支護(hù)中的應(yīng)用

李忠峰

（萬(wàn)泰屹呈土木工程有限公司，遼寧 沈陽(yáng) 110000）

1 超高層建筑深基坑地下結(jié)構(gòu)綜合施工難點(diǎn)

在超高層建筑深基坑地下結(jié)構(gòu)施工期間，由于基坑深度過(guò)大，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)坑內(nèi)積水、結(jié)構(gòu)變形、安全事故頻發(fā)等問(wèn)題?；炷吝\(yùn)輸車(chē)輛無(wú)法到達(dá)指定灌注場(chǎng)地，需施工部門(mén)結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際特征及混凝土泵送期間的各項(xiàng)要求，保障混凝土泵送的穩(wěn)定性與連續(xù)性，切實(shí)保障深基坑地下結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量與效率。超高層建筑深基坑地下結(jié)構(gòu)規(guī)模大，需使用超大直徑的人工挖孔樁、超厚筏形基礎(chǔ)以及修建超長(zhǎng)地下室，施工單位需在施工質(zhì)量監(jiān)測(cè)與管控中投入大量的人力及物力。如針對(duì)重要施工環(huán)節(jié)未構(gòu)建專(zhuān)項(xiàng)的施工質(zhì)量管控機(jī)制，極易引發(fā)后續(xù)施工質(zhì)量問(wèn)題，導(dǎo)致工程維護(hù)成本嚴(yán)重浪費(fèi)，對(duì)超高層建筑建設(shè)期間的總體經(jīng)濟(jì)效益造成不利影響。在超高層建筑深基坑地下結(jié)構(gòu)施工期間，由于混凝土澆筑體積大，在養(yǎng)護(hù)不到位的情況下極易出現(xiàn)裂縫。因地下施工環(huán)境惡劣，混凝土結(jié)構(gòu)極易受到溫度、濕度等不利因素影響，導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)承載力、穩(wěn)定性與預(yù)期目標(biāo)不符，嚴(yán)重影響到超高層建筑深基坑地下結(jié)構(gòu)全生命周期。由此可見(jiàn)，在超高層建筑深基坑地下結(jié)構(gòu)施工期間，需重點(diǎn)關(guān)注混凝土泵送、物資垂直運(yùn)輸、混凝土澆筑與養(yǎng)護(hù)質(zhì)量管控、地下室結(jié)構(gòu)，裂縫控制等問(wèn)題[1]。

2 玻纖錨桿概述

2.1 玻纖錨桿力學(xué)性能

玻纖錨桿全稱(chēng)玻璃纖維錨桿，英文縮寫(xiě)GFRP。和傳統(tǒng)鋼錨桿相比，玻纖錨桿是一種新型材料，有著更好的受力機(jī)理，便于破除。玻纖錨桿主要是將玻璃纖維加入樹(shù)脂基質(zhì)中形成膠合體錨桿。玻纖錨桿主要膠合成分包括多股玻璃纖維紗浸漬基質(zhì)材料，其中又摻加了多種助劑的聚酞氨樹(shù)脂或環(huán)氧樹(shù)脂等，比如促進(jìn)劑、固化劑等。制作玻纖錨桿的工藝主要包括三種，分別為手糊工藝、擠壓工藝和模壓工藝。根據(jù)增強(qiáng)體類(lèi)型、成型方式不同要求利用牽引機(jī)和模具將其在高溫高壓下擠壓、拉拔成型然后固化，形成的玻纖錨桿外表可以有半螺紋、全螺紋類(lèi)型，其抗拉強(qiáng)度高達(dá)250～1900MPa。

2.2 玻纖錨桿特點(diǎn)

和鋼錨桿技術(shù)相比，玻纖錨桿具有耐腐蝕性強(qiáng)、經(jīng)濟(jì)性好等優(yōu)點(diǎn)，玻纖錨桿正在逐步取代鋼錨桿。玻璃纖維是形成玻纖錨桿的主要材料，玻纖錨桿和數(shù)值同為可以增強(qiáng)支撐力的基體材料，在經(jīng)過(guò)加工后形成的復(fù)合材料有著傳統(tǒng)錯(cuò)桿技術(shù)難以媲美的優(yōu)點(diǎn)。具體如下:

2.2.1 較輕的自重

錯(cuò)桿比鋼筋的密度小很多所以在應(yīng)用中總體的質(zhì)量也相對(duì)較輕，可以將運(yùn)輸成本大大降低。同時(shí)安裝便捷可以節(jié)省安裝時(shí)間，提高施工效率。

2.2.2 較高的強(qiáng)度

玻纖錨桿有著比鋼筋更大的抗拉強(qiáng)度，較高的抗拉強(qiáng)度能夠?qū)⑵湫Ч浞职l(fā)揮出來(lái)，實(shí)現(xiàn)超高層基坑支護(hù)穩(wěn)定性的優(yōu)化。

2.2.3 較強(qiáng)的耐腐蝕性

在酸堿鹽腐蝕作用下，玻纖錨桿不會(huì)發(fā)生顯著的性能變化，但是會(huì)降低其抗堿性。其有著鋼錨桿無(wú)可比擬的耐腐蝕性特點(diǎn)。

2.2.4 和混凝土相近的熱膨脹系數(shù)

