玻璃纤维筋在地铁围护桩施工中的应用.docx

          玻璃纤维筋在地铁围护桩施工中的应用                    摘要：在可持续发展战略的指导下，加快城市轨道交通产业链的现代化进程用玻璃纤维筋替代围护桩中的钢筋，既可以提高盾构进出洞时的安全性，又节省了材料、时间，具有明显的经济效益同时由于工期的缩短和安全性的提高，减少了对地面和环境的干扰，特别是减少了灾害性的事故发生，改善了施工环境，具有长远的社会效益关键词：玻璃纤维筋、地铁、围护桩、施工、应用1玻璃纤维筋在地铁施工中的工艺原理由于玻璃纤维筋的性能大致与钢筋相似，与混凝土收缩系数大致相同，并且能够很好的与混凝土粘结，具有较低的抗剪强度以及较高的抗拉强度，能够被盾构机的磨削破碎、刀盘切割，所以在地铁盾构井围护结构中可以将玻璃纤维筋取代普通钢筋，减少人工切割、凿除盾构范围内支护桩，并大大减少盾构刀盘的切割损耗，提升盾构进洞与出洞的效率，在有效提升地铁施工安全性的同时，也实现了经济效益的显著增加除此之外，玻璃纤维筋旋工机具简便，施工工序精简，操作极为便捷2玻璃纤维筋的主要性能2.1玻璃纤维筋（GFRP）基本特征及制作工艺GFRP筋是一种有机非金属（树脂）与无机非金属（无机纤维）复合的塑料基复合材料，它包含基体和增强体两部分。

通过拉挤工艺把纤维和树脂两种不同形态和性质的组合材料复合在一起，固化形成的复合材料其中树脂是GFRP筋的基体，是一种有机非金属热固性塑料，起粘结作用，占总重量的65%~75%；连续的无机纤维称为增强体，在复合材料中起增强作用，是主要的承力组分2.2GFRP筋物理力学特性GFRP筋是一种各向异性材料，其力学性能受拉挤、编织、纤维类型及含量、树脂类型、纤维空间布置方位、缠绕方式、GFRP筋尺寸和制造工艺、加载速率及所处环境等因素的影响表1列出了纤维体积含量约75%，并按照美国有关GFRP材料试验的标准，在温度为23±3℃，相对湿度为50％±l0％的标准试验环境下制作试样、储存试样、调节试样和进行试验所测得的GFRP筋物理力学特性GFRP筋具有较高的抗拉强度，较低的抗剪强度和弹性模量这些性能与HRB400级钢筋相比，其抗拉强度约为钢筋的2.5~4.0倍（即GFRP筋较HRB400级钢筋抗拉强度大很多）；抗剪强度约为钢筋的0.43~0.74倍（抗剪强度相对小很多）；弹性模量约为钢筋的0.2倍通过实验研究表明，GFRP筋混凝土梁与钢筋混凝土梁的最大挠度之比为1.5~2.5；初裂承载力之比0.53~0.69；GFRP筋混凝土梁界限相对受压区高度为0.17~0.20。

这进一步说明，GFRP筋替代钢筋用于混凝土结构与钢筋混凝土结构存在较大的差异2.3GFRP筋防火性能FRP筋是由连续纤维材料和粘结胶体组成的复合材料，单根纤维丝的直径非常小，纤维丝之间通过粘结胶体粘合在一起，当FRP筋承受外部荷载时，众多粘合在一起的纤维丝可以均匀受力，并且具有良好的共同工作性能但由于粘结树脂对高温比较敏感，当温度高于一定限值时会发生玻化，即处于流塑状态，此时纤维丝的粘结作用会逐渐退化乃至丧失，这也就导致了处于高温环境中的连续纤维丝的性能也会发生不同程度的变化，从而造成FRP筋的力学性能也会发生相应的变化玻璃纤维筋随温度变化的主要特性有：（1）随温度的升高，GFRP筋的强度和弹性模量均会下降，强度受温度的影响更加明显，在温度高于270℃时，GFRP筋的强度急剧下降2）当试件经历高温再恢复到室温后，在温度低于190℃时，GFRP筋的强度可以恢复至室温时的强度，在温度高于190℃时，GFRP筋的强度不能恢复3）试件内的粘结胶体在温度低于190℃时，逐渐受热玻化而失去粘结作用，但降温后其粘结性能可以得到恢复，在温度高于190℃时，粘结胶体将会碳化和热分解，其粘结性能不能再恢复。

