CN101575854B - 一种高压旋喷扩大头锚杆及其施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高压旋喷扩大头锚杆及其施工方法，其锚杆包括锚杆体与设置在锚杆体上的局部扩大头和/或底部扩大头；其施工方法包括以下步骤：一、通过钻杆推进和高压自动旋转喷头旋转喷浆切割土体或砂层形成锚杆孔；二、在锚杆孔的中部和/或底部缓慢推进或停滞一定时间，相应形成局部扩大孔径和/或底部扩大孔径；三、拔出钻杆和高压自动旋转喷头，并在所成形的锚杆孔中放入锚杆钢筋或锚索；四、在锚杆孔孔口二次补浆成形高压旋喷扩大头锚杆。本发明施工方法步骤简单、施工成本低且施工效果好，所成形的高压旋喷扩大头锚杆结构合理、拉拔力大且造价低。
Description
技术领域
本发明属于建筑、水利、公路等基坑或边坡支护工程技术领域，尤其是涉及一种高压旋喷扩大头锚杆及其施工方法。
背景技术
在建筑、水利、公路等基坑或边坡支护工程中，锚杆是常用的支护型式，所用的锚杆通常采用螺旋钻成孔或泥浆循环钻成孔两种成孔方式。螺旋钻成孔方式存在的缺点在于：一般不能在局部和底部形成扩大体，因而锚杆的拉拔力不高，并且有时会出现缩孔和塌孔现象，进一步影响锚杆的拉拔力和质量。对于砂层，一般是采用泥浆循环钻成孔方式，但施工过程中，由于泥浆的影响使得锚杆的拉拔力大大降低，并且也无法形成提高锚杆拉拔力的局部和底部扩大体。另外，采用上述两种方式所排出的土或泥浆，也会对环境造成一定的不良影响。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种结构设计合理、造价经济且能大大提高锚杆拉拔力的高压旋喷扩大头锚杆。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种高压旋喷扩大头锚杆，其特征在于：包括锚杆体与设置在所述锚杆体中部的局部扩大头和/或设置在所述锚杆体底部的底部扩大头，所述局部扩大头的数量为一个或多个。。
本发明还提供了一种方法步骤操作简便、施工成本低且施工效果好的高压旋喷扩大头锚杆的施工方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
步骤一、锚杆体成孔施工，其施工过程如下：
101、在钻杆的前端部同轴密封安装一高压自动旋转喷头，并根据指定的锚杆位置和锚杆体成孔方向，对钻杆的钻进方向和钻进位置进行设定；所述高压自动旋转喷头包括安装在钻杆上的圆柱状喷头本体、同轴设置在圆柱状喷头本体底部的底部喷嘴和沿圆周方向均匀布设在圆柱状喷头本体中部外侧的多个侧翼喷嘴；
102、通过高压泵将水泥浆从钻杆后端部压入钻杆内部，并逐渐压进高压自动旋转喷头；
103、压进高压自动旋转喷头的高压水泥浆在高压泵的压力作用下，从底部喷嘴和侧翼喷嘴向外喷射，喷射过程中同步对周侧的土体或砂层进行切割；同时侧翼喷嘴在高压水泥浆的喷射反力作用下，带动高压自动旋转喷头旋转并逐渐向前推进；随着钻杆和高压自动旋转喷头不断向前推进，从高压自动旋转喷头喷出的高压水泥浆逐渐切割土体或砂层至设计深度，则完成锚杆体成孔施工，获得成形的锚杆孔；
步骤二、局部扩大体和/或底部扩大体施工：在钻杆和高压自动旋转喷头向前推进过程中，根据预先确定锚杆孔中部和/或底部扩大孔径的设计位置，当钻杆和高压自动旋转喷头推进至接近设计位置或到达设计位置时，相应缓慢向前推进或停滞一段时间不向前推进，使高压自动旋转喷头长时间连续旋转喷浆切割同一处的土体或砂层，从而相应在锚杆孔的中部形成局部扩大孔径和/或在锚杆孔的底部形成底部扩大孔径，则完成中部带局部扩大体和/或底部带底部扩大体的锚杆孔施工；
步骤三、拔出钻杆和高压自动旋转喷头，在所成形的带局部扩大体和/或底部扩大体的锚杆孔中放入锚杆钢筋或锚索；
步骤四、二次补浆成形高压旋喷扩大头锚杆：从步骤三中所述锚杆孔的孔口，二次注入水泥浆，则形成中部带局部扩大头和/或底部带底部扩大头的锚杆体。
