玻璃纤维筋围护桩在含水黏土夹砂地层中的应用

邓毅旁

摘 要：文章以实际工程为例，首先阐述了设置玻璃纤维筋桩的条件及必要性，然后对玻璃纤维筋桩施工工艺及质量控制进行了分析，从工艺、沉降、安全、效益等方面进行对比分析，总结适合含水黏土夹砂层的盾构进出洞围护方式，提高了施工效率，为不同地层的围护结构设计施工提供参照。

关键词：玻璃纤维筋 围护桩 粉质黏土夹砂地层 应用

1.工程概况

地铁6号线一期工程丈八六路站～丈八四路站盾构区间位于锦业路正下方，盾构区间长度1138.4m，盾构从丈八四路站始发，丈八六路站东端头接收，盾构区间最小转弯半径2000m，区间埋深约18m，与区间连接的丈八六路站为地下两层框架结构，采用明挖+盖挖法施工，车站长度477m，围护结构共设704根，除东端接收端洞门位置外都为钢筋钻孔桩，丈八六路站及区间土质自上而下主要为人工填土、黄土状土、粉质粘土、砂类土、夹砂层土、中更新统湖积粉质粘土及砂类土；地下水水位埋深为8.00～10.00m，孔隙潜水存于洪积粉质粘土、砂类土层中，水量较大，施工场地和地质条件较复杂。

2.设置玻璃纤维筋桩的条件及必要分析

根据丈八六路车站及区间岩土工程勘察报告，丈八六路站～丈八四路站盾构区间土质变化大，种类较复杂，区间与丈八六路站衔接处土为黑褐色黏土及夹砂土，地下水丰富，场地地质存在土质不均，成份杂乱，结构松散，工程性能差，有涌水、涌砂风险，施工开挖时容易出现局部坍塌特点。为减少对地层的扰动，确保安全，在洞门范围采用玻璃纤维筋桩，盾构出洞时不需要人工破除钢筋混凝土桩基，采用盾构机直接磨除出洞，达到快速、安全的效果。

3.玻璃纤维筋桩施工工艺及质量控制

3.1设置范围及标准

车站围护结构共设704根围护桩，围护桩桩长23.08m，桩径1.5m，钢筋主筋直径为25mm，其中盾构洞门范围部分用直径Φ25、Φ20、Φ12的玻璃纤维筋代替普通钢筋，在上下两端部分与普通钢筋搭接，搭接长度45倍直径以上，并采用 U形卡扣和螺栓与普通钢筋连接。

3.2玻璃纤维筋性能优点

GFRP玻璃纤维筋材料是将高强纤维丝浸渍专用环氧树脂基体后在光电热一体的高速聚合装置内受热固化，经牵引连续拉挤成型。具有如下特性：

（1）抗拉强度高，抗拉强度近2000MPa，和高强钢丝接近。

（2）热涨系数与混凝土接近，为0.8～1.2×10-5；适合作为加强筋在混凝土中应用。

（3）玻璃纤维筋弹性模量较低，约为普通钢筋的2/3～1/5。

（4）玻璃纤维复合材料筋的寿命为钢筋的两倍，耐腐蚀性能好。对于在潮湿环境或其他侵蚀性环境中工作的结构构件，GFRP玻璃纤维筋适合于作为钢筋的替代材料。

（5）玻璃纤维复合材料筋的拉伸弹性模量介于普通钢材和高强钢材之间，GFRP筋的抗剪强度仅有50～60MPa，抗剪强度较低。

（6）密度小，容重轻。密度2g/ cm3左右，玻璃纤维筋比重是普通钢筋的1/4，易于安装和运输。

（7）玻璃纤维筋性能上和普通钢筋相似，与混凝土有较好的黏结性，和混凝土具有相似的收缩系数，同时具有很高的抗拉强度和较低的抗剪强度。

3.3施工工艺

（1）钢筋笼制作

玻璃纤维筋钢筋笼桩径为1.5m，长23.08m，由两节普通钢筋笼和一节玻璃纤维筋笼组成。普通钢筋和玻璃纤维筋笼材料加工完成合格后，将普通钢筋和玻璃纤维钢筋分别独立加工制作成型。其中玻璃纤维筋笼主筋采用36根Φ25玻璃纤维筋，箍筋为Φ12@100玻璃纤维筋，加强筋为Φ20@2000玻璃纤维筋。玻璃纤维筋之间的连接采用镀锌扎丝绑扎连接，在两者接头处留搭接长度（搭接长度≥45d约1.2m）和足够数量的螺旋箍筋。

