【摘 要】 本文通過(guò)對(duì)一個(gè)基坑案例的失敗分析，對(duì)GFRP筋在土釘墻支護(hù)體系中的應(yīng)用提出了幾點(diǎn)有建設(shè)性的思考。

【關(guān)鍵詞】 基坑圍護(hù) GFRP筋 土釘墻

一、GFRP筋的簡(jiǎn)介

GFRP筋（Glass-Fiber-Reinforced Plastic Bar）是一種由縱向連續(xù)的玻璃纖維和熱固性的聚合物樹(shù)脂通過(guò)拉擠工藝和表面處理制成的復(fù)合物桿體材料，具有較好的力學(xué)性能和耐腐蝕性能。

玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料是一種高強(qiáng)度、抗腐蝕和抗磁干擾的新型復(fù)合材料，廣泛應(yīng)用于土木工程、建筑工程、市政工程及地下工程等領(lǐng)域，近年來(lái)，對(duì)于GFRP筋的研究在我國(guó)也是方興未艾，并己經(jīng)有了一些實(shí)際工程應(yīng)用。

二、GFRP筋與傳統(tǒng)鋼筋的優(yōu)缺點(diǎn)分析

與傳統(tǒng)的鋼筋相比較，GFRP筋具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）具有優(yōu)良的抗腐蝕性能，耐久性好；

GFRP筋材的腐蝕機(jī)理與金屬材料有著本質(zhì)的區(qū)別。金屬材料的腐蝕主要是發(fā)生在表面的電化學(xué)腐蝕，從外向內(nèi)逐步腐蝕，GFRP材料的腐蝕主要是環(huán)境介質(zhì)對(duì)玻璃纖維和樹(shù)脂界面的腐蝕，周?chē)橘|(zhì)（氣體、液體、蒸汽等）向材料內(nèi)滲透是腐蝕的主要原因。盡管FRP材料不會(huì)像金屬那樣產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕，但它也會(huì)在不同的化學(xué)環(huán)境下發(fā)生變化，玻璃纖維容易受到堿性和中性溶液的腐蝕，但在樹(shù)脂包裹下形成FPR制品后會(huì)有很大改善，目前國(guó)內(nèi)外專(zhuān)業(yè)研究人員對(duì)此已有一定的研究，ACI440委員會(huì)有關(guān)研究沒(méi)有給出明確規(guī)定，但是強(qiáng)調(diào)對(duì)于曝露于環(huán)境中的構(gòu)件采用GFRP筋進(jìn)行增強(qiáng)時(shí)，其強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)乘以0.7的安全系數(shù)，以作為設(shè)計(jì)強(qiáng)度。

（2）抗拉強(qiáng)度高，等于甚至高于預(yù)應(yīng)力鋼筋；

根據(jù)相關(guān)文章的數(shù)據(jù)顯示GFRP筋的平均抗拉強(qiáng)度達(dá)到612MPa，大于兩倍普通HRB335鋼筋的設(shè)計(jì)強(qiáng)度。

（3）自重輕，只有預(yù)應(yīng)力鋼筋的15%～20%；

（4）低松弛性，荷載損失較??；

（5）優(yōu)良的抗疲勞特性；

（6）對(duì)電磁場(chǎng)不敏感。

三、GFRP筋應(yīng)用實(shí)例分析

（一）工程概況

擬建項(xiàng)目地上3層（局部4層），地下1層，框架結(jié)構(gòu)，位于蘇州高新區(qū)，東、南、西側(cè)均為小區(qū)內(nèi)道路，北側(cè)為城市支線道路。

