玻璃纤维筋在桥梁工程的应用

玻璃纤维筋在桥梁工程的应用是怎样的？有哪些可以参考的工程？请看下文鲁班乐标编辑的文章。

玻璃纤维筋混凝土在轨道交通围护结构中常有应用，但在桥梁结构中尚不多见。结合上海轨道交通15号线区间穿越张家塘港桥桩基工程，介绍和分析了玻璃纤维筋材料的物理力学性质；利用玻璃纤维筋混凝土桩基替代普通钢筋混凝土桥梁桩基，解决了桥梁基础体系转化时结构承载力问题。这可供类似工程参考。

随着上海轨道交通网络规模的不断扩大，轨道交通工程建设环境面临着新老线路之间交叉穿越以及盾构区间穿越既有建（构）筑物等一系列问题。在工程建设中要充分利用新技术、新工法、新工艺才能解决这一问题。

1工程概况

建设中的上海轨道交通15号线全长约42.6km，均为地下线，全线盾构区间有8处穿越桥梁桩基。现以盾构机穿越张家塘港桥桩基为案例，介绍和分析玻璃纤维筋在桥梁结构体系转化中的技术应用。15号线上海南站站至百色路站盾构区间平面以弧线形式下穿张家塘港桥。此区间范围地面道路为城市次干路，既有桥梁跨径组合为（8+10+8）m，桥宽为39m，桥面为双向7车道，分4幅布置，共有90根ϕ600mm钢筋混凝土钻孔灌注桩桩基，其中55根桩基受到区间的影响。根据水务防汛要求，张家塘港施工期间不得断流；张家塘港桥东南角为污水管外排工程顶管工作井，市政管线错综，施工环境非常复杂。

桥梁改建方案为保留东侧1幅桥梁，改造西侧3幅桥梁，桥梁的跨径组合分别为（8+10+10）m、（10+10+10）m，桥梁宽度维持不变。施工期间利用原桥面翻交，施工分两阶段进行。横断面布置见图1。施工过程中，考虑到基坑开挖深度较深，同时为了减小围护结构对桥下过流断面的影响，先拆除各阶段老桥的上部结构，搭设施工用钢平台，对与区间隧道相冲突的桩基进行拔除及新建桩基施工；拆除钢平台，设置临时围护结构，进行墩台结构拆除与施工。桥梁围护结构主要采用单排/双排拉森钢板桩，局部采用“钢板桩+钻孔桩”形式，分为4个区分别实施。坑内加固采用高压旋喷桩，邻近既有建筑处坑外主动区采用MJS工法桩加固。

2玻璃纤维筋的性质

玻璃纤维筋是采用含量小于1％的无碱玻璃纤维无捻粗纱或者高强玻璃纤维（S）无捻粗纱、树脂基体（环氧树脂、乙烯树脂）、固化剂等材料，通过成型固化工艺复合而成的筋材。依据《土木工程用玻璃纤维增强钢筋》（JG/T406—2013），其材料物理力学性能如表1所示。

3玻璃纤维筋混凝土桩基的设计与应用

3.1玻璃纤维筋混凝土桩基布置

张家塘港桥在临时施工过程中需要保证双向4车道和2条人非通道的通行能力。在第一施工阶段，桥梁桩基位于15号线上行线隧道范围，钢筋混凝土桩基布置必须满足盾构区间要求。0号桥台承台挑臂长度4.27m，台后填土高度6.93m，1号桥墩承台挑臂长度5.02m，2号桥墩承台挑臂长度7.06m，3号桥台承台挑臂长度9.63m，台后填土高度为6.93m。经计算，由于墩台挑臂过大，因此1号～3号墩台下部结构承载能力不满足规范要求。

玻璃纤维筋具有强度高、与混凝土粘结性能好、热传导电传导能力低、强度与刚度稳定、好的抗冻融性等特点，适用于隧道范围内临时桩基布置，也便于后续盾构机切割桩基。桩基布置位置应尽量靠近盾构机中心线。根据桥梁桩基受力需要，每个墩台下需布置2根ϕ1000mm玻璃纤维筋混凝土桩基；因桩顶弯矩最大，所以在标高–16.0～–6m范围内全部布置玻璃纤维筋，在桩基其他范围内采用普通钢筋。玻璃纤维筋桩基布置如图2、图3所示（图2中黑圆点为玻璃纤维筋桩，圆圈为钢筋混凝土桩基）。

3.2玻璃纤维筋混凝土桩基设计

为了便于玻璃纤维筋下料，统一长度为15m。玻璃纤维筋的物理力学特性及试验研究表明，沿着周边均匀配制玻璃纤维筋的圆形截面偏心受压构件，在玻璃纤维筋破坏前，其抗拉强度呈完全的线弹性特征，可见玻璃纤维筋混凝土构件的破坏形态为脆性破坏。为了使混凝土受压破坏具有预兆性，需将构件设计为受压破坏的超筋结构。为此，玻璃纤维筋直径采用比普通钢筋提高一个等级（ϕ28mm）；同时，为了方便盾构机刀盘切割，采用水下C30混凝土。玻璃纤维筋布置如图4所示。

采用MIDAS/CIVIL（V2010）软件对结构进行计算分析（见表2），单桩–16.0～–6.0m范围内最不利结构效应出现在3号桥台。为了说明玻璃纤维筋的优越性，将素混凝土、普通钢筋混凝土截面桩基的承载能力、抗裂性能、工期、经济效益及盾构机切割工程中的相互关系，与玻璃纤维筋混凝土进行比较。盾构机切割范围内桩基材料比选见表3。

3.3玻璃纤维筋施工工艺

主筋之间搭接错开布置，玻璃纤维筋与主筋之间采用U形卡箍螺栓连接，与水平筋之间采用10号铁丝进行绑扎固定；玻璃纤维筋属于脆性材料，需进行多点吊装，在钢筋和玻璃纤维筋连接位置必须设置吊点，吊装时缓慢起吊以防止起吊挠度过大；钢筋笼离地面后静置检查整体受力变形情况，无异常后再进行安装施工。主筋之间绑扎形式如图5所示。

3.4玻璃纤维筋材料使用注意事项

玻璃纤维筋刚度低，容易变形，水平放置时应采取多点支撑；不得暴晒，以免过度受热膨胀；禁止在现场对已热固化的玻璃纤维筋进行冷加工；玻璃纤维筋装卸和运输过程中，不得抛掷和撞击。施工前应按照《土木工程用玻璃纤维筋增强筋》（JG/T406—2013）要求对产品进行验收，以满足设计要求。在进行加工运输时，注意自身防护以免被刺伤。

4结语

通过玻璃纤维筋在轨道交通地下连续墙施工中成功应用的经验，解决了上海轨道交通15号线盾构机穿越张家塘港桥工程中临时施工阶段承载能力缺陷问题，不仅为后续盾构机穿越预留了条件，还排除了安全隐患，节约了施工成本，缩短了工期，大大减少了外部恶劣环境的困扰。这可为类似桥梁设计和施工提供参考。

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