計(jì)建華 ，董勁松 （安徽省建筑科學(xué)研究設(shè)計(jì)院，安徽 合肥 230032）

1 引言

玻璃纖維筋抗拉強(qiáng)度高,優(yōu)于普通鋼材,根據(jù)直徑的不同，約高于同規(guī)格鋼筋的60%，質(zhì)量非常輕，約為同體積鋼筋的 25%；密度在 1.5～1.9（g/cm3）之間，另外玻璃纖維筋具有良好的抗疲勞性能。

普通鋼筋耐腐蝕性差，而玻璃纖維筋可耐酸堿等化學(xué)物的腐蝕，還可抵抗氯離子和低PH值溶液的侵蝕，尤其是抵抗碳化合物和氯化合物的腐蝕。普通鋼筋與混凝土的粘結(jié)性能是鋼筋混凝土工作的前提,玻璃纖維筋混凝土由于其熱膨脹系數(shù)接近水泥，因此GFRP筋與混凝土粘結(jié)握裹力更強(qiáng)。

玻璃纖維筋可按設(shè)計(jì)施工的要求生產(chǎn)各種不同截面和長(zhǎng)度的標(biāo)準(zhǔn)及非標(biāo)準(zhǔn)件，現(xiàn)場(chǎng)綁扎可用非金屬拉緊帶，操作簡(jiǎn)單。

目前國(guó)內(nèi)外均對(duì)GFRP筋混凝土構(gòu)件做了研究，國(guó)外的研究和使用更為深入和廣泛。文獻(xiàn)［1］研究發(fā)現(xiàn)GFRP筋應(yīng)力－應(yīng)變曲線沒(méi)有明顯的屈服階段，在設(shè)計(jì)中合理地控制GFRP筋的配筋率可充分發(fā)揮材料的強(qiáng)度,同時(shí)GFRP筋表面噴砂可有效地提高GFRP筋與混凝土的粘結(jié)力，有助于應(yīng)力的傳遞和重分布。文獻(xiàn)[2]試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)受彎試驗(yàn)結(jié)果表明，GFRP筋的配置較大幅度改善了預(yù)應(yīng)力混凝土管樁的受彎性能，同時(shí)受剪試驗(yàn)結(jié)果顯示，GFRP筋的配置提高了預(yù)應(yīng)力混凝土管樁的受剪性能。

2 設(shè)計(jì)理論及構(gòu)造

2.1 材料性能

GFRP筋的纖維含量（重量比）應(yīng)為70%～80%，密度應(yīng)為1800kg/m3～2100kg/m3,GFRP筋的力學(xué)性能應(yīng)符合下表。

公稱直徑 抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值fk(MPa)彈性模量Ef(GPa)d＜10 ≥700剪切強(qiáng)度f(wàn)v(MPa)極限拉應(yīng)變(%)10≤d＜16 ≥650 16≤d＜25 ≥600 25≤d＜34 ≥550 34≤d ≥500≥110 ≥1.2 ≥40

2.2 設(shè)計(jì)計(jì)算

GFRP筋的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值應(yīng)按下式確定：

式中：fd-GFRP筋的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；

fk-GFRP筋的抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值；

γf-GFRP筋材料的分項(xiàng)系數(shù)，取1.4；

γe-GFRP筋材料的環(huán)境影響系數(shù)，對(duì)臨時(shí)性混凝土支護(hù)結(jié)構(gòu)，可取1.0；對(duì)主體結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的抗浮錨桿，可取1.6（強(qiáng)堿環(huán)境中取2.0）。

GFRP筋混凝土支護(hù)結(jié)構(gòu)的正截面受彎承載力，應(yīng)按下列基本假定進(jìn)行計(jì)算：

①截面應(yīng)變保持平面；

②不計(jì)入混凝土的抗拉強(qiáng)度；

③混凝土的受壓應(yīng)力應(yīng)變曲線應(yīng)按現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《混凝土構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50010）的有關(guān)規(guī)定執(zhí)行；

④受拉GFRP筋的應(yīng)力應(yīng)取GFRP筋應(yīng)變與其彈性摸量的乘積，但其絕對(duì)值不應(yīng)大于其抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；