（2）钢筋笼吊放与连接

吊放时采用逐节吊装逐节沉放的方法，已插入的钢筋笼，利用钢管或型钢通过其架立筋将该段承托临时固定，上节钢筋笼由吊车临时吊住呈悬吊状态，上下两节对中使其成为一条直线后，找正主筋位置并利用吊坠由前后左右控制垂直度，调整完成后受力主（纵）筋间GFRP筋与钢筋连接应采用钢制U型卡连接，搭接长度≥45d（d为主筋直径），U型卡应与筋材直径相适应，每根筋材连接端的U型卡数量≥2个。预留螺旋箍筋与主筋之间的连接可以采用镀锌扎丝呈梅花形绑扎，绑扎应该牢靠用。

两节钢筋笼连接时，在同一截面内钢筋接头需错开，接头面积≤总截面50%，连接时，上下两节的钢筋笼主筋轴心必须对齐。上下节对接完成后，拔掉承托用的钢管或型钢，继续沉放钢筋笼，为避免钢筋笼碰撞孔壁，要缓慢沉放，并将吊索置于钢筋笼轴线上，不使其摇晃，将放置好的钢筋笼定位固定。

（3）混凝土浇筑控制

玻璃钢筋笼对接完成后，由工程技术人员和测量人员对桩位进行测量复核固定，混凝土灌注按照钻孔桩工艺控制进行下一道工序。

3.4施工质量注意事项

（1）GFRP筋运输和存储时，尽量使材料保持在150～400℃温度环境之间，材料隔离紫外线和化学物质，避免影响与混凝土的黏结效果。

（2）在运输GFRP筋的过程中，使用横杆支撑，避免吊装GFRP筋时造成过度弯曲。

（3）GFRP筋的现场加工连接时，不要将GFRP筋直接放置在地面上，在钢筋底部布置弹性垫，避免钢筋直接与地面或坚硬物直接碰撞，防止GFRP纤维筋表面损伤。

（4）在钢筋笼吊装使用前，将钢筋表面受到油质污染物清洗干净。

4.施工沉降对比分析

地表沉降和桩基本身的沉降是围护方式需要考虑的因素之一，对丈八六路站西端头一般桩基两个测点ZQC19+924-1和ZQC19+924-2及东端头玻璃纤维筋桩基一个测点ZQC20+401.7-1的沉降数据对比，ZQC19+924-1点下沉7.5mm，Z Q C 1 9 + 9 24 -2上抬6 . 5 m m，ZQC20+401.7-1沉降2.40mm，玻璃纤维桩的位移沉降更平均稳定，桩顶沉降见表1。

5.施工效率及安全比较分析

通过对比玻璃纤维钢筋与一般钢筋的规格及数量，每个盾构井出洞位置设围护桩8根，布置为Φ1500@1400玻璃纤维筋，单根长度16m，总长度128m，一般围护桩设置10根，规格Φ1000@1400，替换长度160m，工程本身造价分别为28.46万和22.78万，两者相差不大，而钢筋玻璃纤维筋桩不需要人工破除，工期节省4～6d。采用盾构直接磨除出洞，对地层扰动小，风险低，特别是含水砂层和夹砂地层，容易坍塌，人工破除，安全风险高，在本工程实践中，洞门处地表、管线沉降满足规范要求，盾构平稳安全快速出洞，有效提高盾构出洞的效率。

6.结语

综上所述，玻璃纤维筋围护桩作為盾构吊出井围护方式之一，在丈八六路车站含水黏土夹砂地层应用中沉降控制良好、对地层扰动小、安全风险可控、工期效率提高，能规避人工破除混凝土的安全风险。其他不良地质地层中还有饱和软黄土、富含水砂层，盾构始发到达风险较大，在考虑盾构刀片类型的同时，也可考虑采用玻璃纤维筋围护桩，实现工期、安全双控目标。

参考文献：

[1]林刚，罗世培.玻璃纤维筋在盾构端头井围护结构中的应用[J].铁道工程学报，2009，26（08）： 77-81.

[2]杨红军.玻璃纤维筋在盾构井围护结构中的应用[J].隧道建设，2008（06）： 711-715.

[3]杨能.玻璃纤维筋在围护结构中的应用[J].山西建筑，2008（33）：154-155.