步骤101中所述的高压自动旋转喷头和钻杆之间采用密封内空轴承连接。
步骤一中所述钻杆上套装有限定所述锚杆孔的最小孔径的定位环。
步骤101中所述侧翼喷嘴与圆柱状喷头本体的外表面相切。
步骤101中所述侧翼喷嘴的数量为3个。
所述定位环套装在钻杆前部。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、所成形的高压旋喷扩大头锚杆结构设计合理，并且通过锚杆体底部和中部所设置的底部扩大头和局部扩大头能充分调动锚杆底部和侧壁的拉拔力，从而大大提高了锚杆的拉拔力。
2、适用范围广，锚杆体成孔采用旋喷方式，具体是旋转喷射水泥浆的方式进行锚杆体成孔施工，因而具有较强的穿透能力，可使用于较多地层，比如较硬的土层，砂层等地层。
3、锚杆体成孔施工效果好，由于采用水泥浆旋喷成孔，因而在锚杆体成孔施工时，不会产生塌孔，缩径等现象。
4、锚杆体成孔施工方法简便，操作方便，在采用高压水泥浆旋喷成孔过程中，通过在局部(即中部)或端部(即底部)缓慢推进或停滞一定时间不向前推进，即可实现扩大孔径，从而在锚杆体成孔的中部或底部对应形成局部扩大体或端部扩大体(即底部扩大体)，注浆后所形成锚杆的拉拔力则能大大提高。
5、由于锚杆成孔采用水泥浆选喷切割地层的方式，因而可以使注浆后所形成的锚杆体与地层更加紧密地粘结，从而进一步增大了锚杆的侧摩阻力，提高锚杆拉拔力，经济效益十分显著。
6、锚杆成孔施工过程中，在采用高压水泥浆旋喷切割地层的同时，由高压水泥浆喷射的反力再来推动高压自动旋喷喷头的自动旋转，因而使得成孔设备结构简单、性能可靠且易于操作、施工成本低。
综上所述，本发明所述的高压旋喷扩大头锚杆施工方法不仅操作简便、施工成本低且施工效果好，其通过改变锚杆体的成孔方式和注浆方式，最终形成了具有底部扩大头和/或局部扩大头的高压旋喷扩大头锚杆，所成形的高压旋喷扩大头锚杆可充分调动锚杆端部和锚杆侧壁的拉拔力，从而使锚杆的拉拔力大大提高，同时也能大幅度降低工程成本。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明高压旋喷扩大头锚杆施工方法的工艺流程图。
图2为本发明高压旋喷扩大头锚杆施工初期的施工状态参考图。
图3为本发明高压旋喷扩大头锚杆施工完成的施工状态参考图。
图4为本发明施工中所用高压自动旋转喷头和钻杆的连接关系示意图。
图5为本发明施工中所用高压自动旋转喷头的前部结构示意图。
图6为本发明高压旋喷扩大头锚杆第一种具体实施方式的结构示意图。
图7为本发明高压旋喷扩大头锚杆第二种具体实施方式的结构示意图。
图8为本发明高压旋喷扩大头锚杆第三种具体实施方式的结构示意图。
附图标记说明：
1-底部扩大体； 2-局部扩大体； 3-钻杆；
4-高压自动旋转喷头； 4-1-圆柱状喷头本体； 4-2-底部喷嘴；
4-3-侧翼喷嘴； 5-高压泵； 6-密封内空轴承；
7-定位环； 8-钻杆支撑架； 9-局部扩大头；
10-底部扩大头； 11-锚杆钢筋； 12-锚杆锚头；
13-锚杆自由段； 14-锚杆水泥浆体。
具体实施方式
实施例1
如图6所示，本发明所述的高压旋喷扩大头锚杆包括锚杆体与设置在所述锚杆体中部的局部扩大头9和/或设置在所述锚杆体底部的底部扩大头10，所述局部扩大头9的数量为一个或多个。本实施例中，所述锚杆体中部设置有局部扩大头9且局部扩大头9的数量为一个，并且所述锚杆体底部设置有底部扩大头10。
如图1、图2及图3所示，上述高压旋喷扩大头锚杆的施工方法，包括以下步骤：
步骤一、锚杆体成孔施工，其施工过程如下：
101、在钻杆3的前端部同轴密封安装一高压自动旋转喷头4，并根据指定的锚杆位置和锚杆体成孔方向，对钻杆3的钻进方向和钻进位置进行设定；所述高压自动旋转喷头4包括安装在钻杆3上的圆柱状喷头本体4-1、同轴设置在圆柱状喷头本体4-1底部的底部喷嘴4-2和沿圆周方向均匀布设在圆柱状喷头本体4-1中部外侧的多个侧翼喷嘴4-3。实际操作时，通过设置在钻杆支撑架8上的钻进方向调节机构对钻杆3的钻进方向进行相应调整。
