GFRP錨桿在地質災害治理施工中的技術應用

唐康偉

在湘中南地區，多以山地丘陵地貌為主，且受強降雨影響較大，極易造成山體滑坡。隨著節能、環保要求的上升，支護措施也對施工技術提出了更高要求，需要向著低碳、生態環保方向轉變。所以各種全新的錨拉方式不斷涌現，其中最為主要的一種就是GFRP錨桿的應用。本文主要研究GFRP錨桿在支護施工中的技術內容，希望能夠對相關人士有所幫助。

GFRP（玻璃纖維增強筋）屬于以玻璃纖維作為基體材料的合成樹脂聚合物，由于其具有較強的耐腐蝕性以及較高的強度，使其在支護工程應用時具有較大優勢，近些年也有著越來越廣泛的應用。提升對新型支護施工技術的重視程度，進一步加強GFRP筋材錨桿在支護施工方面的應用，從而提升邊坡的整體穩定性，確保災害治理的效果。

一、案例基本概述

某工程項目（地質災害治理）屬于湘中南地區一處重要的公共建筑旁，該項目的主體圍護采取的是樁板墻的方式，易滑段采取樁板墻和錨桿共同進行支護（其中GFRP錨桿主要設置在第⑤幅地連墻當中）。該項目基坑涉及到的土層主要包括：雜填土層、粉質粘土層、砂質粉土層等。該抗滑的邊坡支護工程的南北兩側易滑段各設置4道錨桿。

二、GFRP錨桿筋材的特性概述

1.GFRP筋概述

GFRP筋（玻璃纖維筋）主要是指以合成樹脂以及輔助劑當作基體，通過玻璃纖維進行材料增強，通過高速聚合裝置對其實施固化并且通過拉擠牽引所形成的復合材料產品。

2.GFRP筋材的優勢

（1）質量較輕。此種材料的筋材只有鋼筋重量的25%，所以非常便于運輸以及安裝，節約費用。

（2）具有較強的可塑性。此種材料具有較強可塑性，在實際應用時往往將其制作成螺旋狀以便和錨頭進行配合，更有利于安裝。

（3）具有較強電、磁絕緣性。此種材料具有較好的電、磁絕緣性，非常適合應用在需要考量電磁性能而又無法采用鋼筋的區域，能夠在施工時防止觸電等不安全因素。

（4）具有較強物理力學性能。GFRP筋力學性能：比重2.0t/m3，抗拉強度600MPa，剪切強度106MPa，扭力50N·m。從數據能夠得知，GFRP筋材的各種性能指標都較高。

（5）其他優勢。GFRP筋材伸縮性和水泥大體相似，更有利于和漿材材料的融合。同時其具有較強的抗化學腐蝕性能以及較好的抗徐變性，更有利于應用。

三、基坑GFRP筋錨桿設計及施工分析

1.基坑GFRP筋錨桿設計

按照此基坑工程的特點，對于區段基坑實施GFRP筋錨桿支護設計，包括如下幾方面內容：

（1）錨桿參數的確定

按照標準規范設定1.5m錨桿間距、15°錨桿傾角。根據其他區段鋼錨桿支護位置的實際情況來確定每一道錨桿的埋設深度，以基坑頂部作為標準，從第一道錨桿到第四道錨桿分別埋深為：2m、6.5m、9.5m、12.5m。所采用的GFRP筋規格情況：平均外徑32mm，抗拉強度＞560MPa，抗剪強度＞110MPa，極限拉應變＞1.2%，彈性模量＞46GPa。

（2）錨桿長度的確定

在進行錨桿自由段長度設定時需要參照鋼錨桿設計標準規范來進行，一般情況下錨固段參數按照如下標準進行確定：

①錨固段注漿體和筋體之間粘接強度標準值fms=2.14MPa；

②錨固長度對粘結強度影響系數Ψ=0.6；

③界面粘結強度降低系數ξ=0.7。

在實際計算時先要確定錨桿軸向拉力標準值如下：第一道錨桿軸向拉力標準值290.5kN；第二道錨桿軸向拉力標準值300.6kN；第三道錨桿軸向拉力標準值471.8kN；第四道錨桿軸向拉力標準值537.9kN。同時增加自由段的長度之后能夠得到錨桿的具體長度如下：第一道錨桿埋深2m，自由段長度5.5m，錨固段長度20.5m，總長度28m；第二道錨桿埋深6.5m，自由段長度5m，錨固段長度16m，總長度27.5m；第三道錨桿埋深9.5m，自由段長度7.5m，錨固段長度18m，總長度35m；第四道錨桿埋深12.5m，自由段長度8.5m，錨固段長度22m，總長度43m。

