中交隧道局第五工程有限公司
摘要：玻璃纤维筋（GFRP）现阶段越来越多的应用在基坑围护结构中，特别是在地铁施工中，先施工围护结构为后续规划线路提供穿越条件，在穿越区部位采用玻璃纤维筋代替普通钢筋，便于盾构机穿越过程中切割围护结构，减小盾构机刀盘切割围护结构钢筋产生的磨损。玻璃纤维筋钢筋笼的吊装极易产生较大的安全风险，但现阶段国家及行业尚无明确的相关技术要求，这对地下连续墙玻璃纤维筋钢筋笼的安全顺利吊装来说是一个全新的挑战。文章通过苏州地铁3号线16标工业园站地下连续墙玻璃纤维筋钢筋笼的制作及吊装施工，对玻璃纤维筋的制作、桁架筋的设置、吊点设置及吊装提出新的控制技术，为地下连续墙玻璃纤维筋钢筋笼的顺利吊装提供了技术和安全保障。
关键词：玻璃纤维筋（GFRP）；U型卡；桁架筋；制作；吊装
一、概述
苏州地铁3号线16标工业园站为地下两层岛式结构，车站长度为488.72m，标准段宽度20.7m，挖深15.98～16.66m，车站总建筑面积24095.9m2。地下连续墙厚800mm，深29.5m、32m，共计184幅。
为满足后期8号线下穿条件，在工业园站北侧N7~N11（5幅），南侧S7~S11段（5幅）地下连续墙在-17.3m~-25.8m标高范围内，采用玻璃纤维筋代替普通钢筋制作钢筋笼，玻璃纤维筋段地下连续墙厚均为800mm，深29.5m，每幅宽5~6m。见图1.1所示。
附图1.1玻璃纤维筋段地下连续墙平面示意图
二、玻璃纤维筋与普通钢筋对比
1、玻璃纤维筋概述
⑴概念：玻璃纤维筋的特点是含碱量一般小于1%的无碱玻璃纤维无捻粗纱或者高强玻璃纤维无捻粗纱和树脂基体（环氧树脂、乙烯基树脂）、固化剂等材料，在工厂里通过成型固化工艺复合而成的筋材，简称玻璃纤维筋。
⑵外观：玻璃纤维筋的外观形状一般为螺纹形式，表面质地要求均匀，并且无气泡和裂纹，其螺纹牙形和牙距整齐，没有损伤。
⑶树脂基体：树脂基体经常采用乙烯基和环氧树脂体系或乙烯基树脂和环氧树脂混合树脂，这种材料的使用使其满足了产品物理、耐久性要求，但是原料聚合物严禁含有任何聚酯成分。
⑷密度：玻璃纤维筋材料的密度在1.9g/cm3～2.2g/cm3之间。
⑸规格：玻璃纤维筋直径范围一般为10mm～36mm，直径规格为12mm、16mm、18mm、20mm、22mm、25mm、28mm。见图2.1所示。
图2.1常用玻璃纤维筋型号示意图
2、玻璃纤维筋与普通钢筋对比的优缺点
⑴优点
①玻璃纤维筋具有承载能力高和抗拉能力强，同等直径杆体强度是普通螺纹钢筋的两倍，但质量只有普通钢筋的1/4；
②弹模稳定，约为钢筋的1/3～2/5；
③电热绝缘和热膨胀系数接近水泥；
④具有良好的耐腐蚀性，常使用在潮湿或腐蚀性环境中；
⑤切割性优良，抗剪性能较低和抗拉强度高，和混凝土有很好的黏结性，可以很容易的被盾构机直接切割，而不会造成异常的刀具损坏。
⑵缺点
①相较于普通钢筋，玻璃纤维筋必须在工厂内定型制作而成，由于现场无法进行加工，所以给工厂技术交底要精确控制下料尺寸，一旦下料错误将很难弥补容易造成废料，因此下料交底要严格复核。
②璃纤维筋的弹性模量小，是典型的脆性材料，由于玻璃纤维筋材质上抗弯、抗剪承受能力比普通钢筋差，故稳定性不及普通钢筋笼，在吊装及下笼拆除时易发生安全问题，需要安全管理人员特别关注。
③由于玻璃纤维筋较轻，在浇筑过程中易产生钢筋笼上浮现象。
三、玻璃纤维筋半成品加工注意事项
由于玻璃纤维筋弹性模量小，是典型的脆性材料，故玻璃纤维筋需在厂家按设计下料尺寸加工成型。见图3.1所示。
玻璃纤维筋到场后不能进行弯折等调整措施，所以提料前要先制作精准的钢筋配料单，保证钢筋加工的准确性。玻璃纤维筋在工厂需先加工出样品，经技术人员核对无误后方可大量加工。