⑤不計(jì)入受壓區(qū)GFRP筋的影響。

沿周邊均勻布置縱向GFRP筋的圓形截面GFRP筋混凝土受彎構(gòu)件正截面承載力（見(jiàn)下圖）應(yīng)按下式計(jì)算。

上圖為沿周邊均勻布置縱向GFRP筋圓形截面受彎構(gòu)件正截面承載力計(jì)算圖示。

式中：A-圓形截面面積(mm2)；

AF-縱向受拉GFRP筋的截面面積(mm2)；

Ef-GFRP筋的彈性模量(MPa)；

r-圓形截面半徑（mm）；

rs-縱向GFRP筋重心所在圓周的半徑（mm）；

α-對(duì)于受壓區(qū)混凝土截面面積的圓心角（rad）與2π的比值（%）；

αt-縱向受拉GFRP筋與全部縱向GFRP筋截面面積的比值，當(dāng) α＞0.625時(shí)，取αt=0；

k-設(shè)計(jì)彎矩調(diào)整系數(shù)，取1.4；

αb-界限受壓圓心角。

2.3 構(gòu)造要求

GFRP筋混凝土保護(hù)層厚度同普通鋼筋,GFRP筋的錨固長(zhǎng)度應(yīng)通過(guò)試驗(yàn)確定,無(wú)試驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)，錨固長(zhǎng)度可按文獻(xiàn)[3]公式(4.8.2)計(jì)算，且GFRP筋的最小錨固長(zhǎng)度不應(yīng)小于35d，當(dāng)錨固長(zhǎng)度不足時(shí)，應(yīng)采用可靠的機(jī)械錨固措施。梁縱向受力的GFRP筋之間的凈間距應(yīng)符合《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50010）的有關(guān)規(guī)定。GFRP筋筋連接可采用忙扣連接、綁扎搭接或其他可靠連接措施，采用卡口連接時(shí)，卡口型號(hào)應(yīng)與筋材直徑相適應(yīng)，每根筋材連接端的卡口數(shù)量應(yīng)根據(jù)力學(xué)實(shí)驗(yàn)確定，且不得少于2個(gè)。

3 施工措施

3.1 一般要求

施工前應(yīng)編制施工組織設(shè)計(jì)，GFRP筋材應(yīng)綁扎成捆裝卸和運(yùn)輸。裝卸時(shí)應(yīng)在吊點(diǎn)采取加固措施，防止吊繩因應(yīng)力過(guò)度集中擠斷，壓碎桿體，應(yīng)避免油污、撞擊，注意桿體不被損傷。吊裝GFRP筋時(shí)，應(yīng)采取措施，避免GFRP筋過(guò)度彎曲。

GFRP筋作為灌注樁的主要受力筋時(shí)，宜采用整根筋材，錨入冠梁內(nèi)的GFRP筋應(yīng)采取有效保護(hù)措施，避免樁頭破除過(guò)程中受到破壞。當(dāng)采用對(duì)GFRP筋材采取保護(hù)措施比較困難或難乏以實(shí)施時(shí)，可采用“籠中籠”的方式。GFRP筋籠在運(yùn)輸?shù)醴胚^(guò)程中應(yīng)采取措施保證其不變形、不扭曲，必要時(shí)應(yīng)加固處理。GFRP筋應(yīng)進(jìn)行試吊驗(yàn)試吊裝的可靠性?；炷凉嘧⑦^(guò)程中應(yīng)采取措施防止出現(xiàn)浮籠，以彎距為主要受力的冠梁、腰梁可采用GFRP筋作為縱向鋼筋，冠梁施工前需預(yù)先破除支護(hù)樁樁頭至設(shè)計(jì)標(biāo)高，當(dāng)GFRP筋材直接錨入冠梁，破除時(shí)應(yīng)采取有效防護(hù)措施，避免破壞支護(hù)樁GFRP筋，腰梁與支護(hù)樁應(yīng)采取可靠的連接固定方式，施工過(guò)程中應(yīng)避免破壞支護(hù)樁GFRP筋，當(dāng)冠梁、腰梁分段施工時(shí)，施工縫宜留在1/3跨度處，留設(shè)部位應(yīng)采取加強(qiáng)措施，鑿除混凝土?xí)r不應(yīng)破壞GFRP筋。

