GFRP錨桿在地質(zhì)災(zāi)害治理施工中的技術(shù)應(yīng)用

唐康偉

在湘中南地區(qū)，多以山地丘陵地貌為主，且受強(qiáng)降雨影響較大，極易造成山體滑坡。隨著節(jié)能、環(huán)保要求的上升，支護(hù)措施也對(duì)施工技術(shù)提出了更高要求，需要向著低碳、生態(tài)環(huán)保方向轉(zhuǎn)變。所以各種全新的錨拉方式不斷涌現(xiàn)，其中最為主要的一種就是GFRP錨桿的應(yīng)用。本文主要研究GFRP錨桿在支護(hù)施工中的技術(shù)內(nèi)容，希望能夠?qū)ο嚓P(guān)人士有所幫助。

GFRP（玻璃纖維增強(qiáng)筋）屬于以玻璃纖維作為基體材料的合成樹脂聚合物，由于其具有較強(qiáng)的耐腐蝕性以及較高的強(qiáng)度，使其在支護(hù)工程應(yīng)用時(shí)具有較大優(yōu)勢(shì)，近些年也有著越來越廣泛的應(yīng)用。提升對(duì)新型支護(hù)施工技術(shù)的重視程度，進(jìn)一步加強(qiáng)GFRP筋材錨桿在支護(hù)施工方面的應(yīng)用，從而提升邊坡的整體穩(wěn)定性，確保災(zāi)害治理的效果。

一、案例基本概述

某工程項(xiàng)目（地質(zhì)災(zāi)害治理）屬于湘中南地區(qū)一處重要的公共建筑旁，該項(xiàng)目的主體圍護(hù)采取的是樁板墻的方式，易滑段采取樁板墻和錨桿共同進(jìn)行支護(hù)（其中GFRP錨桿主要設(shè)置在第⑤幅地連墻當(dāng)中）。該項(xiàng)目基坑涉及到的土層主要包括：雜填土層、粉質(zhì)粘土層、砂質(zhì)粉土層等。該抗滑的邊坡支護(hù)工程的南北兩側(cè)易滑段各設(shè)置4道錨桿。

二、GFRP錨桿筋材的特性概述

1.GFRP筋概述

GFRP筋（玻璃纖維筋）主要是指以合成樹脂以及輔助劑當(dāng)作基體，通過玻璃纖維進(jìn)行材料增強(qiáng)，通過高速聚合裝置對(duì)其實(shí)施固化并且通過拉擠牽引所形成的復(fù)合材料產(chǎn)品。

2.GFRP筋材的優(yōu)勢(shì)

（1）質(zhì)量較輕。此種材料的筋材只有鋼筋重量的25%，所以非常便于運(yùn)輸以及安裝，節(jié)約費(fèi)用。

（2）具有較強(qiáng)的可塑性。此種材料具有較強(qiáng)可塑性，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)往往將其制作成螺旋狀以便和錨頭進(jìn)行配合，更有利于安裝。

（3）具有較強(qiáng)電、磁絕緣性。此種材料具有較好的電、磁絕緣性，非常適合應(yīng)用在需要考量電磁性能而又無法采用鋼筋的區(qū)域，能夠在施工時(shí)防止觸電等不安全因素。

（4）具有較強(qiáng)物理力學(xué)性能。GFRP筋力學(xué)性能：比重2.0t/m3，抗拉強(qiáng)度600MPa，剪切強(qiáng)度106MPa，扭力50N·m。從數(shù)據(jù)能夠得知，GFRP筋材的各種性能指標(biāo)都較高。

（5）其他優(yōu)勢(shì)。GFRP筋材伸縮性和水泥大體相似，更有利于和漿材材料的融合。同時(shí)其具有較強(qiáng)的抗化學(xué)腐蝕性能以及較好的抗徐變性，更有利于應(yīng)用。

三、基坑GFRP筋錨桿設(shè)計(jì)及施工分析

1.基坑GFRP筋錨桿設(shè)計(jì)

按照此基坑工程的特點(diǎn)，對(duì)于區(qū)段基坑實(shí)施GFRP筋錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)，包括如下幾方面內(nèi)容：

