CN109629564A - 一种挤压扩孔锚杆及施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种具有更大抗拔力的挤压锚杆以及它的施工方法。锚杆是通过机械成孔后，加锚杆主筋，注浆固结形成，注浆后形成锚杆锚固体包括标准锚固段的主锚杆体和嵌入式挤扩段的锚杆扩径体，其中，扩径体由挤压扩孔器挤密侧壁岩土体形成；锚杆扩径体沿主锚杆体纵向间隔布置多组，每组包括对称布置的多个凸起的；锚杆扩径体形成的最大直径不小于主锚杆体直径2倍。施工方法包括：预成孔，分序挤压扩孔，锚筋安放，注浆，张拉锁定。本发明通过钻具按设计间距挤压扩孔，分段增加锚固体直径，以达到挤密锚固体侧壁，提高岩土体强度的目的，同时形成嵌入式扩体段，改善锚杆体单一的受力模式，从而有效提高锚杆的抗拔能力、节省劳动力和降低工程造价。
Description
技术领域
本发明属于建筑基础锚固技术领域，尤其属于锚固施工中锚杆设计和施工技术领域，特别涉及一种挤压扩孔锚杆及施工方法。
背景技术
在建筑工程、交通工程、水利水电工程、矿业工程等与国防民生息息相关的工程中，岩土锚固技术因结构简单、施工方便、造价低等优点广泛应用于岩土加固领域中，锚杆抗拔承载力是岩土锚固工程中的一个重要参数，如何提高锚杆的抗拔承载力在岩土锚固工程中尤为关键。
根据锚固体与岩土层抗拔承载力的计算公式：Tu＝π·D·L·qs·ψ，其中，D、L分别为锚杆锚固段直径Tu、＝长度，qs为锚杆锚固段锚固体与周围岩土体的粘结力，ψ为与锚杆锚固段长度有关的有效因子。由公式可知，当确定灌浆的施工工艺和应用地层后，也就确定了岩土体和锚杆锚固体间的粘结强度，故锚固段直径和长度是影响锚杆的极限承载力的主要参数。但是众多研究表明，通过增加锚固段长度来提高其极限承载力是受到限制的，抗拔能力超过峰值后，随着上拔位移的增加，抗拔能力会逐步降低，并将趋于终值。因此，提高锚杆抗拔能力的另一有效途径为增大锚固体直径。锚固体截面积增加，不仅增大了岩土体与锚固体之间的摩阻力，而且增加了扩体端部与岩土体挤压产生的端承力，可以在锚固长度不变的情况下，大幅度提高抗拔力。
现有的增大锚固体截面的方法有二次高压注浆法、囊袋法、旋喷法、***法等，但也存在较多不足，如：二次高压注浆法、***法很难控制锚固段的扩体形状；囊袋法、旋喷法效果受地层、囊袋尺寸和注浆压力等因素影响，且工序较为复杂；另外，上述几种方法中的不足就是都会对岩土体产生不同程度的扰动，进而降低了锚固体周围岩土体强度。
发明内容
本发明要解决的问题就是针对以上不足公开一种具有更大抗拔力的锚杆以及它的施工方法。本发明通过钻具按等间距挤压扩孔，分段增加锚固体直径，以达到挤密锚固体侧壁，提高岩土体强度的目的，同时形成嵌入式扩体段，改善锚杆体单一的受力模式，从而有效提高锚杆的抗拔能力、节省劳动力和降低工程造价。
本发明通过以下技术方案实现：
本发明首先公开了一种挤压扩孔锚杆，所述锚杆是通过机械成孔后，加锚杆主筋，注浆固结形成，其特征在于：成孔后主筋居中置于锚孔内，注浆后形成锚杆锚固体包括标准锚固段的主锚杆体和嵌入式挤扩段的锚杆扩径体，其中，扩径体由挤压扩孔器挤密侧壁岩土体形成。
所述锚杆扩径体沿主锚杆体纵向间隔布置多组，每组锚杆扩径体由沿主锚杆体周向杆表面对称布置的多个凸起的构成。