本实施例中，所述高压自动旋转喷头4和钻杆3之间采用密封内空轴承6连接。所述侧翼喷嘴4-3的数量为3个，并且侧翼喷嘴4-3与圆柱状喷头本体4-1的外表面相切。也就是说，在高压自动旋转喷头4上总共设有4个喷嘴，3个侧翼喷嘴4-3和1个端头喷嘴即底部喷嘴4-2，其中底部喷嘴4-2沿锚杆孔直向喷射切割土层，3个侧翼喷嘴4-3由高压水泥浆喷射侧向切割土体或砂层，并靠高压水泥浆喷射的反力带动高压自动旋转喷头4旋转，最终使得高压自动旋转喷头4的3个侧翼喷嘴4-3能够连续旋转喷射切割土层并逐渐向前推进。另外，需注意的是：3个侧翼喷嘴4-3与所切割成形锚杆孔的孔径方向成一定角度，即3个侧翼喷嘴4-3的喷射方向不能与所切割成形锚杆孔的孔径方向在一条直线上。
102、通过高压泵5将水泥浆从钻杆3后端部压入钻杆3内部，并逐渐压进高压自动旋转喷头4。
103、压进高压自动旋转喷头4的高压水泥浆在高压泵5的压力作用下，从底部喷嘴4-2和侧翼喷嘴4-3向外喷射，喷射过程中同步对周侧的土体或砂层进行切割；同时侧翼喷嘴4-3在高压水泥浆的喷射反力作用下，带动高压自动旋转喷头4旋转并逐渐向前推进。随着钻杆3和高压自动旋转喷头4不断向前推进，从高压自动旋转喷头4喷出的高压水泥浆逐渐切割土体或砂层至设计深度，则完成锚杆体成孔施工，即获得成形的锚杆孔。
另外，需注意的是：所述钻杆3上套装有限定所述锚杆孔最小孔径的定位环7，并且定位环7具体套装在钻杆3前部。
步骤二、局部扩大体2和/或底部扩大体1施工：在钻杆3和高压自动旋转喷头4向前推进过程中，根据预先确定锚杆孔中部和/或底部扩大孔径的设计位置，当钻杆3和高压自动旋转喷头4推进至接近设计位置或到达设计位置时，相应缓慢向前推进或停滞一段时间不向前推进，使高压自动旋转喷头4长时间连续旋转喷浆切割同一处的土体或砂层，从而相应在锚杆孔的中部形成局部扩大孔径和/或在锚杆孔的底部形成底部扩大孔径，则完成中部带局部扩大体2和/或底部带底部扩大体1的锚杆孔施工，获得带有局部扩大体2和/或底部扩大体1的锚杆孔。
本实施例中，在钻杆3和高压自动旋转喷头4向前推进过程中，当二者推进至局部扩大体2的设计位置(即预先所确定的锚杆体上局部扩大头的设计深度)时，具体是推进至接近设计位置或到达设计位置时，相应缓慢向前推进或停滞一段时间不向前推进，使高压自动旋转喷头4长时间连续旋转喷浆切割此处的土体或砂层，则在锚杆孔的中部相应形成局部扩大孔径，即在所成形的锚杆孔中部形成局部扩大体2；当钻杆3和高压自动旋转喷头4向前推进至锚杆体的设计深度时，具体是推进至接近设计深度或到达设计深度时，相应缓慢向前推进或停滞一段时间不向前推进，使高压自动旋转喷头4长时间连续旋转喷浆切割锚杆孔底部的土体或砂层，则在锚杆孔的底部相应形成底部扩大孔径，即在所成形的锚杆体成孔中形成底部扩大体1，则获得带有局部扩大体2和底部扩大体1的锚杆孔。实际施工过程中，也可以根据具体需要，相应对增加设置在所成形锚杆孔上的局部扩大体2的数量。
步骤三、拔出钻杆3和高压自动旋转喷头4，在所成形的带局部扩大体2和/或底部扩大体1的锚杆孔中放入锚杆钢筋11或锚索。
本实施例中，所述锚杆钢筋11为带锚杆自由段13的锚杆钢筋11，因而拔出钻杆3和高压自动旋转喷头4后，在所成形的带局部扩大体2和底部扩大体1的锚杆孔中放入带锚杆自由段13的锚杆钢筋11。
步骤四、二次补浆成形高压旋喷扩大头锚杆：从步骤三中所述锚杆孔的孔口，二次注入水泥浆，则形成中部带局部扩大头9和/或底部带底部扩大头10的锚杆体。
本实施例中，从步骤三中所述锚杆孔的孔口，二次注入水泥浆，则形成中部带局部扩大头9且底部带底部扩大头10的锚杆体。本步骤中，具体是采用高压注浆机二次在所述锚杆孔的孔口注入水泥浆，最终形成由锚杆钢筋11和固化在锚杆钢筋11周侧的锚杆水泥浆体14组成的锚杆体，最后将所形成的锚杆体外端部通过锚杆锚头12进行固定。