混凝土的熱膨脹系數(shù)處于8～12xE-6/℃范圍內(nèi)，各向介質(zhì)為同性。玻纖錨桿的熱脹系數(shù)縱向和橫向不同，但是和混凝土熱脹系數(shù)十分接近，所以能夠?qū)崿F(xiàn)高效協(xié)調(diào)兩者的溫度形變。

2.2.5 不導(dǎo)電、不導(dǎo)磁

在雷達(dá)站、微波站等超高層建筑物和場(chǎng)合中應(yīng)用玻纖錨桿技術(shù)可以充分發(fā)揮其不導(dǎo)電不導(dǎo)磁的特點(diǎn)，避免對(duì)信號(hào)產(chǎn)生干擾。

2.2.6 低松池

玻纖錨桿技術(shù)不會(huì)導(dǎo)致荷載損失過(guò)多，有著較高的可靠性。

2.2.7 經(jīng)濟(jì)性良好

雖然玻纖錨桿價(jià)格較高，但是在實(shí)際應(yīng)用中其性?xún)r(jià)比更高，而性?xún)r(jià)比也是很多人十分關(guān)系的問(wèn)題，需要比較截面強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度。通過(guò)比較可知，單位長(zhǎng)度的玻纖錨桿成本僅為鋼筋錨桿的0.6～0.8，加上玻纖錨桿具有更長(zhǎng)的使用壽命，其經(jīng)濟(jì)性更高。經(jīng)過(guò)不斷改進(jìn)優(yōu)化，可以更加凸顯出其優(yōu)勢(shì)[2]。

雖然存在諸多優(yōu)點(diǎn)，但是玻纖錨桿在實(shí)際應(yīng)用仍然存在一定的不足需要進(jìn)一步改進(jìn)優(yōu)化，比如:（1）各向異性。玻纖錨桿的縱向強(qiáng)度優(yōu)于橫向強(qiáng)度。（2）塑形差。和鋼筋材料相比，玻纖錨桿的塑形不高，在施工中很容易發(fā)生脆斷的情況，這就增加了加工的難度。（3）缺乏足夠的抗剪強(qiáng)度。通常按照縱向強(qiáng)度10%以?xún)?nèi)的標(biāo)準(zhǔn)橫梁玻纖錨桿質(zhì)量，在制作錨具、夾具過(guò)程中需要根據(jù)玻纖錨桿的情況制作，否則會(huì)影響玻纖錨桿的抗拉性能，這就增加了錨具、夾具制作的難度和成本。（4）缺乏足夠的彈性模量。一般玻纖錨桿和鋼筋的彈性模量分別為300Gpa 和210Gpa，在受力時(shí)玻纖錨桿發(fā)生的變形量較大，但是同時(shí)又十分接近混凝土彈性模量，所以總體來(lái)講仍然優(yōu)于鋼筋錨桿。（5）熱穩(wěn)定性不高。玻纖錨桿在高溫下性能容易降低。（6）老化問(wèn)題。玻纖錨桿材料類(lèi)似于塑料制品，長(zhǎng)期使用后會(huì)出現(xiàn)老化等不良問(wèn)題，甚至受到特定物質(zhì)的腐蝕還會(huì)降低錨桿的性能和使用質(zhì)量。（7）離散型較大。玻纖錨桿的性能從很大程度上受到纖維和樹(shù)脂類(lèi)型、含量等諸多因素的影響。

2.3 玻纖錨桿的生產(chǎn)工藝

加工玻纖錨桿的過(guò)程中所應(yīng)用到的合成樹(shù)脂、玻璃纖維、組分等，這些都對(duì)錨桿力學(xué)性能產(chǎn)生不同程度的影響。當(dāng)前加工玻纖錨桿的工藝較多，其中拉擠法是最為常用的一種方式，該方法能夠?qū)庸べ|(zhì)量更好地進(jìn)行控制，可以快速完成玻纖錨桿生產(chǎn)，有助于提升加工效率，節(jié)省加工成本。加工成型的玻纖錨桿有著光滑的外表，可以將黏結(jié)強(qiáng)度提高。螺紋式、粗糙表面式、麻花式是當(dāng)前常見(jiàn)的玻纖錨桿生產(chǎn)工藝。其中筋錨頭做成麻花狀態(tài)的為麻花式玻纖錨桿，筋表面做成凹凸等外形的是粗糙表面玻纖錨桿，筋表面加工成螺紋狀歲最為常用的螺紋式玻纖錨桿。為了將玻纖錨桿的應(yīng)用效果進(jìn)一步優(yōu)化，可以采用二次加工的方式提高錨桿的黏結(jié)強(qiáng)度。

