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1、玻璃纖維筋在地鐵工程中的施工工法1 前言近年來國內經濟快速發展和機動車急劇增加，中國的城市規模與市民數量也日益增大，導致現有的地面交通設施出現了不勝負荷的局面，安全、快捷、無障礙、低污染的地下軌道交通成為中國城市解決交通擁堵的重要手段。2010年，中國有近30個城市和地區都在著手進行軌道交通的建設、規劃，涉及的線路項目多達110多條，中國地鐵建設進入一個急速上升的發展時期。地鐵造價昂貴，每公里地鐵建設的資金耗費一般在4到5個億之間，有的甚至達到7個億。因此，地鐵工程建設成本的精細化、節約化控制的重要性日益凸現。新材料、新技術的應用市節約成本的有效措施之一。近幾十年來，人們一直在尋求能夠替代鋼筋2、用于土木建筑結構當中的加強材料。本世紀初，玻璃纖維筋作為普通鋼筋的替代品，在地鐵車站、盾構井的圍護結構工程中得到了較廣泛的應用，并取得了相當可觀的經濟效益。 本工法是在20092010年中鐵一局集團第五工程有限公司承建的長沙市軌道交通二號線一期工程SG-16標杜花路站主體圍護結構施工中總結而成的。杜花路站主體圍護結構采用鉆孔灌注樁支護加旋噴樁止水帷幕的方案，鉆孔樁的直徑為1.0m，間距1.3m。其中位于地鐵2號線盾構通道上的支護樁有12根，施工時在規劃盾構范圍內以玻璃纖維筋代替普通鋼筋，可實現盾構直接切割圍護樁混凝土及筋材，為盾構預留了通道，避免后期對支護樁的處理。2 工法特點 2.1 玻璃纖3、維筋在性能上基本和鋼筋相似，與砼有很好的黏結性，和砼具有幾乎相同的收縮系數，同時又具有很高的抗拉強度和較低的抗剪強度，可以被盾構機的刀盤切割、磨削破碎，因此采用玻璃纖維筋代替普通鋼筋應用于地鐵盾構井圍護結構中，可以避免人工鑿除、切割盾構范圍內支護樁，能有效提高盾構進、出洞的效率，降低盾構刀盤的切割損耗，不僅能提高工程的安全性，而且有顯著的經濟效益； 2.2 采用盾構刀盤切除圍護樁能避免后期對支護樁的處理，大大縮短施工時間，提高施工效率，并降低了施工成本； 2.3 玻璃纖維筋施工機具簡單，操作方便，施工工序得以簡化；3 適用范圍 適用于地鐵在城市下穿隧道支護結構，例如地鐵車站、盾構井處的地下連續4、墻、圍護樁以及隧道明挖圍護結構等。4 工藝原理 玻璃纖維筋是一種具有抗拉強度高、抗腐蝕性能好、抗電、磁性能高、質量輕、熱傳導和電傳導能力低、可切割性好的纖維復合材料，在特殊環境下可以用來代替普通鋼筋。根據玻璃纖維筋抗拉性能和同直徑的普通鋼筋相當但是抗剪性相對較差的特點，本工程用玻璃纖維筋代替普通鋼筋，將其置入作為盾構始發井的主體圍護狀體中，灌注混凝土，形成主體圍護結構。既達到了對主體結構相應的圍護作用，又為后期盾構預留了通道，避免后期對支護樁的處理。見圖1圖1 長沙地鐵2號線SG-16標杜花路站西端頭井玻璃纖維筋圍護樁布置圖5 工藝流程及操作要點 5.1 施工工藝流程玻璃纖維筋圍護樁施工工藝流5、程如圖2所示。循環泥漿沉淀外運排放廢漿脫水處理新漿生產循環泥漿處理不合格旋挖機進場場場地整理機械組裝樁孔定位鉆機就位向護筒注入泥漿埋設護筒旋挖成孔棄土外運終孔檢測下玻璃纖維筋籠及導管氣舉反循環清孔換漿灌注水下樁泥漿回收測量砼頂面標高成樁移機空壓機準備砼供應核算工程量工廠生產加工自檢合格運送至施工現場相關實驗項目檢測制作玻璃纖維籠檢查驗收圖2 玻璃纖維筋圍護樁施工工藝流程5.2 操作方法及要點 5.2.1操作方法1 鉆孔鉆孔前對施工場地平整，按設計精確放樣確定每個樁位的位置并標號。