CN100513745C - 机械扩孔锚杆施工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种对岩土层进行加固和维护的锚固方法,具体说是采用机械扩孔器制作预应力锚杆的施工方法。它包括钻孔、扩孔、水洗和注浆四个步骤,浆液与预应力筋体握裹在一起,固化后构成锚杆。一次注浆后根据设计要求还可进行二次注浆,二次注浆管采用高压劈裂注浆管或多根管。本发明的施工方法适应于不同土质的地层,可以在与水平面夹角为0~90°的方向施工作业,在锚杆长度上既有圆柱型段,又有圆锥型扩孔段;既可以只扩孔一次,又可以多次或多段扩孔,且相互连为一整体,增加锚杆与岩土体的接触面积,由于锚杆端承作用与摩擦作用的结合,成倍地提高锚杆承载能力,相应地也缩短了锚杆的长度,具有显著的经济效益。

Description

机械扩孔锚杆施工方法
技术领域
本发明涉及一种对岩土层进行加固和维护的锚固方法,具体说是采用机械扩孔器制作预应 力锚杆的施工方法。 背景技术
岩土工程中,预应力锚杆技术是最具生命力的新技术。预应力锚杆的一端与岩土体或结构 物相连,另一端锚固在岩土内,并对其施加预应力,成为将拉力传递到稳定的岩土体的锚固体 系,以承受岩土压力、水压力、抗浮、抗倾覆等所产生的结构拉力,用以维护岩土体和结构物 的稳定。但目前工程界普遍使用的直孔圆柱型锚杆,它具有承载力较低的致命弱点,为了提高 锚杆的承载力,在锚杆孔的底部用高压水冲刷岩土,或用爆破方法扩大空间,以便加大锚杆孔 的体积,从而扩大锚杆与岩土的接触面,可以提高锚杆的承载力。但是水冲刷扩孔的形状很不
规则,且冲刷使岩土体本身弱化,其力学参数下降;而爆破方法扩孔的随意性很大,更主要的 是用爆破手段受诸多社会因素限制,特别是城市。 一种以机械铰刀原理设计的扩孔器能克服上 述扩孔方法的缺陷,扩孔定位准确,形状固定,使其承载能力大大提高。其施工方法的研究, 特别是多段扩孔预应力锚杆技术,有待开发研究。 发明内容
本发明的目的在于提供一种采用机械扩孔器进行扩孔,使直孔圆柱型锚杆上增加一段或多 段圆锥型锚固体的锚杆施工方法,从而获得承载力高的预应力锚杆,使锚固体系稳定可靠,给 建筑工程提供坚实的地下基础工程。
本发明的另一 目的在于提供一种用于机械扩孔锚杆施工方法中的多段扩孔器和高压劈裂 二次注浆管。
本发明机械扩孔锚杆施工方法,其中包括以下步骤:
1)钻孔:用钻机在岩土地层中钻进圆柱型锚杆孔至设计深度;
2)扩孔:提出钻杆,将钻头换成扩孔器,在扩孔器不扩张状态下,将其置于锚杆孔底部, 并在钻杆或机架上标记锚杆孔深度线;启动钻机带动扩孔器旋转,同时给钻机逐渐向下加压, 扩孔器的长、短臂旋转并向外扩张切削岩土,锚杆孔底部扩大为圆锥型;扩孔器包括滑动套装 的中心筒和空心的中心轴,三个均匀安置的由长臂和短臂相互铰接组成的伸縮臂的两端分别与
4中心筒上端和中心轴下端外径上相对应的上、下连接耳铰接;
3) 水洗:在扩孔同时,钻机供水系统给水,冲洗切削物和清洗孔壁,观察水中切削物含 量,当孔中溢流出的水中切削物含量较少时,完成水洗;
