GFRP锚杆在地质灾害治理施工中的技术应用

唐康伟

在湘中南地区，多以山地丘陵地貌为主，且受强降雨影响较大，极易造成山体滑坡。随着节能、环保要求的上升，支护措施也对施工技术提出了更高要求，需要向着低碳、生态环保方向转变。所以各种全新的锚拉方式不断涌现，其中最为主要的一种就是GFRP锚杆的应用。本文主要研究GFRP锚杆在支护施工中的技术内容，希望能够对相关人士有所帮助。

GFRP（玻璃纤维增强筋）属于以玻璃纤维作为基体材料的合成树脂聚合物，由于其具有较强的耐腐蚀性以及较高的强度，使其在支护工程应用时具有较大优势，近些年也有着越来越广泛的应用。提升对新型支护施工技术的重视程度，进一步加强GFRP筋材锚杆在支护施工方面的应用，从而提升边坡的整体稳定性，确保灾害治理的效果。

一、案例基本概述

某工程项目（地质灾害治理）属于湘中南地区一处重要的公共建筑旁，该项目的主体围护采取的是桩板墙的方式，易滑段采取桩板墙和锚杆共同进行支护（其中GFRP锚杆主要设置在第⑤幅地连墙当中）。该项目基坑涉及到的土层主要包括：杂填土层、粉质粘土层、砂质粉土层等。该抗滑的边坡支护工程的南北两侧易滑段各设置4道锚杆。

二、GFRP锚杆筋材的特性概述

1.GFRP筋概述

GFRP筋（玻璃纤维筋）主要是指以合成树脂以及辅助剂当作基体，通过玻璃纤维进行材料增强，通过高速聚合装置对其实施固化并且通过拉挤牵引所形成的复合材料产品。

2.GFRP筋材的优势

（1）质量较轻。此种材料的筋材只有钢筋重量的25%，所以非常便于运输以及安装，节约费用。

（2）具有较强的可塑性。此种材料具有较强可塑性，在实际应用时往往将其制作成螺旋状以便和锚头进行配合，更有利于安装。

（3）具有较强电、磁绝缘性。此种材料具有较好的电、磁绝缘性，非常适合应用在需要考量电磁性能而又无法采用钢筋的区域，能够在施工时防止触电等不安全因素。

（4）具有较强物理力学性能。GFRP筋力学性能：比重2.0t/m3，抗拉强度600MPa，剪切强度106MPa，扭力50N·m。从数据能够得知，GFRP筋材的各种性能指标都较高。

（5）其他优势。GFRP筋材伸缩性和水泥大体相似，更有利于和浆材材料的融合。同时其具有较强的抗化学腐蚀性能以及较好的抗徐变性，更有利于应用。

三、基坑GFRP筋锚杆设计及施工分析

1.基坑GFRP筋锚杆设计

按照此基坑工程的特点，对于区段基坑实施GFRP筋锚杆支护设计，包括如下几方面内容：

（1）锚杆参数的确定

按照标准规范设定1.5m锚杆间距、15°锚杆倾角。根据其他区段钢锚杆支护位置的实际情况来确定每一道锚杆的埋设深度，以基坑顶部作为标准，从第一道锚杆到第四道锚杆分别埋深为：2m、6.5m、9.5m、12.5m。所采用的GFRP筋规格情况：平均外径32mm，抗拉强度＞560MPa，抗剪强度＞110MPa，极限拉应变＞1.2%，弹性模量＞46GPa。

（2）锚杆长度的确定

在进行锚杆自由段长度设定时需要参照钢锚杆设计标准规范来进行，一般情况下锚固段参数按照如下标准进行确定：

①锚固段注浆体和筋体之间粘接强度标准值fms=2.14MPa；

②锚固长度对粘结强度影响系数Ψ=0.6；

③界面粘结强度降低系数ξ=0.7。

在实际计算时先要确定锚杆轴向拉力标准值如下：第一道锚杆轴向拉力标准值290.5kN；第二道锚杆轴向拉力标准值300.6kN；第三道锚杆轴向拉力标准值471.8kN；第四道锚杆轴向拉力标准值537.9kN。同时增加自由段的长度之后能够得到锚杆的具体长度如下：第一道锚杆埋深2m，自由段长度5.5m，锚固段长度20.5m，总长度28m；第二道锚杆埋深6.5m，自由段长度5m，锚固段长度16m，总长度27.5m；第三道锚杆埋深9.5m，自由段长度7.5m，锚固段长度18m，总长度35m；第四道锚杆埋深12.5m，自由段长度8.5m，锚固段长度22m，总长度43m。

