玻璃纤维筋围护桩技术在盾构管廊中的应用

文/任力、邵武涛、韩逗、闫国栋 中国建筑第六工程局有限公司 天津 300000

1、概述

科技八路综合管廊为《西安市城市地下综合管廊规划》确定的“一环、六放射、多组团”的干支线地下综合管廊体系中高新区组团的主要干线管廊。盾构段沿科技八路东西向布置，西起经九路，东站丈八北路，全长1022.5m，包含957.5m盾构区间和65m矿山法区间（地裂缝处理）；盾构隧道采用单线单圆结构，单圆盾构开挖直径6.44m，管廊内径5.5m，掘进深度达地下18.7m。盾构管廊沿线共设置4个节点井，包含1个盾构始发井，1个接收井，2个节点井。2#工艺井结构平面外轮廓尺寸为16.65m×30.4m，底板埋深约20m，围护结构采用钻孔灌注桩+2道砼支撑+2道钢支撑的形式。3#工艺井结构平面外轮廓尺寸为15.5m×9.6m，底板埋深约20m，围护结构采用钻孔灌注桩+2道砼支撑+3道钢支撑的形式。盾构区间段采用“先盾后井”施工方法，2#、3#工艺井在穿盾构区域围护桩采用玻璃纤维筋桩基。

2、施工技术措施简介

盾构区间2#、3#工艺井平面尺寸分别为：16.65m×30.4m，15.5m×9.6m，底板埋深约20m，围护结构采用钻孔灌注桩+2道砼支撑+2道钢支撑的形式，采用明挖顺作法施工。围护桩为1m钻孔灌注桩。由于2#、3#工艺井位置管线复杂，在工艺井施工时需进行管线改迁，改迁工期较长，如等待工艺井施工完成后进行盾构施工整个工期将滞后近半年。为了确保施工工期，进行了施工工法的调整，将“先井后盾”调整为“先盾构后井”施工，也就是盾构施工完成后进行工艺井主体施工，但必要条件是将桩基施工完成，尤其是盾构穿越段。介于此情况将该段桩基优化为玻璃纤维筋桩，桩径及桩长均不变，只是将该段主筋及螺旋筋改为玻璃纤维筋，在桩顶往下11.25处为玻璃纤维筋且长度为7.5m。2#、3#工艺井各调整10根。

3、玻璃纤维筋桩基施工技术

根据现场勘测及计算，确定玻璃纤维筋桩基位置，整根桩基长度为29.6m，其中玻璃纤维筋长度为7.5m，桩径为1.0m，桩基数量为10根，每侧5根，桩间距为1.5m，桩基混凝土为C30水下灌注混凝土，采用旋挖钻施工。对桩基进行优化后，加快了施工进度，确保了盾构机在穿越工艺井时不受影响，同时也增强基坑的整体稳定性，确保工艺井后续施工的安全稳定。

3.1 钻孔施工

3.1.1 测量放线

按照设计中线放出钻孔灌注桩的中线，并打十字交叉线作为护桩，用以随时检查桩位，在桩护筒旁放钻孔灌注桩的标高控制点用以保证设计桩底标高及桩长。

3.1.2 钻进及清孔

钻孔按设计图位置进行施工并埋设钢护筒，护筒高出地面30cm，并校正孔位，周边用土回填密实。使用带有变速器的钻机，应把变速器板上的电动机和变速器被动轴的轴心设置在同一水平标高上。转盘中心应与钻架上吊滑轮在同一垂直线上，确保钻机垂直度。钻机应先试运转检查，以防止成孔或灌注中途发生故障。

钻孔灌注施工过程中通过泥浆泵将泥浆池中制备好的新鲜泥浆注入桩内，排出的泥浆直接排放至沉淀池中，经泥浆沉淀后，进入泥浆池内重复使用。

钻进时每回次进尺控制在60cm左右，刚开始要放慢旋挖速度，并注意放斗要稳，提斗要慢，特别是在孔口5～8m段旋挖过程中要注意通过控制盘来监控垂直度，如有偏差及时进行纠正，而且必须保证每挖一斗的同时及时向孔内注浆，保证护壁的质量。在钻进到设计深度时，应立即清孔。将钻斗留在原处机械旋转数圈，将孔底虚土尽量装入斗内，起钻后仍需对孔底虚土进行清理。在清孔后，孔底沉渣不得大于15cm，并将孔口处杂物清理干净。