4) 注浆:提出扩孔器,将预应力筋体和注浆管插入锚杆孔底部,用注浆泵和与其连通的 注桨管一次灌注灰砂比为1: 0.5〜1: 1的水泥砂浆或水灰比为0. 45〜0. 5的纯水泥浆,达到
设计高度,并在浆液终凝前拔出注浆管;浆液的强度要求在7天后不低于15〜20Mpa, 28天后 不低于25〜30Mpa;浆液与预应力筋体握裹在一起,固化后构成锚杆。
本发明机械扩孔锚杆施工方法,其中在步骤4)注浆后,用二次注浆管在锚杆孔的不同 深度上进行二次注浆,二次注浆用高压注浆机注入纯水泥浆;二次注浆管为高压劈裂注浆管, 包括在注浆管外套装的外套管,在外套管上,每隔0.5〜lm处设有由若干个小孔组成的环状出 浆口,在环状出浆口上均套装有弹性橡胶圈;注桨管尾端口封闭,在尾端口上方的一段管壁四 周设有若干个出浆小?L,在出浆小孔段两端的外壁上分别设有与外套管两端封闭,且沿外套管 内壁滑动配装的密封装置。
本发明机械扩孔锚杆施工方法,其中二次注浆管为多根,且每根管的下端位于锚杆孔的 不同深度上。
本发明机械扩孔锚杆施工方法,其中在锚杆的上部,重复步骤2)至步骤4),至少再制 成一段锚杆。
本发明机械扩孔锚杆施工方法,其中包括以下步骤:
1) 钻孔:用钻机在岩土地层中钻进圆柱型锚杆孔至设计深度;
2) 扩孔:提出钻杆,将钻头换成多段扩孔器,在扩孔器不扩张状态下,将其置于锚杆孔 底部,并在钻杆或机架上标记锚杆孔深度线;启动钻机带动多段扩孔器旋转,同时给钻机逐渐 向下加压,多段扩孔器的长、短臂旋转并同时向外扩张切削岩土,锚杆孔扩大成多段圆锥型;
3) 水洗:在扩孔同时,钻机供水系统给水,冲洗切削物和清洗孔壁,观察水中切削物含 量,当孔中溢流出的水中切削物含量较少时,完成水洗;
4) 注浆:提出多段扩孔器,将预应力筋体和注浆管插入锚杆孔底部,用注浆泵和与其连
通的注浆管一次灌注灰砂比为1: 0. 5〜1: 1的水泥砂浆或水灰比为0. 45〜0. 5的纯水泥浆, 达到设计高度,并在浆液终凝前拔出注浆管;浆液的强度要求在7天后不低于15〜20Mpa, 28 天后不低于25〜30Mpa;浆液与预应力筋体握裹在一起,固化后构成锚杆。
本发明机械扩孔锚杆施工方法中的多段扩孔器,包括端部的扩孔器,端部的扩孔器包括滑动套装的中心筒和空心的中心轴;其中在中心筒的上端至少串接一个副扩孔器;副扩孔器包 括滑动套装的中心筒和空心的中心轴,三个均匀安置的由长臂和短臂相互铰接组成的伸縮臂的 两端分别与中心筒上端和中心轴下端通过连接耳铰接,端部的扩孔器的中心筒和其上的副扩孔 器的中心轴之间,以及各副扩孔器的中心筒和其上的副扩孔器的中心轴之间通过连接管同轴固 定连接。
本发明机械扩孔锚杆施工方法适应于不同土质的地层,可以在与水平面夹角为0〜90°的 方向施工作业。根据岩土层的地质资料和工程需要,设计锚杆的作用部位、方向、结构参数和 密度,有利于保护地层的固有强度,阻止地层的进一步扰动,控制地层变形的发展,提高施工 过程的安全性,以最小的支护抗力,获得最佳的稳定效果。釆用机械扩孔器制作的锚杆,在锚 固段长度上既有圆柱型段,又有圆锥型扩孔段;既可以只扩孔一次,又可以多次或多段扩孔, 且相互连为一整体,增加锚杆与岩土体的接触面积,由于锚杆端承载作用与摩擦作用的结合, 成倍地提高锚杆承载能力,相应地也縮短了锚杆的长度,具有显著的经济效益。
