玻纖錨桿技術在超高層建筑基坑支護中的應用

李忠峰

（萬泰屹呈土木工程有限公司，遼寧 沈陽 110000）

1 超高層建筑深基坑地下結構綜合施工難點

在超高層建筑深基坑地下結構施工期間，由于基坑深度過大，經常會出現坑內積水、結構變形、安全事故頻發等問題。混凝土運輸車輛無法到達指定灌注場地，需施工部門結合施工現場實際特征及混凝土泵送期間的各項要求，保障混凝土泵送的穩定性與連續性，切實保障深基坑地下結構施工質量與效率。超高層建筑深基坑地下結構規模大，需使用超大直徑的人工挖孔樁、超厚筏形基礎以及修建超長地下室，施工單位需在施工質量監測與管控中投入大量的人力及物力。如針對重要施工環節未構建專項的施工質量管控機制，極易引發后續施工質量問題，導致工程維護成本嚴重浪費，對超高層建筑建設期間的總體經濟效益造成不利影響。在超高層建筑深基坑地下結構施工期間，由于混凝土澆筑體積大，在養護不到位的情況下極易出現裂縫。因地下施工環境惡劣，混凝土結構極易受到溫度、濕度等不利因素影響，導致混凝土結構承載力、穩定性與預期目標不符，嚴重影響到超高層建筑深基坑地下結構全生命周期。由此可見，在超高層建筑深基坑地下結構施工期間，需重點關注混凝土泵送、物資垂直運輸、混凝土澆筑與養護質量管控、地下室結構，裂縫控制等問題[1]。

2 玻纖錨桿概述

2.1 玻纖錨桿力學性能

玻纖錨桿全稱玻璃纖維錨桿，英文縮寫GFRP。和傳統鋼錨桿相比，玻纖錨桿是一種新型材料，有著更好的受力機理，便于破除。玻纖錨桿主要是將玻璃纖維加入樹脂基質中形成膠合體錨桿。玻纖錨桿主要膠合成分包括多股玻璃纖維紗浸漬基質材料，其中又摻加了多種助劑的聚酞氨樹脂或環氧樹脂等，比如促進劑、固化劑等。制作玻纖錨桿的工藝主要包括三種，分別為手糊工藝、擠壓工藝和模壓工藝。根據增強體類型、成型方式不同要求利用牽引機和模具將其在高溫高壓下擠壓、拉拔成型然后固化，形成的玻纖錨桿外表可以有半螺紋、全螺紋類型，其抗拉強度高達250～1900MPa。

2.2 玻纖錨桿特點

和鋼錨桿技術相比，玻纖錨桿具有耐腐蝕性強、經濟性好等優點，玻纖錨桿正在逐步取代鋼錨桿。玻璃纖維是形成玻纖錨桿的主要材料，玻纖錨桿和數值同為可以增強支撐力的基體材料，在經過加工后形成的復合材料有著傳統錯桿技術難以媲美的優點。具體如下:

2.2.1 較輕的自重

錯桿比鋼筋的密度小很多所以在應用中總體的質量也相對較輕，可以將運輸成本大大降低。同時安裝便捷可以節省安裝時間，提高施工效率。

2.2.2 較高的強度

玻纖錨桿有著比鋼筋更大的抗拉強度，較高的抗拉強度能夠將其效果充分發揮出來，實現超高層基坑支護穩定性的優化。

2.2.3 較強的耐腐蝕性

在酸堿鹽腐蝕作用下，玻纖錨桿不會發生顯著的性能變化，但是會降低其抗堿性。其有著鋼錨桿無可比擬的耐腐蝕性特點。

2.2.4 和混凝土相近的熱膨脹系數

混凝土的熱膨脹系數處于8～12xE-6/℃范圍內，各向介質為同性。玻纖錨桿的熱脹系數縱向和橫向不同，但是和混凝土熱脹系數十分接近，所以能夠實現高效協調兩者的溫度形變。

2.2.5 不導電、不導磁

在雷達站、微波站等超高層建筑物和場合中應用玻纖錨桿技術可以充分發揮其不導電不導磁的特點，避免對信號產生干擾。

2.2.6 低松池

玻纖錨桿技術不會導致荷載損失過多，有著較高的可靠性。

2.2.7 經濟性良好

雖然玻纖錨桿價格較高，但是在實際應用中其性價比更高，而性價比也是很多人十分關系的問題，需要比較截面強度抗拉強度。通過比較可知，單位長度的玻纖錨桿成本僅為鋼筋錨桿的0.6～0.8，加上玻纖錨桿具有更長的使用壽命，其經濟性更高。經過不斷改進優化，可以更加凸顯出其優勢[2]。

雖然存在諸多優點，但是玻纖錨桿在實際應用仍然存在一定的不足需要進一步改進優化，比如:（1）各向異性。玻纖錨桿的縱向強度優于橫向強度。（2）塑形差。和鋼筋材料相比，玻纖錨桿的塑形不高，在施工中很容易發生脆斷的情況，這就增加了加工的難度。（3）缺乏足夠的抗剪強度。通常按照縱向強度10%以內的標準橫梁玻纖錨桿質量，在制作錨具、夾具過程中需要根據玻纖錨桿的情況制作，否則會影響玻纖錨桿的抗拉性能，這就增加了錨具、夾具制作的難度和成本。（4）缺乏足夠的彈性模量。一般玻纖錨桿和鋼筋的彈性模量分別為300Gpa 和210Gpa，在受力時玻纖錨桿發生的變形量較大，但是同時又十分接近混凝土彈性模量，所以總體來講仍然優于鋼筋錨桿。（5）熱穩定性不高。玻纖錨桿在高溫下性能容易降低。（6）老化問題。玻纖錨桿材料類似于塑料制品，長期使用后會出現老化等不良問題，甚至受到特定物質的腐蝕還會降低錨桿的性能和使用質量。（7）離散型較大。玻纖錨桿的性能從很大程度上受到纖維和樹脂類型、含量等諸多因素的影響。

