【复材视界】GFRP增强混凝土海堤将保护美国州际公路免受风暴侵袭
在2016年的马修飓风期间，位于佛罗里达州弗拉格勒比奇的州际公路A1A区段（一条重要的公路和飓风疏散路线）坍塌。佛罗里达运输部（FDOT）最近安装了5,000英尺长的GFRP增强混凝土海堤，以保护州际公路免受未来风暴潮的侵袭。
GFRP具有极高的耐用性，因此在重建项目的生命周期成本分析基础上击败了传统的钢筋。弗拉格勒海滩沿岸的海堤预计将持续100年或更长时间，几乎没有维护。
该海堤包含1,847根带有GFRP钢筋和钢筋笼的桩，该桩由加拿大魁北克塞特福德矿业公司FDOT认可的玻璃纤维增强材料制造商Pultrall Inc.提供。该公司的V-Rod钢筋由高强度玻璃纤维和乙烯基酯树脂制成，经过拉挤成型，固化然后涂砂，以提高混凝土的粘结能力。防波堤项目中使用的每个V-Rod批次均在迈阿密大学进行了第三方测试，该大学与FDOT合作进行了GFRP项目。
弗拉格勒海滩防波堤是一种螺旋形割线桩桩墙系统。用钢管包裹的空心螺旋钻对36英尺长，3英尺直径的桩进行钻孔。从水泥管中抽出水泥浆后，将其通过螺旋钻泵入，并安装了GFRP加固材料。为了创建割线桩墙，将924个用锥形GFRP笼子加固的承重主桩交替放置，并与923个用单个GFRP钢筋加固的非结构性次桩重叠。桩完成后，在顶部浇铸一个4英尺宽的GFRP增强混凝土帽，整个结构都覆盖着沙丘。
Pultrall的销售协调员Roxanne Fortier说，弗拉格勒海滩项目的承包商以前没有GFRP经验。她说：“要使承包商对我们和产品质量充满信心，一开始就非常困难。” 最重要的是生产时间。V-Rod可在Pultrall的工厂订购，交货时间为两到四个星期。
这尤其影响了初级桩笼，这些桩笼的一端通过特殊的桩头组件将25条直的V型杆绑在一起，然后将其展开成圆锥形，然后用外部螺旋箍将它们固定，从而组装了初级桩笼。Pultrall每周提供足够的预切割和预制V型杆，用于104个笼子，共九周，其中包括300,000线性英尺的5号螺旋GFRP钢筋。
接收预切割，预弯曲的V型杆可显着减少现场组装时间。使用V型杆的重量只有钢筋重量的四分之一，因此大大减少了笼式装配过程中的工人疲劳。迈阿密大学的一名候选人监控了GFRP钢筋的安装，他估计在Flagler Beach海堤中使用GFRP钢筋笼可将安装时间减少多达52％。
尽管较轻的GFRP笼子具有明显的优势，但它们确实提出了一项挑战。Denty解释说：“通常，使用钢制笼子，您可以将其放入混凝土中，并且由于其自身的重量，它几乎可以一路下滑。” “尽管这些[GFRP]笼子很轻，但必须将其物理下推。” 但是，螺旋钻桩的FDOT规范禁止机械推动，因此需要与FDOT有所不同。Denty指出：“该规范不一定是为GFRP编写的。”
该项目的承包商并不是唯一一家几乎没有复合材料经验的公司。对于记录工程师Denty来说，这只是他的第二个使用GFRP钢筋的基础设施项目。最初，他的公司设计了带有钢加强割线桩的弗拉格勒海滩防波堤，但FDOT担心长期维护，并要求公司考虑GFRP。“那是出乎意料的，”丹蒂承认。
从钢向GFRP钢筋转变需要进行一些设计更改。因为当时最大的FDOT批准的GFRP钢筋是较小的8号钢筋，所以每个笼子中的钢筋数目都增加了。Denty说：“我们最初是为传统钢材设计的，因此我们在笼子里有9个11号钢筋。” “当我们改用GFRP时，我们最终选择了25号8号。”
灌浆要求也发生了变化，水泥浆不再需要硅粉，硅粉最初被指定为产生用于保护钢筋不受腐蚀的更稠密的浆。非腐蚀性的GFRP钢筋还使每个笼子周围的灌浆层从4英寸减少到3英寸。
作为一种较新的材料，GFRP钢筋确实存在一些烦恼。一方面，很难找到可以对材料进行设计的工程软件。Denty说，对于这个项目，他的团队必须根据代码公式开发自己的电子表格。此外，根据FDOT的说法，由于GFRP杆更轻、更灵活，因此承包商必须小心以确保将笼子笔直地组装，非常牢固地绑在一起，并在比传统做法更多的位置支撑或提升。
同时，在桥梁、海堤和其他基础设施项目上使用GFRP钢筋的情况持续增长。像佛罗里达这样的沿海地区，基础设施在于氯化物的极端海洋环境作斗争，考虑到现有沿海基础设施的使用年限和数量，人口增长率和未来海平面的侵蚀，FRP加固似乎有足够的机会在佛罗里达州和其他位置相似的州找到可持续的市场。