所述锚杆扩径体的每个凸起均为沿主锚杆体轴向成斜面的翼形凸起结构。
所述锚杆扩径体沿主锚杆体轴向间隔布置，每组锚杆扩径体由沿主锚杆体周向杆表面对称布置的2～4个凸起构成。
所述锚杆扩径体形成的最大直径不小于主锚杆体直径2倍。
本发明锚杆的嵌入式挤扩段为注浆后形成的锚杆扩径体与挤密后的锚固体侧壁紧密嵌合，在外力作用下，可发挥更大的抗拔力。
本发明还公开了上述扩孔锚杆的施工方法，其特征在于包括以下步骤：
①预成孔：采用机械回转方式预成锚孔，锚孔孔径为d，成孔后进行孔径及孔深的检测，孔径及孔深满足设计及规范要求后方可进入下一工序；
②分序挤压扩孔：采用挤压扩孔方法，预成孔后，将扩孔器下放至孔底，通过液压油缸施加液压力使扩孔器在指定地层中完全展开，实现孔径渐进扩大，并按设计间距自下而上依次挤压扩孔；扩孔完成后进行孔型检测；
③锚筋安放：分序挤压扩孔完成后，将锚筋匀速向孔内下放，直至设计深度，整体保持居中，锚杆主筋外露长度应满足设计要求和后期折弯需求。
④注浆：锚筋安放到位后即进行注浆，形成锚固体呈定间距布置；
⑤张拉锁定：正式张拉前需进行预张拉，锁定后锁定荷载取张拉锁定值的1.1倍～1.2倍。
所述步骤①预成孔还包括：采用机械回转方式预成锚孔，锚孔孔径为d＝100～150mm，成孔角度与水平面成0～90°，成孔后进行孔径及孔深的检测，孔位允许差≤50mm，钻头直径≥设计钻孔直径3mm，钻孔角度允许偏差≤3°，成孔深度为设计深度+0.2～0.5m。
所述步骤②分序挤压扩孔还包括：将扩孔器下放至预成孔的设计标高后采用挤压方法进行扩孔，通过液压油缸施加液压力使扩孔器的扩壁刃片在指定地层中径向展开，在展开过程中，施加于扩径刃片上的推力直接作用于与之接触的岩土体上，扩孔压力稳定不小于1分钟，岩土体被压缩在径向形成凹槽状，实现了岩土体的挤密作用，扩径段侧壁最大扩展直径达到设计值D后停止施加压力，扩孔器回压，扩壁刃收拢后提升扩孔器，按设计间距自下而上依次完成各组挤压扩孔。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果是：
①预成孔：本发明采用机械预成孔，预成孔后，对地质条件把握更加直观，扩径定位准确；预成孔后更换钻头，避免边钻进边扩孔时反复的更换钻头，施工工艺简单，对周边岩土体扰动小，形成变径孔型稳定；
②分序挤压扩孔：自下而上依次挤压扩孔，钻头倒退回孔口，避免对已扩体锚固段的破坏，施工质量更加可靠；
③挤压扩孔：采用挤压方式扩孔，扩径成孔过程中锚孔侧壁岩土体受到挤压、加密作用，岩土体的孔隙减小，密实度及强度得到大大提高，进而增强了锚杆的侧摩阻力；
④扩径过程为径向挤扩，相比支盘式垂直向上下臂的挤扩，施加的力直接作用于侧壁，挤密效果更优，垂直向挤扩在重力作用下形成的腔体容易塌孔，且扩孔钻头退回时易扰动孔壁，径向挤扩后扩孔钻头水平向收拢，孔型则更加稳定；
⑤以往的扩径常用的回转钻扩法，但切削成孔时产生的沉渣，会极大削弱扩径体的承载能力，本发明采用挤扩方式完成，对接触岩土体扰动小，产生沉渣量少，充分发挥扩径段的优势，扩孔过程不排土屑，且没有噪音，减少了对环境的污染。
