王 衛(wèi) 王海成 劉志平

（中機(jī)三勘巖土工程有限公司，湖北武漢 430030）

0 引言

可持續(xù)發(fā)展理念在建筑業(yè)已深入人心，推進(jìn)綠色發(fā)展已經(jīng)成為建筑業(yè)的著力點(diǎn)。城市建設(shè)與地下空間的開發(fā)利用使得深基坑工程日益增多，基坑支護(hù)設(shè)計(jì)專業(yè)也得到了蓬勃地發(fā)展。作為一項(xiàng)臨時(shí)性工程，基坑工程的可持續(xù)性技術(shù)和綠色施工必定會(huì)成為以后的發(fā)展方向。目前，一些綠色施工工藝如可回收錨桿技術(shù)[1]、裝配式型鋼支撐[2]、工法樁[3]等得到了快速發(fā)展。其中可回收錨桿可有效解決剛性支護(hù)結(jié)構(gòu)不能出紅線的問題，但該技術(shù)尚不成熟，存在回收困難和抗拉承載力不足的問題。因此一種新型錨桿桿體材料即玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（GFRP）在基坑工程中應(yīng)運(yùn)而生。

本文主要介紹玻璃纖維筋的物理力學(xué)性能指標(biāo)，并結(jié)合武漢某工程實(shí)例闡述玻璃纖維筋作為錨桿與支護(hù)樁結(jié)合在基坑中的應(yīng)用。該支護(hù)方案充分考慮場(chǎng)地的巖土工程條件，經(jīng)濟(jì)合理，有效地保證了項(xiàng)目的順利進(jìn)行，可為類似工程提供參考。

1 概述

玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（GFRP）是纖維增強(qiáng)復(fù)合材料中的一種。常見的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料[1]（Fiber Reinforced Polymer，簡(jiǎn)稱FRP）分為玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（Glass Fiber Reinforced Polymer，簡(jiǎn)稱GFRP）、碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（Carbon Fiber Reinforced Polymer，簡(jiǎn)稱CFRP）以及芳綸纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（Aramid Fiber Reinforced Polymer，簡(jiǎn)稱AFRP）、玄武巖纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（Basalt Fiber Reinforced Polymer，簡(jiǎn)稱BFRP）[4]。

玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料在基坑工程中使用的形態(tài)基本有兩種。一種是單根玻璃纖維筋，常用直徑有22 mm、25 mm、28 mm、32 mm，與鋼筋相似（見圖1）；另一種是多股玻璃纖維筋復(fù)合而成的玻璃纖維平行錨索，常見的型號(hào)有7φ6.5等效直徑19.5 mm和7φ7.2等效直徑22.0 mm，與鋼絞線相似（見圖2）。玻璃纖維筋在性能上和鋼筋、鋼絞線基本相似，與混凝土有很好的黏結(jié)性。同時(shí)玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料具有抗腐蝕、抗拉強(qiáng)度高[5]、耐疲勞和耐久等優(yōu)點(diǎn)[6]。其主要力學(xué)性能指標(biāo)見表1。

圖1 玻璃纖維單筋

圖2 玻璃纖維平行錨索

玻璃纖維筋代替鋼筋在基坑工程圍護(hù)墻中的應(yīng)用早有先例。京沈客專京冀段十三標(biāo)地下連續(xù)墻工程的盾構(gòu)接收站2#豎井采用地下連續(xù)墻圍護(hù)結(jié)構(gòu)，墻寬1.2 m，墻高69 m，局部采用玻璃纖維筋代替普通鋼筋，有效解決了鋼筋籠超重吊裝的問題[7]。昆明地鐵4#線菊華站在盾構(gòu)始發(fā)站洞口處，用玻璃纖維筋代替普通鋼筋，避免了穿越地下連續(xù)墻時(shí)需要進(jìn)行的鑿除洞門、切斷鋼筋等繁瑣的預(yù)處理工作[8?9]。

2 工程概況

本工程位于武漢市硚口區(qū)，東臨東方花城小區(qū)，南臨古田路，西臨古畫路，北為老建筑民宅。項(xiàng)目包括1棟48層住宅樓、1棟42層住宅樓、2棟34層住宅樓、3棟21～24層還建房、1棟3層幼兒園、1棟物業(yè)管理用房、若干1～2層商業(yè)裙樓，設(shè)置滿鋪兩層地下室。

