玻璃纤维筋应用在地下连续墙中的施工技术

1 工程概况

南部商务区站围护结构采用800 mm厚地下连续墙+内支撑体系。基坑标准段深度约16.2～17.12 m,墙长约42.2 m,设计插入比为1.13；北端头井基坑深度约17.44 m,墙长45.2 m；南端头井基坑深度约18.41 m,墙长41.7 m,设计插入比为1.11。规划8号线盾构区间下穿本站中心,地下连续墙钢筋全部由全螺纹玻璃纤维筋(GFRP筋)等代替,影响范围内共15幅地下连续墙,其幅形均为“一”型幅。玻璃纤维筋范围为基底以下2.0 m至基底以下13.1 m,共11.1 m。见图1。

根据南部商务区站围护结构设计图,本站地下连续墙一共分为184幅,其中 “T”型4幅,“L”型4幅, “V”型16幅,“Z”型4幅,其他均为“一”型。

注：阴影部分盾构区间下穿范围为玻璃纤维筋混凝土地下连续墙。图1 围护结构平面图

2 玻璃纤维筋地下连续墙施工技术控制要点

2.1 玻璃纤维钢筋的性能

玻璃纤维钢筋又称GFRP筋,以高强玻璃纤维为增强材料，合成树脂为基体材料,并掺入适量辅助剂,经拉挤、缠绕而成的复合材料,称为玻璃纤维增强树脂筋。采用玻璃纤维筋代替普通钢筋是利用其抗拉强度高、剪切强度低、脆性易破坏的特点,使盾构刀具能够轻易将玻璃纤维筋切成小段,经排泥管排出。因玻璃纤维筋是厂家直接一次性加工成型,U形筋尺寸无法改变,故要严格控制玻璃纤维筋笼尺寸,特别是玻璃纤维筋笼的厚度(槽宽),允许偏差为±10 mm。玻璃纤维筋材料性能指标见表1。

表1 玻璃纤维筋材料性能指标

2.2 玻璃纤维筋与钢筋的连接

钢筋笼纵向受力主筋的玻璃纤维筋与普通钢筋、玻璃纤维筋与玻璃纤维筋之间的连接应采用钢制U型卡连接,U型卡应与主筋直径相匹配,每根筋材连接端的U型卡数量不得少于两个,玻璃纤维筋与普通钢筋搭接长度不小于50 d。其余非搭接部位间的玻璃纤维筋与普通钢筋、玻璃纤维筋与玻璃纤维筋之间的连接可以采用铁丝绑扎或者尼龙绳进行绑扎,绑扎必须牢固。为吊装安全作业,钢筋笼内部采用普通钢筋作为临时桁架,在起吊之后入槽时对临时桁架进行割除,见图2。

图2 玻璃纤维筋与钢筋连接

加固注意事项:1)在加工平台测放大样,准确放出盾构切割范围,并做明显标记；2)按设计图纸铺设下部玻璃纤维筋,用2.0 mm镀锌铁丝绑扎,钢筋与玻璃纤维筋连接采用U型卡螺栓连接；3)安装纵向钢筋桁架；4)按设计图纸铺设上部玻璃纤维筋并绑扎,钢筋与玻璃纤维筋采用U型卡螺栓连接；5)在玻璃纤维筋与桁架钢筋间安装钢丝绳卡,并用扭力扳手进行检查,扭力不小于螺栓扭矩50 N·m;6)安装加固钢筋临时桁架,并进行检查。

2.3 GFRP筋笼的吊装

钢筋笼和GFRP筋笼一次性加工成型,并采用12点式进行吊装,试吊装过程中存在中间段玻璃纤维筋笼扭曲过大,没法吊装。后将玻璃纤维筋笼段增加两道纵向钢筋桁架进行加固,再次吊装。由于中间段玻璃纤维筋笼薄弱,始终无法吊起。后经与设计沟通将基底以下2.0 m至笼底全部改成玻璃纤维筋笼,并采用普通Φ25钢筋增加两道纵向桁架以设置吊点进行分节吊装,吊装入槽过程中进行割除钢筋桁架。

分节吊装时割除钢筋桁架和接笼的工作时间过长,极易造成槽壁坍塌与缩孔现象发生。可采取以下应对措施：1)玻璃纤维筋笼与普通钢筋笼分开加工、吊装；2)下笼时笼与笼之间对接过程中增加施工人员,减少接笼时间,缩短下笼时间；3)控制好泥浆质量,有足够的泥皮厚度保护槽壁,以防塌孔,确保地下连续墙质量。

3 施工过程质量控制

玻璃纤维筋表面很容易受到损伤,从而导致材料强度降低或材料由于碱性介质的渗入而造成耐久性降低。

1)玻璃纤维筋的螺纹杆体表面质地应均匀，无气泡、裂纹及其他缺陷,其螺纹牙形、牙距应整齐,不得有损伤。

2)玻璃纤维筋中的玻璃纤维应采用含碱量小于0.8%的无碱玻璃纤维(E-Glass)。树脂基体仅允许使用乙烯基和环氧树脂体系或乙烯基树脂和环氧树脂混合树脂,以满足产品物理和基本耐久性使用的要求,树脂基体的原料聚合物不允许含有任何聚酯成分。

3)原材料在厂家统一加工时,要严格控制每根构件的产品规格以及尺寸偏差；材料的规格以及尺寸偏差见表2。

4)原材料进场前,实验人员必须对原材料的力学性能指标进行检验,严格控制原材料的各项力学指标均达到设计及规范要求方可使用,玻璃纤维筋力学参数指标见表3。

表2 产品规格及尺寸偏差

表3 GFRP筋杆体力学参数

注：玻璃纤维筋抗拉强度标准值保证率在95%以上。

5)材料储存和运输

①由于高温、紫外线和化学物质可能会对玻璃纤维筋造成损害,所以尽量把材料存放在独立的仓库或厂棚内。

②在运输玻璃纤维筋的过程中,采用横杆支撑,以防在吊装玻璃纤维筋时造成过度弯曲或折断。

③为防玻璃纤维筋会被一些外加剂或者其他物质造成表面污染,影响与混凝土的粘结效果,所以在使用之前,操作人员必须用溶剂将这些污染物质擦拭干净。

4 结 语

1)由于玻璃纤维筋所用材料均为厂制定型产品,尺寸准确；另外,连接点采用绑扎,减少了钢筋加工工序,制作时间是普通钢筋安装时间的0.5倍。制作的精度高,绑扎成型后不锈蚀,便于存放。

2)玻璃纤维筋是由玻璃纤维浸渍树脂制成,易切割,制作时根据需要采用钢锯裁取,无需任何玻璃纤维筋加工设备,施工极为方便,大大提高了工作效率。

3)施工实践表明,端头井围护结构采用玻璃纤维筋代替钢筋,盾构直接掘进通过围护结构在技术上是可行的,在国内多个城市的地铁施工中得到了较好的实践。虽然玻璃纤维筋比钢筋单价略高,但是对改善施工环境,提高工作效率,保证施工质量,减少施工风险等方面表现出较好的优越性。

玻璃纤维筋在宁波市轨道交通3号线盾构穿越地铁明开挖基坑围护地下连续墙施工中的应用,使盾构在切割地下连续墙施工过程中顺利通过,大大缩短了盾构切割地下连续墙的施工周期,提高了工作效率,同时也降低了盾构切割对地下连续墙的质量破坏。玻璃纤维筋替代普通钢筋在地铁站盾构穿越地下连续墙部位具有较高的推广应用价值。

参 考 文 献

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