GFRP筋混凝土在地鐵工程中的施工工法成型

玻璃纖維筋在地鐵工程中的施工工法前言近年來國內(nèi)經(jīng)濟快速發(fā)展和機動車急劇增加，中國的城市規(guī)模與市民數(shù)量也日益增大，導致現(xiàn)有的地面交通設施出現(xiàn)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(qū)都在著手進行軌道交通的建設、規(guī)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(fā)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(jié)約化控制的重要性日益凸現(xiàn)。新材料、新技術(shù)的應用市節(jié)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用于土木建筑結(jié)構(gòu)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(gòu)井的圍護結(jié)構(gòu)工程中得到了較廣泛的應用，并取得了相當可觀的經(jīng)濟效益。本工法是在2009——2010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(jié)構(gòu)施工中總結(jié)而成的。杜花路站主體圍護結(jié)構(gòu)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(gòu)通道上的支護樁有12根，施工時在規(guī)劃盾構(gòu)范圍內(nèi)以玻璃纖維筋代替普通鋼筋，可實現(xiàn)盾構(gòu)直接切割圍護樁混凝土及筋材，為盾構(gòu)預留了通道，避1免后期對支護樁的處理。工法特點2.1玻璃纖維筋在性能上基本和鋼筋相似，與砼有很好的黏結(jié)性，和砼具有幾乎相同的收縮系數(shù)，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(gòu)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(gòu)井圍護結(jié)構(gòu)中，可以避免人工鑿除、切割盾構(gòu)范圍內(nèi)支護樁，能有效提高盾構(gòu)進、出洞的效率，降低盾構(gòu)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(jīng)濟效益；2.2采用盾構(gòu)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；適用范圍適用于地鐵在城市下穿隧道支護結(jié)構(gòu)，例如地鐵車站、盾構(gòu)井處的地下連續(xù)墻、圍護樁以及隧道明挖圍護結(jié)構(gòu)等。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(zhì)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(huán)境下可以用來代替普通鋼筋。根據(jù)玻璃纖維筋抗拉性能和同直徑的普通鋼筋相當?shù)强辜粜韵鄬^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(gòu)始發(fā)井的主體圍護狀體中，灌注混凝土，形成主體圍護結(jié)構(gòu)。既達到了對主體結(jié)構(gòu)相應的圍護作用，又為后期盾構(gòu)預留了通道，2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程如圖 2所示。3核算工程量旋挖機進場場地整理場工廠生產(chǎn)加工機械組裝樁孔定位不自檢合格鉆機就位埋設護筒新漿生產(chǎn)合格運送至施工現(xiàn)場向護筒注入泥漿相關(guān)實驗項目檢測旋挖成孔棄土外運循環(huán)泥漿處理制作玻璃纖維籠檢查驗收終孔檢測空壓機準備下玻璃纖維筋籠及導管砼供應氣舉反循環(huán)清孔換漿循環(huán)泥漿沉淀灌注水下樁泥漿回收測量砼頂面標高廢漿脫水處理成樁外運排放移機圖2玻璃纖維筋圍護樁施工工藝流程5.2操作方法及要點操作方法4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3~4mm鋼板制成，埋置深度不小于1.5m，護筒頂面應高出地面 0.3m，注入泥漿，繼續(xù)鉆進。 在施工中選擇與地質(zhì)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(jù)不同土層加以調(diào)整；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(nèi)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(guī)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；玻璃纖維筋籠制作由于在生產(chǎn)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(xiàn)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(jù)施工方要求的長度開料，減少現(xiàn)場制作的時間，也降低了材料的損耗。由于在長沙地鐵基坑圍護結(jié)構(gòu)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?shù)牟捎昧顺钆渲?。樁主筋采用?2玻璃纖維筋，箍筋為 Φ14玻璃纖維筋，另外加設 Φ20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(xiàn)籠體變形，后經(jīng)過研究采5用16#綁扎絲進行施工，效果良好），嚴禁出現(xiàn)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玻璃纖維鋼筋籠的制作6圖4玻璃纖維鋼筋籠的制作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(jié)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。灌注水下砼砼灌注是確保成樁的關(guān)鍵工序，灌注前應做好一切準備，保障砼灌注的連續(xù)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7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2~4m。等樁頭砼強度達到設計值的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。操作要點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。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(fā)生受力不均而折斷，在起吊過程中若發(fā)生折斷現(xiàn)象，立即采用富余玻璃纖維筋根據(jù)折斷長度進行搭接加固，然后進行下設。