（1）錨桿參數(shù)的確定

按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范設(shè)定1.5m錨桿間距、15°錨桿傾角。根據(jù)其他區(qū)段鋼錨桿支護(hù)位置的實(shí)際情況來確定每一道錨桿的埋設(shè)深度，以基坑頂部作為標(biāo)準(zhǔn)，從第一道錨桿到第四道錨桿分別埋深為：2m、6.5m、9.5m、12.5m。所采用的GFRP筋規(guī)格情況：平均外徑32mm，抗拉強(qiáng)度＞560MPa，抗剪強(qiáng)度＞110MPa，極限拉應(yīng)變＞1.2%，彈性模量＞46GPa。

（2）錨桿長(zhǎng)度的確定

在進(jìn)行錨桿自由段長(zhǎng)度設(shè)定時(shí)需要參照鋼錨桿設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范來進(jìn)行，一般情況下錨固段參數(shù)按照如下標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行確定：

①錨固段注漿體和筋體之間粘接強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值fms=2.14MPa；

②錨固長(zhǎng)度對(duì)粘結(jié)強(qiáng)度影響系數(shù)Ψ=0.6；

③界面粘結(jié)強(qiáng)度降低系數(shù)ξ=0.7。

在實(shí)際計(jì)算時(shí)先要確定錨桿軸向拉力標(biāo)準(zhǔn)值如下：第一道錨桿軸向拉力標(biāo)準(zhǔn)值290.5kN；第二道錨桿軸向拉力標(biāo)準(zhǔn)值300.6kN；第三道錨桿軸向拉力標(biāo)準(zhǔn)值471.8kN；第四道錨桿軸向拉力標(biāo)準(zhǔn)值537.9kN。同時(shí)增加自由段的長(zhǎng)度之后能夠得到錨桿的具體長(zhǎng)度如下：第一道錨桿埋深2m，自由段長(zhǎng)度5.5m，錨固段長(zhǎng)度20.5m，總長(zhǎng)度28m；第二道錨桿埋深6.5m，自由段長(zhǎng)度5m，錨固段長(zhǎng)度16m，總長(zhǎng)度27.5m；第三道錨桿埋深9.5m，自由段長(zhǎng)度7.5m，錨固段長(zhǎng)度18m，總長(zhǎng)度35m；第四道錨桿埋深12.5m，自由段長(zhǎng)度8.5m，錨固段長(zhǎng)度22m，總長(zhǎng)度43m。

（3）錨桿根數(shù)的確定

在確定錨桿根數(shù)時(shí)需要按照《巖土錨桿（索）技術(shù)規(guī)程》來進(jìn)行，同時(shí)按照如下公式來確定錨桿桿體的截面面積：其中Kt表示錨桿桿體抗拉安全系數(shù)；Nt表示錨桿軸向拉力設(shè)計(jì)值，單位為kN；fyk表示GFRP筋抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，單位為kPa。

其中Nt表示軸向拉力設(shè)計(jì)值或者軸向壓力設(shè)計(jì)值，單位為kN；γ0表示支護(hù)結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)，不同等級(jí)支護(hù)結(jié)構(gòu)的安全系數(shù)有所差異，其中一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)的支護(hù)結(jié)構(gòu)分別在1.1、1.0、0.9以上；γF表示作用基本組合的綜合分項(xiàng)系數(shù)，要保證其在1.25以上。

按照本工程具體情況設(shè)定錨桿桿體抗拉安全系數(shù)Kt=2.0，以基坑的具體級(jí)別設(shè)定γ0以及γF分別為1.1、1.25。那么能夠計(jì)算所得φ32mm的GFRP筋錨桿抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值在820MPa左右，以此為基礎(chǔ)能夠計(jì)算出每一層錨桿的數(shù)量，具體如第一道錨桿，埋深2m，桿體截面積為779.4mm2，1根錨桿；第二道錨桿，埋深6.5m，桿體截面積806.5mm2，2根錨桿；第三道錨桿，埋深9.5m，桿體截面積1265.8mm2，2根錨桿；第四道錨桿，埋深12.5m，桿體截面積1443.1mm2，2根錨桿。為了確保足夠的安全性，可以設(shè)定每一道錨桿錨筋都為2根。

2.GFRP筋錨桿施工參數(shù)的確定

根據(jù)本工程基坑的具體情況，將其設(shè)定為分層開挖的方式，隨著開挖的進(jìn)行逐漸進(jìn)行支護(hù)，為了確保安全性，每一次開挖的土體深度需要控制在錨桿埋深下部0.5m。以GFRP筋錨桿埋深作為參照，每一次所挖土體埋深分別設(shè)定為2.5m、7m、10m、13m，最后一層錨桿到基坑深度距離設(shè)定為1.5m。

