玻璃纖維筋圍護樁技術在盾構管廊中的應用

文/任力、邵武濤、韓逗、閆國棟 中國建筑第六工程局有限公司 天津 300000

1、概述

科技八路綜合管廊為《西安市城市地下綜合管廊規劃》確定的“一環、六放射、多組團”的干支線地下綜合管廊體系中高新區組團的主要干線管廊。盾構段沿科技八路東西向布置，西起經九路，東站丈八北路，全長1022.5m，包含957.5m盾構區間和65m礦山法區間（地裂縫處理）；盾構隧道采用單線單圓結構，單圓盾構開挖直徑6.44m，管廊內徑5.5m，掘進深度達地下18.7m。盾構管廊沿線共設置4個節點井，包含1個盾構始發井，1個接收井，2個節點井。2#工藝井結構平面外輪廓尺寸為16.65m×30.4m，底板埋深約20m，圍護結構采用鉆孔灌注樁+2道砼支撐+2道鋼支撐的形式。3#工藝井結構平面外輪廓尺寸為15.5m×9.6m，底板埋深約20m，圍護結構采用鉆孔灌注樁+2道砼支撐+3道鋼支撐的形式。盾構區間段采用“先盾后井”施工方法，2#、3#工藝井在穿盾構區域圍護樁采用玻璃纖維筋樁基。

2、施工技術措施簡介

盾構區間2#、3#工藝井平面尺寸分別為：16.65m×30.4m，15.5m×9.6m，底板埋深約20m，圍護結構采用鉆孔灌注樁+2道砼支撐+2道鋼支撐的形式，采用明挖順作法施工。圍護樁為1m鉆孔灌注樁。由于2#、3#工藝井位置管線復雜，在工藝井施工時需進行管線改遷，改遷工期較長，如等待工藝井施工完成后進行盾構施工整個工期將滯后近半年。為了確保施工工期，進行了施工工法的調整，將“先井后盾”調整為“先盾構后井”施工，也就是盾構施工完成后進行工藝井主體施工，但必要條件是將樁基施工完成，尤其是盾構穿越段。介于此情況將該段樁基優化為玻璃纖維筋樁，樁徑及樁長均不變，只是將該段主筋及螺旋筋改為玻璃纖維筋，在樁頂往下11.25處為玻璃纖維筋且長度為7.5m。2#、3#工藝井各調整10根。

3、玻璃纖維筋樁基施工技術

根據現場勘測及計算，確定玻璃纖維筋樁基位置，整根樁基長度為29.6m，其中玻璃纖維筋長度為7.5m，樁徑為1.0m，樁基數量為10根，每側5根，樁間距為1.5m，樁基混凝土為C30水下灌注混凝土，采用旋挖鉆施工。對樁基進行優化后，加快了施工進度，確保了盾構機在穿越工藝井時不受影響，同時也增強基坑的整體穩定性，確保工藝井后續施工的安全穩定。

3.1 鉆孔施工

3.1.1 測量放線

按照設計中線放出鉆孔灌注樁的中線，并打十字交叉線作為護樁，用以隨時檢查樁位，在樁護筒旁放鉆孔灌注樁的標高控制點用以保證設計樁底標高及樁長。

3.1.2 鉆進及清孔

鉆孔按設計圖位置進行施工并埋設鋼護筒，護筒高出地面30cm，并校正孔位，周邊用土回填密實。使用帶有變速器的鉆機，應把變速器板上的電動機和變速器被動軸的軸心設置在同一水平標高上。轉盤中心應與鉆架上吊滑輪在同一垂直線上，確保鉆機垂直度。鉆機應先試運轉檢查，以防止成孔或灌注中途發生故障。

鉆孔灌注施工過程中通過泥漿泵將泥漿池中制備好的新鮮泥漿注入樁內，排出的泥漿直接排放至沉淀池中，經泥漿沉淀后，進入泥漿池內重復使用。

鉆進時每回次進尺控制在60cm左右，剛開始要放慢旋挖速度，并注意放斗要穩，提斗要慢，特別是在孔口5～8m段旋挖過程中要注意通過控制盤來監控垂直度，如有偏差及時進行糾正，而且必須保證每挖一斗的同時及時向孔內注漿，保證護壁的質量。在鉆進到設計深度時，應立即清孔。將鉆斗留在原處機械旋轉數圈，將孔底虛土盡量裝入斗內，起鉆后仍需對孔底虛土進行清理。在清孔后，孔底沉渣不得大于15cm，并將孔口處雜物清理干凈。