四、玻璃纤维筋钢筋笼制作及吊装方案对比
1、方案描述
本工程施工前期共提出两种钢筋笼制作及吊装方案。
图3.1玻璃纤维筋半成品示意图
方案一：普通钢筋笼与玻璃纤维筋钢筋笼分节制作并分节吊装。
普通钢筋笼与玻璃纤维筋钢筋笼分开制作成两套钢筋笼，吊装分两次进行。第一次先吊装玻璃纤维筋钢筋笼，待玻璃纤维筋钢筋笼起吊并下放至合适高度后，固定在地墙两侧导墙上，再起吊普通钢筋笼至玻璃纤维筋钢筋笼正上方后缓慢下放，普通钢筋笼与玻璃纤维筋钢筋笼纵向主筋一一对应后，采用U型卡将纵向主筋进行搭接固定，待所有纵向主筋固定完毕后，再整体下放至设计标高。
方案二：普通钢筋笼与玻璃纤维筋钢筋笼整体制作并整体吊装。
普通钢筋与玻璃纤维筋整体采用U型卡连接并加工成型，整体吊装。
2、方案优缺点对比
⑴方案一优点：
①普通钢筋笼与玻璃纤维筋钢筋笼分开制作，交叉施工影响较小；
②两钢筋笼可同时制作，缩短了钢筋笼制作时间；
③单幅钢筋笼重量较轻、容重均匀、吊点少、易于吊装、吊装安全性较高；
⑵方案一缺点：
①钢筋笼分开制作需要两处钢筋笼加工场地，对于场地较小的车站具有局限性；
②单幅地墙钢筋笼共需吊装两次，吊装次数增加，吊装时间增长；
③上下钢筋笼连接需要起吊上部钢筋笼与下部钢筋垂直进行连接施工，对吊车司机技术水平要求较高，同时上下钢筋需要一一对应搭接1.5La（本工程计算为1.2m）进行连接，连接难度较大；
⑶方案二优点：
①钢筋笼整体制作，仅需要一处钢筋笼加工场地，对于场地较小的车站比较适用；
②单幅地墙钢筋笼整体吊装一次并且一次性下放到位、吊装次数少，吊装时间短；
③上下钢筋笼直接在加工场地搭接连接，连接较为方便，连接质量有保证；
⑷方案二缺点：
①普通钢筋笼与玻璃纤维筋钢筋笼在一处场地整体制作完毕，由于施工工艺不一致，交叉施工影响较大；
②钢筋笼整体制作时间较长；
③单幅钢筋笼重量较重、容重不均匀、吊点多且不易设置、吊装对于钢筋笼整体稳定性要求较高，不易吊装、吊装安全隐患较大；
3、方案选择
两种方案的选择受施工场地的影响较大，且均具有可行性。考虑到工业园站地下连续墙施工场地具有局限性，场地较为狭小，且为保证两节钢筋笼的连接质量，本工程选用方案二，普通钢筋笼及玻璃纤维筋钢筋笼整体制作并整体吊装。
本文章将两种方案技术分别进行阐述，为后续采用不同方案进行施工提供技术指导。
五、现场玻璃纤维筋钢筋笼绑扎制作
根据设计图纸配筋要求，地下连续墙钢筋笼分上下两部分，上半部分为普通钢筋笼，下半部分为玻璃纤维钢筋笼。钢筋笼总长为28.5m，在标高-17.3m以上为普通钢筋笼，在-17.3m以下为玻璃纤维钢筋笼。上部普通钢筋笼制作不多叙述，下部玻璃纤维钢筋笼制作要点如下：
⑴玻璃纤维钢筋笼配筋型式与普通钢筋笼配筋型式相同，将设计要求标高范围内同型号普通钢筋变换为玻璃纤维筋。
⑵璃纤维筋要在厂商按设计下料尺寸定型制作完成，提料前先制作精准的钢筋下料单，保证钢筋加工的准确性。
⑶玻璃纤维筋进场后首先要对厂家或检测机构出具的玻璃纤维筋产品合格证、质量保证书、检测报告，对品种、规格、色泽和数量进行验收，对照技术交底尺寸严格检查半成品纤维筋尺寸，合格后方可卸车。
⑷玻璃纤维筋在搬运过程中应轻拿轻放，严禁抛掷和撞击。
⑸玻璃纤维筋存放堆码时应保持平放置，及时覆盖避免长期爆晒，杆体防止污染。
⑹玻璃纤维筋在帮扎连接时主筋受力部分，采用钢制U型卡连接，U型卡应与筋材直径相匹配，一般每根筋材连接端的U型卡数量不得少于两个，锚固搭接长度不得小于1.5La。见图5.1及图5.2所示。
图5.1玻璃纤维筋与普通钢筋绑扎搭接示意图
图5.2玻璃纤维筋与普通钢筋绑扎搭接施工图