⑥锚杆注浆后，标准锚固段、嵌入式挤扩段与主筋紧密胶结成为一整体，嵌入式挤扩段直径增大，扩体表面积增大，其侧摩阻力随之增大；同时分段挤扩后形成的圆台嵌入土层内，又提供了端承力，改善了常规等直径锚杆单一的受力模式，综合作用下大幅度提高了锚杆的抗拔能力；
⑦采用了变截面的构造形状，锚固体包括标准锚固段和嵌入式挤扩段，嵌入式挤扩段呈扇形，削弱了端部应力集中效应，在受在承受拉拔力时，锚杆体不易发生剪切破坏，整体受力更加合理；
⑧本发明的锚杆单杆抗拔承载能力大幅度提高，在满足设计要求的前提下，在布置形式上可增大锚杆间距，降低锚杆密度，从而在一定程度上增大基础施工阶段的平面作业空间；亦可在满足设计要求的前提下，减小锚杆长度，从而避免锚杆穿过不利地层，改善施工条件，节约工程造价。
附图说明
图1是本发明锚杆的结构示意图。
图2是图1中A-A剖视图；
图3至图8是本发明挤压扩孔施工工艺示意图，其中，图3表示直孔钻进，图4表示底部扩孔，图5表示中部扩孔，图6表示顶部扩孔，图7表示置入锚束，图8表示注浆。
其中，1是锚杆，2是锚杆主筋，3是隔离支架，4是主锚杆体，5是锚杆扩径体，6是注浆管，7是对中支架，d是主锚杆体直径，D是锚杆扩径体最大直径，W是扩径体端承力，F是锚杆侧摩擦力。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进一步说明，具体实施方式是对本发明原理的进一步说明，不以任何方式限制本发明，与本发明相同或类似技术均没有超出本发明保护的范围。
结合附图。
如图1所示，本发明由锚杆1、锚杆主筋2、隔离支架3、主锚杆体4、锚杆扩径体5、对中支架7组成。d是主锚杆体直径，D是锚杆扩径体最大直径，W是扩径体端承力，F是锚杆侧摩擦力。
挤压扩孔锚杆，锚杆1通过机械钻挖成孔后，加锚杆主筋2，注浆固结形成，成孔后主筋2居中置于锚孔内，注浆后形成锚固体包括标准锚固段的主锚杆体4和嵌入式挤扩段的锚杆扩径体5。
锚杆扩径体5沿主锚杆体4纵向间隔布置多组，每组锚杆扩径体5由沿主锚杆体周边均匀布置的2～4个凸起体构成。本例附图均采用4个凸起组合结构。
锚杆扩径体5的每个凸起均为沿主锚杆体4轴向成斜面的翼形凸起结构。
锚杆扩径体形成的最大直径D不小于主锚杆体直径d的2倍。
上述扩孔锚杆施工方法，包括预成孔、分序挤压扩孔、锚筋安放、注浆、张拉锁定，以现场试验为例，结合附图3至8对本发明做进一步的阐述，具体包括以下步骤：
一、预成孔：如图3所示，土方开挖至锚索施工操作面，采用锚杆钻机在岩土体中钻进成孔，锚孔孔径d＝150mm，为了保证钻孔精度，先测放孔位并做好孔位标记，钻机到位后开始成孔。成孔后进行孔径及孔深的检测，孔径及孔深满足设计及规范要求后方可进入下一工序；
二、分序扩孔：如图4、图5、图6所示，采用挤压扩孔方法，预成孔后，将扩孔器下放至孔底并连接好高压管路，通过液压油缸施加液压力使扩孔器在指定地层中逐渐展开，压力稳定不小于1分钟实现孔径由d扩大至D＝250mm，并按设计间距自下而上依次挤压扩孔。
三、锚筋安放：如图7所示，分序扩孔完成后，将预先制作的匀速向孔内下放锚杆主筋，直至送到设计深度，随后向外拉出200mm左右，确保注浆管畅通。注浆管可用φ25PVC管，注浆后可拔出重复使用。
