玻璃纖維筋在連續(xù)墻中的應(yīng)用

蘇 明，張宏斌

(中鐵隧道集團四處有限公司，南寧 530003)

0 引言

在目前的盾構(gòu)法施工中，TBM(盾構(gòu))不能有效地切割鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。盾構(gòu)穿越鋼筋混凝土墻，通常的施工方法是在穿越前通過人工鑿除鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)體，增加了工人的勞動強度、降低了工效低、增加了成本和工期，并存在施工安全隱患。這個問題困擾地鐵工程中盾構(gòu)穿越的圍護結(jié)構(gòu)區(qū)域的設(shè)計及施工多年。正是在這種背景之下，玻璃纖維筋被應(yīng)用于這個區(qū)域中，解決了此問題。但玻璃纖維筋是一種新型材料，在工程實踐中的應(yīng)用并不廣泛［1－3］，對其的介紹也不多［4］。本文就玻璃纖維筋在南寧軌道交通1號線廣西大學(xué)站中的應(yīng)用，介紹其材料特性、施工規(guī)范及驗收標(biāo)準(zhǔn)。

1 工程概況

廣西大學(xué)站是南寧市軌道交通工程1號線的第8站，位于南寧市大學(xué)路和明秀路交叉的十字路口，與規(guī)劃的5號線換乘。車站為地下兩層島式車站，全長465 m，兩端為盾構(gòu)始發(fā)井，車站圍護結(jié)構(gòu)為800 mm厚的鋼筋混凝土地下連續(xù)墻。

圍護結(jié)構(gòu)連續(xù)墻車站兩端盾構(gòu)始發(fā)井，盾構(gòu)穿越的洞門范圍內(nèi)的鋼筋均用玻璃纖維筋代替。在遠(yuǎn)期規(guī)劃的5號線隧道盾構(gòu)下穿1號線隧道范圍內(nèi)，底板下所有鋼筋也采用玻璃纖維筋代替鋼筋。

2 玻璃纖維筋的特性

2.1 力學(xué)性能

1)玻璃纖維筋是采用高性能無堿玻璃纖維與乙烯基樹脂經(jīng)過連續(xù)拉擠成型工藝，制成“全螺紋”的形態(tài)，具有良好的力學(xué)性能。

2)玻璃纖維筋的相對密度是1.8～2.1，通過力學(xué)試驗(圖1)表明其抗拉強度為450～700 MPa(二級鋼筋屈服強度為335 MPa，三級鋼筋屈服強度為400 MPa)，超過相同型號的鋼筋，彈性模量為40～45 GPa。玻璃纖維筋的伸長率小于3%，全螺紋損壞時，纖維縱向斷裂，螺紋筋體間仍有纖維相連。玻璃纖維筋具有良好的耐酸、耐鹽腐蝕性能，強度與剛度穩(wěn)定和較好的抗凍融性。玻璃纖維筋與鋼筋力學(xué)性能對比見表1。

圖1 玻璃纖維筋力學(xué)試驗現(xiàn)場及試驗效果圖Fig.1 Mechanical testing site and testing result of GFRP

表1 玻璃纖維筋與鋼筋力學(xué)性能對比表Table 1 Characteristic comparison and contrast between GFRP and concrete iron

3)玻璃纖維筋的容重僅為鋼筋容重的1/4左右，比較小。

4)玻璃纖維筋的熱膨脹系數(shù)與混凝土相近，當(dāng)環(huán)境溫度發(fā)生變化時，玻璃纖維筋與混凝土能協(xié)同工作，兩者不會產(chǎn)生大的溫度應(yīng)力。

5)玻璃纖維筋彈性模量約為普通鋼筋的1/4，玻璃纖維筋中纖維含量通常為70%～80%。

6)玻璃纖維筋熱傳導(dǎo)和電傳導(dǎo)能力低、可切割性能好;但是彈性模量小、脆性大。

2.2 經(jīng)濟效應(yīng)