（3）锚杆根数的确定

在确定锚杆根数时需要按照《岩土锚杆（索）技术规程》来进行，同时按照如下公式来确定锚杆杆体的截面面积：其中Kt表示锚杆杆体抗拉安全系数；Nt表示锚杆轴向拉力设计值，单位为kN；fyk表示GFRP筋抗拉强度标准值，单位为kPa。

其中Nt表示轴向拉力设计值或者轴向压力设计值，单位为kN；γ0表示支护结构重要性系数，不同等级支护结构的安全系数有所差异，其中一级、二级、三级的支护结构分别在1.1、1.0、0.9以上；γF表示作用基本组合的综合分项系数，要保证其在1.25以上。

按照本工程具体情况设定锚杆杆体抗拉安全系数Kt=2.0，以基坑的具体级别设定γ0以及γF分别为1.1、1.25。那么能够计算所得φ32mm的GFRP筋锚杆抗拉强度设计值在820MPa左右，以此为基础能够计算出每一层锚杆的数量，具体如第一道锚杆，埋深2m，杆体截面积为779.4mm2，1根锚杆；第二道锚杆，埋深6.5m，杆体截面积806.5mm2，2根锚杆；第三道锚杆，埋深9.5m，杆体截面积1265.8mm2，2根锚杆；第四道锚杆，埋深12.5m，杆体截面积1443.1mm2，2根锚杆。为了确保足够的安全性，可以设定每一道锚杆锚筋都为2根。

2.GFRP筋锚杆施工参数的确定

根据本工程基坑的具体情况，将其设定为分层开挖的方式，随着开挖的进行逐渐进行支护，为了确保安全性，每一次开挖的土体深度需要控制在锚杆埋深下部0.5m。以GFRP筋锚杆埋深作为参照，每一次所挖土体埋深分别设定为2.5m、7m、10m、13m，最后一层锚杆到基坑深度距离设定为1.5m。

3.GFRP筋锚杆施工过程分析

（1）钻孔

锚杆钻孔时最好一次性成型，所钻孔的深度≥锚杆设计长度+0.5m，完成钻孔之后要逐根拔出钻杆。

（2）锚杆的生产及安放

①GFRP锚杆的生产。GFRP锚杆生产时主要应用到玻璃纤维、合成树脂、组分等等内容，每一种组分都会对锚杆力学性能造成相应的影响。

②锚杆的安放。在进行GFRP锚杆体制作过程中一定要将杆体的自由段密封良好，可以利用铁丝等将注浆管、排气管和GFRP筋杆体紧密固定，同时要设置可重复注浆套管以及止浆密封装置。

③注浆。在进行锚杆注浆时主要采取排气法注浆的方式，首次注浆需要从孔底部开始，随着注浆的进行逐渐将管拔出来，一直到浆液从孔口流出为止。

④张拉锁定。因为GFRP筋具有各向异性的特点，这就会造成其层间抗剪强度相对较低，若是采取钢筋和锚具直接接触的方式必然会造成非常大的应力集中，从而造成GFRP筋的破坏而引发锚固失效，所以采取GFRP锚杆进行施工时主要采取杆体和锚具紧固连接的方式来进行，之后利用筋材回缩挤压所形成的静摩擦力以及握裹力来实现锁定。采取预应力施加装置。将穿心千斤顶设置在限位板上，利用多次张拉将工具锚锁定好，利用限位板能够将夹片位置限定柱。

⑤封锚。完成张拉之后需要加强对外锚段的保护，同时为了保证最终的施工质量需要加强锚杆轴力的监测。

首先，地表沉降监测。为了能够提升监测的全面性，需要在位于基坑0.5m、1m、2m以及5m位置设置地表沉降监测断面，同时针对每一个监测断面设置相互之间间距为2m的监测点（共3个）；

其次，侧向位移监测。为了能够明确侧向位移情况，需要在基坑边缘设置3个测斜管，确保测斜管之间的距离和地表沉降相同；

最后，锚杆轴力监测。将锚杆轴力计量设备（共16个）设置在锚杆的工作锚后侧，以此来对GFRP锚杆轴力实施监测。

四、结束语

在地质灾害治理边坡支护中应用GFRP筋锚杆可以大大提升锚固体系的承载性能以及抗变形性能，同时随着时间的积累，锚杆内力的变化幅度会逐渐下降，可以进一步提升支护的稳定性，可以有效防止周边土体对相邻建筑基坑的影响。相对于常规的混凝土注浆锚杆，GFRP锚杆具有更大的承载性能以及非常好的刚度，在具体施工过程中要采取必要的措施加强锚杆质量的监测。总的来说，GFRP锚杆具有良好的综合性能，在边坡支护施工中能够发挥非常有效的作用。