工字型GFRP—工字型钢接头结构和用于地下连续墙的拼接笼及其施工方法与流程

本发明涉及基坑围护结构施工、地下连续墙施工技术领域，具体涉及一种工字型gfrp—工字型钢接头结构和用于地下连续墙的拼接笼及其施工方法。

背景技术：

随着城市轨道交通及城市建设步伐的加快，城市地铁、高铁、地下车站及地下广场等基础建设越来越多，地下连续墙作为围护结构在基坑工程支护过程中也得到了广泛的发展应用。地下连续墙是通过专用的挖(冲)槽设备，沿着地下建筑物或构筑物的周边，按预定的位置开挖出或冲钻出具有一定宽度与深度的沟槽，用泥浆护壁，并在槽内设置具有一定刚度的钢筋笼结构，然后用导管浇灌水下混凝土，分段施工，用特殊方法接头，使之连成地下连续的钢筋混凝土墙体。

近些年来市政工程飞速发展，盾构施工已成为城市地下隧道的主要施工方法。在盾构机始发穿越的地连墙大多采用柔性接头，以便于刀盘直接切削通过，但柔性接头的止水效果差，在基坑开挖阶段易发生涌泥、涌水、涌沙的风险，也危及周边建构筑物安全；另外，规划的地下盾构隧道线路存在下穿基坑围护结构地连墙的情况，若采用传统的钢板工字钢和钢筋笼浇筑的墙体，盾构机无法直接切削通过；虽有用玻璃纤维筋替代钢筋制作钢筋笼的报道，但仍不能解决进入盾构机土仓动火切割工字钢接头，增加地下密闭空间施工的风险的问题。

因此发明一种止水效果好、施工风险性低、方便后期维护的工字型gfrp—工字型钢接头结构和用于地下连续墙的拼接笼及其施工方法是亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

本发明适用于盾构机始发洞门处，提供一种工字型gfrp—工字型钢接头结构和用于地下连续墙的拼接笼及其施工方法，以解决现有技术中地连墙接头处止水效果差、始发风险高、后续施工不便的技术问题。

本发明适用于地下盾构隧道线路存在下穿基坑围护结构地连墙，提供一种工字型gfrp—工字型钢接头结构和用于地下连续墙的拼接笼及其施工方法，以解决施工难度及风险度高，后期维护困难的技术性问题。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

设计一种工字型gfrp—工字型钢接头结构，包括拼接工字钢，所述拼接工字钢包括工字型钢和与无缝连接且尺寸匹配的工字型gfrp。

优选的，所述无缝连接是通过钢板固定，所述工字型钢与所述钢板焊接，所述工字型gfrp与所述钢板通过螺纹结构连接。

一种用于地下连续墙的拼接笼，包括两根上述接头结构的拼接工字钢，所述拼接工字钢的翼板通过纵横交叉的gfrp/或钢制得的主筋、分布筋、桁架筋、剪刀筋形成gfrp笼、钢筋笼和gfrp—钢筋笼的任意一种。

优选的，两根所述拼接工字钢的工字型gfrp段固定有所述gfrp—钢筋混合笼，所述工字型钢段固定有所述钢筋笼。

优选的，所述钢筋笼的主筋与gfrp笼的主筋搭接，所述主筋搭接区域的长度不小于40倍主筋直径，所述搭接采用u型卡扣固定，所述每一个主筋搭接采用的所述u型卡扣的数量至少为2个。

优选的，所述工字型gfrp段分布筋采用钢丝/gfrp筋。

优选的，所述工字型gfrp段桁架筋采用钢筋。

优选的，所述gfrp主筋直径为25～32mm，所述分布筋、剪刀筋、桁架筋直径均为18～22mm，所述工字型gfrp段相邻所述主筋的间距为150～250mm，相邻所述分布筋的间距为150～250mm。

优选的，所述gfrp筋/或钢筋交叉处采用扎丝固定。

一种用于地下连续墙的拼接笼施工方法，其包括以下步骤：

（1）预制拼接笼：将止浆铁皮固定在上述拼接笼的拼接工字钢一侧的翼板外侧，并将橡胶止水带粘在所述拼接工字钢翼板的内侧，所拼接笼的工字型gfrp段的翼板外侧和所述铁皮相应的位置设有穿孔，通过在所述穿孔中穿入扎丝将所述铁皮和工字型gfrp固定，所述工字型钢段翼板外侧焊接所述止浆铁皮；

（2）前期槽段成槽：将步骤（1）中制得的拼接笼按工字型gfrp段在下的方向吊入已开挖完成的槽段底部，并在吊装过程中逐步割除gfrp段的桁架筋，拼接工字钢gfrp段的底部刃脚插入槽段底部土层内，然后采用导管法浇筑混凝土；

（3）后续槽段成槽：成槽完成后吊放后续槽段钢筋笼，要求密封竖筋与工字钢翼板型钢内侧橡胶止水带紧密贴合，然后采用导管法浇筑混凝土；

（4）如此往复，完成所有槽段的地下连续墙施工。

与现有技术相比，本发明的主要有益技术效果在于：

1.本发明采用工字型gfrp与工字型钢进行拼接形成接头结构，可以避免使用常规柔性接头的地连墙浇筑完成、拔除接头管/箱并回填砂袋后砂袋容易残留引起地连墙接头质量差、诱发突泥涌水风险，从而确保了盾构机始发洞门范围内的地连墙接头的止水效果，同时玻璃纤维工字型接头可根据设计要求定型制作，由于玻璃纤维笼除桁架钢筋外其余全部采用螺栓、钻孔铁丝连接，钢筋笼加工效率比常规钢筋笼施工效率高约1/3，能有效缩短笼体加工周期。

