摘 要：土釘支護(hù)在我國基坑邊坡支護(hù)工程中已廣泛使用。但是，常用的土釘材料（如鋼筋、錨索等）有不易切斷、難以回收、對(duì)后續(xù)臨近工程的實(shí)施具有潛在影響等顯著缺點(diǎn)；而近年來邊坡支護(hù)中出現(xiàn)的自鉆式土釘?shù)炔牧嫌志哂袃r(jià)格昂貴、后期回收過程中對(duì)邊坡穩(wěn)定性及基坑內(nèi)工程造成干擾等不利影響。由樹脂和玻璃纖維復(fù)合組成的新型材料（GlassFiberReinforcedPolymer，以下簡稱GFRP）具有高強(qiáng)、耐久、輕質(zhì)等優(yōu)點(diǎn)。其中，玻璃纖維增強(qiáng)樹脂筋（GFRPbar）是鋼筋的新型優(yōu)良的代用材料。采用GFRP筋制作新型GFRP節(jié)能環(huán)保土釘代替鋼筋，可以顯著減少鋼筋生產(chǎn)所帶來的能源消耗，也避免了生產(chǎn)鋼筋所產(chǎn)生的污染，符合建設(shè)節(jié)約型社會(huì)和節(jié)能減排的新能源政策。文章采用了鄭州市軌道交通某單項(xiàng)工程的工程實(shí)例，驗(yàn)證了高邊坡土釘支護(hù)中采用玻璃纖維筋的經(jīng)濟(jì)性和適用性。

關(guān)鍵詞：土釘支護(hù) 土釘材料 玻璃纖維筋 設(shè)計(jì)與應(yīng)用

一、引言

隨著城市交通、市政等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)步伐的加快，城市地下隧道等地下工程建設(shè)項(xiàng)目越來越多，多數(shù)建設(shè)項(xiàng)目周邊環(huán)境十分復(fù)雜，主要體現(xiàn)在建設(shè)項(xiàng)目周邊建（構(gòu)）筑物密集、距離近等。在市區(qū)市政、交通工程的邊坡支護(hù)工程中，受施工場地的限制，多采用土釘支護(hù)。但目前國內(nèi)常用的土釘材料，如鋼筋、錨索等，具有不易切斷、難以回收、對(duì)鄰近后期實(shí)施的工程存在影響等缺點(diǎn)。由樹脂和玻璃纖維復(fù)合組成的新型材料（GlassFiberReinforcedPolymer，簡稱GFRP）具有高強(qiáng)、耐久、輕質(zhì)等優(yōu)點(diǎn)，可作為普通鋼筋的有效替代產(chǎn)品，因此迅速成為近期學(xué)術(shù)研究的重點(diǎn)。

徐新生、宋時(shí)言[1]等人對(duì)玻璃纖維筋的力學(xué)性能進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，測試了玻璃纖維筋的抗拉強(qiáng)度、彈性模量及延伸率等主要力學(xué)性能指標(biāo)，并對(duì)其實(shí)驗(yàn)過程、實(shí)驗(yàn)方法、破壞形態(tài)進(jìn)行了詳細(xì)介紹，通過對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行處理，提出了勇于構(gòu)件設(shè)計(jì)的力學(xué)性能指標(biāo)。另外，古傳耀[2]則通過實(shí)驗(yàn)方式驗(yàn)證了玻璃纖維筋的橫向抗剪力。

羅毅、鄭樂怡[3]等人從材料力學(xué)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)理論出發(fā)，假設(shè)混凝土先受壓破壞，引入修正系數(shù)，得到了修正后的玻璃纖維鋼筋混凝土構(gòu)件抗彎、抗剪設(shè)計(jì)理論，由此考察了玻璃纖維混凝土構(gòu)件的脆性破壞機(jī)理和特征，最后通過一個(gè)玻璃纖維筋用于剪力墻結(jié)構(gòu)的工程實(shí)例，初步驗(yàn)證了修正后的設(shè)計(jì)理論的實(shí)用性、科學(xué)性和安全性。

王曉璜[4]則通過吸取近幾年在國內(nèi)地鐵工程建設(shè)中玻璃纖維筋應(yīng)用于端頭井及圍護(hù)樁的施工經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合廣州市番禺區(qū)漢溪下穿隧道工程施工1標(biāo)的特點(diǎn)，在明挖式隧道基坑支護(hù)樁中將規(guī)劃盾構(gòu)范圍內(nèi)以玻璃纖維筋代替普通鋼筋，實(shí)現(xiàn)盾構(gòu)直接切割混凝土及筋材，為盾構(gòu)預(yù)留了通道，避免了后期對(duì)支護(hù)樁的處理。