3玻璃纤维桩施工3.1构造骨架制作2套临时的钢筋框架以支持和保护玻璃纤维筋相邻两个玻璃纤维筋加劲箍之间加设钢筋斜撑用以玻璃纤维筋笼起吊过程中平衡受力，下笼前将钢筋斜撑拆除在临时钢筋框架的边缘（底部）加设Φ28加强箍以加固整个框架，加劲箍单侧顺主筋方向焊Φ28钢筋腿，采用钢丝绳卡扣紧3.2玻璃纤维筋摆放与加固按施工图纸中的位置放置玻璃纤维筋主筋搭接部分用钢丝绳卡固定，主筋与加劲箍采用14#铁丝绑扎，主筋与螺旋箍采用20#扎丝绑扎主筋搭接长度40d3.3起吊与转运将Φ28的钢筋放在临时钢筋框架上表面的对角线位置再用钢丝绳卡固定，用起重机按吊点缓慢地将笼架吊起至垂直面调整并移动笼架到要求位置，下放至孔口3.4短笼对接采用同样的方法将另一段加工好的玻璃纤维筋笼吊至孔口对好主筋错开搭接，用钢丝绳卡扣紧连接两段短笼，每条钢筋搭接处使用2只钢丝绳卡盘螺旋箍筋，采用20#扎丝呈梅花形绑扎3.5临时钢筋骨架拆除最后，放下连接好的笼架同时拆下所有的支撑物及临时的钢框架4地铁工程盾构穿越围护结构中玻璃纤维筋的具体应用4.1玻璃纤维筋的设计与普通的钢筋相比，玻璃纤维筋在力学性能上有很大的不同，由于不同直径的玻璃纤维筋的拉伸强度会存在较大的差异，为了避免在实际的施工当中出现主筋超出抗拉强度最大值，所导致的箍筋断裂的现象。

相关的设计人员在对玻璃纤维筋进行配筋设计的时候，必须要对箍筋的直径进行适当的加粗碱含量小于1%的无碱玻璃纤维无捻粗纱是组成玻璃纤维的重要材料，然后再加上固化剂和树脂基体等材料将这种钢筋做成螺纹形式，可以使得钢筋的表面质地均匀、并且不容易有裂纹和气泡出现一般情况下玻璃纤维筋的密度范围为1.9~2.2g/cm³，导向筋为G22、纵向桁架为G25、分布筋为G18、纵向桁架为G25、封口筋为G18、横向桁架为G28、拉筋为G184.2玻璃纤维钢筋笼的制作及其安装方法普通钢筋段和玻璃纤维筋段是地铁工程盾构下穿槽段的地下连续墙的钢筋笼制作中两个主要的环节在对钢筋笼的主筋进行连接时，通常采用的闪光对焊的方式，两段交接主筋的连接，则主要采取的是U形卡扣的方式，不过除了纵向桁架另外，钢筋笼的纵向桁架需要设置为4榀，而横道桁架则应当要每5米设置1道1）需要严格按照图纸来对上端普通钢筋笼的各个构建的钢筋型号、间距和根数等进行制作和加工2）需要采取钢制U形卡扣的连接方式来对下端玻璃纤维钢筋笼的各个主筋进行连接，不过在这一过程中需要确保U形卡扣和主筋的直径相符通常情况下，需要将玻璃纤维筋贴于U形卡扣的外侧，而普通钢筋则贴于U形卡扣的内侧，同时还需要确保U形卡扣的数量必须要在2个以上。

2.3玻璃纤维筋笼的加固工艺在地铁工程盾构穿越围护结构穿越连续墙时需要事先将爆破管进行预埋，但是在将玻璃纤维筋和普通钢筋笼进行2次吊装之后，再在入槽段口拼接预埋爆破管，这样不仅会加大施工的难度，同时还无法保证拼接的质量因此，需要采取加固措施来对玻璃纤维筋笼进行吊装，并且还需要采取整体吊装入槽的方式但是在实际的操作过程中，由于玻璃纤维筋和普通钢筋的刚度差异较大，在进行整体吊装时，需要对玻璃纤维筋的范围进行加固结束语：近几年来中国玻璃纤维行业快速发展，采用玻璃纤维（GFRP）筋替代钢筋应用于地铁盾构井处的围护桩，有效的提高了盾构进、出洞的效率，达到成本节约的目的，同时提高工程安全性参考文献[1] 金鑫，刘军，周洪，等.玻璃纤维筋在地铁盾构始发中的应用[J].北京建筑工程学院学报，2016，32（1）：52-58.孟祥源、刘诗薰 中建二局土木工程集团有限公司江苏分公司 辽宁省大连市甘井子区松江路189号中建二局  -全文完-。