GFRP筋混凝土在地铁工程中的施工工法成型

玻璃纤维筋在地铁工程中的施工工法

1前言

近年来国内经济快速发展和机动车急剧增加，中国的城市规模与市民数量也日益增大，导致现有的地面交通设施出现了不胜负荷的局面，安全、快捷、无障碍、低污染的地下轨道交通成为中国城市解决交通拥堵的重要手段。2010年，中国有近30个城市和地区都在着手进行轨道交通的建设、规划，涉及的线路项目多达110多条，中国地铁建设进入一个急速上升的发展时期。地铁造价昂贵，每公里地铁建设的资金耗费一般在4到5个亿之间，有的甚至达到7个亿。因此，地铁工程建设成本的精细化、节约化控制的重要性日益凸现。新材料、新技术的应用市节约成本的有效措施之一。近几十年来，人们一直在寻求能够替代钢筋用于土木建筑结构当中的加强材料。本世纪初，玻璃纤维筋作为普通钢筋的替代品，在地铁车站、盾构井的围护结构工程中得到了较广泛的应用，并取得了相当可观的经济效益。

本工法是在2009——2010年中铁一局集团第五工程有限公司承建的长沙市轨道交通二号线一期工程SG-16标杜花路站主体围护结构施工中总结而成的。杜花路站主体围护结构采用钻孔灌注桩支护加旋喷桩止水帷幕的方案，钻孔桩的直径为1.0m，间距1.3m。其中位于地铁2号线盾构通道上的支护桩有12根，施工时在规划盾构范围内以玻璃纤维筋代替普通钢筋，可实现盾构直接切割围护桩混凝土及筋材，为盾构预留了通道，避免后期对支护桩的处理。

2工法特点

2.1玻璃纤维筋在性能上基本和钢筋相似，与砼有很好的黏结性，和砼具有几乎相同的收缩系数，同时又具有很高的抗拉强度和较低的抗剪强度，可以被盾构机的刀盘切割、磨削破碎，因此采用玻璃纤维筋代替普通钢筋应用于地铁盾构井围护结构中，可以避免人工凿除、切割盾构范围内支护桩，能有效提高盾构进、出洞的效率，降低盾构刀盘的切割损耗，不仅能提高工程的安全性，而且有显著的经济效益；

2.2采用盾构刀盘切除围护桩能避免后期对支护桩的处理，大大缩短施工时间，提高施工效率，并降低了施工成本；

2.3玻璃纤维筋施工机具简单，操作方便，施工工序得以简化；

3适用范围

适用于地铁在城市下穿隧道支护结构，例如地铁车站、盾构井处的地下连续墙、围护桩以及隧道明挖围护结构等。

4工艺原理

玻璃纤维筋是一种具有抗拉强度高、抗腐蚀性能好、抗电、磁性能高、质量轻、热传导和电传导能力低、可切割性好的纤维复合材料，在特殊环境下可以用来代替普通钢筋。根据玻璃纤维筋抗拉性能和同直径的普通钢筋相当但是抗剪性相对较差的特点，本工程用玻璃纤维筋代替普通钢筋，将其置入作为盾构始发井的主体围护状体中，灌注混凝土，形成主体围护结构。既达到了对主体结构相应的围护作用，又为后期盾构预留了通道，避免后期对支护桩的处理。见图1

图1长沙地铁2号线SG-16标杜花路站西端头井玻璃纤维筋围护桩布置图 5工艺流程及操作要点 5.1施工工艺流程

玻璃纤维筋围护桩施工工艺流程如图2所示。

图2玻璃纤维筋围护桩施工工艺流程

5.2操作方法及要点

5.2.1操作方法

1钻孔

钻孔前对施工场地平整，按设计精确放样确定每个桩位的位置并标号。钻机进场对准初钻，埋设护筒，护筒必须用厚度3~4mm钢板制成，埋置深度不小于1.5m，护筒顶面应高出地面0.3m，注入泥浆，继续钻进。在施工中选择与地质条件相适应的泥浆，随时测定泥浆比重，并测定其粘度、含砂率和胶体率，根据不同土层加以调整；

2清孔

钻孔达到设计深度后，对孔深、孔径和垂直度进行测检，符合要求后进行清孔，清孔时注意保持孔内水头压力，防止坍孔。清空后，泥浆的稠度、含砂率等指标应达到规定的要求。玻璃纤维筋笼安置后灌注混凝土前，再次检查清孔情况，若不合格，则进行第二次清孔；