附图说明
图1为本发明机械扩孔锚杆施工方法中使用的扩孔器结构原理示意图;
图2为本发明机械扩孔锚杆施工方法中使用的高压劈裂注浆管的结构原理示意图;
图3为本发明中使用的多段扩孔器结构原理示意图;
图4为本发明中使用多段扩孔器成型的多段锚杆示意图(剖面)。
具体实施方式
本发明机械扩孔锚杆施工方法的步骤中可知,首要问题是在圆柱型锚杆孔的基础上,按照 设计要求,在底部扩大一个或在不同高度上依次扩大多个圆锥型锚杆孔,在扩孔同时,供水系 统给水,冲洗切削物和清洗孔壁,然后在锚杆孔中加入预应力筋体后,用注浆泵和与其连通的 注浆管向锚杆孔内灌注水泥砂浆或纯水泥浆,使浆液与预应力筋体握裹在一起,并与周围岩土 地层或结构物锚固在一起,形成坚硬的锚固体。
本发明中使用的机械扩孔器结构如图1所示,它包括滑动套装的中心筒2和空心的中心轴 3,且中心筒2上端通过与其固定连接的接头1和旋转动力头连接,三个均匀安置的由长臂4 和短臂5相互铰接组成的伸缩臂的两端分别与中心筒2上端和中心轴3下端外径上相对应的 上、下连接耳铰接;在中心筒2内装有压縮弹簧。中心轴3的下端通过转盘和转盘座6转动连 接。使用时,由长臂4和短臂5相互铰接组成的伸縮臂在弹簧作用下拉直,进入已钻进的圆柱 型锚杆孔内,设有锥尖的转盘座6定位在锚杆孔底部上,由动力头带动中心筒2和中心轴3绕转盘座6旋转,并逐渐向下加压,中心筒2向下滑动,使长、短臂4、 5旋转并向外扩张,切 削岩土,直至将锚杆孔底部切削扩大为圆锥型。
将预应力筋体和注浆管插入锚杆孔底部,选用挤压式或活塞式注浆泵,通过注桨管一次灌 注灰砂比为l: 0.5〜1: 1的水泥砂浆或水灰比为0. 45〜0. 5的纯水泥浆,并在浆液终凝前拔 出注浆管;注浆管一定要插入锚杆孔底部,浆液自下而上连续灌注,确保孔内顺利排水和排气,
当孔口溢出浆液时,停止注浆。根据岩土层的地质状况等诸多因素,在一次注浆后还可进行二 次注浆。
二次注浆的方法中采用高压劈裂注浆管进行注浆,图2所示的高压劈裂注浆管包括在注浆 管8外套装的外套管7;在外套管7上,每隔0.5〜lm处设有由若干个小孔组成的环状出浆口 10',在环状出浆口10'上均套装有弹性橡胶圈9;注浆管8尾端口封闭,在尾端口上方的一 段管壁四周设有若干个出浆小孔10,在出浆小孔10段的两端分别设有与外套管7两端封闭的 密封装置11。使用时,与一次注浆管同时插入锚杆孔底部,注浆管8的尾端置于外套管7上 最底层的环状出浆口10'处,高压泵输送浆液,由于出浆小孔10段的两端与套管7封闭,浆 液从环状出浆口10'的小孔喷出,并冲破弹性橡胶圈9,又劈裂一次注浆形成的锚杆,向岩土 层挤压渗透,形成更大直径的锚杆扩大体,将大幅度提高锚杆承载力。连续提升注浆管8至环 状出浆口10'处,重复上述过程,直至完成不同深度上的二次注浆,其后拔出注浆管8。
二次注浆管也可以采用多根普通管,且每根管的下端位于锚杆孔的不同深度上,同样可对 锚杆体的不同高度处进行二次注浆,二次注浆可进行多次。