鉆機進場對準初鉆，埋設護筒，護筒必須用厚度34mm鋼板制成，埋置深度不小于1.5m，護筒頂面應高出地面0.3m，注入6、泥漿，繼續鉆進。在施工中選擇與地質條件相適應的泥漿，隨時測定泥漿比重，并測定其粘度、含砂率和膠體率，根據不同土層加以調整；2 清孔 鉆孔達到設計深度后，對孔深、孔徑和垂直度進行測檢，符合要求后進行清孔，清孔時注意保持孔內水頭壓力，防止坍孔。清空后，泥漿的稠度、含砂率等指標應達到規定的要求。玻璃纖維筋籠安置后灌注混凝土前，再次檢查清孔情況，若不合格，則進行第二次清孔；3 玻璃纖維筋籠制作由于在生產玻璃纖維筋時，均采用熱固性樹脂制作，因而一旦成形后，一般在施工現場難以改變其形狀。因此各種形狀彎箍及箍筋都在工廠預制，廠家根據施工方要求的長度開料，減少現場制作的時間，也降低了材料的損耗。由于在長沙地鐵7、基坑圍護結構設計中，玻璃纖維筋尚屬首次應用，為此，我們對玻璃纖維筋適當的采用了超筋配置。樁主筋采用32玻璃纖維筋，箍筋為14玻璃纖維筋，另外加設20加強筋。玻璃纖維筋之間的連接采用12#（2.8mm）鍍鋅鐵線綁扎連接（此方法在實際施工中存在一定弊端，因玻璃纖維鋼筋為純綁扎固定，在吊起過程中，綁扎絲過細，無法承受玻璃纖維鋼筋籠的自身重力影響，出現籠體變形，后經過研究采用16#綁扎絲進行施工，效果良好），嚴禁出現焊接，綁扎采用梅花形布置形式，間距為10cm，所有綁扎一定要牢固。主筋采用搭接連接，搭接長度為40d（本項目長度為1.28m），此長度要嚴格控制。籠體制作如圖3、圖4。圖3 玻璃纖維鋼筋籠8、的制作圖4玻璃纖維鋼筋籠的制作4 下玻璃纖維籠玻璃纖維籠采取兩端起吊，即同時使用吊機主副鉤（或用兩臺吊車抬吊）先將籠水平吊起，離開地面后再一邊起主鉤、一邊松副鉤，在空中將整節玻璃纖維籠吊至豎直，嚴禁單鉤吊住籠一端在地上拖曳升高來吊起籠身，以防止骨架變形；籠豎直后，檢查其豎直度，進入孔口時扶正緩慢下放，嚴禁擺動碰撞孔壁。5 灌注水下砼砼灌注是確保成樁的關鍵工序，灌注前應做好一切準備，保障砼灌注的連續緊湊進行。開灌前導管居中安裝入孔，導管底距孔底高度控制在20cm左右，導管連接要平直可靠，密封性好。砼灌注過程中導管應始終埋在砼中，嚴禁將導管提出砼面，導管埋入砼面的深度始終保持在24m。等樁頭砼強度9、達到設計值的25%時，立即拔出地面上鋼護筒并人工采用風鎬鑿出樁頭多余砼。5.2.2 操作要點 1 玻璃纖維筋不宜用作受壓筋，但可作為架立筋。不允許采用光圓表面的玻璃纖維筋。為增強玻璃纖維筋與混凝土之間的握裹力，玻璃纖維筋表面須有纏繞成型，并噴砂以保證與混凝土的有效粘接；同時為不降低玻璃纖維筋的有效面積，纏繞深度不大于1mm。 2 由于玻璃纖維筋彈性模量和延性較低，且抗剪性能較差，玻璃纖維筋籠體起吊過程中最大風險為在起吊過程中部分玻璃纖維筋發生受力不均而折斷，在起吊過程中若發生折斷現象，立即采用富余玻璃纖維筋根據折斷長度進行搭接加固，然后進行下設。 3 使用的玻璃纖維筋表面不得有裂紋、結疤和纖維10、露出；玻璃纖維含量必須控制在7080%，且保證玻璃纖維筋必須為無堿玻璃纖維粗紗；玻璃纖維中的樹脂必須為環氧樹脂。 4 玻璃纖維筋均采用熱固性樹脂制作，形狀成型后一半不會改變，在外力作用下會產生一定的變形，但卸荷后即恢復原有形狀，無需利用鋼筋調直機等調制設備；另為保證籠體順利下放，可利用12#（2.8mm）鍍鋅鐵線將籠底的玻璃纖維主筋綁扎，起到收口的效果。 