本工程基坑面積約為3132.7m2，周長(zhǎng)約231.4m，最大開(kāi)挖深度為6.07m。

針對(duì)本工程的特點(diǎn)，本基坑安全等級(jí)為二級(jí)，重要性系數(shù)取1.0。

（二）周邊環(huán)境

（a）基坑?xùn)|側(cè)地下室外墻線距圍墻最近距離約6.90m，距東側(cè)教學(xué)樓最近距離為12.0m；

（b）基坑南側(cè)地下室外墻線距圍墻最近距離約2.07m，圍墻內(nèi)有電纜線，埋深-1.20m；

（c）基坑西側(cè)地下室外墻線距圍墻最近距離3.22m，圍墻內(nèi)有電纜線，埋深-1.20m，距西側(cè)居民樓最近距離為20.0m；

（d）基坑北側(cè)地下室外墻線距圍墻最近距離約8.10m，圍墻內(nèi)有污水管線，埋深-2.30m；圍墻外為金山路，金山路下有較多管線分布，由南往北依次為天然氣管道、低壓電管道、電力通訊管道、路燈管道、污水管道。

（三）工程地質(zhì)條件

根據(jù)建設(shè)單位提供的現(xiàn)場(chǎng)勘察資料，本工程地基土結(jié)構(gòu)特征自上而下分述如下：

①素填土：雜色，松軟，以粘性土為主，夾碎磚瓦塊及小石子等雜物，上部含植物根莖， psmax/ psmin大于1.55，為不均勻填土，全場(chǎng)地分布。

②粘土：褐黃色，可～硬塑，含鐵錳質(zhì)結(jié)核，夾灰色條紋。無(wú)搖振反應(yīng)，切面光滑，韌性及干強(qiáng)度高。全場(chǎng)地分布。

③粉質(zhì)粘土：灰黃色，可～軟塑，局部含Mn質(zhì)氧化物斑點(diǎn)，夾粉土薄層。無(wú)搖振反應(yīng)，稍有光滑，干強(qiáng)度、韌性中等，全場(chǎng)地分布。

④粉土：灰色，很濕，稍～中密，含云母碎片，微層理發(fā)育，搖振反應(yīng)迅速，切面無(wú)光澤，韌性及干強(qiáng)度低，全場(chǎng)地分布。

⑤粉砂：青灰色，飽和，中密，微層理發(fā)育，局部夾細(xì)砂薄層，主要為長(zhǎng)石、石英碎屑，少量云母碎片，搖振反應(yīng)迅速，切面無(wú)光澤，全場(chǎng)地分布。

⑥粉質(zhì)粘土：灰色，軟塑，含有機(jī)質(zhì)，無(wú)搖振反應(yīng)，稍有光澤，干強(qiáng)度、韌性中等，該層未揭穿。

（四）水文地質(zhì)條件

⑴ 地下水類(lèi)型

場(chǎng)區(qū)內(nèi)對(duì)本工程建設(shè)有影響的地下水類(lèi)型有：孔隙潛水及微承壓水。

⑵ 地下水補(bǔ)給、排泄條件

孔隙潛水，主要賦存于第①層素填土中，地層透水性較差，主要受大氣降水及地表水滲入補(bǔ)給，以地面蒸發(fā)為主要排泄方式，水位升降隨季節(jié)變化明顯，年變幅在1米左右；微承壓水賦存于第④層粉土和第⑤層粉砂中，富水性一般，透水性弱～中等，主要補(bǔ)給來(lái)源為淺部地下水的垂直入滲及地下水的側(cè)向徑流，以民井抽取及地下水側(cè)向徑流為主要排泄方式。

⑶ 地下水水位

勘察期間，實(shí)測(cè)潛水穩(wěn)定水位埋深0.70～1.10米，穩(wěn)定水位標(biāo)高1.71～2.30米。實(shí)測(cè)微承壓水穩(wěn)定水位埋深1.80米，標(biāo)高為1.15米。

（五）圍護(hù)結(jié)構(gòu)體系

根據(jù)江蘇省建苑巖土工程勘測(cè)有限公司提供的工程基坑圍護(hù)設(shè)計(jì)方案，本基坑支護(hù)主要采用放坡土釘墻噴錨支護(hù)、樹(shù)根樁等支護(hù)形式。