在圆柱锚杆孔中可进行多次扩孔,也就是在一根圆柱锚杆孔高度上可以有多个圆锥形扩孔 段,同样是为了提高锚杆的承载力。在施工中,可以自下而上依次进行扩孔、水洗和注桨各工 序,直至完成最上层的一段扩孔、水洗和注浆工序。
上述多次扩孔的锚杆还可以采用多段扩孔器进行扩孔, 一次成型。如图3所示,它包括滑 动套装的中心筒2和空心的中心轴3,三个均匀安置的由长臂4和短臂5相互铰接组成的伸缩 臂的两端分别与中心筒2上端和中心轴3下端通过连接耳铰接,中心轴3的下端还通过转盘与 转盘座6转动连接。在该扩孔器的中心筒2的上端同轴固定连接一根连接管13,该连接管13 的上端又与一个副扩孔器12的中心轴3'的下端同轴固定连接。副扩孔器12包括滑动套装的 中心筒2'和空心的中心轴3',三个均匀安置的由长臂4'和短臂5'相互铰接组成的伸縮臂 的两端分别与中心筒2'上端和中心轴3'下端通过连接耳铰接,构成多段扩孔器。显然端部 扩孔器即如图1所示的扩孔器,副扩孔器12的结构与端部扩孔器的结构基本相同,这样钻机200510115919.
的动力头通过接头1与副扩孔器12的中心筒2'上端固定连接,由一台钻机的动力头带动两 个扩孔器,当然在副扩孔器12上还可通过另一根连接管13与另一个副扩孔器12串接固定在 一起,构成另一个多段扩孔器。这样,在圆柱锚杆孔中一次同时完成多个圆锥形孔的扩孔施工, 显然提高了工作效率。其中的水洗和注浆施工方法均与前述均相同,所形成的锚杆如图4所示。
8

Claims (8)

1、一种机械扩孔锚杆施工方法,其特征是包括以下步骤:1)钻孔:用钻机在岩土地层中钻进圆柱型锚杆孔至设计深度;2)扩孔:提出钻杆,将钻头换成扩孔器,在扩孔器不扩张状态下,将其置于锚杆孔底部,并在钻杆或机架上标记锚杆孔深度线;启动钻机带动扩孔器旋转,同时给钻机逐渐向下加压,扩孔器的长、短臂旋转并向外扩张切削岩土,锚杆孔底部扩大成圆锥型;所述扩孔器包括滑动套装的中心筒(2)和空心的中心轴(3),三个均匀安置的由长臂(4)和短臂(5)相互铰接组成的伸缩臂的两端分别与所述中心筒(2)上端和中心轴(3)下端外径上相对应的上、下连接耳铰接;3)水洗:在扩孔同时,钻机供水系统给水,冲洗切削物和清洗孔壁,观察水中切削物含量,当孔中溢流出的水中切削物含量较少时,完成水洗;4)注浆:提出扩孔器,将预应力筋体和注浆管插入锚杆孔底部,用注浆泵和与其连通的注浆管一次灌注灰砂比为1∶0.5~1∶1的水泥砂浆或水灰比为0.45~0.5的纯水泥浆,达到设计高度,并在浆液终凝前拔出注浆管;浆液的强度要求在7天后不低于15~20Mpa,28天后不低于25~30Mpa;浆液与预应力筋体握裹在一起,固化后构成锚杆。
2、 根据权利要求1所述的机械扩孔锚杆施工方法,其特征是在所述步骤4)注浆后,用 二次注浆管在锚杆孔的不同深度上再进行二次注浆,二次注浆用高压注浆机注入纯水泥浆;所 述二次注桨管为高压劈裂注浆管,包括在所述注浆管(8)外套装的外套管(7),在所述外套 管(7)上,每隔0.5〜lm处设有由若干个小孔组成的环状出桨口 (10'),在所述环状出浆口(10')上均套装有弹性橡胶圈(9);所述注桨管(8)尾端口封闭,在尾端段管壁四周设有 若干个出浆小孔(10),在所述出浆小孔(10)段的两端外壁上分别设有与所述外套管(7)两 端封闭,且沿所述外套管(7)内壁滑动配装的密封装置(11)。