5 玻璃纖維筋各項力學性能及尺寸偏差必須滿足表1表1 GFRP筋各項指標參數抗剪強度Fv抗拉強度Ff彈性模量E纖維含量%長度偏差mm直徑偏差mmGFRP筋150MPa600MPa45GPa708010mm0.5mm備注：螺紋成牙形，牙距整齊，11、牙距10mm0.5mm6 材料與設備 由于玻璃纖維筋是由現場提供數據，廠家按尺寸制作成半成品運送至現場，因此玻璃纖維筋混凝土的施工較鋼筋混凝土施工所需的機具較少。物料的垂直運輸工具為汽車起重機、泵車等，所需數量根據現場實際情況另行確定。常用機具如表2所示。 玻璃纖維筋混凝土施工常用機具表 表2序號名稱型號備注1旋挖鉆機SWDM22鉆樁2塔吊55米吊裝材料3汽車裝載機LG30籠體運輸、吊裝4混凝土攪拌運輸車 HBT-60A混凝土運輸5發電機150KW 備用發電6 振搗器插入式 混凝土澆筑因為玻璃纖維筋屬于玻璃纖維增強復合材料，對于玻璃纖維筋的部分性能指標（纖維含量、彈性模量）本項目部實驗室無法檢12、測，因此委托其他專業實驗室進行相應的檢測；對于桿件的極限抗拉強度實驗，由本項目部實驗室進行，其方法如下：隨機選取待檢測的桿件，去除其兩端，取800mm長的桿件，兩端各300mm用膠粘劑粘接在與之匹配的鋼管內，使粘接強度大于桿體抗拉強度，在萬能材料試驗機上進行極限抗拉強度測定。檢測結果見下表3。 出廠后檢測項目及結果 表3序號項目檢測結果1420321纖維含量（%）74.673.876.12極限抗拉強度（MPa）742.9746.5745.83彈性模量（GPa）41.240.442.54直徑偏差（mm）0.2-0.10.35長度偏差（mm）-4367 質量控制7.1 本工法所應用的主要標準、規范13、 地鐵設計規范（GB50517-2003）混凝土結構設計規范（GB50010-2002）建筑地基基礎設計設計規范（GB50007-2002）地下鐵道工程施工及驗收規范（GB50299-1999 2003年版）7.2 玻璃纖維筋籠體及樁身質量檢測項目（表4）籠體及樁身質量檢測項目表 表4項次檢測項目規定值或允許偏差檢查方法和頻率1混凝土強度在合格標準內按JTG F80/1-2004檢查2玻璃纖維筋外觀質量質地均勻、無裂紋、纖維露出目測3玻璃纖維筋長度偏差10mm鋼尺測量4玻璃纖維筋直徑偏差0.5mm游標卡尺測量5玻璃纖維筋搭接長度L40d鋼尺測量6玻璃纖維筋抗剪強度Fv150MPa同一批次樣本不14、少于25根7玻璃纖維筋抗拉指標Ff600MPa同一批次樣本不少于25根8 安全措施8.1 安全規范中華人民共和國安全生產法國務院建設工程安全生產管理條例湖南省湖南省安全生產條例8.2 安全技術保證措施 8.2.1 玻璃纖維筋由多股玻璃纖維膠合而成，難免有纖維絲外露，在搬運或放置過程中操作人員須戴手套。8.2.2 玻璃纖維筋主要由纖維膠合而成，利用細齒鋼鋸或者金剛石鋸片就可以輕易完成切割工作，切割時應戴口罩。 8.2.3操作手要看平臺的軟基處理，平整度和密實度是否符合安全操作要求；如果能承受設備重量，在設備下面墊上2公分厚的鋼板，使設備更加平穩。 8.2.4加固機械的纜繩一律采用鋼絲繩，纜繩一端15、加固在鉆機頂距離地面2/3處，一端加固在放置在地面的地錨上；同時要派有責任心的安全員進行防護看守。 8.2.5 在孔口周圍安設網狀圍弊，并設立醒目標志。8.2.6 施工現場的起重吊裝需由專業隊伍進行，信號指揮人員執證上崗。