（3）錨桿根數的確定

在確定錨桿根數時需要按照《巖土錨桿（索）技術規程》來進行，同時按照如下公式來確定錨桿桿體的截面面積：其中Kt表示錨桿桿體抗拉安全系數；Nt表示錨桿軸向拉力設計值，單位為kN；fyk表示GFRP筋抗拉強度標準值，單位為kPa。

其中Nt表示軸向拉力設計值或者軸向壓力設計值，單位為kN；γ0表示支護結構重要性系數，不同等級支護結構的安全系數有所差異，其中一級、二級、三級的支護結構分別在1.1、1.0、0.9以上；γF表示作用基本組合的綜合分項系數，要保證其在1.25以上。

按照本工程具體情況設定錨桿桿體抗拉安全系數Kt=2.0，以基坑的具體級別設定γ0以及γF分別為1.1、1.25。那么能夠計算所得φ32mm的GFRP筋錨桿抗拉強度設計值在820MPa左右，以此為基礎能夠計算出每一層錨桿的數量，具體如第一道錨桿，埋深2m，桿體截面積為779.4mm2，1根錨桿；第二道錨桿，埋深6.5m，桿體截面積806.5mm2，2根錨桿；第三道錨桿，埋深9.5m，桿體截面積1265.8mm2，2根錨桿；第四道錨桿，埋深12.5m，桿體截面積1443.1mm2，2根錨桿。為了確保足夠的安全性，可以設定每一道錨桿錨筋都為2根。

2.GFRP筋錨桿施工參數的確定

根據本工程基坑的具體情況，將其設定為分層開挖的方式，隨著開挖的進行逐漸進行支護，為了確保安全性，每一次開挖的土體深度需要控制在錨桿埋深下部0.5m。以GFRP筋錨桿埋深作為參照，每一次所挖土體埋深分別設定為2.5m、7m、10m、13m，最后一層錨桿到基坑深度距離設定為1.5m。

3.GFRP筋錨桿施工過程分析

（1）鉆孔

錨桿鉆孔時最好一次性成型，所鉆孔的深度≥錨桿設計長度+0.5m，完成鉆孔之后要逐根拔出鉆桿。

（2）錨桿的生產及安放

①GFRP錨桿的生產。GFRP錨桿生產時主要應用到玻璃纖維、合成樹脂、組分等等內容，每一種組分都會對錨桿力學性能造成相應的影響。

②錨桿的安放。在進行GFRP錨桿體制作過程中一定要將桿體的自由段密封良好，可以利用鐵絲等將注漿管、排氣管和GFRP筋桿體緊密固定，同時要設置可重復注漿套管以及止漿密封裝置。

③注漿。在進行錨桿注漿時主要采取排氣法注漿的方式，首次注漿需要從孔底部開始，隨著注漿的進行逐漸將管拔出來，一直到漿液從孔口流出為止。

④張拉鎖定。因為GFRP筋具有各向異性的特點，這就會造成其層間抗剪強度相對較低，若是采取鋼筋和錨具直接接觸的方式必然會造成非常大的應力集中，從而造成GFRP筋的破壞而引發錨固失效，所以采取GFRP錨桿進行施工時主要采取桿體和錨具緊固連接的方式來進行，之后利用筋材回縮擠壓所形成的靜摩擦力以及握裹力來實現鎖定。采取預應力施加裝置。將穿心千斤頂設置在限位板上，利用多次張拉將工具錨鎖定好，利用限位板能夠將夾片位置限定柱。

⑤封錨。完成張拉之后需要加強對外錨段的保護，同時為了保證最終的施工質量需要加強錨桿軸力的監測。

首先，地表沉降監測。為了能夠提升監測的全面性，需要在位于基坑0.5m、1m、2m以及5m位置設置地表沉降監測斷面，同時針對每一個監測斷面設置相互之間間距為2m的監測點（共3個）；

其次，側向位移監測。為了能夠明確側向位移情況，需要在基坑邊緣設置3個測斜管，確保測斜管之間的距離和地表沉降相同；

最后，錨桿軸力監測。將錨桿軸力計量設備（共16個）設置在錨桿的工作錨后側，以此來對GFRP錨桿軸力實施監測。

四、結束語

在地質災害治理邊坡支護中應用GFRP筋錨桿可以大大提升錨固體系的承載性能以及抗變形性能，同時隨著時間的積累，錨桿內力的變化幅度會逐漸下降，可以進一步提升支護的穩定性，可以有效防止周邊土體對相鄰建筑基坑的影響。相對于常規的混凝土注漿錨桿，GFRP錨桿具有更大的承載性能以及非常好的剛度，在具體施工過程中要采取必要的措施加強錨桿質量的監測。總的來說，GFRP錨桿具有良好的綜合性能，在邊坡支護施工中能夠發揮非常有效的作用。