3、 根据权利要求2所述的机械扩孔锚杆施工方法,其特征是所述二次注浆管为多根,且 每根管的下端位于锚杆孔的不同深度上。
4、 根据权利要求2或3所述的机械扩孔锚杆施工方法,其特征是在所述锚杆的上部,重 复步骤2至步骤4,至少再制成一段锚杆。
5、 一种机械扩孔锚杆施工方法,其特征是包括以下步骤: 1)钻孔:用钻机在岩土地层中钻进圆柱型锚杆孔至设计深度;2) 扩孔:提出钻杆,将钻头换成多段扩孔器,在扩孔器不扩张状态下,将其置于锚杆孔 底部,并在钻杆或机架上标记锚杆孔深度线;启动钻机带动多段扩孔器旋转,同时给钻机逐渐 向下加压,多段扩孔器的长、短臂旋转并同时向外扩张切削岩土,锚杆孔上扩大成多段圆锥型;3) 水洗:在扩孔同时,钻机供水系统给水,冲洗切削物和清洗孔壁,观察水中切削物含 量,当孔中溢流出的水中切削物含量较少,完成水洗;4) 注浆:提出多段扩孔器,将预应力筋体和注浆管插入锚杆孔底部,用注浆泵和与其连通的注桨管一次灌注灰砂比为1: 0. 5〜1: 1的水泥砂浆或水灰比为0. 45〜0. 5的纯水泥浆, 达到设计高度,并在浆液终凝前拔出注浆管;浆液的强度要求在7天后不低于15〜20Mpa, 28 天后不低于25〜30Mpa;浆液与预应力筋体握裹在一起,固化后构成锚杆。
6、 根据权利要求5所述的机械扩孔锚杆施工方法,其特征是在所述步骤4)注浆后,用 二次注浆管在锚杆孔的不同深度上再进行二次注浆,二次注浆用高压注浆机注入纯水泥浆;所 述二次注浆管为高压劈裂注浆管,包括在所述注浆管(8)外套装的外套管(7),在所述外套 管(7)上,每隔0.5〜lm处设有由若干个小孔组成的环状出浆口 (10'),在所述环状出浆口(10')上均套装有弹性橡胶圈(9);所述注浆管(8)尾端封闭,在其尾端段管壁四周设有 若干个出浆小孔(10),在所述出浆小孔(10)段的两端外壁上分别设有与所述外套管(7)两 端封闭,且沿所述外套管(7)内壁滑动配装的密封装置(11)。
7、 根据权利要求6所述的机械扩孔锚杆施工方法,其特征是所述二次注浆管为多根,且 每根管的下端位于锚杆孔的不同深度上。
8、 一种用于权利要求5所述的机械扩孔锚杆施工方法中的多段扩孔器,包括端部的扩孔 器,所述端部的扩孔器包括滑动套装的中心筒(2)和空心的中心轴(3);其特征是在所述中 心筒(2)的上端至少串接一个副扩孔器(12);所述副扩孔器(12)包括滑动套装的中心筒(2 ')和空心的中心轴(3'),三个均匀安置的由长臂(4')和短臂(5')相互铰接组成的伸 縮臂的两端分别与所述中心筒(2')上端和中心轴(3')下端通过连接耳铰接;所述端部的 扩孔器的中心筒(2)和其上的所述副扩孔器(12)的中心轴(3')之间,以及各副扩孔器(12) 的中心筒(2')和其上的副扩孔器的中心轴(3')之间通过连接管(13)同轴固定连接。
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