玻璃纤维筋在深基坑围护结构中的运用研究

摘要：为解决远期地铁盾构区间下穿地铁车站时与先期车站围护结构冲突的问题，以中和街站围护结构为背景，对远期盾构隧道穿越区域采用玻璃纤维筋进行替换。计算得出，玻璃纤维筋采用与上部普通钢筋相同的直径满足受力要求。施工监测得出，在基坑底以下地连墙剪力较小部分采用玻璃纤维筋替换普通钢筋能确保车站基坑的施工安全。本站地连墙局部采用玻璃纤维筋替换普通钢筋取得了理想效果，可为类似工程提供参考。

关键词：玻璃纤维筋、地连墙、盾构隧道

中图分类号：U45文献标识码： A

1工程概况

1.1线路概况

中和街站为宁和城际轨道交通工程中间站，本期实施线路与远期7号线线路在中和街车站范围内呈90度平面交叉。本期中和街车站为明挖两层岛式车站，车站覆土3.5m，远期7号线隧道从本站底板下穿过，隧道结构距离本站底板净距1.6m。

1.2地质概况

中和街站位于长江高漫滩平原地貌单元，地势平坦，近地表由全新统粉质黏土、粉土、粉细砂等组成。地下水以潜水为主，水位高度为地面以下1～1.5m，地下水受长江和内河补给，水位变化不大。

此站所处场地地层依次为：①-1杂埴土、①-2素填土、②-2b4淤泥质粉质黏土（夹粉砂）、②-3d3粉砂、②-4d2粉细砂、②-5d1粉细砂、②-5b2黏土。车站底板位于②-3d3粉土、②-4d2粉细砂地层内。远期线隧道位于②-4d2粉细砂地层内。

2围护结构方案

2.1围护结构类型

在软土含水地层中，常用深基坑围护形式主要有：SMW工法桩、钻孔灌注桩+止水帷幕、地连墙。其中，SMW工法桩施工简单、造价低，但围护结构变形大，在较浅基坑中运用较多；钻孔灌注桩+止水帷幕施工时止水效果受地层均匀程度和施工水平影响大，易出现桩间漏水；地连墙整体刚度大，止水效果优良。

本站处于长江下游冲积软土地层内，地层软弱且含水量大，地层主要以饱和粉细砂层和淤泥质地层为主。本站标准段基坑深度约15.5m，主要开挖地层为①-1杂埴土、②-2b4淤泥质粉质黏土（夹粉砂）、②-3d3粉砂、②-4d2粉细砂，透水性强，含水量高，侧压力系数大，因此围护结构选用整体刚度大且止水效果好的地连墙。

2.2线路交叉处围护结构处理方案

本站围护结构选用地连墙，其内部纵向钢筋较多，在线路交叉处，钢筋将成为远期线隧道施工的障碍，因此必须采用有效措施避免本期车站基坑围护结构对远期线隧道的影响。

本站围护结构需为后期隧道尽量预留宽松的施工条件，因此局部采用玻璃纤维筋代替普通钢筋，后期盾构机可以轻松切断围护结构内的钢筋，顺利通过围护结构。

本站玻璃纤维筋替换区域需保证基坑地连墙的整体性和安全性。将远期线隧道与本站围护结构平面相交部分5幅6米长地连墙局部改为玻璃纤维筋（如图2-1所示），竖向玻璃纤维筋布置范围为远期线隧道轮廓两侧3米、隧道下部5米范围，为后期线路调整提供空间（如图2-2所示）。