2.3 玻纖錨桿的生產工藝

加工玻纖錨桿的過程中所應用到的合成樹脂、玻璃纖維、組分等，這些都對錨桿力學性能產生不同程度的影響。當前加工玻纖錨桿的工藝較多，其中拉擠法是最為常用的一種方式，該方法能夠對加工質量更好地進行控制，可以快速完成玻纖錨桿生產，有助于提升加工效率，節省加工成本。加工成型的玻纖錨桿有著光滑的外表，可以將黏結強度提高。螺紋式、粗糙表面式、麻花式是當前常見的玻纖錨桿生產工藝。其中筋錨頭做成麻花狀態的為麻花式玻纖錨桿，筋表面做成凹凸等外形的是粗糙表面玻纖錨桿，筋表面加工成螺紋狀歲最為常用的螺紋式玻纖錨桿。為了將玻纖錨桿的應用效果進一步優化，可以采用二次加工的方式提高錨桿的黏結強度。

3 玻纖錨桿應用實例

3.1 工程概況

A 商場為超高層建筑，工程所在區域有著十分豐富的地下水，并且為淤泥質土層，地質情況不佳，如果采用鋼筋錨桿支護的話容易受到地下水的腐蝕。本工程開挖深度較大，而周邊的建筑物、道路等距離深基坑較近，僅為20m左右，所以需要嚴格控制好位移。通過深入地分析，采用雙排攪拌樁加錨噴支護的方式，臨時支護裝置選用GFRP錨桿Φ25，臨時支護的周期為1 年。玻纖錨桿的長度和縱橫間距分別控制在10～15m、1.2m。

3.2 影響因素及應對措施

在具體使用中玻纖錨桿支護容易受到如下一些不確定因素的影響：（1）原材料、制作工藝、制造過程等諸多因素都會影響玻纖錨桿的桿體質量，導致加工后的桿體材料優于鋼筋質量，為了進一步保證玻纖錨桿質量，需要采用抽檢的方式測試玻纖錨桿的質量情況；（2）玻纖錨桿有著光滑的外表，在特殊情況下無法和水泥砂漿錨固牢固地膠結到一起，應當提前通過膠著試驗明確玻纖錨桿材料應用的安全性，以免在施工中發生錨固體脫落的現象；（3）玻纖錨桿材料本身具有較強的脆性，當前仍然沒有有效的辦法解決錨頭錨固問題，所以施工中容易出現套筒滑落、夾碎等不良問題，為此在施工中需要高度重視施加的應力，避免應力過大損壞錨桿。

為了進一步改善優化玻纖錨桿的性能，推動其在未來進一步地發展，需要重點從如下方面改進完善玻纖錨桿制作:（1）將材料配比、成分進行改善，提高玻纖錨桿的物力力學性能。深入分析材料的受力情況，合理分析錨固系統，將玻纖錨桿的整體性能改善。（2）積極采用螺紋玻纖錨桿，用膠條將錨固段纏繞密實，從而增加玻纖錨桿和水泥砂漿之間的摩擦力。（3）對于需要大量使用的玻纖錨桿，可以根據地質土層情況、地下水分、工程設計要求等提前定制加工玻纖錨桿，盡量減少加工過程中的浪費問題。如果用量較少那么需要注意核查生產的玻纖錨桿是否匹配設計圖紙，盡量降低再加工的概率。（4）合理利用膠結劑處理錨頭鋼套管錨固，合理設計錨固頭，將摩擦力提高，避免在具體施工中發生脫落的問題。為了進一步固定錨固頭，可以用楔形錨固頭。（5）在軟土區域、有腐蝕性的鹽漬區域加強推廣應用玻纖錨桿技術，加強探索該技術的應用方式和改進措施[3]。

3.3 工程結論

（1）將玻纖錨桿技術應用于超高層建筑深基坑支護中能夠將錨固體系的承載力和變形性能提高。錨桿內力的變化幅度會隨著時間的推移而逐漸減小，有助于支護穩定性的優化，能夠避免擾動臨近的建筑物基坑。（2）和普通混凝土注漿錨桿相比玻纖錨桿有著更高的承載力。（3）玻纖錨桿有著優良的剛度，但是容易較早出現脆性形變甚至破損，需要在施工中加強監測錨桿的質量情況，同時相關學者和工作人員應當加強研究玻纖錨桿的脆性。（4）在實際工程施工中，超高層建筑深基坑支護可能會由于基坑較大產生較大的變形，在拆除錨桿后可能會嚴重影響到原有土層的安全穩定性能，可以在玻纖錨桿承載力范圍內采用該技術降低后期拆除對土層的影響。

4 結語

總而言之，玻纖錨桿具有良好的耐腐蝕性，在腐蝕性較強的區域或者地下水豐富的區域可以采用該技術。同時我們應當認識到玻纖錨桿的不足，在實際工作中加強總結經驗，不斷改進創新，改善玻纖錨桿的不足，優化該材料的應用效果。