CN105143603A - 用于地下钢筋混凝土构造的增强件、结构和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钢筋混凝土结构，其包括由玻璃纤维或类似材料的多个细长纵向构件(2，12)制成的增强件(1，11)，所述多个细长纵向构件(2，12)布置成沿着至少一个预定方向基本相互平行。细长纵向构件通过联接构件(3，13)相互联接，所述联接构件由玻璃纤维制成或由柔性聚合物材料条形成。金属和/或合成纤维与混凝土基底相混合，以提供具有剪切强度的结构，从而使得可能显著减少联接构件(3，13)的数量。

Description

用于地下钢筋混凝土构造的增强件、结构和方法

技术领域

本发明涉及用于制造地下钢筋混凝土构造的增强件、结构和方法。

背景技术

已经基于特定参考开发了本发明，但是本发明并不局限于在挖掘工程期间构造隧道壁和隧道竖井。

已知由挖掘机中的“隧道钻机”(TBM)挖掘隧道，通常首先从钢筋混凝土竖井结构下放挖掘机，所述钢筋混凝土竖井结构设计成包含围绕隧道入口的土体。传统地，竖井由趋向于平行六面体形状并且在土体中就地挖掘和浇注的混凝土隔板构成，或者竖井由在挖掘隧道起始部之前被打入到土体中的圆形桩构成。

挖掘机通常经由先前构造的竖井在隧道的端部处移出。而且，相当普遍的是，随着挖掘工程的推进，沿着隧道的路径提供类似的通风或进入站台、或者提供其它钢筋混凝土结构和隔板。

所面临的主要挑战之一是使得隧道钻机通过这些钢筋混凝土隔板或结构，所述钢筋混凝土隔板或结构由钢筋和钢条增强以承受由周围土体施加的弯曲力矩和负荷。在实践中由于铁条和它们的内在延展性而非常难以破坏钢筋混凝土，所述铁条和它们的内在延展性几乎防止所有挖掘机通过这些结构。

由于该原因，不久前介绍了一种针对混凝土结构的增强技术，所述技术不会防止挖掘机通过。在这项又称作“穿越区(softeye)”开口的技术中，在挖掘机要穿过混凝土结构的区域中，用玻璃纤维增强件替代钢增强件。特别地，已知用多个纵向构件产生“穿越区”，所述多个纵向构件由用多个捆绑件保持在一起的玻璃纤维条形成，所述多个捆绑件相对于无论为壁或者为桩的地下结构的几何形状适当地成形。

在用于构造隧道的增强结构中使用玻璃纤维增强件有助于挖掘机作业，所述挖掘机以一速度前进，所述速度不低于当这些挖掘机遭遇诸如岩石和非钢筋混凝土的具有类似抗压强度的材料时的速度。

玻璃纤维典型地具有大于铁的抗张强度，但是却更为脆弱，从而当玻璃纤维断裂时导致聚合物树脂纵向塌缩。当生产具有玻璃纤维增强件的混凝土结构时必须考虑这些性能，并且为此纵向构件的数量以及特别地捆绑件的数量远远大于具有类似强度的钢增强件的传统钢筋混凝土结构。简言之，由用于钢筋混凝土或水泥的玻璃纤维纵向构件和捆绑件形成的框架比由钢纵向构件和捆绑件形成的类似传统框架致密得多。

当在钢筋混凝土构造中使用玻璃纤维增强件时存在上述缺陷，钢筋混凝土构造因为需要大量的纵向构件和捆绑件来获得令人满足的强度而造价高昂。财务成本在对于旨在暂时的工程(诸如当挖掘机通过临时地下工程时被破坏的临时地下工程)方面是特定的缺陷。

而且，玻璃纤维增强件较之传统的钢增强件制造更为复杂。尽管即使在低温时钢筋也易于变形以产生期望尺寸的捆绑件，但是玻璃纤维捆绑件必须在制造时事先成形，结果导致大批量生产成本更为高昂、复杂并且会引发问题。换言之，以与类似钢笼或框架相同的方式组装玻璃纤维增强笼或框架，主要差别是不能在现场弯曲和熔接玻璃纤维捆绑件，而是玻璃纤维捆绑件必须在工厂制备。这使得构造复杂化并且使得制造、运输和安装由玻璃纤维增强件增强的混凝土结构愈发困难，尤其是在构造地下结构时。