图2-1 玻璃纤维筋地连墙平面布置范围

图2-2 玻璃纤维筋在地连墙中的竖向布置范围

3围护结构设计计算

地连墙主要承担侧向土压力，对有玻璃纤维筋地段的地连墙进行计算，根据计算结果选择替换钢筋直径。根据地质报告，车站基坑范围内各地层参数如表3-1所示。

表3-1 围护结构计算参数

车站基坑深15.5m，宽19.5m，竖向共设置4道支撑，第一道支撑为混凝土支撑，其他均采用钢管支撑。经计算，地连墙内力如下：

（1）地连墙内侧最大弯矩682.94 kN.m，外侧最大弯矩570.61 kN.m；内侧最大剪力412.02 kN，外侧最大剪力620.08 kN。

（2）玻璃纤维筋替换区域，地连墙内侧最大剪力272kN,外侧最大剪力71kN,内侧最大弯矩679kN.m，外侧最大弯矩274kN.m。

（3）围护结构弯矩及剪力最大位置处于基坑开挖范围内，玻璃纤维筋替换位置位于车站底板以下，弯矩和剪力相对很小。

根据内力计算结果，对地连墙配筋。上部地连墙采用普通钢筋，纵向主筋采用单排D25@100mm，抗剪钢筋采用D12@150mm（加强区域100mm）。

相同直径的玻璃纤维筋跟普通钢筋相比，具有相大的抗拉和抗弯刚度，但是抗剪强度比普通钢筋小。玻璃纤维筋力学参数如表3-2所示。

表3-2 玻璃纤维筋力学参数

玻璃纤维筋替换区域的地连墙内力比上部普通钢筋区域小，为保证下部被替换区域地连墙的安全，主筋和箍筋均采用与上部普通钢筋等直径的玻璃纤维筋。经计算，替换区域的玻璃纤维筋抗弯刚度、抗拉强度和抗剪强度均满足受力要求。

玻璃纤维筋与普通钢筋采用U型卡口连接，为保证盾构切割玻璃纤维筋时不抽出玻璃纤维筋，同时满足受力锚固要求，玻璃纤维筋与普通钢筋的搭接长度按普通钢筋搭接长度1.3倍取用。

4围护结构监测

在主体基坑施工过程中，取相临两个断面对围护结构水平位移进行监测，一个断面为全部采用普通钢筋地连墙，一个断面为局部采用玻璃纤维筋地连墙。水平位移监测点从地连墙顶面向下间距0.5米设置。

根据施工监测、分析得出：

1）地连墙位移随着深度增加而增大，最大位移出现在基坑开挖至基底，第5道支撑架设计之前，因为基坑深、淤泥质地层侧向压力系数大，围护结构位移较大。

2）地连墙水平向位移最大值出现在基坑开挖至对应支撑设计标高后、支撑尚未架设前，当支撑架设后，支撑位置围护结构位移不再持续增大。

3）局部采用玻璃纤维筋的地连墙水平位移与采用普通钢筋地连墙水平位移趋势相同，这说明玻璃纤维筋与普通钢筋连接后，地连墙整体水平受力方式与普通钢筋无区别。

4）局部替换为玻璃纤维筋后地连墙水平位移与全部采用普通钢筋地连墙水平位移差别很小，说明本工程中选用的玻璃纤维筋地连墙在抗弯性能上与普通钢筋地连墙相差不大。

5）基坑底以下地连墙体所受剪力比基坑开挖部分小，玻璃纤维筋抗剪强度能满足地连墙设计剪力要求，未出现地连墙裂缝漏水现象。

5结论

目前宁和城际中和街站基坑已施工完毕，本工程在远期线与车站地连墙相交处采用玻璃纤维筋替换普通钢筋的方法，满足本期基坑施工受力要求，确保了本期基坑施工安全，同时为远期隧道预留了足够施工空间。为类似工程提供了宝贵经验：

1）在围护结构剪力较小部位，局部使用玻璃纤维筋替换普通钢筋的方法，充分利用玻璃纤维筋抗拉抗弯强度高、抗剪强度低的特点，既能满足结构受力要求，也可以为后期隧道施工预留条件。

2）在软土地层内，局部采用玻璃纤维筋替换主筋的地连墙在满足受力要求时，围护结构变形小，无裂缝、漏水等现象。

3）玻璃纤维筋与普通钢筋之间采用U型卡口连接安全可靠，连接效果能满足地连墙吊装和结构受力要求。

参考文献

[1]王伟，付凯.玻璃纤维筋锚具研制及其力学性能试验研究[J]，土木工程学报，2010（增）：194-197

[2]罗毅，郑乐怡，李吉涛等.玻璃纤维筋混凝土构件的设计原理[J]，华南理工大学学报（自然科学版），2012.10（10）：71-74