摘要：近些年，玻纤锚杆技术在边坡、隧道、矿山等工程建设当中都有一定程度应用，尤其在煤井的支护当中已得到较多设计部门认可。不过在超高层建筑当中，受到其自身的局限性、社会的认可度等多方面问题的影响，其推广力度仍然不够，还没有广泛得到使用，不过其特点促使其在建筑工程航而言有着非常广阔应用前景。
关键词：玻纤锚杆技术；超高层建筑；基坑支护
1玻纤锚杆的特点
1.1玻纤锚杆简介
受到钢锚杆耐腐蚀性差等诸多原因影响，导致锚固工程存在严重危害性以及经济性低下等问题，受到工程界提出的新材料—玻璃纤维增强塑料筋（Glass Fiber Reinforced Polyme，简称GFRP）将钢锚杆取代；玻璃纤维锚杆主要材料是玻璃纤维，其作为增强材料以及树脂共同为基体材料，在经过一定加工之后形成了新型的复合材料。玻璃纤维筋锚杆相对来说和传统错杆相比有着如下的优点：
第一，质量轻。错杆密度较小，比钢筋密度小很多，所以质量也轻，能够大大节约运输成本，同时可以将安装时间减少，便于施工，而且施工效率较高；
第二，强度高。玻纤锚杆的抗拉强度较大，钢筋抗拉强度远远无法比拟，在超高层建筑基坑支护中能够充分发挥玻纤锚杆拉杆轴向抗拉强度作用效果；
第三，耐腐性强。有学者研究发现，玻纤锚杆在受到酸碱盐腐烛后的性能改变不显著，不过其抗碱性能有所降低；
第四，热胀系数接近于混凝土。混凝土热胀系数大约在6-10×10-6/℃指尖，各向是同性介质。玻璃纤维锚杆的横、纵向热胀系数有差异，混凝土当中热胀系数约为6-10×10-6/℃。所以，两者的温度变形上有着良好协调性；
第五，不导电，不导磁。玻纤锚杆技术在特殊的超高层建筑物以及场合中应用，不导电倒磁的特点还可以应用于雷达站、微波站等地方；
第六，低松池。该技术不会损失过多荷载，可靠性高；
第七，良好的经济性。虽然玻纤锚杆如果直径和长度相同价格比钢筋锚杆高，但在实际应用中，很多人更关心的是材料的性价比，需要根据截面强度的抗拉强度的准则进行比较。可见玻纤锚杆的单位长度成本是钢筋0.6-0.8左右，加上玻纤锚杆使用的寿命更长，随着锚杆生产工艺不断进步，其优势也会更显现出来。
不过另一方面来说，玻纤锚杆是一种新的支护材料，具体的应用过程中也会出现一些问题：
第一，各向异性。玻纤锚杆纵向强度比横向强度好；
第二，塑性差。玻纤锚杆的延伸率比钢筋的小，塑形较差，容易发生脆断，加工较为困难；
第三，抗剪的强度较低。一般情况下，玻纤锚杆纵向强度控制在10%以内。为此针对GFRP筋材夹具、锚具应当特别进行制作。不过这对于玻纤锚杆抗拉性能的利用并不产生严重影响；
第四，弹性模量较小。通常玻纤锚杆弹性为300GPa。钢筋一般为210GPa。所以其受力容易发生较大变形。不过同时，由于和混凝土弹性模量十分接近，所以协同变形性能比钢筋更加优越；
第五，较差的热稳定性。如果温度升高，那么其性能就更容易劣化；
第六，存在老化问题。塑料制品容易产生老化问题，玻纤锚杆材料也是如此。一些环境中，锚杆受到腐蚀作用影响会产生老化导致质量下降问题；
第七，产品存在较大离散性。纤维以及树脂类型和含量等，从很大程度上影响着纤维锚杆性能。
1.2玻纤锚杆的组成以及生产工艺
1.2.1材料成分组成
玻璃纤维和树脂类型，组分比例等材料组分会对GFRP筋的性能产生影响。GFRP筋组成材料主要是增强材料，包括玻璃纤维以及基体材料—合成树脂，同时加入了辅助剂，经过一定工艺制成复合材料：通常含有玻璃纤维大约70%-80%，玻璃纤维含量越大，玻纤锚杆的强度越大，树脂大约有20%-30%；通常在超高层建筑中需要根据实际需求，合理配比生产GFRP筋。