3 玻纖錨桿應(yīng)用實(shí)例

3.1 工程概況

A 商場(chǎng)為超高層建筑，工程所在區(qū)域有著十分豐富的地下水，并且為淤泥質(zhì)土層，地質(zhì)情況不佳，如果采用鋼筋錨桿支護(hù)的話(huà)容易受到地下水的腐蝕。本工程開(kāi)挖深度較大，而周邊的建筑物、道路等距離深基坑較近，僅為20m左右，所以需要嚴(yán)格控制好位移。通過(guò)深入地分析，采用雙排攪拌樁加錨噴支護(hù)的方式，臨時(shí)支護(hù)裝置選用GFRP錨桿Φ25，臨時(shí)支護(hù)的周期為1 年。玻纖錨桿的長(zhǎng)度和縱橫間距分別控制在10～15m、1.2m。

3.2 影響因素及應(yīng)對(duì)措施

在具體使用中玻纖錨桿支護(hù)容易受到如下一些不確定因素的影響：（1）原材料、制作工藝、制造過(guò)程等諸多因素都會(huì)影響玻纖錨桿的桿體質(zhì)量，導(dǎo)致加工后的桿體材料優(yōu)于鋼筋質(zhì)量，為了進(jìn)一步保證玻纖錨桿質(zhì)量，需要采用抽檢的方式測(cè)試玻纖錨桿的質(zhì)量情況；（2）玻纖錨桿有著光滑的外表，在特殊情況下無(wú)法和水泥砂漿錨固牢固地膠結(jié)到一起，應(yīng)當(dāng)提前通過(guò)膠著試驗(yàn)明確玻纖錨桿材料應(yīng)用的安全性，以免在施工中發(fā)生錨固體脫落的現(xiàn)象；（3）玻纖錨桿材料本身具有較強(qiáng)的脆性，當(dāng)前仍然沒(méi)有有效的辦法解決錨頭錨固問(wèn)題，所以施工中容易出現(xiàn)套筒滑落、夾碎等不良問(wèn)題，為此在施工中需要高度重視施加的應(yīng)力，避免應(yīng)力過(guò)大損壞錨桿。

為了進(jìn)一步改善優(yōu)化玻纖錨桿的性能，推動(dòng)其在未來(lái)進(jìn)一步地發(fā)展，需要重點(diǎn)從如下方面改進(jìn)完善玻纖錨桿制作:（1）將材料配比、成分進(jìn)行改善，提高玻纖錨桿的物力力學(xué)性能。深入分析材料的受力情況，合理分析錨固系統(tǒng)，將玻纖錨桿的整體性能改善。（2）積極采用螺紋玻纖錨桿，用膠條將錨固段纏繞密實(shí)，從而增加玻纖錨桿和水泥砂漿之間的摩擦力。（3）對(duì)于需要大量使用的玻纖錨桿，可以根據(jù)地質(zhì)土層情況、地下水分、工程設(shè)計(jì)要求等提前定制加工玻纖錨桿，盡量減少加工過(guò)程中的浪費(fèi)問(wèn)題。如果用量較少那么需要注意核查生產(chǎn)的玻纖錨桿是否匹配設(shè)計(jì)圖紙，盡量降低再加工的概率。（4）合理利用膠結(jié)劑處理錨頭鋼套管錨固，合理設(shè)計(jì)錨固頭，將摩擦力提高，避免在具體施工中發(fā)生脫落的問(wèn)題。為了進(jìn)一步固定錨固頭，可以用楔形錨固頭。（5）在軟土區(qū)域、有腐蝕性的鹽漬區(qū)域加強(qiáng)推廣應(yīng)用玻纖錨桿技術(shù)，加強(qiáng)探索該技術(shù)的應(yīng)用方式和改進(jìn)措施[3]。

3.3 工程結(jié)論

（1）將玻纖錨桿技術(shù)應(yīng)用于超高層建筑深基坑支護(hù)中能夠?qū)㈠^固體系的承載力和變形性能提高。錨桿內(nèi)力的變化幅度會(huì)隨著時(shí)間的推移而逐漸減小，有助于支護(hù)穩(wěn)定性的優(yōu)化，能夠避免擾動(dòng)臨近的建筑物基坑。（2）和普通混凝土注漿錨桿相比玻纖錨桿有著更高的承載力。（3）玻纖錨桿有著優(yōu)良的剛度，但是容易較早出現(xiàn)脆性形變甚至破損，需要在施工中加強(qiáng)監(jiān)測(cè)錨桿的質(zhì)量情況，同時(shí)相關(guān)學(xué)者和工作人員應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)研究玻纖錨桿的脆性。（4）在實(shí)際工程施工中，超高層建筑深基坑支護(hù)可能會(huì)由于基坑較大產(chǎn)生較大的變形，在拆除錨桿后可能會(huì)嚴(yán)重影響到原有土層的安全穩(wěn)定性能，可以在玻纖錨桿承載力范圍內(nèi)采用該技術(shù)降低后期拆除對(duì)土層的影響。

4 結(jié)語(yǔ)

總而言之，玻纖錨桿具有良好的耐腐蝕性，在腐蝕性較強(qiáng)的區(qū)域或者地下水豐富的區(qū)域可以采用該技術(shù)。同時(shí)我們應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到玻纖錨桿的不足，在實(shí)際工作中加強(qiáng)總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，不斷改進(jìn)創(chuàng)新，改善玻纖錨桿的不足，優(yōu)化該材料的應(yīng)用效果。