3.2 玻璃纤维筋笼及钢筋笼制作安装

（1）钢筋笼采用现场加工制作，加工尺寸严格按设计图纸及规范要求进行控制。钢筋笼主筋采用直螺纹套筒连接。接头两端钢筋头拧入的丝长满足要求，采用管钳拧紧，使两钢筋头顶紧。上下节钢筋笼对接后，每一根钢筋，向位置上下对齐，以确保直螺纹套筒能顺利拧入，确保上下钢筋头拧入套筒的长度满足规范要求，使接头的力学性能达到规范要求。主筋与箍筋采用焊接，钢筋笼分段制作，钢筋接头按规定错开。

（2）为保证灌注桩的保护层厚度，采用钢筋“耳朵”焊在骨架主筋外侧，间距5m。

（3）钻孔灌注桩钢筋笼采用一次性吊装，采取多点抬吊吊装、整体空中回直入孔的吊装方法。起吊时必须使吊钩中心与钢筋笼中心重合，保证起吊平衡。

（4）玻璃纤维筋桩主筋为26根Φ25主筋，螺旋筋为Φ10间距10cm，螺旋筋与主筋采用4mm铁丝绑扎。玻璃纤维钢筋与普通钢筋搭接区长度为2m，纯玻璃纤维筋范围长度为7.5米，纯玻璃纤维筋中心绝对标高为395.1。

（5）玻璃纤维筋与钢筋搭接：钢筋与玻璃纤维筋桩连接采用M10-U型螺栓进行连接。GFRP筋与受力主钢筋的搭接采用钢制U型卡,搭接长度不小于50D,GFRP筋与其他钢筋之间的连接可采用铁丝或尼龙绳绑扎。

（6）玻璃纤维筋技术指标要求：玻璃纤维增强复合材料筋(GFRP筋)的螺旋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。GFRP筋直径20mm-28mm时,其直径允许偏差±0.3mm,直线度≤4m/m:直径大于28mm时,其直径允许偏差±0.4mm，直线度≤5mm/m。G的密度应为19-2.2g/cm,剪切强度≥110a,极限拉应变≥1.2%,弹性模量≥4Fa,当16≤d＜34时,抗拉强度标准值≥550MPa。其他有关玻璃纤维筋的技术要求、试验方法、检验规则及标志、包装、运输、储存等的规定应按现行国家、行业标准《土木工程用玻璃纤维增强筋》(JG/T406-2013)及《纤维增强塑料性能试验方法总则》GB/T1446执行。

3.3 玻璃纤维筋笼吊放

（1）指挥转移到起吊位置，起重工分别安装吊点的卸扣。

（2）检查各吊点钢丝绳扥安装情况及受力重心后，开始同时平吊。

（3）玻璃纤维筋笼吊至离地面0.3m～0.5m后，应检查玻璃纤维筋笼是否平稳后主钩起钩，根据钢筋笼距地面距离，随时指挥辅助吊车配合起钩。

（4）玻璃纤维筋笼吊起后，主钩吊车匀速起钩，辅助吊车配合使玻璃纤维筋笼空中翻转垂直于地面。

（5）指挥起重工卸除钢筋笼上辅助钩吊点的卸扣。然后远离起吊作业范围。

（6）指挥吊机吊笼入孔、定位，吊机走行应平稳，玻璃纤维筋笼上应拉牵引绳。下放时不得强行入孔。

（7）吊放玻璃纤维筋笼过程中，必须始终保持钢筋笼轴线与桩轴线吻合，并保证桩顶标高符合设计要求。钢筋笼最上端定位，由测定的孔口标高来计算定位筋的长度，反复核对无误后焊接定位。

