玻璃纤维筋在盾构端头围护桩中的设计与应用

穗舔　潮肇酶枣＿旁　玻璃纤维筋在盾构端头围护桩中的设计与应用　侯志友　（中铁工程设计咨询集团有限公司城交院，北京１０００５５）　【摘要】　地铁端头盾构井施工过程中，为避免端头钢筋混凝土围护桩的人工凿除，围护桩采用玻璃纤　维筋桩替换普通钢筋混凝土桩。文章结合工程实例，通过计算分析，为达到工程安全经济，对玻璃纤维筋桩　从玻璃纤维筋设计强度、抗弯、抗剪及与普通钢筋的锚固长度四个方面进行计算，证明玻璃纤维筋桩运用于　工程能达到安全、适用、经济。　【关键词】　围护桩；玻璃纤维筋；抗弯；抗剪；锚固长度　【中图分类号】Ｕ４５５．４３　近年来，我国城市轨道交通发展迅速，据相关资料统计　【文献标志码】Ｂ　纤维筋围护桩，盾构井布置见图１。　显示，截止到２０１４年末，全国城市轨道交通交付运营超过　３　１００　ｋｍ，预计２０２０年，将有７　０００　ｋｍ投入运营，覆盖大部　分主要城市。由于地铁造价昂贵，为此在设计中就应该进行　精细化、专业化设计，将新材料新技术应用到地铁中。为消　除在车站盾构井端头钢筋混凝土围护桩对盾构机进出洞造　成不利影响，采用玻璃纤维筋混凝土代替钢筋混凝土不仅造　价低、节约成本，而且施工简单方便、提高施工效率。　一　３盾构端头围护桩计算　采用理正深基坑７．ＯＰＢ１软件进行内力变形及稳定计　算，即采用弹性支点杆系有限元法计算。　基坑开挖深度为２２．００　ｍ，采用　１　０００＠１　６００钻孑Ｌ灌注　桩围护结构。地面标高４５．１８　Ｉｌｌ，桩顶标高为４２．６８　ｍ。计　算时考虑地面超载２０　ｋＰａ。土层参数选用勘察报告中的　指标。　１工程概况　房山线北延工程四环路站沿规划张新路跨路口设置。　支护方案采用排桩支护，计算简图见图２。围护桩抗弯　及抗剪包络图见图３。　该车站为地下二层双柱三跨岛式站台车站，站台宽度１２　ｍ。　车站标准段净宽２０．９　ｍ，车站总长２２２　ｉｎ，平均覆土约为４．４　ｒｎ。车站主体采用明挖法施工，基坑开挖深度约２０．７　ｍ，盾　构井端头开挖深度约２２　ｍ，采用　１　０００＠１　６００钻孔灌注桩　围护。为改变传统的盾构进出洞端头地层加固方法，便于盾　构施工，提高盾构进出洞施工的经济性和安全性，此处盾构　工作井端头围护桩在盾构施工影响范围内的钢筋改用玻璃　纤维筋。　４围护桩配筋计算分析　４．１玻璃纤维抗拉强度设计取值　（１）玻璃纤维筋力学性能指标见表２。　（２）抗拉强度设计取值。玻璃纤维筋抗拉强度设计值应　按式（１）计算：　＝ＣＥ厂　（１）　式中：ｆｆ．为玻璃纤维筋的抗拉强度设计值（ＭＰａ）；　．２地质参数　地质有人工堆积层、一般第四纪新近沉积层、一般第四　纪冲洪积层及古近纪岩层四大类。各土层自上而下分别为：　素填土、杂填土、黏质粉土一砂质粉土、中砂、圆砾、卵石。　２．１设计参数　厂ｋ为玻璃纤维筋的抗拉强度标准值（ＭＰａ）；　Ｃ　为工作环境影响系数，工作环境在室内取值０．８，工　作环境在室外取值０．７。　玻璃纤维筋抗拉强度设计值：　ｆ　＝ＣＥ厂ｋ＝０．７　Ｘ５００＝３５０　ＭＰａ　４．２正截面抗弯设计　本车站基坑工程标准段采用４，１　０００＠１　６００钻孔灌注桩　＋内支撑体系围护结构。　