3.2 玻璃纖維筋籠及鋼筋籠制作安裝

（1）鋼筋籠采用現場加工制作，加工尺寸嚴格按設計圖紙及規范要求進行控制。鋼筋籠主筋采用直螺紋套筒連接。接頭兩端鋼筋頭擰入的絲長滿足要求，采用管鉗擰緊，使兩鋼筋頭頂緊。上下節鋼筋籠對接后，每一根鋼筋，向位置上下對齊，以確保直螺紋套筒能順利擰入，確保上下鋼筋頭擰入套筒的長度滿足規范要求，使接頭的力學性能達到規范要求。主筋與箍筋采用焊接，鋼筋籠分段制作，鋼筋接頭按規定錯開。

（2）為保證灌注樁的保護層厚度，采用鋼筋“耳朵”焊在骨架主筋外側，間距5m。

（3）鉆孔灌注樁鋼筋籠采用一次性吊裝，采取多點抬吊吊裝、整體空中回直入孔的吊裝方法。起吊時必須使吊鉤中心與鋼筋籠中心重合，保證起吊平衡。

（4）玻璃纖維筋樁主筋為26根Φ25主筋，螺旋筋為Φ10間距10cm，螺旋筋與主筋采用4mm鐵絲綁扎。玻璃纖維鋼筋與普通鋼筋搭接區長度為2m，純玻璃纖維筋范圍長度為7.5米，純玻璃纖維筋中心絕對標高為395.1。

（5）玻璃纖維筋與鋼筋搭接：鋼筋與玻璃纖維筋樁連接采用M10-U型螺栓進行連接。GFRP筋與受力主鋼筋的搭接采用鋼制U型卡,搭接長度不小于50D,GFRP筋與其他鋼筋之間的連接可采用鐵絲或尼龍繩綁扎。

（6）玻璃纖維筋技術指標要求：玻璃纖維增強復合材料筋(GFRP筋)的螺旋桿體表面質地應均勻、無氣泡、裂紋及其他缺陷,其螺紋牙形、牙距應整齊,不得有損傷。GFRP筋直徑20mm-28mm時,其直徑允許偏差±0.3mm,直線度≤4m/m:直徑大于28mm時,其直徑允許偏差±0.4mm，直線度≤5mm/m。G的密度應為19-2.2g/cm,剪切強度≥110a,極限拉應變≥1.2%,彈性模量≥4Fa,當16≤d＜34時,抗拉強度標準值≥550MPa。其他有關玻璃纖維筋的技術要求、試驗方法、檢驗規則及標志、包裝、運輸、儲存等的規定應按現行國家、行業標準《土木工程用玻璃纖維增強筋》(JG/T406-2013)及《纖維增強塑料性能試驗方法總則》GB/T1446執行。

3.3 玻璃纖維筋籠吊放

（1）指揮轉移到起吊位置，起重工分別安裝吊點的卸扣。

（2）檢查各吊點鋼絲繩扥安裝情況及受力重心后，開始同時平吊。

（3）玻璃纖維筋籠吊至離地面0.3m～0.5m后，應檢查玻璃纖維筋籠是否平穩后主鉤起鉤，根據鋼筋籠距地面距離，隨時指揮輔助吊車配合起鉤。

（4）玻璃纖維筋籠吊起后，主鉤吊車勻速起鉤，輔助吊車配合使玻璃纖維筋籠空中翻轉垂直于地面。

（5）指揮起重工卸除鋼筋籠上輔助鉤吊點的卸扣。然后遠離起吊作業范圍。

（6）指揮吊機吊籠入孔、定位，吊機走行應平穩，玻璃纖維筋籠上應拉牽引繩。下放時不得強行入孔。

（7）吊放玻璃纖維筋籠過程中，必須始終保持鋼筋籠軸線與樁軸線吻合，并保證樁頂標高符合設計要求。鋼筋籠最上端定位，由測定的孔口標高來計算定位筋的長度，反復核對無誤后焊接定位。

