CN114086551B - 一种基于冲击加固增加软土中抗浮力的锚杆 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于冲击加固增加软土中抗浮力的锚杆,包含管、导出孔、冲击装置、加固块、线；导出孔位于管侧边且是通孔，冲击装置位于管内部且与管连接，初始安装时加固块与冲击装置连接，加固块通过线与管或冲击装置连接。本发明的有益效果是增强软土中地下结构抗浮锚杆的抗浮性能，即通过冲击将锚杆中的加固块打入软土中，而与锚杆主体用柔性绳连接的加固块在软土中体积增大，从而加大锚杆的抗浮力。

Description

一种基于冲击加固增加软土中抗浮力的锚杆

技术领域

本发明属于岩土工程研究领域，尤其涉及一种基于冲击加固增加软土中抗浮力的锚杆。

背景技术

抗浮锚杆，是建筑工程地下结构抗浮措施的一种。抗浮锚杆不同于一般的基础桩，有其自身的独特性能，与一般基础桩的最大区别在于：基础桩通常为抗压桩，桩体承受建筑荷载压力，受力自桩顶向桩底传递，桩体受力大小随着建筑荷载的变化而变化；而抗浮桩则为抗拔桩体承受拉力，普通抗浮桩受力也是自桩顶向桩底传递，桩体受力大小随着地下水位的变化而变化，但两者受力机制恰好相反。

地下室承受地下水压力过大时，需要抗浮桩、或抗浮锚杆、或在地下室地面减压排水，而在软土中使用抗浮锚杆，存在锚杆注浆体和软土界面粘结弱的问题，因此需要增强软土中锚杆的抗浮性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于冲击加固增加软土中抗浮力的锚杆，以剞劂背景技术中现有的锚杆在软土中存在锚杆注浆体和软土界面粘结弱的问题。

为实现上述目的，本发明提供技术方案如下：

本发明的技术方案：一种基于冲击加固增加软土中抗浮力的锚杆，包括管、导出孔、冲击装置、加固块、柔性绳；导出孔为通孔且设置于管的侧部，冲击装置设置于管内且与管连接，初始状态下加固块与冲击装置连接，加固块通过柔性绳与管或冲击装置连接；锚杆打入指定深度的软土中后，冲击装置对加固块施加冲击力，加固块在冲击力的作用下由导出孔伸入土中。

优选地，所述加固块包括吸水膨胀层和基块，吸水膨胀层嵌设在基块的侧部，基块通过柔性绳与管或冲击装置连接，加固块在冲击装置的作用下被打入软土中后，吸水膨胀层吸收地下水膨胀。

优选地，所述加固块为形状记忆合金，管内设有用于对加固块加热的温控装置，加固块在温控装置的作用下处于第一温度，加固块在软土内处于第二温度，第二温度下加固块体积增大。

优选地，所述加固块包括基杆、转动杆、吸水膨胀块；基杆通过柔性绳与管或冲击装置连接，转动杆和基杆铰接，吸水膨胀块固定设置在转动杆和基杆间，加固块被冲击装置打入软土中后，吸水膨胀块吸收地下水膨胀使转动杆绕铰接点转动，但转动杆与水平面的最大夹角小于90度。

优选地，所述加固块包括壳体和吸水膨胀块，所述壳体由若干单元杆两两铰接形成且壳体包围吸水膨胀块；加固块被冲击装置打入软土中后，吸水膨胀块吸收地下水膨胀使若干单元杆包围的面积增大。

优选地，所述加固块包括基块、锚固杆和吸水膨胀块，基块开设盲孔，锚固杆和吸水膨胀块位于所述盲孔中，锚固杆、吸水膨胀块和盲孔的封闭端依次连接，基块通过柔性绳与管或冲击装置连接；加固块被冲击装置打入软土中后，吸水膨胀块吸收地下水膨胀且推动锚固杆伸入软土中，这时锚固杆部分在软土中且部分在盲孔中。

优选地，所述锚固杆为若干套筒复合而成，设有N个套筒，最靠近盲孔封闭端的套筒编号为1，最远离盲孔封闭端的套筒编号为N，在第1号套筒和第N号套筒之间的套筒编号依次增大，第i号套筒在第i-1号套筒内自由滑动、且有位移行程限制块使第i号套筒与第i-1号套筒不会脱离()，套筒和位移行程限制块固定连接；加固块被冲击装置打入软土后，吸收地下水膨胀的吸水膨胀块，推动N个套筒整体伸入软土中、且推动N个套筒相对滑动伸展。

