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摘要：玻璃纤维筋以其较高的抗拉性能、较强的耐腐蚀性、材质轻便易切割与混凝土粘接力强等独特性能在众多建设领域得到了越来越广泛的应用，本文通过工程实例介绍了在城市隧道围护结构中采用玻璃纤维筋进行立柱桩施工，在保证围护结构安全稳定的同时也减少了将来对地铁盾构施工的影响，产生了一定的经济和社会效益。
关键词：玻璃纤维筋 城市隧道 立柱桩
1.引言
1.1玻璃纤维筋的研究及应用现状
近年来，因为玻璃纤维筋（GFRP）在部分方面要比传统钢筋更加优越，因此玻璃纤维筋混凝土开始在国内外引起研究热潮并得到了广泛的引用。如今在日本、美国、欧洲等国家都在积极的对其进行研究。目前在我国，玻璃纤维筋混凝土也开始得到运用，在成都、东莞、广州、长沙等城市建设盾构项目中取得优异的表现，但大部分都是按照国外的施工经验进行施工，在局部中采用等直径、等数量的玻璃纤维筋取代钢筋，且应用并不是特别广泛。
1.2玻璃纤维筋的特点
1.2.1力学性能
玻璃纤维筋是一种以高分子聚酯树脂为基体，玻璃纤维为增强体的复合材料，其抗拉强度高达500～1200MPa，但是其弹性模量低，仅为40～80GPa；且延伸率低，一般小于3%；玻璃纤维筋也是一种高强脆性材料，切割性能好，但也意味着其在一般施工过程中容易被破坏。
1.2.2玻璃纤维筋与混凝土的粘结力
玻璃纤维筋的热胀系数与一般混凝土接近，比较适合在混凝土中应用。在周围环境温度产生变化时，玻璃纤维筋不会产生太大的温度应力，亦不会破坏其与混凝土之间的黏结作用，能够保证玻璃纤维筋与混凝土之间的协同工作。
1.2.3玻璃纤维筋的其他性能
玻璃纤维筋具有较好的耐腐蚀性，对潮湿环境、带有侵蚀性环境中工作的主体结构构件，玻璃纤维筋是钢筋的良好替代品。
玻璃纤维筋设计性能强，而且弹性模量稳定，热应力稳定，可任意热成形，安全性能高，不导热、且有很强的介电性，其阻燃抗静电、透磁波性能强，与金属碰撞亦不会产生火花。
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图1 隧道立柱桩与地铁盾构区间平面图
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图2 隧道基坑围护地铁段横断面图
2.工程应用
2.1工程概况
纬七路东进二期隧道工程为南京市纬七路快速化改造工程，主隧道全场1.38km，匝道全长265m。主线隧道横断面为双向六车道渐变到双向十车道，其中四车道从匝道分流，主线渐变为双线六车道，采用单箱两孔或单箱四孔的结构形式。
南京地铁5号线规划线路从隧道暗埋段下方正交穿越，穿越区域内存在15根隧道围护结构立柱桩，原设计采用直径800mm钢筋混凝土钻孔灌注桩和450mm*450mm格构柱进行施工，虽然立柱桩的位置经过调整已经避开地铁5号线盾构区间，但立柱桩与盾构最小间距不足2m，为了日后地铁盾构施工提供良好的施工条件，本工程决定采用同规格直径的玻璃纤维筋代替立柱桩中的钢筋，利用其抗拉强度高、抗剪性能小的力学特点，保证日后盾构施工的正常开展。
玻璃纤维筋由工厂定制，现场一般难以进行加工，所以需要准确控制尺寸及数量。玻璃纤维筋的外形一般也是定制的，从而减少了一般钢筋的加工步骤，而且用绑扎的搭接方式取代了焊接工序，可以节约制作筋笼时间。一般采用14#镀锌铁丝进行绑扎，玻璃纤维筋的搭接长度一般为40d，玻璃纤维筋采用细齿钢锯条进行切割，对多余部分进行修整。
立柱桩采用主筋直径为18mm的玻璃纤维筋，直径16mm的为加强圈，直径为8mm的为螺旋箍筋制作直径790mm，笼长为20.3m的玻璃纤维筋笼。
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图3 立柱桩剖面大样图
2.2施工工艺
2.2.1工艺流程
玻璃纤维筋的施工步骤主要包括：工厂加工、材料运送和制作安装等。流程图如下：
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图4 工艺流程图
2.2.2现场材料检验