发明内容

本发明提出通过易于生产和相对具有成本效益的用于牢固的地下构造的增强件、结构和方法来解决现有技术的这些和其它缺陷。

为了实现上述目的，本发明涉及用于地下钢筋混凝土结构的增强件、结构和方法，所述增强件、结构和方法具有在所附权利要求中所述的特征。

在一个实施例中，用多个纵向构件制造具有类似强度和脆性性能的材料的玻璃纤维、增强件、笼、框架或构架，所述多个纵向构件(优选地具有光滑或有波纹的外表面的玻璃纤维棒)布置成相互平行并且由多个联接构件保持在一起，所述多个联接构件优选地但不排外地在基本横向于玻璃纤维棒的方向的平面中是柔性的，使得增强件可以制造得紧凑以便于运输。

仅仅为了提供具有预定几何形状的增强件，增强件还可以包括有限多个也为玻璃纤维的相对刚硬的联接构件，诸如捆绑件等。换言之，捆绑件不会具有基础结构功能并且不会在计算地下结构强度时发挥重要作用。较之使用非常大数量的刚性捆绑件的现有技术，少量的玻璃纤维捆绑件使得不太难以构造增强件。浇注混凝土以包含玻璃纤维增强件的混凝土容纳一定数量的金属和/或合成纤维，所述金属和/或合成纤维赋予混凝土相当大的抗剪强度，尤其是在大表面面积的情况中。令人惊奇的是，即使在纤维是金属的情况中，由纤维增强的这种混凝土也不会防止挖掘机易于穿透其结构并且破坏该结构。而且，形成本发明的钢筋混凝土结构的纵向构件的玻璃纤维棒自身因棒内的玻璃丝的纵向连续性而提供了优良的弯曲强度。通过在水泥骨料中包括金属和/或合成纤维为钢筋混凝土构造提供了抗剪强度。

柔性捆绑件构件优选地由聚合物材料条制成，通过包含在坚固耐用的聚合物护套中的非常坚固的合成纤维束来制造所述聚合物材料条。

附图说明

仅仅通过非限制示例的方式，参照附图给出的实施例的下述详细描述中陈述了本发明的其它特征和优势，其中：

图1是用来生产用于地下钢筋混凝土结构的桩的玻璃纤维增强件的一个实施例的示意透视图；

图2是用来生产设置有“穿越区”的地下隔板的增强件的另一实施例的示意透视图；

图3是通过图2的增强件获得的包括“穿越区”的地下隔板的横截面的示意图。

具体实施方式

图1是用来生产用于地下钢筋混凝土结构的桩的玻璃纤维增强件1的一个实施例的示意性透视图。玻璃纤维增强件1包括多个玻璃纤维纵向构件2，所述多个玻璃纤维纵向构件2基本相互间隔开并且相互平行地延伸，而且以与用于钢筋混凝土结构的已知金属纵向构件基本类似的方式布置。纵向构件2通过联接构件3保持到位，所述联接构件3与已知增强件相比以特定的间隔相互间隔开。联接构件3可以通过结合件、夹持件等附接到纵向构件2，或者可以通过粘合剂或其它类似方式联接。

联接构件3也可以由玻璃纤维制成，由此辅助将增强件1保持其预定几何形状(例如图1中示出的圆柱状形状或者任何期望的形状，典型的是平行六面体)，以构造如图2和3所示的壁或隔板。在这种情况中，优选地在工厂中制造增强件，随后将增强件运输到其使用地。