其一，玻璃纤维
玻璃纤维是承力、增强材料。种类有：无碱玻璃纤维、中碱玻璃纤维、高碱玻璃纤维以及特利玻璃纤维。
玻璃纤维抗拉强度高、比重大、耐高温、绝缘性好等，不过伸长率偏低；弹性模量为直线，比钢材弹性模量低很多；这决定了GFRP筋力学性能。不过玻璃纤维易脆，耐磨性差，抗扭性差。
其二，合成树脂
合成树脂是高分子化合物，是GFRP筋中基体的材料，防腐耐蚀性以及绝缘性都很好。同时，合成树脂施工简单，GFRP筋性能优良。合成树脂与玻璃纤维能够形成一体，共同实现力的传递。
其三，辅助材料
树脂热塑性强，通常在常温下不会发生固化。所以，生产GFRP时一般要加入稀释剂和固化剂，从而将树脂性能进行改善，保证其实现固化反应，将材料机械强度提高，电气绝缘、耐腐蚀等性能提高。稀释剂可以将材料粘度降低，将操作工艺性能改善，并且使用寿命得到延长。
1.2.2生产工艺
合成树脂、玻璃纤维、组分以及加工工艺等都存在一定差异，影响锚杆力学性能。生产GFRP筋的方式有很多种，其中，常用的方法是拉挤型，由于生产成本低、速度快、易控制质量等特点。
GFRP筋加工后表面光滑的，可以提高粘结强度。GFRP筋常用的外观形式包括三种，分别是螺纹式、粗糙表面式和麻花式。其中麻花式将筋锚头做成麻花状态；粗糙表面是筋表面做成凹凸等外形；螺纹式是筋表面加工成螺纹状，是最为常用的样式。同时，为了可以达到更好效果，将粘结强度提高，可以二次加工GFRP筋。
1.2.3GFRP锚杆应用
从1960年各国学者就开始用GFRP锚杆解决传统钢筋锈蚀等问题，当前，GFRP锚杆在超高层建筑基坑支护中较多应用。当前，日本、欧洲和北美等一些国家对GFRP锚杆研究、应用相对成熟。自1970年日本开始研究并且使用FRP筋：第一，采用FRP筋材以及片材加固增强混凝土；第二，用FRP筋将钢构架和预应力筋替代。
20世纪70年代欧洲开始研究GFRP在混凝土中应用情况。在1978年德国对玻璃纤维在预应力筋中的应用进行了实验，制作了Poysatl锚杆和锚具，同时在德、奥几座桥梁上开始应用。GFRP锚杆在奥地利被运用在矿山加固当中。90年代初前苏联生产GFRP材料、绞合式聚合锚杆，同时通过井下工业试验进行验证。
1995年在北美加拿成立了GFRP筋材委员会（ISIS），政府投入资金开发研究GFRP在边坡、地下等工程的应用以及材料研发，同时证明了其经济和质量上的优势。1991年美国成立了ACI440委员会，用于研究开发FRP材料，编写标准和规范推动FRP应用。
我国起步较晚，但发展迅速，在科研上和应用中结合。李国维、黄志怀等对公路边坡利用GFRP锚杆结构，检测GFRP应力、边坡位移等情况，发现玻纤锚杆在实践应用中表现理想，可以满足工程需要。周克元、彭衡和等利用GFRP锚杆加固红砂岩边坡，分析了边坡实际受力情况。
国内超高层建筑工程中应用GFRP范围有限，主要包括：其一，增强基材；其二，绝缘材料的基材；其三，防水材料。当前在实际工程项目中有所应用，比如：上海复兴路隧道工程、上海地铁宜山站、北京地铁5号线、天津地铁双柳站、深圳地铁罗湖站等。理论实践表明，玻纤锚杆在超高层建筑工程可行且可推广。
2玻纤锚杆应用实例
某超高层建筑商场地下水丰富，有河道补给，地质情况不好，加上淤泥质土层和地下水会腐蚀钢筋。该工程项目深基坑周边大约20m左右有很多建筑物和道路，位移方面控制标准较高。