（8）灌筑完的砼開始初凝時，割斷定位骨架豎向筋，使玻璃纖維筋籠不影響砼的收縮。

（9）作業前施工技術人員應了解現場環境、電力、通訊等架空線路，附近構筑物情況等并采取相應保護措施。

3.4 水下灌注混凝土及控制要點

（1）灌注樁采用的混凝土為C30水下混凝土。鉆孔灌注樁成孔和清孔質量檢驗合格后,開始灌注混凝土。澆筑前需做導管密閉性實驗，驗收合格后方可下導管。

（2）水下混凝土在澆注之前檢測其坍落度。檢測結果合格后方允許進行澆注作業。水下混凝土的總體澆注時間不得大于混凝土的初凝時間。盡量縮短導管拆除時間，下料掌握好速度，避免造成氣堵。灌注過程中，應注意觀察管內混凝土下降和孔內水位升降情況，及時測量孔內混凝土面高度，正確指導導管的提升和拆除。

（3）本灌注工藝，采用自由塞隔水（即充氣球膽），充氣球膽直徑大小能自由通過導管即可。導管下入長度和實際孔深必須做嚴格丈量，使導管底口與孔底的距離能保持在0.3～0.5m左右，導管下入必須居中，底管長度應不小于4m。

（4）灌注混凝土，首澆混凝土必須保證埋管深度不小于1.5米,操作中，投入球膽，放入錐塞，當砼灌滿漏斗，立即拔起塞子，同時繼續向漏斗補加砼，使砼連續澆注。

（5）在完成首澆后，灌注砼要連續從漏斗口邊側溜滑入導管內，不可一次放滿，以避免產生氣囊。

（6）拔管時，要準確測量砼灌注深度和計算導管埋深后，方可拔管。導管埋深不得大于6m，也不得小于2m。

（7）為確保樁頂質量,在樁頂設計標高以上加灌一定高度,不宜小于0.8m。

（8）在灌注將近結束時，由于導管內砼柱高度減少，超壓力降低。如出現砼頂升困難時，可適當減小導管埋深使灌注工作順利進行，在拔出最后一節長導管時，拔管速度要慢，避免孔內上部泥漿壓入樁中。

（9）鋼護筒在灌注結束，砼初凝前拔出，起吊護筒時要保持其垂直性。

（10）混凝土澆注過程中及時按照規范要求制作混凝土試塊，經標養室養護至規定齡期后送實驗室檢驗。

4、樁基檢測

（1）鉆孔灌注樁施工完成后委托具有相關資質的檢測單位進行檢測。

（2）采用低應變動測法檢測樁身完整性，檢測數量不宜少于總樁數的100%。

（3）當根據低應變動測法判定的樁身缺陷可能影響樁的水平承載力時，應采用鉆芯法補充檢測，檢測數量不宜少于總樁數的1%，且不得少于3根。

5、安全注意事項

（1）在玻璃纖維筋樁基施工前對施工范圍內地下管線進行排查并形成書面報告，避免對地下管網造成破壞。

（2）進入現場的鋼筋機械及電氣設備在使用前，必須經項目工程部、安全部檢查驗收合格后方可使用。人員需持證上崗作業，并在機械旁掛牌注明安全操作規程。

（3）鋼筋加工機械處必須設置足夠的照明，保證操作人員在光線較好的環境下操作。在進行加工材料時，彎曲機、切斷機等嚴禁一次超量上機作業。

（4）鉆孔樁成孔過程中產生的泥漿如不能及時外運，應做到隨開挖隨覆蓋，施工生產廢水經沉淀池沉淀處理后循環使用，不能使用的廢漿及時外運。

結語：

通過對盾構機穿越2#、3#工藝井的研究，將圍護樁交底進行優化，盾構穿越工藝井段采用玻璃纖維筋樁施工技術，解決了“先盾后井”盾構機切削工藝井圍護樁問題，防止盾構穿越工藝井時刀盤被卡，無法繼續掘進，提高了盾構施工安全。

（1）在玻璃纖維筋樁施工過程中嚴格控制樁基的垂直度，嚴禁樁基侵限，防止發生斷樁、夾泥、堵管等現象，加強混凝土坍落度的控制；

（2）鉆孔前先用水準儀確定護筒標高，并以此作為基點，按設計要求的孔底標高確定孔深，以測錐確定孔深；

（3）在吊裝時檢查各吊點鋼絲繩扥安裝情況及受力重心后，開始同時平吊，防止玻璃纖維筋籠傾斜及散架；

（4）玻璃纖維筋籠按要求進行連接，卡扣連接牢固，搭接長度滿足要求；

（5）玻璃纖維筋籠下放時嚴格控制標高，防止鋼筋籠侵入盾構穿越區域；