0引 言
GFRP（Glass Fiber Reinforced Polymer）筋俗稱玻璃纖維筋，其具有耐腐蝕、強度高、重量輕、抗電磁輻射、抗疲勞等諸多良好的特性，在土木工程中已得到了相應的應用于研究，但對GFRP筋的研究主要集中在其自身的抗拉強度[1~2]、抗壓強度[3]等特性及GFRP筋應用于建筑物主體結構中的混凝土性能[4]等方面。在基坑工程中，GFRP筋已用于地鐵端頭井的地下連續墻[5~6]以及土釘墻中[7]。在同等條件下，GFRP筋用于灌注樁相比于鋼筋用于灌注樁，其造價降低5%~10%，但GFRP筋替代鋼筋應用于基坑工程中的鉆孔灌注支護樁時，GFRP筋與支護樁混凝土冠梁的連接、GFRP筋自身的連接、GFRP筋籠的制作以及灌注樁澆筑混凝土時GFRP筋籠上浮等問題，未得到有效地解決。
本文以江蘇省食品藥品監督局科研大樓基坑工程的設計和實施為背景，針對上述問題作了較詳細的介紹，并分析了其應用效果。
1 GFRP玻璃纖維筋性能簡介
1.1 GFRP筋基本特征及制作工藝
GFRP筋是一種有機非金屬（樹脂）與無機非金屬（無機纖維）復合的塑料基復合材料，其包含基體和增強體兩部分。通過拉擠工藝把纖維和樹脂兩種不同形態和性質的組合材料復合在一起，固化形成的復合材料。其中樹脂是GFRP筋的基體，是一種有機非金屬熱固性塑料，起粘結作用，占總重量的65%~75%；連續的無機纖維稱為增強體，在復合材料中起增強作用，是主要的承力組分。GFRP筋具體外形詳見圖1。
1.2 GFRP筋物理力學特性
GFRP筋是一種各向異性材料，其力學性能受拉擠、編織、纖維類型及含量、樹脂類型、纖維空間布置方位、纏繞方式[8]、GFRP筋尺寸和制造工藝、加載速率[2]及所處環境[9]等因素的影響。
表1列出了纖維體積含量約75%，并按照美國有關GFRP材料試驗的標準，在溫度為23±3℃，相對濕度為50％±l0％的標準試驗環境下制作試樣、儲存試樣、調節試樣和進行試驗所測得的GFRP筋物理力學特性。
GFRP筋物理力學特性表[10] 表1
Table. 1 Physical and mechanical propertiesofGFRP bars
|
直徑/mm 力學特性 |
6 |
8 |
10 |
12 |
14 |
16 |
18 |
20 |
22 |
25 |
28 |
30 |
32 |
34 |
|
抗拉強度 /MPa |
1468 |
1131 |
997 |
906 |
893 |
961 |
876 |
970 |
888 |
1066 |
994 |
936 |
946 |
909 |
|
抗剪強度 /MPa |
266 |
212 |
172 |
191 |
218 |
150 |
200 |
179 |
185 |
177 |
174 |
158 |
154 |
156 |
|
彈性模量 /103MPa |
40.2 |
40.1 |
40.2 |
40.3 |
40.2 |
39.7 |
39.6 |
40.2 |
39.9 |
40.0 |
39.6 |
39.9 |
40.3 |
40.2 |
圖1 GFRP筋實物照片
Fig. 1Picture ofGFRPbars
由表1可看出，GFRP筋具有較高的抗拉強度，較低的抗剪強度和彈性模量。這些性能與HRB400級鋼筋相比，其抗拉強度約為鋼筋的2.5~4.0倍；抗剪強度約為鋼筋的0.43~0.74倍；彈性模量約為鋼筋的0.2倍，這表明GFRP筋和HRB400級鋼筋存在較大的性能差異。張志強等[11]通過研究表明，GFRP筋混凝土梁與鋼筋混凝土梁的最大撓度之比為1.5~2.5；初裂承載力之比為0.53~0.69；GFRP筋混凝土梁界限相對受壓區高度為0.17~0.20。這進一步說明，GFRP筋替代鋼筋用于混凝土結構與鋼筋混凝土結構存在較大的差異。
2 GFRP筋在支護樁中的應用分析
2.1 GFRP筋與支護樁冠梁的連接
為了保證支護樁與冠梁的可靠連接，支護樁應嵌入混凝土冠梁不小于50mm，且支護樁主筋在冠梁內的錨固長度應符合設計要求。因此，在混凝土澆筑過程采用超灌的方式，以保證支護樁樁頂設計標高以下部分樁身混凝土強度滿足要求。
超灌的混凝土屬于松散的混凝土浮漿，在綁扎冠梁鋼筋時，須先進行清除，方可綁扎鋼筋。GFRP筋屬于脆性材料，抗剪力能力很低，較易被破壞，若GFRP筋直接錨固到冠梁里，那么，在浮漿清除過程，便把GFRP筋破壞，無法使支護樁和冠梁緊密連接。因此，在GFRP筋籠頂部綁扎鋼筋，即每根GFRP筋綁扎一根相同直徑的HRB400級鋼筋，鋼筋頂端按照設計要求的標高設置，鋼筋底端應在有效樁頂以下2000mm，具體綁扎范圍詳見圖2，GFRP筋籠與冠梁連接示意圖。
圖2 GFRP筋籠與冠梁連接示意圖
Fig. 2Connectionschematic diagrambetweenGFRPbarscage andtopbeam
浮漿清除過程采用風炮機進行，一次破除高度應不超過50cm。破除時不得損壞樁頂部綁扎的鋼筋，不得對樁頂鋼筋碾壓或扭扯。破除至冠梁底部150cm時，由人工清理打鑿，避免破壞冠梁底部樁砼面，造成下部樁體受損。人工打鑿至冠梁設計底標高時，對上部露出的鋼筋進行校正，對有損壞的鋼筋應補強或加筋。樁頂用高壓水槍沖洗干凈，保證樁體與冠梁的連接性能。
2.2 GFRP筋自身的搭接與連接
因GFRP筋無法采用焊接連接，GFRP筋縱向主筋與樁頂位置的HRB400加強筋之間的連接及GFRP筋自身的連接，須采用非鍍鋅細鋼絲綁扎，而且由于GFRP筋籠較長，GFRP筋縱向主筋上下段的連接還須采取鋼卡扣件連接，方可避免GFRP筋籠產生過大變形。為了保證縱向主筋連接的穩定性與可靠性，每個接頭須采用不少于2個鋼絲卡扣件連接?？奂捎蒙舷孪喔粢欢胃饕粋€的布置形式，具體連接方式詳見圖3GFRP筋搭接與連接施工實景圖。
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