起重吊裝作業前期應根據施工組織設計要求，劃定施工作業區域，設置醒目的警示標志和專職監護人員。起重回轉半徑與高壓線保持安全距離。8.2.7 加強機械設備的檢查、維修、保養工作，做到使用前檢查，使用后復查。9 環保節能措施玻璃纖維筋籠體及狀體在施工中對大氣、水資源等幾乎沒有污染，且鉆孔過程中泥漿做到了循環使用。灌注前精確核算工程量，盡量避免混凝土的浪費，做好施工廢品的及時回收和混16、凝土的處理，避免了對環境的污染。10 效益分析對于本項目所設的12根玻璃纖維筋圍護樁，假設采用同級配的HRB鋼筋，根據物設部門提供的采購單價和設備費用，并結合現場實際工期等數據，進行了詳細的造價分析，結果如下表：玻璃纖維筋HRB鋼筋比較結果材料單價（元/米）28.531.83.3材料總用量（米）9634.610602.2967.6材料總價差（萬元）27.4633.726.26焊條、鐵線等其他材料總價（萬元）0.030.360.33吊裝等其他設備費用（萬元）0.250.760.51盾構通道打通工期（天）22422盾構刀盤損耗費用（萬元）0總造價（萬元）綜上所述可以看出，利用玻璃纖維鋼筋代替HRB17、鋼筋，以本項目實際情況為例，12根玻璃纖維樁可以節約成本共計 萬元，節約工期22天，達到了雙贏的目的。11 應用實例 11.1 中鐵一局五公司承建的長沙地鐵2號線一期工程SG-16標杜花路站，為長沙軌道交通2號線一期工程的中間站，位于武廣鐵路客運專線新長沙站的西側，起止里程為右YCK18+733.0右YCK18+912.6。杜花路站為地下兩層10m標準島式車站，標準段總寬18.5m，車站總長179.6m，有效站臺長118m，主體結構建筑面積6779.52，附屬建筑面積為2078.51，總建筑面積為8858.03。造價1.6億元，開工時間為2009年12月，竣工時間為2011年11月。基坑圍護結18、構在西端頭井盾構洞口處應用了玻璃纖維圍護樁，大大的降低了工程成本，節省了工期，應用效果很好。11.2 廣州市番禺區漢溪下穿隧道工程施工I標，在明挖式隧道基坑支護樁時，將規劃盾構范圍內以玻璃纖維筋代替普通鋼筋，實現盾構直接切割混凝土及筋材，為盾構預留了通道，避免了后期對支護樁的處理，效果良好。11.3 成都地鐵1號線騾馬市站至天府廣場區間單線盾構始發井后門子盾構始發井，井長76.6m，中間段主體結構寬7.8m，始發端頭寬12.1m。盾構井主體結構大部分位于卵石土中，主體圍護結構采用樁徑1.2m、間距1.8m的鋼筋混凝土人工挖孔樁，樁長25m，插入深度1.5m，為改變傳統的盾構進出同端頭地層加固方19、法，便于盾構施工，提高盾構進出洞施工的經濟性和安全性，其盾構井端頭圍護樁盾構施工影響范圍內的鋼筋采用玻璃纖維筋，其樁徑1.5m，間距1.8m。大大降低了工程成本，節省了工期，應用效果較好。11.4 北京地鐵北京站至北京西站地下直徑線4#豎井位于天寧寺立交橋2號匝道橋下北側綠地，為盾構始發井，豎井中心里程為DK6+795.6，豎井向東為盾構法施工區間隧道，向西為淺埋暗挖法施工區間隧道。基坑圍護結構采用厚1.0m的C30鋼筋混凝土地下連續墻，該墻共劃分為20個施工槽段，槽段編號為DLQ-0120，成槽深度40.8m，起重DLQ-01、DLQ-02、DLQ-20三副墻盾構掘進部位采用玻璃纖維筋混凝土，其余部位采用鋼筋混凝土。有效的避免了后期人工處理盾構通道，降低了工程造價，應用效果較好。14