玻璃纤维筋在连续墙中的应用

苏 明，张宏斌

(中铁隧道集团四处有限公司，南宁 530003)

0 引言

在目前的盾构法施工中，TBM(盾构)不能有效地切割钢筋混凝土结构。盾构穿越钢筋混凝土墙，通常的施工方法是在穿越前通过人工凿除钢筋混凝土结构体，增加了工人的劳动强度、降低了工效低、增加了成本和工期，并存在施工安全隐患。这个问题困扰地铁工程中盾构穿越的围护结构区域的设计及施工多年。正是在这种背景之下，玻璃纤维筋被应用于这个区域中，解决了此问题。但玻璃纤维筋是一种新型材料，在工程实践中的应用并不广泛［1－3］，对其的介绍也不多［4］。本文就玻璃纤维筋在南宁轨道交通1号线广西大学站中的应用，介绍其材料特性、施工规范及验收标准。

1 工程概况

广西大学站是南宁市轨道交通工程1号线的第8站，位于南宁市大学路和明秀路交叉的十字路口，与规划的5号线换乘。车站为地下两层岛式车站，全长465 m，两端为盾构始发井，车站围护结构为800 mm厚的钢筋混凝土地下连续墙。

围护结构连续墙车站两端盾构始发井，盾构穿越的洞门范围内的钢筋均用玻璃纤维筋代替。在远期规划的5号线隧道盾构下穿1号线隧道范围内，底板下所有钢筋也采用玻璃纤维筋代替钢筋。

2 玻璃纤维筋的特性

2.1 力学性能

1)玻璃纤维筋是采用高性能无碱玻璃纤维与乙烯基树脂经过连续拉挤成型工艺，制成“全螺纹”的形态，具有良好的力学性能。

2)玻璃纤维筋的相对密度是1.8～2.1，通过力学试验(图1)表明其抗拉强度为450～700 MPa(二级钢筋屈服强度为335 MPa，三级钢筋屈服强度为400 MPa)，超过相同型号的钢筋，弹性模量为40～45 GPa。玻璃纤维筋的伸长率小于3%，全螺纹损坏时，纤维纵向断裂，螺纹筋体间仍有纤维相连。玻璃纤维筋具有良好的耐酸、耐盐腐蚀性能，强度与刚度稳定和较好的抗冻融性。玻璃纤维筋与钢筋力学性能对比见表1。

图1 玻璃纤维筋力学试验现场及试验效果图Fig.1 Mechanical testing site and testing result of GFRP

表1 玻璃纤维筋与钢筋力学性能对比表Table 1 Characteristic comparison and contrast between GFRP and concrete iron

3)玻璃纤维筋的容重仅为钢筋容重的1/4左右，比较小。

4)玻璃纤维筋的热膨胀系数与混凝土相近，当环境温度发生变化时，玻璃纤维筋与混凝土能协同工作，两者不会产生大的温度应力。

5)玻璃纤维筋弹性模量约为普通钢筋的1/4，玻璃纤维筋中纤维含量通常为70%～80%。

6)玻璃纤维筋热传导和电传导能力低、可切割性能好;但是弹性模量小、脆性大。

2.2 经济效应

玻璃纤维筋纵向具有高抗拉强度，很容易被盾构或其他挖掘机械磨碎，这种独特的各向异性高强材料可以作为连续墙配筋应用在盾构法或新奥法等隧道工程中，极大地优化了隧道施工(始发和到达)中的机械化挖掘过程。

盾构穿越地下连续墙的那部分称为破镜面，可以使用玻璃纤维筋来构造，可显著提高建设速度，无需像传统的钢筋连续墙先停机，让工人进入盾构与连续墙之间，挖除混凝土和切割钢筋。工艺效能对比表见表2。

连续墙镜面可采用由钢筋和玻璃纤维筋相结合的混合笼，并在盾构周围设定合适公差，其公差大小可根据TBM在挖掘隧道过程中的偏移量以及连续墙混合笼的放置偏移量来进行调整。

表2 工艺效能对比表Table 2 Construction technology comparison and contrast between GFRP and concrete iron

3 玻璃纤维筋的应用

3.1 玻璃纤维筋在连续墙中的设置

车站围护结构采用800 mm厚连续墙，墙幅宽5.0 m。为了减少玻璃纤维筋的用量，玻璃纤维筋只布置在正对盾构刀盘中心7.0 m×7.0 m范围内。纤维筋在连续墙中的设置见图2和图3。

图2 玻璃纤维筋在盾构始发井处中的设置示意图Fig.2 Layout of GFRP at shield launching shaft

图3 玻璃纤维筋在规划5号线下穿段中的设置示意图Fig.3 Layout of GFRP at section underneath crossing No.5 line

