玻纖錨桿技術(shù)在超高層建筑基坑支護(hù)中的應(yīng)用

趙光朋

摘?要：近些年玻纖錨桿技術(shù)在很多工程中都得到進(jìn)一步的應(yīng)用，很多行業(yè)都已經(jīng)逐漸認(rèn)可了該支護(hù)技術(shù)。不過該技術(shù)還沒有廣泛地應(yīng)用于超高層建筑基坑支護(hù)當(dāng)中，這和玻纖錨桿技術(shù)應(yīng)用范圍受限、社會(huì)認(rèn)可度等方面都有著一定的關(guān)系。在未來發(fā)展中，需要加強(qiáng)改進(jìn)創(chuàng)新，優(yōu)化玻纖錨桿技術(shù)在超高層建筑中應(yīng)用的效果。

關(guān)鍵詞：玻纖錨桿技術(shù);超高層建筑;基坑支護(hù)

1?玻纖錨桿概述

1.1?玻纖錨桿力學(xué)性能

玻纖錨桿全稱玻璃纖維錨桿，英文縮寫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脂基質(zhì)中形成膠合體錨桿，具體結(jié)構(gòu)如下圖所示。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脂或環(huán)氧樹脂等，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、全螺紋類型，其抗拉強(qiáng)度高達(dá)250～1900MPa。

GFRP筋混凝土試件圖（單位：mm）

1.2?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：

其一，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。其二，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，實(shí)現(xiàn)超高層基坑支護(hù)穩(wěn)定性的優(yōu)化。其三，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。其有著鋼錨桿無可比擬的耐腐蝕性特點(diǎn)。其四，和混凝土相近的熱膨脹系數(shù)?；炷恋臒崤蛎浵禂?shù)處于8～12xE6/℃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。其五，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。其六，低松池。玻纖錨桿技術(shù)不會(huì)導(dǎo)致荷載損失過多，有著較高的可靠性。其七，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)用中其性價(jià)比更高，而性價(jià)比也是很多人十分關(guān)系的問題，需要比較截面強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度。通過比較可知，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)過不斷改進(jìn)優(yōu)化，可以更加凸顯出其優(yōu)勢(shì)。

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：

其一，各向異性。玻纖錨桿的縱向強(qiáng)度優(yōu)于橫向強(qiáng)度。其二，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。其三，缺乏足夠的抗剪強(qiáng)度。通常按照縱向強(qiáng)度10%以內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)橫梁玻纖錨桿質(zhì)量，在制作錨具、夾具過程中需要根據(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。其四，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，所以總體來講仍然優(yōu)于鋼筋錨桿。其五，熱穩(wěn)定性不高。玻纖錨桿在高溫下性能容易降低。其六，老化問題。玻纖錨桿材料類似于塑料制品，長(zhǎng)期使用后會(huì)出現(xiàn)老化等不良問題，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。其七，離散型較大。玻纖錨桿的性能從很大程度上受到纖維和樹脂類型、含量等諸多因素的影響。

1.3?玻纖錨桿的生產(chǎn)工藝

加工玻纖錨桿的過程中所應(yīng)用到的合成樹脂、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。

2?玻纖錨桿應(yīng)用實(shí)例

2.1?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)的話容易受到地下水的腐蝕。本工程開挖深度較大，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。

2.2?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。

第一，原材料、制作工藝、制造過程等諸多因素都會(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。第二，玻纖錨桿有著光滑的外表，在特殊情況下無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。第三，玻纖錨桿材料本身具有較強(qiáng)的脆性，當(dāng)前仍然沒有有效的辦法解決錨頭錨固問題，所以施工中容易出現(xiàn)套筒滑落、夾碎等不良問題，為此在施工中需要高度重視施加的應(yīng)力，避免應(yīng)力過大損壞錨桿。