使用的玻璃纖維筋表面不得有裂紋、結(jié)疤和纖維露出；玻璃纖維含量必須控制在70~80%，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(huán)氧樹脂。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(chǎn)生一定的變形，但卸荷后即恢復原有形狀，無需利用鋼筋調(diào)直機等調(diào)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 18表1GFRP筋各項指標參數(shù)抗剪強度抗拉強度彈性模量纖維含長度偏差直徑偏差FvFfE量%mmmmGFRP筋≥150MPa≥600MPa≥45GPa70~80±10mm±0.5mm備注：螺紋成牙形，牙距整齊，牙距10mm±0.5mm材料與設備由于玻璃纖維筋是由現(xiàn)場提供數(shù)據(jù)，廠家按尺寸制作成半成品運送至現(xiàn)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(shù)量根據(jù)現(xiàn)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(fā)電機150KW備用發(fā)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測，因此委托其他專業(yè)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(nèi)，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。9檢測結(jié)果見下表 3。出廠后檢測項目及結(jié)果表3序檢測結(jié)果項目號Φ14Φ20Φ321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）-436質(zhì)量控制7.1本工法所應用的主要標準、規(guī)范《地鐵設計規(guī)范》（GB50517-2003）《混凝土結(jié)構(gòu)設計規(guī)范》（GB50010-2002）《建筑地基基礎設計設計規(guī)范》（GB50007-2002）《地下鐵道工程施工及驗收規(guī)范》（GB50299-19992003年版）7.2玻璃纖維筋籠體及樁身質(zhì)量檢測項目（表 4）籠體及樁身質(zhì)量檢測項目表表4項次檢測項目規(guī)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(nèi)按JTGF80/1-2004檢查2玻璃纖維筋外觀質(zhì)量質(zhì)地均勻、無裂紋、纖維露目測出3玻璃纖維筋長度偏差±10mm鋼尺測量104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L≥40d鋼尺測量6玻璃纖維筋抗剪強度Fv≥150MPa同一批次樣本不少于25根7玻璃纖維筋抗拉指標f同一批次樣本不少于25根F≥600MPa安全措施8.1安全規(guī)范《中華人民共和國安全生產(chǎn)法》國務院《建設工程安全生產(chǎn)管理條例》湖南省《湖南省安全生產(chǎn)條例》8.2安全技術(shù)保證措施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。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。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(wěn)。加固機械的纜繩一律采用鋼絲繩，纜繩一端 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。在孔口周圍安設網(wǎng)狀圍弊，并設立醒目標志。11施工現(xiàn)場的起重吊裝需由專業(yè)隊伍進行，信號指揮人員執(zhí)證上崗。起重吊裝作業(yè)前期應根據(jù)施工組織設計要求，劃定施工作業(yè)區(qū)域，設置醒目的警示標志和專職監(jiān)護人員。起重回轉(zhuǎn)半徑與高壓線保持安全距離。加強機械設備的檢查、維修、保養(yǎng)工作，做到使用前檢查，使用后復查。環(huán)保節(jié)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(huán)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凝土的處理，避免了對環(huán)境的污染。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(jù)物設部門提供的采購單價和設備費用，并結(jié)合現(xiàn)場實際工期等數(shù)據(jù)，進行了詳細的造價分析，結(jié)果如下表：玻璃纖維筋HRB鋼筋比較結(jié)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(gòu)通道打通工期（天）22422盾構(gòu)刀盤損耗費用（萬元）0總造價（萬元）12綜上所述可以看出，利用玻璃纖維鋼筋代替HRB鋼筋，以本項目實際情況為例，12根玻璃纖維樁可以節(jié)約成本共計萬元，節(jié)約工期22天，達到了雙贏的目的。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(cè)，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(jié)構(gòu)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?；訃o結(jié)構(gòu)在西端頭井盾構(gòu)洞口處應 用了玻璃纖維圍護樁，大大的降低了工程成本，節(jié)省了工期，應用效果很 好。11.2廣州市番禺區(qū)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(guī)劃盾構(gòu)范圍內(nèi)以玻璃纖維筋代替普通鋼筋，實現(xiàn)盾構(gòu)直接切割混凝土及筋材，為盾構(gòu)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(qū)間單線盾構(gòu)始發(fā)井后門子盾構(gòu)始發(fā)井，井長76.6m，中間段主體結(jié)構(gòu)寬7.8m，始發(fā)端頭寬12.1m。盾構(gòu)井主體結(jié)構(gòu)大部分位于卵石土中，主體圍護結(jié)構(gòu)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(tǒng)的盾構(gòu)進出同端頭地層加固方法，便于盾構(gòu)施工，提高盾構(gòu)進出洞施工的13經(jīng)濟性和安全性，其盾構(gòu)井端頭圍護樁盾構(gòu)施工影響范圍內(nèi)的鋼筋采用玻璃纖維筋，其樁徑1.5m，間距1.8m。大大