玻璃纤维筋在地铁工程盾构穿越围护结构中的应用

郭翼民

上海市建设工程监理咨询有限公司 上海 200080

目前盾构在穿越钢筋混凝土地下连续墙时，一般的施工方法是在穿越前对钢筋混凝土结构体进行部分凿除，此方法降低工效、增加成本，施工过程中存在很大的安全隐患，但当盾构穿越的围护结构采用了玻璃纤维筋时，这一问题可得到有效缓解。玻璃纤维筋作为新型材料在我国工程实践中的覆盖率并不高，对其介绍有限。本文结合玻璃纤维筋在天津地铁4号线东兴路站中的应用，对其材料特性、施工工艺以及监理的施工质量控制及验收标准进行介绍[1-2]。

1 工程概况

天津地铁4号线东兴路站位于万辛庄南街与津滨大道交口北侧，沿津滨大道东西向设置。该车站采用双层岛式站台，站台宽14 m，左右线间距为17 m，有效站台长158 m。标准段主体结构采用两柱三跨双层框架结构，纵向柱距为9.75 m，主体结构标准段箱体宽22.7 m。本站与轨交12号线东兴路站通道换乘，轨交12号线盾构下穿4号线车站，4号线东兴路站施工时须为轨交12号线盾构下穿做预留条件。

本站围护结构采用地下连续墙加内支撑形式，地下连续墙共94幅，有82幅地下连续墙钢筋骨架采用普通钢筋，位于标准段，在轨交12号线盾构下穿本站区域范围内的12幅地下连续墙，上部正常采用普通钢筋，下部在下穿区域采用玻璃纤维筋。玻璃纤维筋竖向范围在标高－28.8～－13.3 m内，竖向长度15.5 m。

2 玻璃纤维筋材料特点

1）质量。玻璃纤维筋质量轻，仅为相同体积钢筋质量的1/4，有效减轻了结构自重。

2）强度。JG/T 406—2013《土木工程用玻璃纤维增强筋》中玻璃纤维筋抗拉性能测试方法证明，与同等要求的普通钢筋相比较，玻璃纤维筋的抗拉强度要比普通钢筋强1/5，其抗拉强度接近高强钢材，但其抗剪强度却较低。

3）热膨胀系数。玻璃纤维筋的热膨胀系数与混凝土相近，在环境温度发生变化时，玻璃纤维筋与混凝土能协同工作，两者不会产生大的温度应力。

4）弹性模量。玻璃纤维筋中纤维含量通常为70%～80%，弹性模量约为普通钢筋的1/4。

5）抗腐蚀。玻璃纤维筋对氯离子、抗碳化合物的腐蚀性不敏感，适用于地铁围护结构等潮湿环境中。

6）承载力。玻璃纤维筋的杆体强度是同等直径螺纹钢筋的2倍。根据相关规范验算，当混凝土构件其余参数不变时，钢筋的抗拉强度越高，其构件承载能力越强。

3 玻璃纤维筋围护结构的优点

玻璃纤维筋与混凝土能够很好地黏结，施工成的围护结构具有低抗剪强度、高抗拉强度的特征，盾构机易对其进行磨削破碎、刀盘切割，极大地优化了盾构穿越围护结构的过程，因此地铁围护结构中采用玻璃纤维筋代替普通钢筋，可减少人工凿除混凝土、切割钢筋的工作量，降低盾构刀盘的切割损耗，提升盾构穿越地下连续墙等围护结构的效率，既提升施工安全性，又节约工期、降低成本。

4 东兴路站围护结构中玻璃纤维筋的应用

4.1 玻璃纤维筋钢筋笼的制作区域

东兴路站地下连续墙钢筋笼在轨交12号线盾构下穿部位采用玻璃纤维筋（图1），玻璃纤维筋竖向长15.5 m，共12幅墙，并与地下连续墙普通钢筋的主筋通过螺栓进行搭接。玻璃纤维筋的主筋在地下连续墙内、外侧均采用φ28 mm@100 mm，箍筋采用φ14 mm@300 mm×400 mm，水平分布筋仍采用φ20 mm@200 mm。玻璃纤维筋的锚固长度和搭接长度不宜小于现行国家标准GB 50010—2010《混凝土结构设计规范》（2015版）中规定的同直径热轧带肋钢筋锚固长度和搭接长度的1.25倍，且不应小于40d（d为玻璃纤维筋主筋直径）。

图1 围护结构中玻璃纤维筋的应用范围

4.2 玻璃纤维筋钢筋笼的制作与安装方法

东兴路站盾构下穿槽段的地下连续墙钢筋笼整体分2段（普通钢筋段、玻璃纤维筋段）逐步制作，每段钢筋笼的各种主筋均采用闪光对焊连接，2段交接的主筋（除纵向桁架采用搭接焊）采用U形卡扣连接，钢筋笼内的纵向桁架设置4榀，横向桁架每5 m设1道，共4道。

1）上端普通钢筋笼从地下连续墙的冠梁顶面起，往下13.3 m止，构件的各种钢筋型号、间距、根数严格按照图纸加工制作，并严格执行相关规范。

2）下端玻璃纤维筋从地下连续墙的冠梁顶面往下13.3 m起，至28.8 m为止，全长15.5 m，与上端普通钢筋笼的各种主筋采用钢制U形卡扣连接，U形卡扣应与主筋直径相适应，普通钢筋贴于U形卡扣内侧，玻璃纤维筋贴于外侧，连接长度不小于40d，且U形卡扣不少于2个（图2）。结合现场玻璃纤维筋钢筋笼的吊装工艺及保护措施，玻璃纤维筋与普通钢筋可不考虑错开搭接[3-5]。