3.GFRP筋錨桿施工過程分析

（1）鉆孔

錨桿鉆孔時(shí)最好一次性成型，所鉆孔的深度≥錨桿設(shè)計(jì)長(zhǎng)度+0.5m，完成鉆孔之后要逐根拔出鉆桿。

（2）錨桿的生產(chǎn)及安放

①GFRP錨桿的生產(chǎn)。GFRP錨桿生產(chǎn)時(shí)主要應(yīng)用到玻璃纖維、合成樹脂、組分等等內(nèi)容，每一種組分都會(huì)對(duì)錨桿力學(xué)性能造成相應(yīng)的影響。

②錨桿的安放。在進(jìn)行GFRP錨桿體制作過程中一定要將桿體的自由段密封良好，可以利用鐵絲等將注漿管、排氣管和GFRP筋桿體緊密固定，同時(shí)要設(shè)置可重復(fù)注漿套管以及止?jié){密封裝置。

③注漿。在進(jìn)行錨桿注漿時(shí)主要采取排氣法注漿的方式，首次注漿需要從孔底部開始，隨著注漿的進(jìn)行逐漸將管拔出來，一直到漿液從孔口流出為止。

④張拉鎖定。因?yàn)镚FRP筋具有各向異性的特點(diǎn)，這就會(huì)造成其層間抗剪強(qiáng)度相對(duì)較低，若是采取鋼筋和錨具直接接觸的方式必然會(huì)造成非常大的應(yīng)力集中，從而造成GFRP筋的破壞而引發(fā)錨固失效，所以采取GFRP錨桿進(jìn)行施工時(shí)主要采取桿體和錨具緊固連接的方式來進(jìn)行，之后利用筋材回縮擠壓所形成的靜摩擦力以及握裹力來實(shí)現(xiàn)鎖定。采取預(yù)應(yīng)力施加裝置。將穿心千斤頂設(shè)置在限位板上，利用多次張拉將工具錨鎖定好，利用限位板能夠?qū)A片位置限定柱。

⑤封錨。完成張拉之后需要加強(qiáng)對(duì)外錨段的保護(hù)，同時(shí)為了保證最終的施工質(zhì)量需要加強(qiáng)錨桿軸力的監(jiān)測(cè)。

首先，地表沉降監(jiān)測(cè)。為了能夠提升監(jiān)測(cè)的全面性，需要在位于基坑0.5m、1m、2m以及5m位置設(shè)置地表沉降監(jiān)測(cè)斷面，同時(shí)針對(duì)每一個(gè)監(jiān)測(cè)斷面設(shè)置相互之間間距為2m的監(jiān)測(cè)點(diǎn)（共3個(gè)）；

其次，側(cè)向位移監(jiān)測(cè)。為了能夠明確側(cè)向位移情況，需要在基坑邊緣設(shè)置3個(gè)測(cè)斜管，確保測(cè)斜管之間的距離和地表沉降相同；

最后，錨桿軸力監(jiān)測(cè)。將錨桿軸力計(jì)量設(shè)備（共16個(gè)）設(shè)置在錨桿的工作錨后側(cè)，以此來對(duì)GFRP錨桿軸力實(shí)施監(jiān)測(cè)。

四、結(jié)束語(yǔ)

在地質(zhì)災(zāi)害治理邊坡支護(hù)中應(yīng)用GFRP筋錨桿可以大大提升錨固體系的承載性能以及抗變形性能，同時(shí)隨著時(shí)間的積累，錨桿內(nèi)力的變化幅度會(huì)逐漸下降，可以進(jìn)一步提升支護(hù)的穩(wěn)定性，可以有效防止周邊土體對(duì)相鄰建筑基坑的影響。相對(duì)于常規(guī)的混凝土注漿錨桿，GFRP錨桿具有更大的承載性能以及非常好的剛度，在具體施工過程中要采取必要的措施加強(qiáng)錨桿質(zhì)量的監(jiān)測(cè)。總的來說，GFRP錨桿具有良好的綜合性能，在邊坡支護(hù)施工中能夠發(fā)揮非常有效的作用。