玻璃纤维增强复合筋GFRP土钉支护施工工法

玻璃纤维增强复合筋（GFRP）土钉支护施工技术措施

1 前言

1．1土钉支护在深基坑施工中是常用的一种支护技术，随着我国建筑业的不断发展，深基坑施工越来越多。在日常建筑深基坑土钉支护施工中，经常会碰到土钉超出建筑规划红线，而传统的钢筋、钢管、钢索土钉对今后的地下管线或地下建筑物施工带来严重的隐患。同时这些金属类土钉不易切割清除、切割易产生火花，特别对地下天燃气管线存在较大危险。玻璃纤维增强复合筋（GFRP）作为一种新型的钢筋代用材料已在防腐工程、道路工程中成熟应用，已有专业的厂家生产。玻璃纤维增强复合筋代替传统的钢筋等应用于土钉支护，因其易清除，很好地避免了今后地下管线或地下建筑物施工的隐患。

1．2玻璃纤维增强复合筋是一种由玻璃纤维和树脂（如环氧树脂）、固化剂专业成型固化而成的杆件，表面形状为螺纹形（Glass Fiber Reinforced Polymer，简称为GFRP筋）。它代替传统的钢筋应用于土钉支护是一种新的技术，是一种创新。玻璃纤维增强复合筋土钉支护施工工法可以减少钢筋用量，符合并响应了国家建设节能、环保和节约型社会的能源政策。

1．3玻璃纤维增强复合筋土钉支护施工工法是在传统的钢筋土钉支护方法上改进，结合玻璃纤维复合筋的材料特性，制定相应的施工工艺和优化设计方案、参数，通过工程应用及对玻璃纤维增强复合筋土钉在整个围护结构中的监测、总结而形成。

2 技术措施特点

2.1 本施工技术措施施工工艺操作性强、方便、快速、用料省，可以有效缩小工作面。随挖随支，可缩短工期，减少土体的扰动，提高土体的强度及稳定性，拓展了土钉支护的应用空间。

2.2 本技术措施在土钉施工时减少了电焊、切割作业量，有效减少电焊、切割明火动用，改善作业环境、减少电焊弧光污染。土钉锚杆损耗率小且用材环保，可以提高劳动作业安全，提高施工效率。

2.3玻璃纤维增强复合筋（GFRP）土钉支护紧贴围护土体，占用空间小，作业面内相对扩大了空间且不易碰撞，减少了外部施工对其影响，从而更具有安全性和可靠性。

3 适用范围

3.1适用于一般粘性土、粉质粘土、粉土、砂土、碎石土和有一定粘性的杂填土的边坡或基坑支护。

3.2 本技术措施用于基坑支护时，适用于侧壁安全等级为二级、三级的基坑支护且基坑深度不宜大于12米。

3.3 本技术措施用于砂土边坡时，不适用于N ＜10击和不均匀系数小于2的级配不良的砂土。

4 工艺原理

4.1玻璃纤维增强复合筋土钉支护施工技术措施是在传统的土钉支护技术上加以改进，改变传统的钢筋等金属类筋材，以玻璃纤维增强复合筋（GFRP 筋）为筋材，根据材料特性，充分利用材料顺纤维向抗拉强度高且塑性变形小的特点，优化土钉支护设计，精心施工和有效的监测形成安全、可靠的支护体系。

4.2本施工技术措施采取土中造孔、置入玻璃纤维增强复合筋筋材，并沿孔全长注浆的方法做成细长土钉杆件。以土钉作为主要受力构件，依靠土钉与土体之间的界面粘结力或摩擦力，来承受土体变形条件下产生的拉力作用，从而达到支护的目的。它由土钉群、被支护的土体和喷射混凝土护坡面层组成，见下图4.2。

图4.2 GFRP 复合筋土钉支护工艺原理

1--玻璃纤维增强复合筋土钉 2--喷射混凝土护面层 3--土体滑裂面 H--支护深度

复合筋土钉支护工艺原理

1--玻璃纤维复合筋土钉 2--喷射混凝土护面层 3--土体滑裂面 --支护深度

5 施工工艺流程及操作要点

5.1施工工艺流程 施工工艺流程见图5.1

5.2施工要点 5.2.1土钉设计

玻璃纤维增强复合筋(GFRP)土钉支护的设计可参《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-2012及《锚杆喷射混凝土支护技术规范》GB50086-2001。但对以下几项作相应调整和明确：

1.单根土钉抗拉承载力计算应按公式5.