优选地，所述冲击装置包括加压盒和发射药，加压盒固定设置在管内，加压盒配合加固块开设安装槽，加固块安放在加压盒的开孔中，发射药设置在加压盒和加固块间的安装槽内；锚杆打入指定深度的软土中后，发射药由固体变为气体使加压盒内气压增高，然后加固块被冲击打入软土中。

优选地，所述冲击装置包括依次连接的加压盒和加压机构，加压盒固定设置在管内，加压盒配合加固块开设安装槽，加固块安放在加压盒的安装槽内；锚杆打入指定深度的软土中后，加压装置和加压盒中的安装槽连通，加压装置对安装槽加压使加固块被冲击打入软土中。

优选地，加压装置为气泵；或加压装置包括加压仓、活塞、弹簧、固定扣，活塞将加压仓分隔为两个不连通的第一腔室和第二腔室，活塞和弹簧连接，弹簧位于第二腔室且和加压仓连接，第一腔室和加压盒连通，固定扣和加压仓连接，固定扣卡住活塞时弹簧呈压缩状态，固定扣松开活塞时弹簧伸展对加压盒的安装槽加压，使加固块被冲击打入软土中。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明可增强软土中地下结构抗浮锚杆的抗浮性能，即通过冲击装置将锚杆中的加固块打入软土中，而与锚杆主体用柔性绳连接的加固块在软土中体积增大，从而加大锚杆的抗浮力。在常规锚杆工程中，从锚杆向软土中注浆从而形成比锚杆横截面直径更大的锚固体，但是在软土中锚固体与软土的粘结力有限，另外锚固体直径有限、注浆深入土体的区域有限，而本发明通过冲击增大加固块深入土体的路径，且软土中的加固块体积膨胀增大锚杆抗浮力。

附图说明

图1为本发明的打入锚杆示意图；

图2为本发明的加固块为吸水膨胀层和基块组合而成示意图；

图3为本发明的加固块为形状记忆合金示意图；

图4位本发明的加固块包含基杆和吸水膨胀块示意图；

图5为本发明的加固块包含单元杆和吸水膨胀块示意图；

图6为本发明的加固块包含锚固杆示意图；

图7为本发明的锚固杆包含套筒示意图；

图8为本发明的冲击装置含加压盒和发射药示意图；

图9为本发明的冲击装置含加压盒和加压装置示意图；

图中1.软土，2.锚杆，3.管，4.导出孔，5.冲击装置，6.加固块，7.柔性绳，8.空隙，9.基块，10.吸水膨胀层，11.基杆，12.转动杆，13.铰接点，14.吸水膨胀块，15.单元杆，16.盲孔，17.锚固杆，18.套筒，19.位移行程限制块，20.加压盒，21.发射药，22.加压盒，23.加压装置，24.加压仓，25.活塞，26.弹簧，27.固定扣，28.第一腔室，29.第二腔室

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创新特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

如图1所示，一种基于冲击加固增加软土1中抗浮力的锚杆2，包括管3、导出孔4、冲击装置5、加固块6、柔性绳7；管3内部中空设置，且管3顶端为开口端、底端为封闭端，导出孔4为通孔且开设于管3的下端侧部，导出孔4为多个，且周向设置在管3的侧部，冲击装置5位于管3内部且与管3的封闭端连接；如图1(a)所示，初始安装时加固块6与冲击装置5连接，加固块6通过柔性绳7与管3或冲击装置5连接；如图1(b)所示，当锚杆2打入指定深度的软土1中后，冲击装置5对加固块6施加冲击力，加固块6在冲击装置施加的冲击力作用下由导出孔4伸入软土1中。

本发明中，冲击装置5、导出孔4、加固块6的数量均相等，且冲击装置5、导出孔4、加固块6一一对应，其数量可根据实际情况自行设置。

作为本发明中加固块的一种具体实施例，如图2所示，加固块6包括吸水膨胀层10和基块9，吸水膨胀层10有两个，分别嵌设在基块9的上下两侧，且该吸水膨胀层10与基块9固定连接的，柔性绳为2条且上下对称设置，其中一柔性绳7的一端与基块9顶部的中间位置连接，另一端与导向孔4位置的管3连接。加固块6被冲击装置5打入软土1中后，如图2(a)所示的吸水膨胀层10逐渐吸收地下水膨胀成如图2(b)所示，从而增大加固块6对锚杆2的锚固力。吸水膨胀层10为吸水膨胀树脂制成。