玻璃纖維筋縱向具有高抗拉強度，很容易被盾構(gòu)或其他挖掘機械磨碎，這種獨特的各向異性高強材料可以作為連續(xù)墻配筋應(yīng)用在盾構(gòu)法或新奧法等隧道工程中，極大地優(yōu)化了隧道施工(始發(fā)和到達)中的機械化挖掘過程。

盾構(gòu)穿越地下連續(xù)墻的那部分稱為破鏡面，可以使用玻璃纖維筋來構(gòu)造，可顯著提高建設(shè)速度，無需像傳統(tǒng)的鋼筋連續(xù)墻先停機，讓工人進入盾構(gòu)與連續(xù)墻之間，挖除混凝土和切割鋼筋。工藝效能對比表見表2。

連續(xù)墻鏡面可采用由鋼筋和玻璃纖維筋相結(jié)合的混合籠，并在盾構(gòu)周圍設(shè)定合適公差，其公差大小可根據(jù)TBM在挖掘隧道過程中的偏移量以及連續(xù)墻混合籠的放置偏移量來進行調(diào)整。

表2 工藝效能對比表Table 2 Construction technology comparison and contrast between GFRP and concrete iron

3 玻璃纖維筋的應(yīng)用

3.1 玻璃纖維筋在連續(xù)墻中的設(shè)置

車站圍護結(jié)構(gòu)采用800 mm厚連續(xù)墻，墻幅寬5.0 m。為了減少玻璃纖維筋的用量，玻璃纖維筋只布置在正對盾構(gòu)刀盤中心7.0 m×7.0 m范圍內(nèi)。纖維筋在連續(xù)墻中的設(shè)置見圖2和圖3。

圖2 玻璃纖維筋在盾構(gòu)始發(fā)井處中的設(shè)置示意圖Fig.2 Layout of GFRP at shield launching shaft

圖3 玻璃纖維筋在規(guī)劃5號線下穿段中的設(shè)置示意圖Fig.3 Layout of GFRP at section underneath crossing No.5 line

3.2 玻璃纖維筋的施工工藝標(biāo)準(zhǔn)

到目前為止國內(nèi)還沒有玻璃纖維筋的施工規(guī)范及檢驗標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)多次討論和一些國內(nèi)外行業(yè)施工經(jīng)驗、標(biāo)準(zhǔn)的借鑒，針對本工程確定以下施工規(guī)范及驗收標(biāo)準(zhǔn):

1)用玻璃纖維筋代替鋼筋時，其型號較原設(shè)計鋼筋直徑大一個等級，如原設(shè)計鋼筋為φ32 mm，玻璃纖維筋則采用φ36 mm的代替方可。

2)玻璃纖維筋主筋與水平筋、箍筋之間采用綁扎方式連接，玻璃纖維筋與鋼筋的搭接按照40d的要求搭接，主筋之間采用“U”螺栓進行連接(圖4為玻璃纖維筋“U”型螺栓連接示意圖，圖5為“U”型螺栓連接實體及綁扎照片)。

圖4 玻璃纖維筋“U”型螺栓連接示意圖Fig.4 Sketch shows the connecting of GFRP U-shape bolt

圖5 “U”型螺栓連接實體及綁扎現(xiàn)場照片F(xiàn)ig.5 U-shape bolt connection and site photo

3)搭接驗收允許誤差－100 mm～+100 mm。

4)玻璃纖維筋表面不得有裂紋、結(jié)疤和纖維露出，表面缺陷的深度和高度不得大于所在部位尺寸的允許偏差。

5)其他與國家相關(guān)施工規(guī)范中的規(guī)定相同。

3.3 玻璃纖維筋的吊裝

1)由于玻璃纖維筋相對鋼筋剛度較低，在起吊前必須對玻璃纖維筋和鋼筋的組合籠進行加固。現(xiàn)場采用φ32 mm的鋼筋做成臨時支撐框架對玻璃纖維筋部分進行加固，增強整個鋼筋籠的整體性，保證吊裝安全。支撐框采用“U”型螺栓固定在玻璃纖維筋籠上，并在連續(xù)墻籠吊起后沉入溝槽前把支撐架移除(見圖6和圖7)。