2.1-1

1.35γ0F jk ≥F uj (5.

2.1-1)

式中: γ0--基坑(边坡)侧壁重要性系数； F jk --第j 根土钉受拉荷载标准值；

F uj --第j 根土钉受拉承载力设计值；

2.单根土钉GFRP 筋计算截面积可按下式5.2.1-2确定:

A Gj ≥1.35γ0F jk /F G,y (5.2.1-2)

图5.1 施工工艺流程图

预应力 张拉

检查验收

施工监测

挂网注浆

筋

钉杆安设

土方开挖修理边坡

施工准备测量放线土钉设计

式中 : A Gj—第j根GFRP土钉计算截面积；

F G,y—GFRP土钉抗拉强度设计值；

3.土钉锚固体与土体极限摩阻力参数宜以现场测试结果为设计依据。土钉锚固体与土体极限摩阻力标准值取现场实测平均值的0.8倍，同时应考虑地下水位和土体含水量变化的不利影响。

4.土钉抗拉抗力分项系数宜取 1.4,进行整体稳定性验算时其整体滑动抗力分项系数宜取1.35~1.5,当位移控制要求严格时应取上限值。一般设计时，深度h＜5M取 1.35,8m≤h＜12m 时取1.5, 5m≤h＜8m时取1.4。

5.GFRP筋的抗拉强度标准值宜取平均抗拉强度的72%，抗拉强度设计值宜取标准值的75%，对于在极度恶劣环境条件下，如高温、强碱、干湿循环或冻融循环等，因GFRP筋的耐受时间会发生不可逆的降低，抗拉强度设计值宜取标准值的60%。

6.当地表荷载小于20kN/m2时则按20kN/m2取值。

7.玻璃纤维增强复合筋土钉支护的长度应通过稳定分析和抗拉拔力验算方可确定。但一般情况下不得小于支护深度的1.2~1.5倍,对于密实砂土和坚硬粘土可取低值，对于软塑粘性土不应小于1.5倍，对于顶部的玻璃纤维增强复合筋土钉的长度应适当增加20%。

5.2.2施工准备、测量放线

1.玻璃纤维增强复合筋土钉支护施工前应编制施工组织设计及专项技术、安全措施，对于支护深度超过一定规模（5m）的深基坑，根据建质[2009]87号文应组织做好专家论证工作。

2.根据地质环境情况和设计要求精心选择施工机械，根据施工质量控制精度要求选择施工测量仪器。对于玻璃纤维增强复合筋应选择有实力的专业厂家，并根据设计土钉要求定制玻璃纤维增强复合筋和配套螺母、钢制托盘。各种支护材料、半成品进场前应进行检验合格并应向供货单位索取材料质量保证资料。

3.施工前应合理组织、安排各个岗位人员,明确职责,做好各操作人员的技术、安全交底。

4.根据设计要求及现场情况，利用仪器对各支护段进行放线,放线要设基准点不小于四处,以复核放线的正确性。施工过程中的测量放线要求紧跟施工进度要求并能保证坡度、标高、土钉位置定位、水平等设计要求。

5.2.3土方开挖、修理边坡

1.土方开挖遵循“先浅后深、分层开挖、严禁超挖”的原则，并按分层、分段、对称开挖进行。挖土分层厚度与设计土钉间距一致为宜，但一次开挖深度不应超过 1.5m。分段长度宜为12m~15m。逐层逐段开挖并及时施工土钉，挖一段支一段、挖一层支一层以确保土体稳定。