2.本发明在地下连续墙中盾构穿越区域采用采用gfrp工字型接头，并配合已公开的玻璃纤维筋，替代传统的工字钢/钢筋，可以确保盾构机在进出洞门时直接切削地下连续墙掘进，从而避免了切断工字钢/钢筋与凿除洞门的工作，可降低施工风险和难度、简化工艺和加快施工进度，同时节约了始发前人工搭架、割除工字钢板及钢筋的工期（根据洞门断面的大小，每个洞门可节约6-15天工期和人工、材料设备投入成本，综合而言，对比凿除洞门方案，每个洞门可节约40-100万）；对于地下盾构隧道线路需要下穿基坑围护结构地连墙时，盾构机的刀盘可直接切削包括工字型接头在内的整个地连墙，有效避免进仓及进仓动火带来的施工风险和难度。

3.本发明gfrp在抗腐蚀性能和抗拉强度明显大于工字钢/钢筋，其膨胀系数和混凝土相近，减少在具体施工时的温度应力确保了其在地连墙中的应用；且相当gfrp材料在施工时，其费用明显低于使用钢材的费用。

附图说明

图1为用于地下连续墙的拼接笼主视图；

图2为工字型gfrp段拼接笼主视图；

图3为工字型gfrp与工字钢接头连接主图；

图4为工字型gfrp与工字钢接头连接俯视图；

图5为工字型gfrp段侧视图；

图6为工字型gfrp左视图；

图7为gfrp主筋—钢筋搭接局部放大图；

图8为u型卡扣的使用状态图。

图中，1.拼接工字钢，11.工字型钢，12.工字型gfrp，2.笼体，21.钢筋笼体，211.主钢筋，212.分布钢筋，213，桁架钢筋，22.gfrp筋—钢筋混合笼体，221.gfrp主筋，222.钢丝分布筋，3.搭接区域，4.钢板，5.u型卡扣，51.u型螺栓，52.垫片。

具体实施方式

下面结合附图和实施例来说明本发明的具体实施方式，但以下实施例只是用来详细说明本发明，并不以任何方式限制本发明的范围。

实施例1：一种工字型gfrp—工字型钢接头结构，参见图3-4，包括两根拼接工字钢1，拼接工字钢1包括工字型钢11及与其通过钢板4与其无缝连接且尺寸匹配的工字型gfrp12，其中工字型钢11与钢板4焊接，工字型gfrp12与钢板4通过在两者相应的位置打孔并通过螺钉进行固定。

一种用于地下连续墙的拼接笼，参见图1-8；拼接笼包括两根上述拼接工字钢和笼体2，工字型gfrp12段的笼体设有由主筋、分布筋、桁架筋、剪刀筋形成gfrp筋—钢筋混合笼体22，其中工字型gfrp12段的翼板连接有4mm钢丝制成的分布筋，工字型gfrp12段的主筋和剪刀筋采用gfrp筋即为gfrp主筋221和gfrp分布筋222，gfrp段笼体的桁架筋采用钢筋；工字型钢11段固定有钢筋材料制得的主筋、分布筋、剪刀筋形成钢筋笼体21，即为主钢筋211、分布钢筋212、剪刀钢筋，其中钢筋笼体21的钢主筋211与gfrp笼体的gfrp主筋221搭接，两者主筋搭接区域3的长度不小于40倍主筋直径，搭接采用u型卡扣5固定，每一个主筋搭接采用的u型卡扣5的数量至少为2个，所述u型卡扣包括u型螺栓51和相对应垫片52。gfrp主筋直径为32mm，其分布筋、剪刀筋、桁架筋直径均为22mm，工字型gfrp12段相邻主筋的间距为250mm，相邻分布筋的间距为250mm；gfrp筋交叉处采用扎丝固定，钢筋交叉处采用焊接的方式固定。

一种用于地下连续墙的拼接笼施工方法，其包括以下步骤：

（1）预制拼接笼：将止浆铁皮固定在上述的拼接笼的拼接工字钢一侧的翼板外侧，并将橡胶止水带粘在所述拼接工字钢1翼板的内侧，所拼接笼的工字型gfrp段的翼板外侧和所述铁皮相应的位置设有穿孔，通过在所述穿孔中穿入扎丝将所述铁皮和工字型gfrp12固定，所述工字型钢段翼板外侧焊接所述止浆铁皮；

（2）前期槽段成槽：将步骤（1）中制得的拼接笼按工字型gfrp段在下的方向吊入已开挖完成的槽段底部，并在吊装过程中逐步割除gfrp段的桁架筋，拼接工字钢gfrp段的底部的刃脚插入槽段底部的土层内，然后采用导管法浇筑混凝土；

（3）后续槽段成槽：成槽完成后吊放后续槽段的钢筋笼，要求密封竖筋与工字钢翼板型钢内侧橡胶止水带紧密贴合，采用导管法浇筑混凝土；

（4）如此往复，完成所有槽段的地下连续墙施工。

效果例

本效果例采用实施例1中指标进行性能方面的测试，测定指标如表1和表2所示。

表1工字型gfrp在抗拉性能指标

。

表2工字型gfrp和工字钢性能比较

。

上面结合附图和实施例对本发明作了详细的说明，但是，所属技术领域的技术人员能够理解，在不脱离本发明宗旨的前提下，还可以对上述实施例中的各个具体参数进行变更，形成多个具体的实施例，均为本发明的常见变化范围，在此不再一一详述。