根据《纤维增强复合材料工程应用技术规范》3.3.4要求，玻璃纤维筋的抗拉强度应按照筋材的截面积（含树脂）计算，截面积按名义直径进行计算，玻璃纤维筋的纤维体积含量不可小于60%，主要力学性能指标应满足下表要求：
玻璃纤维筋主要力学性能指标表
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2.2.3筋笼制作制作
材料堆放时应按尺寸、类型堆放，避免阳光直接照射。玻璃纤维筋是由多股玻璃纤维胶合而成，在搬运或施工过程中操作人员必须带上防护手套，避免被外露的纤维丝刮伤。在对现场玻璃纤维筋进行切割时应佩戴口罩，放置纤维丝或粉末误入口鼻，切割后的端头无需密封。
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图5 玻璃纤维筋笼主筋图
筋笼制作时，玻璃纤维筋外观不得有裂纹、结疤和纤维外露，其表面缺陷不应超出允许范围。
玻璃纤维钢筋不同于普通钢筋，不可采用电弧焊、电杂压力焊等焊接方式。玻璃纤维筋之间一般采用14#镀锌铁丝绑扎。先将筋笼的加强圈制作完成，然后将主筋均匀固定在加强圈上，用铁丝绑紧。
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图6 玻璃纤维筋笼加强筋和主筋连接图
主筋绑扎完成后，可将螺旋箍筋按照设计要求，200mm间距放置，用铁线绑扎，保证螺旋箍筋不会脱落。
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图7 玻璃纤维筋笼螺旋箍筋绑炸图
因设计桩长为20.3m，现场无法制作20.3m的整笼，并且20.3m的筋笼也无法在场地上实施吊装，所以将筋笼分成两节，为确保筋笼可以顺利下孔，应在笼底将主筋牢固绑扎，达到收口的作用。
2.2.4吊装钢筋笼、格构柱和砼灌注
筋笼骨架运输时可用平板车或者起重吊机吊运，因为玻璃纤维筋的高强脆性，严禁使用挖机拖运，确保运输过程不会使筋笼变形和箍筋脱落。在钢筋笼下开始放时，应采取两端起吊，一般需要同时使用吊机的主副钩。先将筋笼缓慢水平吊起，离开地面后通过操作主副钩，在空中逐步将筋笼吊至垂直，严禁使用单钩从地上拖吊筋笼。检查垂直度后将筋笼扶正缓慢下放，过程中严禁摆动碰撞孔壁。当一节筋笼下放到位后，用方木穿过笼体，将其固定在桩机上，用吊车吊装另一节筋笼，将两节筋笼对准，然后主筋采用40d搭接，用镀锌铁线绑扎固定，再将这一段的螺旋箍筋绑扎好。完成后吊机上吊，取出方木，再缓慢下放整节筋笼。
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图8 玻璃纤维筋笼吊装、笼体搭接图
将筋笼放置距离笼顶时，用方木再次穿过笼体，卡在桩体上。用吊车吊起格构柱，过程中注意吊装安全，采用和筋笼一样的吊装方式，将格构柱垂直下落，嵌入筋笼三米。在格构柱面上一周焊上细钢筋，将笼体挂在细钢筋上，再用镀锌铁丝牢牢扎紧。绑扎完后，将格构柱起吊，筋笼一同被拉起，这时可观察连接是否牢固，检查完毕后，再用螺旋箍筋在这三米区域加密绑扎，最后慢慢下放。
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图9 格构柱吊装图
最后浇筑混凝土时因注意防止筋笼上浮，导管底口在筋笼底口以下3m至以上1m时，严格控制混凝土的灌注速度，减少混凝土冲出导管后向上的反冲力。
3.结语
玻璃纤维筋施工机具简单，操作方便，其力学性能也能满足支护结构的稳定性，同时可以被盾构机直接切割，从而保证了盾构机通过时的安全性。虽然玻璃纤维筋技术不是很成熟，成本较普通钢筋要贵不少，但是从长远来看，其节省了材料加工时间，减少了材料损耗，有着一定的经济效益，同时避免后期地铁施工的不利影响。我们也可以将玻璃纤维筋和钢筋结合起来，综合使用，发挥各自优势，所以总体来看，玻璃纤维筋还是具有很强的技术和经济优势。虽然目前玻璃纤维筋的技术还未系统成熟，但随着逐步深入研究，其将在隧道、地铁、房建等更多领域中得到广泛的应用。
参考文献
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[3] 邹永威.玻璃纤维(GFRP)筋在盾构端头井围护桩中的应用研究[D].成都,西南交通大学,2008