在一个可替代的实施例中，联接构件3由聚合物材料条制成，所述聚合物材料条由包含在坚固耐用的聚合物护套中的高强度合成纤维束制成。尤其适于应用的条的一个示例是应用在土体增强区段中并且商业上称为由OfficineMaccaferriSpA制造的ParaWeb(^TM)的条。柔性联接构件3的使用意味着可通过聚拢纵向构件2而压实增强件，以有助于将它们从制造地运输到使用地。用于制造联接构件3的条使得可能聚拢纵向构件2，但是却防止它们沿着轴向方向相对移动。换言之，用作联接构件3的条优选地但是不排外地在基本横向于玻璃纤维棒的轴向方向的平面中是柔性的，使得增强件可被压实以便运输，并且随后可以通过使得纵向构件2沿着横向方向运动间隔开直到通过用作联接构件3的条能实现的最大延伸为止而轻易地成为期望的几何构造。

纵向构件2优选但是不排外地具有大于大约28mm并且优选但不排外地小于大约42mm的直径。尽管纵向构件2的优选尺寸取决于待构造的地下结构的特定设计，但是应当理解的是，因为必须提供相对大数量的纵向构件以便为地下构造提供必需的强度来承受由周围土体施加的力，所以使用较小直径的纵向构件不太有利。直径大于指定尺寸的纵向构件也不太优选，这是由于传递剪切应力延迟，最靠近棒的横截面的中心的玻璃纤维没有承受与由最靠近外表面的纤维承担的应力一样大的应力。这个问题通常导致较之具有较小直径的棒，具有大直径的玻璃纤维棒的强度和有效性皆相对降低。

图2是具有增强件11的“穿越区”的构造的示意性透视图，所述增强件11与图1的增强件类似，但是具有平行四面体几何构造，其中，也由细长玻璃纤维棒形成纵向构件12，所述细长玻璃纤维棒的外表面光滑或优选地成波纹状，并且所述纵向构件12相互间隔开且相互平行而且由联接构件13保持在一起。如上所述，联接构件13可以是刚性的(诸如玻璃纤维捆绑件)或优选地可以是柔性的(例如使用上述类型的聚合物条)。

用作穿越区的玻璃纤维增强件11被固定到传统的钢增强件10，所述传统钢增强件10例如通过捆缚件17由钢纵向构件15和钢捆绑件16形成。没有钢增强件10的玻璃纤维增强件11的高度D至少等于挖掘钻机的挖掘尺寸，如将在下文详细描述的那样。

如可从图3的示意性横截面看见的那样，在使用期间，在挖掘土体T的过程中，通过使用包含增强件11(以及当构造穿越区时，还包括钢增强件10)的混凝土骨料21，增强件11形成地下混凝土构造20的增强件，由地下工程领域已知的技术构造所述地下混凝土构造20。

根据特定特征，混凝土骨料21在内部包括多个金属和/或合成纤维。这种纤维的示例是由OfficineMaccaferriSpA制造的商标名为Wirand(^R)的纤维。在混凝土处于流体状态的情况中，当金属和/或合成纤维与混凝土混合时，金属和/或合成纤维随机分布在混凝土中。纤维包含在混凝土骨料中并且为混凝土骨料提供足够的剪切强度以消除或至少显著减少玻璃纤维增强件11中所需的横向增强捆绑件。

借助于本发明的钢筋混凝土来生产构造遵循下述程序，所述程序与通常用于地下钢筋混凝土构造的程序不同，并且对于未经专业训练的人员而言使用本发明在施工现场实施该程序尤为简单。

预先制备纤维棒，所述纤维棒形成代表上述增强件1、11的纵向构件2、12。联接构件3、13可以由玻璃纤维制成，并且在这种情况中，联接构件3、13预先制备成具有针对要应用的特定设计的标准的或定制的尺寸和测量值。在任何情况中，联接构件3的相对少的数量意味着即使针对特定设计定制，它们的制造也相对具有经济性。

在联接构件3、13柔性的实施例中，例如使用上述聚合物条，制造增强件1、11尤为具有经济性并且有利，原因在于通过可能将条(诸如联接构件)切割成适当尺寸以及将增强件压实使得它们可被运送到构造地下结构的使用地而有助于生产具有也针对特定设计定制的几何结构和尺寸的增强件。

在施工现场，增强件1、11首先通过以预定几何结构布置纵向构件2、12，并且在联接构件3、13是刚性的情况下通过紧固到联接构件3、13而将纵向构件2、12保持到位，或者在由柔性构件(例如，前述聚合物条)或以类似方式发挥功能的构件形成联接构件3、13的情况下通过展开先前压实的增强件而将纵向构件2、12保持到位。