作为本发明中加固块的第二种具体实施例，如图3所示，加固块6为形状记忆合金，管内配合每一加固块均设有一温控装置，温控装置安装在管3内且控制加固块6在管3内保持第二温度，温控装置为电阻丝加热器或微波加热器，该电阻丝加热器或微波加热器的具体结构设置为本领域的常规技术手段。加固块6在第一温度时的体积小于在第二温度时的体积，加固块6在管3内处于第一温度且形状如图3(a)所示，加固块6在软土1内处于第二温度且形状如图3(b)所示，第一温度高于第二温度，加固块6被冲击装置5打入软土1中处于第二温度，第二温度下加固块6的体积纵向增大，从而增大加固块6对锚杆2的锚固力。

作为本发明中加固块的第三种具体实施例，如图4所示，所述加固块6包括基杆11、转动杆12、吸水膨胀块14，基杆11的侧部开设若干安装槽，每一安装槽内设有一转动杆12，转动杆12与基杆11铰接，吸水膨胀块14设置在转动杆12和基杆11之间的安装槽内，且吸水膨胀块14与转动杆12、基杆11固定连接，吸水膨胀块14比铰接点13更接近管3。柔性绳7为2条、且上下对称设置，其中一柔性绳7一端固定设置在基杆11的侧部、且设置在基杆11的安装槽的尾端，该柔性绳7的另一端固定设置在导向孔位置的管上或者冲击装置上；加固块6被冲击装置5打入软土1中后，吸水膨胀块14吸收地下水膨胀使转动杆12绕铰接点13转动，加固块6形状由图4(a)变为图4(b)，该转动杆12转动的最大角度小于90度，在基杆11受柔性绳7的拉力时，转动展开的转动杆12增大了加固块6与软土1的接触面积，且增大加固块6对锚杆2的锚固力。

作为本发明中加固块的第四种具体实施例，加固块6包括壳体和和吸水膨胀块14，所述壳体由单元杆15两两铰接且该壳体包围吸水膨胀块14；加固块6被冲击装置5打入软土1中后，吸水膨胀块14吸收地下水膨胀，加固块6形状由图5(a)变为图5(b)，从而使若干单元杆15包围的面积增大，从而增大加固块6对锚杆2的锚固力。吸水膨胀块14为吸水膨胀树脂制成。

作为本发明中加固块的第五种具体实施方式，如图6所示，加固块6包括基块9、锚固杆17和吸水膨胀块14，基块9设有一端开口且一端封闭的盲孔16，锚固杆17和吸水膨胀块14位于盲孔16中，锚固杆17、吸水膨胀块14和盲孔16的封闭端依次连接，基块9通过柔性绳7与管3或者冲击装置连接；加固块6被冲击装置5打入软土1前，如图5(a)所示，锚固杆17位于盲孔16中；加固块6被冲击装置5打入软土1中后，如图5(b)所示，吸水膨胀块14吸收地下水膨胀且推动锚固杆17伸入软土1中，这时锚固杆17部分在软土1中且部分在盲孔16中，从而增大加固块6对锚杆2的锚固力。

作为本发明中加固块的第六种具体实施例，如图7所示，锚固杆17由若干套筒18复合而成，设有2个套筒18，最靠近孔16封闭端的套筒18编号为1，最远离孔16封闭端的套筒18编号为2，在第1号套筒18和第2号套筒18之间的套筒18编号依次增大，第i号套筒18在第i-1号套筒18内自由滑动、且有位移行程限制块19使第i号套筒18与第i-1号套筒18不会脱离(2≤i≤N，N＝2)，套筒18和位移行程限制块19固定连接，除第2号套筒18外其他套筒18都是两端开口的通孔结构；加固块6被冲击装置5打入软土1前，如图7(a)所示，2个套筒18呈收缩状态，吸水膨胀块14填充在第1号套筒18内；加固块6被冲击装置5打入软土1后，如图7(b)所示，吸水膨胀块14吸收地下水膨胀不仅推动2个套筒18整体伸入软土1中、且推动2个套筒18相对滑动伸展，2个套筒18呈伸展状态，从而加大锚固杆17入软土1深度。

作为本发明中冲击装置的第一种具体实施例，如图8所示，冲击装置5包括加压盒20和发射药21，加压盒20固定设置在管3内，加压盒20与加固块的对应侧开设安装槽，加固块6安放在加压盒20的安装槽中，加压盒20和加固块6共同包裹发射药21；锚杆2打入指定深度的软土1中后，发射药21由固体变为气体、加压盒22内气压增高，高气压的加压盒对加固块6产生冲击力，然后加固块6被冲击打入软土1中。

作为本发明中冲击装置的第二种具体实施例，如图9所示，冲击装置5包括依次连接的加压盒22和加压装置23，加压盒22与加压块6的对应侧开设安装槽，加固块6安放在加压盒22的安装槽中，加固块6与加压盒22配合设置形成容纳气体的内部空间，而加压装置通过加压管与该内部空间连通；当锚杆2打入指定深度的软土1中后，加压装置23对加压盒22内的内部空间加压，高气压的内部空间对加固块6产生冲击力，然后加固块6在冲击作用下被冲击打入软土1中。