２．２结构材料　沿周边均匀配置纵向玻璃纤维筋的圆形截面玻璃纤维　筋混凝土受弯构件（图４）正截面承载力计算表达式为：　钻孔灌注桩混凝土等级：Ｃ３０　冠梁、挡墙混凝土等级：Ｃ３０　钢筋：ＨＰＢ３００和ＨＲＢ４００级钢筋　玻璃纤维筋：Ｄ３２　２．３基坑支护相关参数　基坑支护相关参数见表１。　盾构机进出洞洞口上下各１．５　ｍ范围内的围护桩采用　ｏｔａＪ￣Ａｆ　１一—ｓｉ　ｎ２一－￣ａ）＝　＾Ａｆ　ｆ￣，Ａｒ　ｓｉｎ　３ｅｒａ＋ｆＡ　ＫＭ≤了２　ｌｆ．—ｓ１ｎ　，＇ｒｒｏｔｔ　［定稿曰期］２０１６—０３—２３　［作者简介］侯志友（１９８４一），男，硕士研究生，工程师，　从事地下结构工程研究。　玻璃纤维筋进行替代钢筋，线路中心左右３．５　ｍ内采用玻璃　四川Ｉ建筑第３６卷２期２０１６．４　２６９　表１支护参数　地层编号　岩性名称　天然重度　内摩擦角　／（ｋＮ·ｉｎ　）　／（。）　Ｉ９．５　１９．２　１９．０　１９．５　２０．０　１７．５　８．０　１２．Ｏ　２０．０　２５　３５　１５．Ｏ　粘聚力ｃ／ｋＰａ　静止侧　压力系数　承载力特　基床系数　征值ｌ厂　ｋ／ｋＰａ　（水平）　，　，　，　１５　２２　４３　２０　基床系数　（垂直）　，　，　１２　１８　４０　ｌ８　①　①１　②　③　④　④。　素填土　杂填土　黏质粉土一砂质粉土　细中砂　圆砾　粉质黏土　１０．Ｏ　５．０　８．０　Ｏ　０　２０　Ｏ．３５　０．３７　Ｏ．２６　０．４２　ｌ１０　１４０　２３０　ｌ１０　⑤　⑤２　⑤３　卵石　细砂　圆砾　２１．Ｏ　１９．７　２Ｏ．５　４０　３０　３５　０　Ｏ　Ｏ　Ｏ．２４　Ｏ．３２　０．２５　３００　１６０　２６０　４３　３０　５０　３８　２５　４５　⑥　卵石　２２．５　４５　Ｏ　Ｏ．２２　４００　９０　８０　⑥２　⑥３　粉砂　圆砾　１９．８　２０．７　３０　４０　Ｏ　０　Ｏ．３Ｏ　０．２４　１７Ｏ　２８０　４０　６０　３５　５５　盟　区　量　顶板顶标高　景　＝　鲁　啦　。　銎　堪搬媪ｌ土＾ｇ　龌辩去亘　圈槲　靴埋蝌士荨僻　鞲鞋拯ｌ土　中楼板顶标高　－善　８　葛　』　—｛　　Ｉ＞＼　　Ｉ）　底扳愿壤声　一　謇　——　；§　量　图１盾构井布置　表２玻璃纤维筋力学性能指标　公称直径ｄ／ｍｍ　ｄ＜１６　ｌ６≤ｄ＜２５　２５≤ｄ＜３４　ｄ≥３４　抗拉强度　标准值ｆｋ／ＭＰａ　≥６００　≥５５０　剪切强度　ｆ　／ＭＰａ　Ｏ１．＝１．２５—２　一ａｒｃ（１０ｓ　卢　ｒ＋ｒ）　≥１１０　≥５００　≥４５０　式中：　为弯矩设计值，１１０３×１．２５×１．１＝１　５１７　ｋＮ·ｍ；　Ａ为圆形截面面积；７８５　０００　ｍｍ　；　Ａ　为全部纵向纤维筋的截面面积；　２７０　四川建筑第３６卷２期２０１６．４　１　＝　Ｚ　ｂ＝１．１　Ｘ　１１２８　１　２４１　ｒａｉｎ。　ｌ　ｂ＝ｄ　ｄ　１　（１）　（３）钢筋绑扎搭接接头长度。　Ｚ。＝　。ｆ　式中：１　为纵向受拉筋搭接长度；　。式中：１　为受拉钢筋的基本锚固长度；　＿厂　为普通钢筋的抗拉强度设计值；　ｌ厂　为混凝土轴心抗拉强度设计值；　ｄ为锚固钢筋的直径。　ｆ　（３）　为纵向受拉筋搭接长度修正系数。　