采用二級(jí)放坡開(kāi)挖，上部坡高2.0m，放坡坡度系數(shù)1： 0.5，設(shè)置2道GFRP土釘：Φ25@1500L=4000～5000，下部坡高3.6m，放坡坡度系數(shù)1：0.2，設(shè)置2道GFRP土釘：Φ25@1500L=4000～5000，無(wú)馬道。坡面掛Φ8@200×200mm雙向鋼筋網(wǎng)，面層噴C20素砼進(jìn)行防護(hù)，厚度為100mm；坡面設(shè)置泄水孔，間距1.5m，局部填土區(qū)域間距加密為1.0m；坡腳設(shè)置反壓加固素混凝土。該部位須進(jìn)行壓密注漿加固處理：3排花管（Φ48×3鋼管）注漿孔，排距0.5m，孔距1.0m，孔深3.0m，水灰比0.45，水泥用量80kg/m，注漿壓力0.3～0.5MPa。

（六）支護(hù)效果評(píng)價(jià)

本工程最終因雨季來(lái)臨而塌方，究其原因，主要有以下幾點(diǎn)：

1、設(shè)計(jì)方案中GFRP筋與面層的連接有問(wèn)題

在支護(hù)剖面大樣圖中，GFRP筋與面層之間未設(shè)置縱、橫雙向的通長(zhǎng)加強(qiáng)筋是導(dǎo)致本方案失敗的直接原因。鋼制托盤(pán)下只有2根Φ8mm的掛網(wǎng)筋，且該掛網(wǎng)筋為松散的綁扎連接，根據(jù)無(wú)法傳遞側(cè)向土壓力至錨桿，導(dǎo)致錨桿“單兵作戰(zhàn)”，根本無(wú)法和掛網(wǎng)噴砼面層形成一個(gè)整體，土釘墻噴錨支護(hù)體系“重力式擋墻”的擋土作用機(jī)理就無(wú)法實(shí)現(xiàn)，這是導(dǎo)致本方案失敗的最主要的原因。

2、 土方開(kāi)挖未能?chē)?yán)格按照“分層開(kāi)挖，分段施工”原則來(lái)實(shí)施

為趕工期進(jìn)度，土方單位未能?chē)?yán)格按照分段分層開(kāi)挖的原則，整個(gè)土方分2次開(kāi)挖，在上層剖面土釘剛施工完畢強(qiáng)度未達(dá)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)之前就開(kāi)挖下一層土，導(dǎo)致第一層面層整體下滑塌方。

3、 雨季地表水的大量入滲

由于受臺(tái)風(fēng)天氣的影響，大量雨水短時(shí)間內(nèi)注入邊坡土體之中，土層浸水軟化，使得土體的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)急劇下降，嚴(yán)重偏離設(shè)計(jì)狀態(tài)，土體沿軟弱滑動(dòng)面整體下滑。

四、GFRP筋在土釘墻噴錨支護(hù)體系中應(yīng)用的思考與建議

土釘墻支護(hù)體系的作用機(jī)理是：使土釘錨桿和掛網(wǎng)面層形成一個(gè)有機(jī)整體，從而使得因土方開(kāi)挖而產(chǎn)生的側(cè)向土壓力經(jīng)面層傳遞至錨桿，再由錨桿傳遞至土釘墻后面的穩(wěn)定土體之中。由此可見(jiàn)，在設(shè)計(jì)與施工過(guò)程應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

1、 土釘錨桿與噴射面層的連接一定要牢固，這是土釘墻支護(hù)體系成敗與否的關(guān)鍵所在。

2、 土釘注漿一定要嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行，能否形成錨固體關(guān)系到土壓力能否順利傳遞至穩(wěn)定土層之中。

3、 土方開(kāi)挖必須順應(yīng)土釘?shù)氖┕さ墓に嚵鞒贪才?，分層分段開(kāi)挖。