由以上研究可知，玻璃纖維筋作為一種新興材料，已經(jīng)在理論上成熟，并在工程實(shí)踐上得到了成功的應(yīng)用。但是，目前國內(nèi)玻璃纖維筋的應(yīng)用多局限于做為明挖基坑樁撐支護(hù)中鋼筋籠的替代材料，而對(duì)于其作為高邊坡支護(hù)工程中土釘材料的研究則相對(duì)較少，本文結(jié)合鄭州地鐵某基坑支護(hù)工程的實(shí)例對(duì)其加以研究及分析。

二、GFRP土釘支護(hù)設(shè)計(jì)及施工要點(diǎn)

（一）材料

1）GFRP土釘規(guī)格及外觀標(biāo)準(zhǔn)：

GFRP土釘表面質(zhì)地應(yīng)均勻，無氣泡、裂紋；

形狀為左旋或右旋螺紋，牙距應(yīng)整齊；

GFRP土釘直徑宜采用25mm、28mm、30mm、32mm、36mm。

2）密度

密度為1.9g（€？.1g）/cm3。

3）力學(xué)性能

GFRP土釘?shù)牧W(xué)性能應(yīng)符合下表的要求：

當(dāng)GFRP土釘使用于高溫、腐蝕性等特殊環(huán)境時(shí)，其力學(xué)性能指標(biāo)應(yīng)進(jìn)行試驗(yàn)確定。

4）注漿材料宜采用水泥漿或水泥砂漿，強(qiáng)度等級(jí)不宜小于M15。

5）GFRP土釘與水泥漿或水泥砂漿粘結(jié)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)不低于1.5MPa。

（二）設(shè)計(jì)

1、一般要求

基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)應(yīng)采用以分項(xiàng)系數(shù)表示極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式進(jìn)行設(shè)計(jì)。

基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)應(yīng)按下列兩種極限狀態(tài)進(jìn)行設(shè)計(jì)：

承載能力極限狀態(tài)：對(duì)應(yīng)于支護(hù)結(jié)構(gòu)達(dá)到最大承載能力或土體失穩(wěn)、過大變形導(dǎo)致支護(hù)結(jié)構(gòu)失效或基坑周邊環(huán)境破壞；正常使用極限狀態(tài)：對(duì)應(yīng)于支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形或地下水作用已妨礙地下結(jié)構(gòu)施工或影響基坑周邊環(huán)境的正常使用功能。

基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)表2選用相應(yīng)的側(cè)壁安全等級(jí)及重要性系數(shù)。

2、設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1）土釘支護(hù)設(shè)計(jì)的計(jì)算在平直段可取單位支護(hù)長度并按平面應(yīng)變問題進(jìn)行分析；在轉(zhuǎn)角段可按空間問題進(jìn)行三維數(shù)值分析。

2）土釘支護(hù)設(shè)計(jì)應(yīng)考慮的荷載除土體自重外，還應(yīng)包括地表荷載如車輛、材料堆放和起重運(yùn)輸造成的荷載，以及附近地面建筑物基礎(chǔ)和地下構(gòu)筑物所施加的荷載并按荷載的實(shí)際作用值作為標(biāo)準(zhǔn)值。當(dāng)?shù)乇砗奢d小于20kN/m2時(shí)則按20kN/m2取值。此外，當(dāng)施工或使用過程中有地下水時(shí)還應(yīng)計(jì)入水壓對(duì)支護(hù)穩(wěn)定性、土釘內(nèi)力和噴混凝土面層的作用。

3）土釘錨固體與土體極限摩阻力參數(shù)宜以現(xiàn)場測試結(jié)果為依據(jù)。取值時(shí)應(yīng)考慮地下水位和土體含水量變化的不利影響。

4）宜對(duì)土釘加固的復(fù)合土體參照重力式擋土墻進(jìn)行承載能力、抗滑動(dòng)、抗傾覆穩(wěn)定性及基坑底抗隆起穩(wěn)定性等驗(yàn)算。

5）GFRP土釘?shù)拈L度應(yīng)通過穩(wěn)定分析和抗拔力計(jì)算確定，一般可取開挖深度的1.0～2.0倍；GFRP土釘間距宜為1.2m～2.0m，局部軟弱土中可適當(dāng)增加密度；GFRP土釘與水平面夾角宜為5€?。?€?，当上查€兩先砣跏?，繅剬?shí)痹齟笄憬牽庇鲇芯植空習(xí)鍤保市淼髡昕孜恢煤頭較頡？

6）應(yīng)沿GFRP土釘全長設(shè)置居中支架，其間距1.5m～2.0m，土釘砂漿（或水泥漿）保護(hù)層不宜小于20mm。

7）第一層GFRP土釘覆土不應(yīng)少于1000mm。

8）GFRP土釘鉆孔直徑宜為80mm～150mm。

9）噴射混凝土面層的厚度宜為80mm～150mm，混凝土強(qiáng)度等級(jí)不宜低于C20。

10）GFRP土釘必須采用配套螺母、鋼制托盤和混凝土面層有效連接，如圖1所示：

1—GFRP土釘2—鋼筋網(wǎng)片3—螺母4—墊塊5—鋼制托盤6—噴射混凝土面層

11）在基坑頂部宜設(shè)置寬度為1m～2m的噴射混凝土護(hù)面。

12）基坑坡頂和坡腳應(yīng)設(shè)排水設(shè)施，坡面宜設(shè)置帶反濾層的泄水孔。

三、工程實(shí)例

（一）工程概況

鄭州市軌道交通1號(hào)線某區(qū)間出入段線位于正線延長線左右線隧道中間，采用明挖法施工，基坑放坡開挖；正線延長線隧道未實(shí)施，計(jì)劃采用盾構(gòu)法施工，正線延長線下穿出入段線區(qū)間。正線延長線與出入段線區(qū)間的相互關(guān)系見圖2：