作为本发明中冲击装置的第二种具体实施例，该加压装置23为气泵；或如图9所示，加压装置23包括加压仓24、活塞25、弹簧26、固定扣27；活塞25在加压仓24内滑动、且将加压仓24分隔为两个不连通的第一腔室28和第二腔室29，第二腔室29设置在第一腔室28上方，活塞25和弹簧26固定连接连接，弹簧26位于第二腔室29且和加压仓24内壁固定连接，第一腔室28和加压盒22通过加压管连通，固定扣27嵌设在加压仓24的内壁连接且与加压仓24活动连接，固定扣27可以为磁条，加压仓24内配合磁条设置电磁铁，通过电磁铁控制固定扣27与活塞的位置关系，固定扣27卡住活塞25时弹簧26呈压缩状态，固定扣松开活塞25时弹簧26伸展。锚杆2打入指定深度的软土1中前，如图9(a)所示，固定扣27卡住活塞25时弹簧26呈压缩状态；锚杆2打入指定深度的软土1中后，如图9(b)所示，固定扣27松开活塞25时弹簧26伸展，第一腔室28体积缩小，加压盒20内气压增大，然后加固块6被冲击打入软土1中。这里的假牙装置可以设置在任一位置，只要和加压盒连通即可，例如加压装置设置在地表。

一种基于冲击加固增加软土1中抗浮力的锚杆2的加固方法，包括如下步骤：

步骤1：将锚杆2打入指定软土1层中深度；

步骤2：冲击装置5对加固块6施加冲击力，加固块6在冲击力的作用下由导出孔4伸入软土1中；

步骤3：加固块6在软土1中的路径为如图1(b)所示的空隙8，通过注浆填满此空隙8。

Claims (2)

1.一种基于冲击加固增加软土中抗浮力的锚杆，其特征在于，包括管、导出孔、冲击装置、加固块、柔性绳；导出孔为通孔且设置于管的侧部，冲击装置设置于管内且与管连接，初始状态下加固块与冲击装置连接，加固块通过柔性绳与管或冲击装置连接；锚杆打入指定深度的软土中后，冲击装置对加固块施加冲击力，加固块在冲击力的作用下由导出孔伸入土中；

所述加固块包括基块、锚固杆和吸水膨胀块，基块开设盲孔，锚固杆和吸水膨胀块位于所述盲孔中，锚固杆、吸水膨胀块和盲孔的封闭端依次连接，基块通过柔性绳与管或冲击装置连接；加固块被冲击装置打入软土中后，吸水膨胀块吸收地下水膨胀且推动锚固杆伸入软土中，这时锚固杆部分在软土中且部分在盲孔中；

所述锚固杆为若干套筒复合而成，设有N个套筒，最靠近盲孔封闭端的套筒编号为1，最远离盲孔封闭端的套筒编号为N，在第1号套筒和第N号套筒之间的套筒编号依次增大，第i号套筒在第i-1号套筒内自由滑动、且有位移行程限制块使第i号套筒与第i-1号套筒不会脱离，2≤i≤N，套筒和位移行程限制块固定连接；加固块被冲击装置打入软土后，吸收地下水膨胀的吸水膨胀块，推动N个套筒整体伸入软土中、且推动N个套筒相对滑动伸展；

所述冲击装置包括依次连接的加压盒和加压机构，加压盒固定设置在管内，加压盒配合加固块开设安装槽，加固块安放在加压盒的安装槽内；锚杆打入指定深度的软土中后，加压装置和加压盒中的安装槽连通，加压装置对安装槽加压使加固块被冲击打入软土中，加压装置为气泵；或加压装置包括加压仓、活塞、弹簧、固定扣，活塞将加压仓分隔为两个不连通的第一腔室和第二腔室，活塞和弹簧连接，弹簧位于第二腔室且和加压仓连接，第一腔室和加压盒连通，固定扣和加压仓连接，固定扣卡住活塞时弹簧呈压缩状态，固定扣松开活塞时弹簧伸展对加压盒的安装槽加压，使加固块被冲击打入软土中。

2.一种基于冲击加固增加软土中抗浮力的锚杆的加固方法，其特征在于，根据权利要求1所述的锚杆，包括如下步骤：

步骤1：将锚杆打入指定软土层中深度；

步骤2：冲击装置对加固块施加冲击力，加固块在冲击力的作用下由导出孔伸入软土中；

步骤3：加固块在软土中的路径形成空隙，通过注浆填满此空隙。