（8）灌筑完的砼开始初凝时，割断定位骨架竖向筋，使玻璃纤维筋笼不影响砼的收缩。

（9）作业前施工技术人员应了解现场环境、电力、通讯等架空线路，附近构筑物情况等并采取相应保护措施。

3.4 水下灌注混凝土及控制要点

（1）灌注桩采用的混凝土为C30水下混凝土。钻孔灌注桩成孔和清孔质量检验合格后,开始灌注混凝土。浇筑前需做导管密闭性实验，验收合格后方可下导管。

（2）水下混凝土在浇注之前检测其坍落度。检测结果合格后方允许进行浇注作业。水下混凝土的总体浇注时间不得大于混凝土的初凝时间。尽量缩短导管拆除时间，下料掌握好速度，避免造成气堵。灌注过程中，应注意观察管内混凝土下降和孔内水位升降情况，及时测量孔内混凝土面高度，正确指导导管的提升和拆除。

（3）本灌注工艺，采用自由塞隔水（即充气球胆），充气球胆直径大小能自由通过导管即可。导管下入长度和实际孔深必须做严格丈量，使导管底口与孔底的距离能保持在0.3～0.5m左右，导管下入必须居中，底管长度应不小于4m。

（4）灌注混凝土，首浇混凝土必须保证埋管深度不小于1.5米,操作中，投入球胆，放入锥塞，当砼灌满漏斗，立即拔起塞子，同时继续向漏斗补加砼，使砼连续浇注。

（5）在完成首浇后，灌注砼要连续从漏斗口边侧溜滑入导管内，不可一次放满，以避免产生气囊。

（6）拔管时，要准确测量砼灌注深度和计算导管埋深后，方可拔管。导管埋深不得大于6m，也不得小于2m。

（7）为确保桩顶质量,在桩顶设计标高以上加灌一定高度,不宜小于0.8m。

（8）在灌注将近结束时，由于导管内砼柱高度减少，超压力降低。如出现砼顶升困难时，可适当减小导管埋深使灌注工作顺利进行，在拔出最后一节长导管时，拔管速度要慢，避免孔内上部泥浆压入桩中。

（9）钢护筒在灌注结束，砼初凝前拔出，起吊护筒时要保持其垂直性。

（10）混凝土浇注过程中及时按照规范要求制作混凝土试块，经标养室养护至规定龄期后送实验室检验。

4、桩基检测

（1）钻孔灌注桩施工完成后委托具有相关资质的检测单位进行检测。

（2）采用低应变动测法检测桩身完整性，检测数量不宜少于总桩数的100%。

（3）当根据低应变动测法判定的桩身缺陷可能影响桩的水平承载力时，应采用钻芯法补充检测，检测数量不宜少于总桩数的1%，且不得少于3根。

5、安全注意事项

（1）在玻璃纤维筋桩基施工前对施工范围内地下管线进行排查并形成书面报告，避免对地下管网造成破坏。

（2）进入现场的钢筋机械及电气设备在使用前，必须经项目工程部、安全部检查验收合格后方可使用。人员需持证上岗作业，并在机械旁挂牌注明安全操作规程。

（3）钢筋加工机械处必须设置足够的照明，保证操作人员在光线较好的环境下操作。在进行加工材料时，弯曲机、切断机等严禁一次超量上机作业。

（4）钻孔桩成孔过程中产生的泥浆如不能及时外运，应做到随开挖随覆盖，施工生产废水经沉淀池沉淀处理后循环使用，不能使用的废浆及时外运。

结语：

通过对盾构机穿越2#、3#工艺井的研究，将围护桩交底进行优化，盾构穿越工艺井段采用玻璃纤维筋桩施工技术，解决了“先盾后井”盾构机切削工艺井围护桩问题，防止盾构穿越工艺井时刀盘被卡，无法继续掘进，提高了盾构施工安全。

（1）在玻璃纤维筋桩施工过程中严格控制桩基的垂直度，严禁桩基侵限，防止发生断桩、夹泥、堵管等现象，加强混凝土坍落度的控制；

（2）钻孔前先用水准仪确定护筒标高，并以此作为基点，按设计要求的孔底标高确定孔深，以测锥确定孔深；

（3）在吊装时检查各吊点钢丝绳扥安装情况及受力重心后，开始同时平吊，防止玻璃纤维筋笼倾斜及散架；

（4）玻璃纤维筋笼按要求进行连接，卡扣连接牢固，搭接长度满足要求；

（5）玻璃纤维筋笼下放时严格控制标高，防止钢筋笼侵入盾构穿越区域；