圖6 鋼筋籠吊裝臨時支架圖Fig.6 Temporary hoisting support of concrete iron

圖7 臨時支架實體照片F(xiàn)ig.7 Photo of temporary support

2)綁扎后的玻璃纖維筋和鋼筋組合連續(xù)墻籠必須豎起吊至豎直平面。起吊過程必須保證鋼筋籠架的穩(wěn)定和完整(見圖8)。

3)連續(xù)墻起吊共設(shè)置2臺吊機，8個吊點。主吊機4個吊點，輔助吊機4個吊點起吊(圖8)。在鋼筋和纖維筋相連接的位置必須設(shè)置吊點，起吊時專人指揮，緩慢升起以防止起吊撓度過大。

圖8 吊裝Fig.8 Hoisting

4)當(dāng)連續(xù)墻鋼筋籠提升至豎直平面內(nèi)后，將其移動到墻幅位置。臨時支撐必須在整個籠置于槽段前全部移除。

4 玻璃纖維筋安裝注意事項

1)玻璃纖維筋應(yīng)放置在鋼支撐或木支撐上進行綁扎，避免將纖維筋鋼筋籠直接放置在地面上。其作用是為防止纖維筋表面被地面的碎屑污染或刮傷，造成握裹力的損失。由于纖維筋的剛度較低，應(yīng)注意在纖維筋籠部分下面多放置枕木。

2)禁止在現(xiàn)場對已熱固化的玻璃纖維筋進行冷加工。

3)縱向主筋的搭接應(yīng)在連續(xù)墻盾構(gòu)掘進區(qū)域外圍進行。縱向鋼筋搭接區(qū)以外的其他節(jié)點可以使用普通鐵絲、冷軋鐵帶或塑料尼龍帶進行固定。

4)操作工人必須佩戴手套，以防止玻璃纖維筋表面纖維和鋒利邊緣造成傷害。

5)由于高溫、紫外線和化學(xué)物質(zhì)可能會對玻璃纖維筋造成傷害，所以盡量使材料遠(yuǎn)離這樣的環(huán)境。

6)在安裝過程中玻璃纖維筋有可能被一些外加劑或者其他物質(zhì)造成一定的表面污染，這樣會影響其與混凝土的黏結(jié)效果，所以在混凝土結(jié)構(gòu)使用之前，操作人員應(yīng)該用溶劑將這些污染物質(zhì)擦拭干凈。

7)玻璃纖維筋的切割采用電鋸進行。在操作玻璃纖維筋切割時，要佩戴防塵面具、手套、眼鏡，用以保護操作人員的眼睛。

5 結(jié)論

1)玻璃纖維筋在南寧軌道交通1號線廣西大學(xué)站盾構(gòu)井及5號線下穿段連續(xù)墻的施工中得到了成功應(yīng)用，解決了玻璃纖維筋在大斷面范圍內(nèi)使用鋼筋籠加工及吊裝難題，為盾構(gòu)機穿越提供了條件。

2)本工程實踐證明:采用玻璃纖維筋代替鋼筋的圍護結(jié)構(gòu)，可以節(jié)省成本、縮短盾構(gòu)井穿越時間、減少對地面環(huán)境的干擾。

［1］ 楊紅軍.玻璃纖維筋在盾構(gòu)井圍護結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用［J］.隧道建 設(shè)，2008，28(6):711 － 715.(YANG Hongjun.Application of GFRP in construction of retaining structure of shield［J］.Tunnel Construction，2008，28(6):711 － 715.(in Chinese))

［2］ 楊能.玻璃纖維筋在圍護結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用［J］.山西建筑，2008(33):160 － 161.(YANG Neng.Application of the glass fiber-reinforced pblymer in the building entelope［J］.Shanxi Architecture，2008(33):160 －161.(in Chinese))

［3］ 蔣小銳.玻璃纖維筋在地下連續(xù)墻中的應(yīng)用［J］.鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，2009(10):58－60.

［4］ DB44/T 497—2008土木工程用玻璃纖維增強復(fù)合材料(GFRP)筋［S］.廣州:廣東省質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局，2008.