四、注浆：如图8所示，配置M30水泥浆，注浆材料采用P.0.42.5水泥，搅拌必须使用机械进行强制拌合，搅拌时间不应少于2min；浆液要随拌随用，超过初凝时间浆液要废弃；注浆压力不小于1.5MPa。形成锚固体呈定间距变化。
五、张拉锁定：正式张拉前需进行预张拉，锁定后锁定荷载取张拉锁定值的1.1倍～1.2倍。锚杆体的抗拔承载力P主要由3部分组成，即标准锚固段侧摩阻力、嵌入式挤扩段的侧摩阻力之和F及嵌入式挤扩段提供的端阻力W。通过检测，本实施案例中挤扩锚杆极限抗拔力对比相同地质条件下等长度未挤扩普通锚杆，极限抗拔力大幅提高，具有很好的经济社会效益。
Claims (8)
1.一种挤压扩孔锚杆，所述锚杆是通过机械成孔后，加锚杆主筋，注浆固结形成，其特征在于：成孔后主筋居中置于锚孔内，注浆后形成锚杆锚固体包括标准锚固段的主锚杆体和嵌入式挤扩段的锚杆扩径体，其中，扩径体由挤压扩孔器挤密侧壁岩土体形成。
2.根据权利要求1所述的挤压扩孔锚杆，其特征在于：所述锚杆扩径体沿主锚杆体轴向间隔布置多组，每组锚杆扩径体由沿主锚杆体周向杆表面对称布置的多个凸起构成。
3.根据权利要求2所述的挤压扩孔锚杆，其特征在于：所述锚杆扩径体的每个凸起均为沿主锚杆体轴向成斜面的翼形凸起结构。
4.根据权利要求2或3所述的挤压扩孔锚杆，其特征在于：所述每组锚杆扩径体由沿主锚杆体杆表面周向对称布置的2～4个凸起构成。
5.根据权利要求4所述的挤压扩孔锚杆，其特征在于：所述锚杆扩径体最大直径不小于主锚杆体直径2倍。
6.一种挤压扩孔锚杆施工方法，所述锚杆是权利要求1至5任一项所述的锚杆，其特征在于包括以下步骤：
①预成孔：采用机械回转方式预成锚孔，锚孔孔径为d，成孔后进行孔径及孔深的检测，孔径及孔深满足设计及规范要求后方可进入下一工序；
②分序挤压扩孔：采用挤压扩孔方法，预成孔后，将扩孔器下放至孔底，通过液压油缸施加液压力使扩孔器在指定地层中完全展开，实现孔径渐进扩大，并按设计间距自下而上依次挤压扩孔；扩孔完成后进行孔型检测；
③锚筋安放：分序挤压扩孔后，将锚筋匀速向孔内下放，直至设计深度，整体保持居中，锚杆主筋外露长度应满足设计要求和后期折弯需求。
④注浆：锚筋安放到位后即进行注浆，形成锚固体呈定间距；
⑤张拉锁定：正式张拉前需进行预张拉，锁定后锁定荷载取张拉锁定值的1.1倍～1.2倍。
7.根据权利要求6所述的挤压扩孔锚杆施工方法，其特征在于：所述步骤①预成孔包括：采用机械回转方式预成锚孔，锚孔孔径为d＝100～150mm，成孔角度与水平面成0～90°，成孔后进行孔径及孔深的检测，孔位允许差≤50mm，钻头直径≥设计钻孔直径3mm，钻孔角度允许偏差≤3°，成孔深度为设计深度+0.2～0.5m。
8.根据权利要求6所述的挤压扩孔锚杆施工方法，其特征在于：所述步骤②分序挤压扩孔包括：将扩孔器下放至预成孔的设计标高后采用挤压方法进行扩孔，通过液压油缸施加液压力使扩孔器的扩壁刃片在指定地层中径向展开，在展开过程中，施加于扩径刃片上的推力直接作用于与之接触的岩土体上，扩孔压力稳定不小于1分钟，岩土体被压缩在径向形成凹槽状，实现了岩土体的挤密作用，扩径段侧壁最大扩展直径达到设计值D后停止施加压力，扩孔器回压，扩壁刃收拢后提升扩孔器，按设计间距自下而上依次完成各组挤压扩孔。
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