图2 玻璃纤维筋与普通钢筋搭接示意

3）玻璃纤维筋主筋与分布筋采用14#镀锌铁丝双向双丝100%绑扎，各种玻璃纤维筋在组成构件时也采用现场双向双丝绑扎连接。

4）由于玻璃纤维筋抗剪能力较差，故玻璃纤维筋区纵向桁架、横向桁架仍采用普通钢筋，吊点设置在普通钢筋所在的桁架上；普通钢筋桁架与玻璃纤维筋结点采用镀锌铁丝100%绑扎。

5）横向桁架按照5 m间距设1道进行布置，桁架蛇形筋采用φ22 mm三级钢筋，十字交叉布置，预留出导管位置；纵向桁架按照图纸要求的数量进行布置。

5 玻璃纤维筋围护结构施工中的监理控制要点

5.1 玻璃纤维筋材料质量控制

1）对于进场玻璃纤维筋，应检查其是否有产品合格证，参照大样图对各成型纤维筋尺寸、外观质量进行严格检查，严禁发生结疤、裂缝以及纤维露出等现象，各项条件均合格后方可同意进场，并做见证取样进行复试，复试合格后方可投入使用。

2）玻璃纤维筋在场地内装卸和运输的过程中必须轻拿轻放，不应进行抛掷和撞击。

3）为保持玻璃纤维筋清洁，可将其放在垫木上，且水平放置，严禁直接放在地上，远离高温、紫外线和化学物质。

4）安装过程中玻璃纤维筋如果被其他物质造成一定的表面污染，则在混凝土结构使用前应将其擦拭干净，否则会影响其黏结效果。

5.2 玻璃纤维筋钢筋笼安装质量控制

1）钢筋笼质量控制严格按照地下连续墙钢筋笼制作的“六大工序验收”进行，即“钢筋加工成品验收”“下排钢筋验收”“桁架验收”“上排钢筋验收”“预埋件、附件验收”“钢筋笼整体验收”。先由施工单位质检人员对其进行检查验收，自检合格后，由监理工程师再对其进行质量检查验收，验收合格后方可进行起吊工作。

2）监理应重点控制钢筋笼焊接质量，其施工必须严格按设计图进行，保证焊接焊缝长度、焊缝质量。钢筋焊接质量应符合设计要求，吊攀、吊点加强处须满焊，主筋与水平筋采用点焊连接，内部交点50%点焊，钢筋笼四周的纵向钢筋与水平分布筋必须100%点焊，并严格控制焊接质量。

3）钢筋笼制作与安装过程中，严格控制钢筋笼预埋件标高。

4）玻璃纤维筋加工要求按照钢筋大样进行，保证其与放样尺寸一致，绑扎前检查定型玻璃纤维筋成型质量，玻璃纤维筋绑扎要求4丝十字扣，并增加与桁架连接的绑扎点。

5）重点控制玻璃纤维筋钢筋笼卡扣的连接接头质量，玻璃纤维筋与普通钢筋主筋搭接长度应达到设计要求的40d，卡扣的数量应满足每个接头不少于2个的要求（图3）。

图3 钢筋笼U形卡扣连接接头

5.3 玻璃纤维筋钢筋笼吊装、入槽控制要点

5.3.1 钢筋笼起吊前验收

东兴路站玻璃纤维筋钢筋笼采用主副吊配合抬吊的方式进行起吊，设置5排2列，共10个吊点。所有钢筋笼采用整体加工制作，一次吊装入槽。其中主吊3排6个吊点，副吊2排4个吊点。钢筋笼起吊前，先由分包队伍对吊车自身、钢丝绳编花长度和型号、钢丝绳断丝情况、卸扣裂缝情况、扁担尺寸、滑轮型号等内容进行自检，自检合格后报项目专业人员检查，检查合格后由监理工程师进行验收，验收合格后方可起吊。

5.3.2 钢筋笼吊装、入槽过程控制要点

1）主要观察钢筋笼吊点、桁架等关键部位是否有开焊现象，以及钢筋笼整体刚度、变形情况。

2）由于玻璃纤维筋钢筋笼自身质量较轻，入槽后泥浆浮力较大，导致下放困难，故严禁施工队强行入槽。

3）在钢筋笼下放入槽过程中，将玻璃纤维筋区域内的普通钢筋割除，保证盾构区域在吊装完成后不出现钢筋等钢材，以免影响轨交12号线盾构穿越，造成事故。

4）玻璃纤维筋范围内普通钢筋切割的注意事项如下：

① 钢筋笼入槽前，先切割笼底5 m范围内的桁架，玻璃纤维筋段水平、纵向桁架筋及吊点钢筋应切除干净。

② 切割桁架筋时，采用厚1 mm钢板对玻璃纤维筋进行保护，防止受损，切割桁架筋一定要快，防止成槽时间太长，引起坍孔。

③ 切割按照先桁架筋、后主筋的顺序进行，尽量将钢筋以直线段切出。

④ 切割长度应小于50 cm，以便于将钢筋拿出。

⑤ 切割时注意火焰，严禁烧伤玻璃纤维筋。

6 结语

为给远期线路盾构穿越预留条件，天津地铁4号线东兴路站应用玻璃纤维筋作为围护结构，证明将玻璃纤维筋代替普通钢筋作为围护结构钢筋笼的工艺、控制标准能满足盾构穿越的相关要求，既节省了人力、材料和机械等成本，又缩短了钢筋笼加工、制作和安装，以及盾构穿越围护结构的时间，大幅提升了工效，并且增加了盾构贯穿围护结构时的安全性。