根据具体情况，采用双排搅拌桩加喷锚支护设计方式，采用Φ550@400的搅拌桩，布桩为梅花型，采用Φ114、壁厚3.5mm钢管，间距按1.2m布置。深基坑支护为临时支护，周期通常大约为1年，不过为了充分保证项目安全，设计中采用GFRP锚杆Φ25，代替了HPB325钢筋锚杆。玻纤锚杆的设计长度控制在10～15m之间，纵横向间距是1.2m，布置呈梅花型。受到地层情况影响，如果施加了预应力，那么需要锚杆较长，周边环境影响工程设计，所以方案是普通土钉锚杆，锚固力控制在50～80kN之间，锚头用钢管和锚固粘结好。
完成施工后，进行锚杆抗拔试验检测，对抗拔试验、破坏性抗拔试验列出数据，具体通过表1可以体现。能够发现，玻纤锚杆能够替代传统钢锚杆施工技术应用在超高层建筑深基坑支护当中，按照抗拔试验所得结果保证锚固力能够符合标准规定。玻纤锚杆所用材料抗腐蚀性较强，所以施工中不必做防腐措施，加上材料相对便宜，所以其有着更高的经济型。
表1锚杆抗拔试验结果
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通过在工程项目施工现场应用玻纤锚杆施工技术可以发现，玻纤锚杆在深基坑施工中存在不确定影响因素，具体包括如下内容：
第一，玻纤锚杆材料表面比钢筋材料表面更加光滑，和水泥砂浆锚固胶结能力不高，受到特殊情况影响，需要在安全性高的项目中应用时应当进行胶着试验从而提前进行处理，避免发生锚固体脱落问题。
第二，玻纤锚杆的杆体受到制造过程、原材料、工艺等诸多因素的影响，造成加工后的杆体材料比钢筋质量更好，所以施工应当严格做好抽样检测，施工中加强检测，严禁使用存在质量问题的产品。
第三，材料有着较强的脆性，玻纤锚杆的锚头锚固上一直没有找到有效的解决措施，施工中锚固头经常发生夹碎、套筒滑落等问题，所以在施工时不可以施加应力过大，避免发生第一条中的问题，玻纤锚杆避免预应力锚杆做大，力学性难以完全显现出来。对其问题，在玻纤锚杆制作以及推广的过程中需考虑到以下内容：
其一，玻纤锚杆如果有着较大使用量，可以根据实际情况和生产厂家进行订做，根据地质土层以及地下水成分以及工程设计要求加工材料，将材料加工所产生性能损耗以及浪费等问题减少；如果使用量较小，可选择合格的产品，保证产品尺寸和设计相匹配，将再加工可能性降低；
其二，玻纤锚杆在生产过程中能够设计成表面螺纹，还可以在施工前用胶条缠绕锚固段，从而将锚杆和水泥砂浆磨阻力增加。
其三，锚头如果使用钢套管锚固，那么应当合理利用粘结胶，在锚固头合理设计，保证摩阻体，保证锚固头套管受到应力不会发生脱落并且根据要求使用楔形锚固头。
其四，改善材料配比、成分，将玻纤锚杆物理力学能力提高；对材料受力情况进行分析，对锚固系统进行合理分析，改善整体性能。
其五，做好推广工作，尤其在腐蚀性盐渍区域、软土区域等。
3结语
软土地层对钢筋有一定腐蚀性，应用玻纤锚杆不必进行防腐，可推广使用。不过当前玻纤锚杆应用中仍然存在一定的不足，应当加强研究。
参考文献：
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[3]张勇.GFRP锚杆拉拔试验及其在隧道中支护效果数值分析[J].公路交通科技（应用技术版），2016，12（05）：234-236.
论文作者:赵光朋
论文发表刊物:《基层建设》2020年第1期
论文发表时间:2020/4/14
标签：锚杆论文; 玻纤论文; 玻璃纤维论文; 锚固论文; 材料论文; 钢筋论文; 性能论文; 《基层建设》2020年第1期论文;