（二）工程地質(zhì)與水文地質(zhì)

本段區(qū)間隧道地層主要為富水砂層，根據(jù)鉆探、靜力觸探、標(biāo)貫試驗(yàn)結(jié)果，對(duì)場地巖土按巖性及力學(xué)特征進(jìn)行分層，從上到下分別為：

第（1）層：雜填土，主要由粉土、磚塊、水泥塊等垃圾組成。

第（2）層：粉土，干強(qiáng)度低，韌性低。

第（3）層：粉土，含豆?fàn)钚〗拔伵に槠?，局部粘粒含量高?/p>

第（4）層：粉土，含少量鐵質(zhì)斑點(diǎn)，偶見豆?fàn)钚〗拔伵に槠?，砂感較強(qiáng)。

第（16）層：粉砂，顆粒成分由石英、長石、云母組成。

第（17）層：細(xì)砂，偶見蝸牛殼碎片、小姜石，顆粒級(jí)配不良，顆粒成分主要由石英、長石組成，含少量暗色礦物。

根據(jù)勘察資料，勘探深度范圍內(nèi)對(duì)樁基礎(chǔ)、盾構(gòu)隧道施工有影響的有兩層地下水，勘察期間上層潛水水位在地面下3.0m～4.0m左右，下層承壓水在地面下12.0m左右，具有微承壓性?？垢≡O(shè)防水位為地面下1.5m。

（三）玻璃纖維筋土釘墻支護(hù)方案簡介

受場地條件限制，出入段線采用土釘墻支護(hù)，土釘與正線延長線隧道有沖突。為避免土釘支護(hù)對(duì)后期正線延長線盾構(gòu)隧道有影響，設(shè)計(jì)采用玻璃纖維筋代替鋼筋作為土釘材料。土釘墻設(shè)計(jì)采用三級(jí)坡，坡度分別為1：0.6、1：0.8、1：1.0，土釘橫縱向間距均為1.5m，梅花形布置，與水平面夾角15€?，转孔直?？20mm，網(wǎng)噴混凝土厚度80mm。土釘墻支護(hù)方案見圖3：

（四）施工監(jiān)測及實(shí)施效果分析

由監(jiān)測結(jié)果可知，土釘墻支護(hù)的環(huán)境監(jiān)測、土釘應(yīng)力值均滿足規(guī)范要求，玻璃纖維筋土釘墻支護(hù)的實(shí)施效果良好。工程實(shí)施后的監(jiān)測結(jié)果如圖4、圖5所示：

四、結(jié)語

1）由工程實(shí)施經(jīng)驗(yàn)可知，玻璃纖維筋土釘支護(hù)基坑的穩(wěn)定性較好，水平位移及土釘應(yīng)力等均滿足相關(guān)規(guī)范，玻璃纖維筋作為土釘材料的實(shí)施效果良好。

2）玻璃纖維鋼筋的單位重量價(jià)格較高，但考慮到其密度只有約1.9g/cm3，僅為鋼材密度的約1/4，等面積替代后造價(jià)與鋼筋相當(dāng)；另外，采用GFRP筋制作新型GFRP節(jié)能環(huán)保土釘代替鋼筋，可以顯著減少鋼筋生產(chǎn)所帶來的能源消耗，減少環(huán)境污染，如何國家節(jié)能減排的政策要求。

3）玻璃纖維筋的抗剪強(qiáng)度相對(duì)較低，易于處理，對(duì)后期工程的實(shí)施干擾不大，在有條件實(shí)施時(shí)建議進(jìn)行推廣。

（楊捷1王小培單位：黃河勘測規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司；包宏濤單位：中鐵第五勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司）

參考文獻(xiàn)：

[1]徐新生、宋時(shí)言等.FRP筋力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)研究.建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào)（增刊）.全國第九屆混凝土結(jié)構(gòu)基本理論及工程應(yīng)用學(xué)術(shù)會(huì)議論文集，229～233

[1]古傳耀.玻璃纖維增強(qiáng)塑料筋的抗剪性能研究，科技咨詢導(dǎo)報(bào)，2007年，16期，57～58

[1]羅毅、鄭樂怡等.玻璃纖維筋混凝土構(gòu)件的設(shè)計(jì)原理.華南理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2004年10月，第32卷第10期，71～75