本基坑開挖深度約8.7～10.2 m，基坑開挖面積約38000 m2，周長(zhǎng)約800 m?；有螤罱凭匦?，南北向跨度約246 m，東西向跨度約150 m。利用空間效應(yīng)在四個(gè)陰角處采用排樁+鋼筋混凝土角撐支護(hù)、沒有角撐覆蓋的地方均采用排樁+玻璃纖維錨桿支護(hù)。場(chǎng)地及周邊環(huán)境見圖3。

圖3 基坑周邊環(huán)境圖

3 工程地質(zhì)條件及水文地質(zhì)條件

3.1 工程地質(zhì)條件

本場(chǎng)地在勘探深度范圍內(nèi)的地層除表層分布有雜填土(Q4ml)外，其下主要為第四系全新統(tǒng)沖積成因的黏性土層和砂土層(Q4al)，其整體具有從上而下顆粒逐漸變粗的沉積韻律。各土層空間分布及主要特性見表2。

表2 土層參數(shù)一覽表

3.2 水文地質(zhì)條件

本場(chǎng)地地下水可分為二種類型：上層為主要賦存于雜填土層中的上層滯水，其水位、水量隨季節(jié)變化，主要受大氣降水、生活排放水滲透補(bǔ)給，上層滯水穩(wěn)定水位埋深0.7～1.9 m，其標(biāo)高為22.10～23.84 m；下層為賦存于下部砂土層中的承壓水，與漢江有一定的水力聯(lián)系，其水位變化受漢江水位變化影響，水量較豐富，上下層地下水之間因黏性土阻隔而無水力聯(lián)系?？辈炱陂g孔測(cè)得承壓水水頭埋藏深度為5.4 m，其對(duì)應(yīng)承壓水頭標(biāo)高為19.45 m，根據(jù)武漢市地區(qū)經(jīng)驗(yàn)，武漢市承壓水年變化幅度為3～4 m。典型工程地質(zhì)剖面見剖面見圖4。

圖4 典型地層剖面示意圖

4 基坑支護(hù)設(shè)計(jì)方案

4.1 支護(hù)方案總體設(shè)計(jì)思路

本基坑周邊環(huán)境緊張，地下室輪廓線距離用地紅線最近約3.0～4.0 m，南側(cè)及西側(cè)紅線外是市政道路人行道，東側(cè)紅線外緊鄰已建東方花城小區(qū)。無論是已建小區(qū)還是市政道路及管線，都不允許出現(xiàn)較大的沉降。嚴(yán)格控制基坑變形是本基坑支護(hù)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)及難點(diǎn)。

本基坑?xùn)|西方向跨度較大，約150 m。兩個(gè)方向跨度差別較大，滿布支撐方案雖能有效控制變形，但不適用于本基坑，且滿布支撐方案支撐體量太大，對(duì)施工進(jìn)度影響較大。用地紅線距離較近，雙排樁支護(hù)空間不夠。綜合考慮經(jīng)濟(jì)、安全因素，最終選用樁撐、樁錨聯(lián)合支護(hù)。由于武漢地區(qū)限制剛性支護(hù)結(jié)構(gòu)出紅線，錨桿采用玻璃纖維筋(GFRP)為桿芯?；觽?cè)壁采用水泥土攪拌樁止水，坑內(nèi)設(shè)置中深井進(jìn)行疏干降水。（見圖5）

圖5 基坑支護(hù)平面布置圖

4.2 基坑支護(hù)設(shè)計(jì)方案

排樁采用鉆孔灌注樁，樁徑900 mm，樁長(zhǎng)16.0～18.0 m。樁撐支護(hù)段樁間距1.3 m，樁錨支護(hù)段樁間距1.5 m。樁頂放坡高度2.0 m，坡率1∶0.8，采用土釘掛網(wǎng)噴射混凝土護(hù)面。支撐布置在冠梁上，與冠梁同時(shí)澆筑。支撐主撐截面尺寸為750 mm×800 mm，連桿尺寸為550 mm×650 mm。錨桿布設(shè)兩排，第一排設(shè)置在冠梁上，第二排設(shè)置在支護(hù)樁樁間，與第一排錨桿豎向間距2.5 m。采用成孔注漿黏結(jié)型錨桿，成孔直徑200 mm，錨固體分兩次注漿，設(shè)計(jì)強(qiáng)度M20。桿體采用直徑20 mm的玻璃纖維筋，每根錨桿采用3根玻璃纖維筋進(jìn)行綁扎。錨桿長(zhǎng)度13.0～20.0 m。錨桿采用全長(zhǎng)注漿，直接在端部澆筑鋼筋混凝土圍檁，不施加預(yù)應(yīng)力，無需張拉鎖定。經(jīng)計(jì)算，錨桿拉力設(shè)計(jì)值為200～280 kN（見圖6）。