⑺除主筋连接外，其余部分连接一般采用铁丝绑丝或者尼龙绳进行绑扎，绑扎搭接长度不得小于1.5La。
⑻钢筋笼采用锁扣管接头型式，加工制作要点与普通钢筋笼加工制作要点相同。
玻璃纤维筋钢筋笼制作详见图5.3所示。
图5.3玻璃纤维钢筋笼制作
六、玻璃纤维钢筋笼桁架筋设置
⑴纵向桁架筋设置。纵向桁架筋设置与普通钢筋笼设置方式一致，纵向桁架筋设置四道，下部设置间距及位置与上部普通钢筋笼位置对应，在两节钢筋笼对接过程中，纵向桁架主筋与上部采用U型卡对应连接，每根筋材连接端的U型卡数量不得少于两个，锚固搭接长度不得小于1.5La。
玻璃纤维筋钢筋笼纵向桁架主筋及斜撑均采用Φ28玻璃纤维筋。斜撑布置间距1m，同时为了增加钢筋笼整体性，在纵向桁架筋中增加普通钢筋斜撑（下放钢筋笼过程中拆除），普通钢筋斜撑与玻璃纤维筋斜撑组成X型，见图6.1所示。
图6.1纵向桁架筋示意
⑵横向桁架筋设置。横向桁架筋在每处吊点位置共设置三道，每道横向桁架中设置不少于4道X型斜撑钢筋，横向桁架斜撑钢筋在导管位置的两道X型斜撑钢筋采用普通HRB400Φ28钢筋（下放钢筋笼过程中需拆除），其他桁架主筋及斜撑钢筋均采用X型玻璃纤维筋，见图6.2所示，纵向及横向桁架筋设置见图6.3所示。
图6.2横向桁架筋示意图
图6.3玻璃纤维筋钢筋笼纵向及横向桁架筋设置示意图
七、玻璃纤维钢筋笼吊装
1、方案一：普通钢筋笼与玻璃纤维筋钢筋笼分节吊装
⑴起吊方式的选择
钢筋笼总长为28.5m，上部为普通钢筋，下部为玻璃纤维钢筋，考虑普通钢筋与玻璃纤维钢筋容重不一致，钢筋笼重心偏上，玻璃纤维筋柔性较大等因素，钢筋笼加工时分两节进行加工，吊装分两节进行吊装。
上部钢筋起吊方式与其他地下连续墙钢筋笼起吊方式相同，不做叙述。
下部玻璃纤维钢筋笼总长为9.7m，主筋为25钢筋，搭接长度为1.5La=1.5*32*0.025=1.2m。起吊方式采用纵向三点横向两点整体起吊。
⑵吊点布置
①钢筋笼横向吊点设置
钢筋笼采用横向两点起吊。见图7.1所示。
图7.1玻璃纤维筋钢筋笼横向吊点布设
根据弯矩平衡定律可得AB=0.207L，BC=0.586L
按玻璃纤维筋钢筋笼总宽度L，吊点按0.207L、0.586L和0.207L布设为宜。
②下部玻璃纤维筋钢筋笼纵向吊点设置
下部玻璃纤维钢筋笼长为9.7m，钢筋笼纵向吊点设置三点，横向布置两个吊点，当钢筋笼处于垂直状态时，钢筋笼顶设置四个吊环进行起吊。见图7.2所示。
图7.2钢筋笼纵向吊点布设
根据弯矩平衡定律，计算可得：
故：L2=2L1且2L1+2L2=9.7m
计算得：L1=1.27m；L2=3.6m
根据实际吊装经验和吊具的实际情况，在确定的分段标准的基础上做些调整。调整为：1.5m+3.35m+3.35m+1.5m，即副吊吊点之间距离为3.35米。主副吊吊点之间距离为3.35米，见图7.3所示。
图7.3下部玻璃纤维钢筋笼纵向吊点布置示意图
⑶钢筋笼吊装
玻璃纤维钢筋笼采用200t和80t两个履带吊同时起吊，顶部两个主吊点采用200t履带吊起吊，下部四个幅吊点采用80t履带吊起吊。主吊钩和副吊钩将平放在地面上的钢筋笼吊起一定高度后，再起升主吊钩，下放副吊钩；到垂直时，用200t履带吊将钢筋笼向槽段内放下，下放过程中应随时拆除玻璃纤维钢筋笼内增加的普通钢筋桁架，下放至上部临时搁置点后，用扁担梁将玻璃纤维钢筋笼固定在导墙上。
待玻璃纤维钢筋笼稳固之后，拆除主吊点吊具，开始进行上部普通钢筋笼起吊，上部钢筋笼起吊过程同其他地下连续墙钢筋笼吊装过程一致，待上部钢筋笼下放至槽段上部后，微调钢筋笼高度、位置及角度，使上下钢筋笼主筋一对一对应，并满足1.5La=1.2m搭接长度之后，用U型卡将玻璃纤维筋与普通钢筋纵向主筋一对一卡紧，每根筋材连接端的U型卡数量不得少于两个，见图7.4所示。