3.2 施工監(jiān)測(cè)

GFRP筋應(yīng)用應(yīng)用于地下工程監(jiān)測(cè)項(xiàng)目應(yīng)滿足現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》（JGJ 120）的相關(guān)要求；同時(shí)，該應(yīng)對(duì)GFRP筋混凝土構(gòu)件中筋材的應(yīng)力進(jìn)行監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)內(nèi)容應(yīng)包括水平位移、豎向位移，側(cè)斜、土壓力，空隙水壓力、桿體內(nèi)力監(jiān)測(cè)等。

圖1

配置GFRP筋基坑支護(hù)工程及樁基工程的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目應(yīng)與工設(shè)設(shè)計(jì)、施工方案相匹配應(yīng)針對(duì)監(jiān)測(cè)對(duì)象的關(guān)鍵部位，應(yīng)進(jìn)行重點(diǎn)觀測(cè)，監(jiān)測(cè)項(xiàng)目應(yīng)配套并形成有效的、完整的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。配置GFRP筋的基坑支護(hù)工程及樁基工程的監(jiān)測(cè)期應(yīng)從工程施工前開(kāi)始，直至地下工程完成為止，對(duì)有特殊要求的地下工程周邊環(huán)境的監(jiān)測(cè)應(yīng)根據(jù)需要延續(xù)至變形趨于穩(wěn)定后結(jié)束。

4 工程實(shí)例

項(xiàng)目位于安徽省合肥市蜀山區(qū)山湖路西側(cè)，基坑周邊有距離很近的高層的多層建筑。基坑支護(hù)有效深度為6.15～7.40m，基坑較深，周邊有建筑物、構(gòu)筑物需要保護(hù)，故需進(jìn)行基坑支護(hù)設(shè)計(jì)。支護(hù)設(shè)計(jì)除保護(hù)上述周邊建筑外，同時(shí)保證地下室基礎(chǔ)施工安全。地質(zhì)剖面圖見(jiàn)圖1。

圖2

圖3

本工程支護(hù)范圍內(nèi)巖土層簡(jiǎn)單，自上而下依次為：雜填土-黏土-強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)砂巖，影響基坑支護(hù)的地下水主要為-雜填土中的上層滯水，土層分布相對(duì)穩(wěn)定，①層雜填土層厚0.50～1.10m，平均0.83m，②層黏土層厚：6.90m～9.10m，層強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)砂巖：最大層厚5.20m。

設(shè)計(jì)經(jīng)綜合分析本工程特征，經(jīng)多方案經(jīng)濟(jì)、技術(shù)比較，基坑采用鋼筋混凝土支護(hù)樁＋坑內(nèi)斜撐支護(hù)，見(jiàn)圖2、圖3。后經(jīng)過(guò)進(jìn)一步優(yōu)化，樁內(nèi)鋼筋采用玻璃纖維筋替換，最終采用方案見(jiàn)圖4、圖5。

圖4

圖5

本工程基坑周邊設(shè)62根樁徑900mm支護(hù)樁，樁長(zhǎng)10.85m；坑內(nèi)斜撐樁24根，樁徑900mm，樁長(zhǎng)4m。經(jīng)對(duì)比，采用GFRP筋能獲得相同的承載力，同時(shí)節(jié)省鋼筋量約20t,節(jié)省造價(jià)約8萬(wàn)元人民幣。

5 結(jié)束語(yǔ)

GFRP筋具有優(yōu)于普通鋼筋的很多地方，易于運(yùn)輸儲(chǔ)存等，在同等承載力的情況下，可以獲得較好的經(jīng)濟(jì)效益，目前GFRP筋在地下工程尤其是各種支護(hù)工程中發(fā)揮了非常好的效益，GFRP筋的應(yīng)用研究也在不斷的拓展，相信經(jīng)過(guò)工程師的探索，GFRP筋的應(yīng)用范圍將更為廣泛。