3玻璃纤维筋笼制作

由于在生产玻璃纤维筋时，均采用热固性树脂制作，因而一旦成形后，一般在施工现场难以改变其形状。因此各种形状弯箍及箍筋都在工厂预制，厂家根据施工方要求的长度开料，减少现场制作的时间，也降低了材料的损耗。由于在长沙地铁基坑围护结构设计中，玻璃纤维筋尚属首次应用，为此，我们对玻璃纤维筋适当的采用了超筋配置。桩主筋采用Φ32玻璃纤维筋，箍筋为Φ14玻璃纤维筋，另外加设Φ20加强筋。玻璃纤维筋之间的连接采用12#（2.8mm）镀锌铁线绑扎连接（此方法在实际施工中存在一定弊端，因玻璃纤维钢筋为纯绑扎固定，在吊起过程中，绑扎丝过细，无法承受玻璃纤维钢筋笼的自身重力影响，出现笼体变形，后经过研究采用16#绑扎丝进行施工，效果良好），严禁出现焊接，绑扎采用梅花形布置形式，间距为10cm，所有绑扎一定要牢固。主筋采用搭接连接，搭接长度为40d（本项目长度为1.28m），此长度要严格控制。笼体制作如图3、图4。

图3玻璃纤维钢筋笼的制作

图4玻

璃纤维钢筋笼

的制作

4下玻璃

纤维笼

玻璃纤

维笼采取两端

起吊，即同时使

用吊机主副钩

（或用两台吊

车抬吊）先将笼

水平吊起，离开

地面后再一边

起主钩、一边松副钩，在空中将整节玻璃纤维笼吊至竖直，严禁单钩吊住笼一端在地上拖曳升高来吊起笼身，以防止骨架变形；笼竖直后，检查其竖直度，进入孔口时扶正缓慢下放，严禁摆动碰撞孔壁。

5灌注水下砼

砼灌注是确保成桩的关键工序，灌注前应做好一切准备，保障砼灌注的连续紧凑进行。开灌前导管居中安装入孔，导管底距孔底高度控制在20cm左右，导管连接要平直可靠，密封性好。砼灌注过程中导管应始终埋在砼中，严禁将导管提出砼面，导管埋入砼面的深度始终保持在2~4m。

等桩头砼强度达到设计值的25%时，立即拔出地面上钢护筒并人工采用风镐凿出桩头多余砼。

5.2.2操作要点

1玻璃纤维筋不宜用作受压筋，但可作为架立筋。不允许采用光圆表面的玻璃纤维筋。为增强玻璃纤维筋与混凝土之间的握裹力，玻璃纤维筋表面须有缠绕成型，并喷砂以保证与混凝土的有效粘接；同时为不降低玻璃纤维筋的有效面积，缠绕深度不大于1mm。

2由于玻璃纤维筋弹性模量和延性较低，且抗剪性能较差，玻璃纤维筋笼体起吊过程中最大风险为在起吊过程中部分玻璃纤维筋发生受力不均而折断，在起吊过程中若发生折断现象，立即采用富余玻璃纤维筋根据折断长度进行搭接加固，然后进行下设。

3使用的玻璃纤维筋表面不得有裂纹、结疤和纤维露出；玻璃纤维含量必须控制在70~80%，且保证玻璃纤维筋必须为无碱玻璃纤维粗纱；玻璃纤维中的树脂必须为环氧树脂。

4玻璃纤维筋均采用热固性树脂制作，形状成型后一半不会改变，在外力作用下会产生一定的变形，但卸荷后即恢复原有形状，无需利用钢筋调直机等调制设备；另为保证笼体顺利下放，可利用12#（2.8mm）镀锌铁线将笼底的玻璃纤维主筋绑扎，起到收口的效果。

5玻璃纤维筋各项力学性能及尺寸偏差必须满足表1

表1GFRP筋各项指标参数

备注：螺纹成牙形，牙距整齐，牙距10mm±0.5mm

6材料与设备

由于玻璃纤维筋是由现场提供数据，厂家按尺寸制作成半成品运送至现场，因此玻璃纤维筋混凝土的施工较钢筋混凝土施工所需的机具较少。物料的垂直运输工具为汽车起重机、泵车等，所需数