在已经通过已知方法挖掘土体T之后，将圆柱形的增强件1插入到所述土体T中以例如形成桩，或者将例如连接到增强件10的平行四面体增强件11插入到土体T中以形成隔板或竖井中的穿越区，用于投放隧道钻机。随后将混凝土倾倒到挖掘部中，所述混凝土在现场制备或者在远距离的生产厂中制造并且通过混凝土混合机运输到现场。混凝土骨料与众所周知类型的金属和/或合成纤维混合，该众所周知类型例如为在本申请人名下的专利申请EP0475917中公开的类型。纤维可以根据在本申请人名下的文献WO2011/015966中公开的方法与混凝土混合。在已经浇注混凝土并且混凝土已硬化之后，完成地下结构的构造。

以这种方式提供的构造的特征在于：其由混凝土提供的压缩强度、其由玻璃纤维纵向构件提供的抗弯强度、以及其基本由包含在混凝土基体中的纤维提供的抗剪强度。在构建隧道工程期间，该结构的另一个重要特征在于：其在施工以构建隧道期间可能易于被挖掘机(尤其是隧道钻机)穿透并且破坏。这使得本发明尤其对于构造临时隧道壁和隧道钻机投放竖井有利。使用与混凝土混合的纤维使得可能显著减少用于纵向构件的联接构件的数量，而又没有损及整体结构的强度。通过减少联接构件的数量，将联接构件联接到纵向构件所需的时间也成比例地缩短，从而削减了构造因设计成在挖掘工程期间被破坏所以其通常为短期的结构的主要成本。

当使用的联接构件具有柔性时，还削减了构造具有不同几何结构(针对特定计划可能定制的结构)的成本，诸如存储成本和运输成本。

虽然本发明的原理保持相同，但是应当理解的是，在不背离本发明的范围的前提下，实施例和构造细节针对已经描述和阐释的那些实施例和构造细节可以宽泛地改变。

Claims (8)

1.一种钢筋混凝土结构，所述钢筋混凝土结构包括：由玻璃纤维或类似材料的多个细长纵向构件(2，12)制成的增强件(1，11)，所述多个细长构件(2，12)布置成沿着至少一个预定方向基本相互平行并且通过联接构件(3，13)相互联接；和与混凝土基底相混合的金属和/或合成纤维。

2.根据权利要求1所述的钢筋混凝土结构，其中，玻璃纤维的细长纵向构件(2，12)具有波状的外表面。

3.根据权利要求1或2所述的钢筋混凝土结构，其中，所述细长纵向构件(2，12)的直径大于大约28mm而不超过大约42mm。

4.一种用于根据前述权利要求中的任意一项所述的钢筋混凝土结构的增强件，所述增强件包括玻璃纤维或类似材料的多个细长纵向构件(2，12)，所述多个细长纵向构件布置成沿着至少一个预定方向基本相互平行并且通过柔性联接构件(3，13)相互联接。

5.根据权利要求4所述的增强件，其中，所述柔性联接构件(3，13)包括由包含在聚合物护套中的高强度合成纤维束制成的聚合物材料条。

6.根据权利要求4或5所述的增强件，其中，所述细长纵向构件(2，12)连接到用于产生“穿越区”的金属增强件的相应金属纵向构件。

7.根据权利要求1至3中的任意一项所述的钢筋混凝土用于构造诸如隧道等的挖掘工程中的临时地下结构的用途。

8.一种用于构造地下钢筋混凝土结构的方法，所述方法包括：

-制备由玻璃纤维或类似材料的多个细长纵向构件(2，12)制成的增强件(1，11)，所述多个细长纵向构件布置成沿着至少一个预定方向基本相互平行并且通过联接构件(3，13)相互联接；

-制备土体挖掘部(T)；

-将所述增强件(1，11)插入到所述土体挖掘部(T)中；

-用混凝土(21)填充所述土体挖掘部，以将所述增强件(1，11)和与所述混凝土相混合的金属和/或合成纤维结合起来。