图7.4普通钢筋与玻璃纤维筋垂直吊装连接示意图
待全部纵向主筋搭接完毕之后，起吊钢筋笼，拆除临时搁置点扁担梁，按照地下连续墙下放步骤进行钢筋笼下放及吊具拆除。
钢筋笼下降到预设标高稳定后，测量人员然后复测笼顶标高是否达到设计标高，若大于施工误差，则将钢筋笼重新吊离搁置钢，按计算后结果在搁置钢下垫入钢板。
钢筋笼吊装前需编制钢筋笼吊装专项方案，经专家评审并经报批后方可进行吊装。
2、方案二：普通钢筋笼与玻璃纤维筋钢筋笼整体吊装
⑴起吊方式的选择
钢筋笼总长为28.5m，上半部为玻璃纤维钢筋，上半部为普通钢筋。上半部玻璃纤维钢筋笼总长为9.7m，主筋为25钢筋，搭接长度为1.2m。上半部普通钢筋笼总长为20m，起吊方式采用纵向五点，横向两点整体起吊。
⑵吊点布置
①钢筋笼横向吊点设置
钢筋笼采用横向两点起吊。吊点设置方式同方案一一致。
②钢筋笼纵向吊点设置
钢筋笼总长为28.5m，上半部普通钢筋笼长为20m，下半部玻璃纤维钢筋笼总长为9.7m，搭接长度为1.2m。在钢筋笼纵向布设五个吊点，横向布设两个吊点，将钢筋笼垂直吊起状态时，钢筋笼顶分别采用四个吊环将其吊起。
根据钢筋笼重，利用力矩平衡定律，再根据实际搭接位置、吊装经验和吊具的实际情况，吊点间距设置为：1m+6.5m+6m+6m+7m+2m，主吊前两个吊点间距离为6.5米，后两个吊点间距离为6米，副吊吊点之间距离为7米。主副吊吊点之间距离为6米，见图7.5所示。
图7.5钢筋笼纵向吊点布置示意图
⑶钢筋笼吊装
整体钢筋笼采用200t和80t两个履带吊同时起吊，顶部六个主吊点采用200t履带吊起吊，下部四个幅吊点采用80t履带吊起吊，起吊严格遵守：签发吊装令→吊车就位、安放吊具→钢筋笼试吊→空中回直→钢筋笼吊运→钢筋笼入槽→钢筋笼下放到位的吊装过程，吊装过程中注意事项及吊装配合工作均与普通钢筋笼吊装一致。
吊装过程中需要时刻注意普通钢筋与玻璃纤维筋搭接位置的变形情况，特别是在钢筋笼双车起吊并回直过程，司索工、指挥长、安全员要全过程旁站，保证吊装顺利。
钢筋笼吊装前需编制钢筋笼吊装专项方案，经专家评审并经报批后方可进行吊装。
图7.6玻璃纤维筋钢筋笼下放
八、结语
通过苏州地铁16标工业园站地下连续墙玻璃纤维筋钢筋笼的成功制作及吊装技术研究，可得到以下结论：
1、本研究通过对普通钢筋笼与玻璃纤维筋钢筋笼的整体制作及吊装的技术方案提出和成功的施工案例，证明了两种材质钢筋笼整体制作及吊装的可操作性。
2、由于玻璃纤维筋材质抗弯、抗剪承受能力较差，故稳定性较差，钢筋笼在起吊及下放过程中极易产生散架而产生安全和质量事故。经研究，对于幅宽不大于6m的地下连续墙钢筋笼，采用以下技术措施可以很好的提高钢筋笼的整体稳定性，满足吊装要求。同时增加的桁架加强筋在下笼过程拆除后仍能保证钢筋笼的整体稳定性。
⑴纵向桁架筋设置：玻璃纤维筋段纵向桁架设置4道，通长主筋采用玻璃纤维筋、斜撑采用普通钢筋斜撑与玻璃纤维筋斜撑组成X型，斜撑间距设置1m为宜；
⑵横向桁架筋设置：横向桁架筋在吊点位置设置不少于三道，每道横向桁架中设置不少于4道X型斜撑钢筋，导管位置的两道X型斜撑钢筋采用普通HRB400Φ28钢筋，其他桁架主筋及斜撑钢筋均采用X型玻璃纤维筋；
⑶设置的普通钢筋斜撑在起吊过程中用于增加钢筋笼的整体稳定性；后续钢筋笼在下放过程中对普通钢筋斜撑进行拆除，未拆除的玻璃纤维筋桁架及斜撑仍能够保证钢筋笼下放过程中的整体稳定性；
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