3.2 玻璃纤维筋的施工工艺标准

到目前为止国内还没有玻璃纤维筋的施工规范及检验标准，经多次讨论和一些国内外行业施工经验、标准的借鉴，针对本工程确定以下施工规范及验收标准:

1)用玻璃纤维筋代替钢筋时，其型号较原设计钢筋直径大一个等级，如原设计钢筋为φ32 mm，玻璃纤维筋则采用φ36 mm的代替方可。

2)玻璃纤维筋主筋与水平筋、箍筋之间采用绑扎方式连接，玻璃纤维筋与钢筋的搭接按照40d的要求搭接，主筋之间采用“U”螺栓进行连接(图4为玻璃纤维筋“U”型螺栓连接示意图，图5为“U”型螺栓连接实体及绑扎照片)。

图4 玻璃纤维筋“U”型螺栓连接示意图Fig.4 Sketch shows the connecting of GFRP U-shape bolt

图5 “U”型螺栓连接实体及绑扎现场照片Fig.5 U-shape bolt connection and site photo

3)搭接验收允许误差－100 mm～+100 mm。

4)玻璃纤维筋表面不得有裂纹、结疤和纤维露出，表面缺陷的深度和高度不得大于所在部位尺寸的允许偏差。

5)其他与国家相关施工规范中的规定相同。

3.3 玻璃纤维筋的吊装

1)由于玻璃纤维筋相对钢筋刚度较低，在起吊前必须对玻璃纤维筋和钢筋的组合笼进行加固。现场采用φ32 mm的钢筋做成临时支撑框架对玻璃纤维筋部分进行加固，增强整个钢筋笼的整体性，保证吊装安全。支撑框采用“U”型螺栓固定在玻璃纤维筋笼上，并在连续墙笼吊起后沉入沟槽前把支撑架移除(见图6和图7)。

图6 钢筋笼吊装临时支架图Fig.6 Temporary hoisting support of concrete iron

图7 临时支架实体照片Fig.7 Photo of temporary support

2)绑扎后的玻璃纤维筋和钢筋组合连续墙笼必须竖起吊至竖直平面。起吊过程必须保证钢筋笼架的稳定和完整(见图8)。

3)连续墙起吊共设置2台吊机，8个吊点。主吊机4个吊点，辅助吊机4个吊点起吊(图8)。在钢筋和纤维筋相连接的位置必须设置吊点，起吊时专人指挥，缓慢升起以防止起吊挠度过大。

图8 吊装Fig.8 Hoisting

4)当连续墙钢筋笼提升至竖直平面内后，将其移动到墙幅位置。临时支撑必须在整个笼置于槽段前全部移除。

4 玻璃纤维筋安装注意事项

1)玻璃纤维筋应放置在钢支撑或木支撑上进行绑扎，避免将纤维筋钢筋笼直接放置在地面上。其作用是为防止纤维筋表面被地面的碎屑污染或刮伤，造成握裹力的损失。由于纤维筋的刚度较低，应注意在纤维筋笼部分下面多放置枕木。

2)禁止在现场对已热固化的玻璃纤维筋进行冷加工。

3)纵向主筋的搭接应在连续墙盾构掘进区域外围进行。纵向钢筋搭接区以外的其他节点可以使用普通铁丝、冷轧铁带或塑料尼龙带进行固定。

4)操作工人必须佩戴手套，以防止玻璃纤维筋表面纤维和锋利边缘造成伤害。

5)由于高温、紫外线和化学物质可能会对玻璃纤维筋造成伤害，所以尽量使材料远离这样的环境。

6)在安装过程中玻璃纤维筋有可能被一些外加剂或者其他物质造成一定的表面污染，这样会影响其与混凝土的黏结效果，所以在混凝土结构使用之前，操作人员应该用溶剂将这些污染物质擦拭干净。

7)玻璃纤维筋的切割采用电锯进行。在操作玻璃纤维筋切割时，要佩戴防尘面具、手套、眼镜，用以保护操作人员的眼睛。

5 结论

1)玻璃纤维筋在南宁轨道交通1号线广西大学站盾构井及5号线下穿段连续墙的施工中得到了成功应用，解决了玻璃纤维筋在大断面范围内使用钢筋笼加工及吊装难题，为盾构机穿越提供了条件。

2)本工程实践证明:采用玻璃纤维筋代替钢筋的围护结构，可以节省成本、缩短盾构井穿越时间、减少对地面环境的干扰。

［1］ 杨红军.玻璃纤维筋在盾构井围护结构中的应用［J］.隧道建 设，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］ 杨能.玻璃纤维筋在围护结构中的应用［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］ 蒋小锐.玻璃纤维筋在地下连续墙中的应用［J］.铁道标准设计，2009(10):58－60.

［4］ DB44/T 497—2008土木工程用玻璃纤维增强复合材料(GFRP)筋［S］.广州:广东省质量技术监督局，2008.