根据位于同一连接区段内的钢筋搭接接头面积百分率按　ｄ＝０．１４×（３６０／１．４３）×３２＝　ｔ　基本锚固长度：ｌ　ｂ＝　１　１２８　ｈｉｍ　照５０％考虑，纵向受拉筋搭接长度修正系数取值为１．４，即：　１ｌ＝　】１　＝１．４　Ｘ　１　２４１　１　７３８　ｌｌｌｌｎ　根据规范规定，玻璃纤维筋搭接长度不应小于同直径热　（２）受拉筋的锚固长度计算。　１　ｌ　ｂ　（２）　轧带肋钢筋搭接长度的１．２５倍，即：　１．２５×１　７３８＝２　１７３　ｍｍ。取整为２　２００　ｉＹｌｍ。　式中：ｌ　为受拉钢筋的锚固长度；　围护桩配筋（玻璃纤维筋）如图５所示。　为锚固长度修正系数；　件　斗　维筋　玻　（ａ）配筋图　ｆｂ１搭接大样　图５盾构段围护桩配筋图　５　结论　（１）通过工程实例，玻璃纤维筋在地铁围护桩中的应用　不但安全、经济，且提高工程效率，避免凿除围护桩。　（２）通过计算及结合工程实例，玻璃纤维筋搭接长度较　普通钢筋搭接长度较长，搭接长度为普通钢筋的１．２５倍。　（３）通过抗剪、抗弯计算后，玻璃纤维筋配筋量是普通钢　的设计与应用ｌ　Ｊ］．四ＪｉＩ建筑科学研究，２０１０，３６（５）：１７３—　１７５，１８２．　［５］　ＡＣＩ　４００　Ｃｏｍｍｉｔｔｅｅ．Ｇｕｉｄｅ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｃｏｎ—　ｃｒｅｔｅ　ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ　ｗｉｔｈ　ＦＲＰ　ｂａｒｓ［ｓ］．Ａｍｅｒｉｃａｎ　Ｃｏｎｃｒｅｔｅ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，　Ｄｅｔｒｏｉｔ，Ｍｉｃｈｉｇａｎ，２００６．　［６］朱继红．ＧＦＲＰ筋在地下连续墙的应用［Ｊ］．土工基础，２００７，　２１（３）：１０—１２．　筋的１．６倍，箍筋直径较普通钢筋提高一个型号。　参考文献　［７］　ｃＪＪ　１９２—２０１２盾构可切削混凝土配筋技术规程［ｓ］　［８］ＧＢ　５００１０—２０１０混凝土结构设计规范［Ｓ］．　［９］ＪＧＪ　１２０—２０１２建筑基坑支护技术规程［ｓ］．　［１Ｏ］　罗毅，郑乐怡，李吉涛．玻璃纤维筋混凝土构件的设计原理　［１］　玻璃纤维筋（ＧＦＲＰ筋）在盾构端头井围护桩中的应用研究用　户报告［Ｒ］．　［Ｊ］　华南理丁大学学报：自然科学版，２００４（１ｏ）：７３—７７．　［１１］　刘建航．基坑丁程手册［Ｍ］．北京：中国建筑工业出版　社，１９９７．　［２］苏明，张宏斌．玻璃纤维筋在连续墙中的应用［Ｊ］．隧道建设，　２０１３，３１（Ｓ２）：７３—７６．　［１２ｊ蒋小锐．玻璃纤维筋在地下连续墙中的应用［Ｊ］．铁道标准设　计，２００９（１０）：４８—５０．　【３］于学义．玻璃纤维筋在城市地铁围护结构施工中的应用【Ｊ］．　施工技术，２０１１（Ｓ１）：２１８—２２０．　［１３］　杨红军．玻璃纤维筋在盾构井围护结构中的应用【Ｊ］．隧道建　设，２００８，２８（６）：７１１—７１５．　［４］　卢致强，刘建伟，徐晓鹏，等．玻璃纤维筋混凝土在地铁工程中　２７２　四川建筑第３６卷２期２０１６．４