圖6 基坑樁錨支護(hù)剖面圖（單位：mm）

5 錨桿連接及抗拔承載力檢測(cè)

錨桿的抗拔力檢測(cè)能否達(dá)到設(shè)計(jì)要求，決定了本基坑能否成功。玻璃纖維單筋之間的連接環(huán)節(jié)和玻璃纖維筋錨桿的端頭檢測(cè)環(huán)節(jié)是錨桿抗拔力檢測(cè)的關(guān)鍵。玻璃纖維單筋由于不能盤圓，運(yùn)輸過程中有長(zhǎng)度限制的問題，設(shè)計(jì)長(zhǎng)度一般不宜超過17 m。若設(shè)計(jì)長(zhǎng)度超過17 m，現(xiàn)場(chǎng)多用植筋膠進(jìn)行連接，接頭一般無法做到等強(qiáng)。此時(shí)建議用玻璃纖維錨索作桿芯材料。

由于玻璃纖維筋抗剪強(qiáng)度較低，尤其在應(yīng)力集中處易發(fā)生由部分纖維絲斷裂導(dǎo)致玻璃纖維筋整體斷裂，所以采用一般的鋼絞線夾片式錨具不能滿足錨固要求。要實(shí)現(xiàn)對(duì)玻璃纖維錨桿的檢測(cè)[5]，一般采用兩種方法。

第一種是使用專用FRP錨具[10?14]?，F(xiàn)有FRP筋錨具具有以下缺點(diǎn)：①錨具的可靠性差；②錨具的通用性差, FRP筋的種類很多,現(xiàn)有的FRP筋錨具不能很好的匹配GFRP筋；③錨具的制作工藝較復(fù)雜、造價(jià)也較高。

第二種是在玻璃纖維筋端部用專用連接器轉(zhuǎn)換為鋼絞線，對(duì)鋼絞線進(jìn)行張拉（見圖7）。該種方法能將鋼絞線控制在用地紅線以內(nèi)，可靠度高，通用性強(qiáng)。對(duì)于基坑這種對(duì)腐蝕性要求不高的臨時(shí)性工程較適用。

圖7 玻纖筋錨桿轉(zhuǎn)換接頭

本工程采用第二種方法即用專用連接器將對(duì)玻璃纖維筋轉(zhuǎn)換為鋼絞線進(jìn)行張拉。該工程錨桿極限抗拔承載力基本在300 kN以上。按照錨桿總數(shù)的5%進(jìn)行抗拔承載力抽檢[15]，錨桿質(zhì)量均合格。

本基坑支護(hù)工程于2018年2月完工，基坑變形均未達(dá)到報(bào)警值?；又苓叺孛孀畲蟪两抵挡怀^20 mm，有效保護(hù)了周邊市政道路和房屋。

6 玻纖筋錨桿施工質(zhì)量控制要點(diǎn)

（1）施工前，玻纖錨桿及其接頭應(yīng)進(jìn)行工藝試驗(yàn)。在錨桿大面積施工前必須進(jìn)行試錨基本試驗(yàn)。錨桿施工完成后應(yīng)進(jìn)行驗(yàn)收試驗(yàn)。試驗(yàn)均滿足要求后，方可開挖錨桿下層土方。

（2）玻纖錨桿不適用回填較差的填土和軟土中，容易發(fā)生剪切破壞。

（3）玻璃纖維筋錨桿直接錨入鋼筋混凝土腰梁時(shí)，腰梁下方應(yīng)設(shè)置托架。玻璃纖維錨索不宜全程注漿，應(yīng)按設(shè)計(jì)要求設(shè)置自由段和錨固段，并按要求進(jìn)行張拉鎖定。

（4）玻纖筋由于彈性模量約是鋼筋、鋼絞線的1/5，為更好地控制基坑變形，錨桿應(yīng)盡可能采用多根玻纖筋作為桿芯。

7 結(jié)論

（1）玻璃纖維錨桿代替?zhèn)鹘y(tǒng)錨桿，解決了剛性支護(hù)結(jié)構(gòu)不能出紅線問題。

（2）全黏結(jié)玻璃纖維錨桿直接澆筑在冠梁（腰梁）內(nèi)、不加預(yù)應(yīng)力，避開了由于玻璃纖維連接方式導(dǎo)致錨桿抗拉力很低的缺點(diǎn)。

（3）玻璃纖維筋作為一種脆性材料，錨固困難。在玻璃纖維筋端部用專用連接器轉(zhuǎn)換為鋼絞線，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)玻纖筋錨桿的錨固張拉。