综上所述，本发明所述高压旋喷扩大头锚杆的施工过程是：首先，将钻杆3的一端(即前端)与高压自动旋转喷头4通过密封内空轴承6进行连接，再将钻杆3的另一端与高压泵5同轴连接；之后，将高压自动旋转喷头4安置在规定的锚杆孔位处，然后由高压泵5将高压水泥浆输送到钻杆3内，送至钻杆3内的高压水泥浆在高压作用下再被逐渐输送到高压自动旋转喷头4中，而进入高压自动旋转喷头4内的高压水泥浆则从设置在其上的4个喷嘴喷出，同步进行切割地层，同时3个侧翼喷嘴4-3在所喷射高压水泥浆的反力作用下，带动高压自动旋转喷头4自动旋转，从而达到均匀、连续并逐渐向前切割地层的目的。切割过程中，切割的土硝由水泥浆沿已成形锚杆孔的孔壁带出，随着地层的不断向深处切割和钻杆3的不断向前推进，成形的锚杆孔向里前进至设计孔深；再缓慢向前推进或停滞一段时间不向前推进，使高压自动旋转喷头4长时间连续旋转喷浆切割锚杆孔底部的土体或砂层，则在锚杆孔的底部相应形成底部扩大体1。同时，在高压自动旋转喷头4和钻杆3的推进过程中，根据工程需要，可以在推进过程中的相应设计位置缓慢向前推进或停滞一段时间不向前推进，从而做成局部扩大体2。另外，在钻杆3上安有定位环7，以确保所成形锚杆孔的最小孔径。最后，在带有底部扩大体1和局部扩大体2的锚杆孔施工完成后，即在锚杆孔成形达设计深度后，在所成形的锚杆孔中放入带锚杆自由段13的锚杆钢筋11或锚索，再通过锚杆孔孔口补浆即可形成高压旋喷扩大头锚杆。
实施例2
如图7所示，本实施例中，与实施例1不同的是：所施工成形的高压旋喷扩大头锚杆包括锚杆体与设置在所述锚杆体中部的局部扩大头9，并且所述局部扩大头9的数量为一个，也就是说，所成形的锚杆体底部未设置底部扩大头10。
相应地，本实施例中，对所述高压旋喷扩大头锚杆进行施工的施工方法与实施例1不同的是：步骤二中在钻杆3和高压自动旋转喷头4向前推进过程中，当二者推进至局部扩大体2的设计位置(即预先所确定的锚杆体上局部扩大头的设计深度)时，具体是推进至接近设计位置或到达设计位置时，相应缓慢向前推进或停滞一段时间不向前推进，使高压自动旋转喷头4长时间连续旋转喷浆切割此处的土体或砂层，则在锚杆孔的中部相应形成局部扩大孔径，即在所成形的锚杆孔中部形成局部扩大体2，则获得带有局部扩大体2的锚杆孔；相应在步骤四中形成仅中部带局部扩大头9的锚杆体，其余施工步骤与实施例1相同。
实施例3
如图8所示，本实施例中，与实施例1不同的是：所施工成形的高压旋喷扩大头锚杆包括锚杆体与设置在所述锚杆体底部的底部扩大头10，也就是说，所成形的锚杆体中部未设置局部扩大头9。
相应地，本实施例中，对所述高压旋喷扩大头锚杆进行施工的施工方法与实施例1不同的是：步骤二中在钻杆3和高压自动旋转喷头4向前推进过程中，当钻杆3和高压自动旋转喷头4向前推进至锚杆体的设计深度时，具体是推进至接近设计深度或到达设计深度时，相应缓慢向前推进或停滞一段时间不向前推进，使高压自动旋转喷头4长时间连续旋转喷浆切割锚杆孔底部的土体或砂层，则在锚杆孔的底部相应形成底部扩大孔径，即在所成形的锚杆体成孔中形成底部扩大体1，则获得带有底部扩大体1的锚杆孔；相应在步骤四中形成仅底部带底部扩大头10的锚杆体，其余施工步骤与实施例1相同。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
Claims (5)
1.一种高压旋喷扩大头锚杆的施工方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
步骤一、锚杆体成孔施工，其施工过程如下：
101、在钻杆(3)的前端部同轴密封安装一高压自动旋转喷头(4)，并根据指定的锚杆位置和锚杆体成孔方向，对钻杆(3)的钻进方向和钻进位置进行设定；所述高压自动旋转喷头(4)包括安装在钻杆(3)上的圆柱状喷头本体(4-1)、同轴设置在圆柱状喷头本体(4-1)底部的底部喷嘴(4-2)和沿圆周方向均匀布设在圆柱状喷头本体(4-1)中部外侧的多个侧翼喷嘴(4-3)；所述侧翼喷嘴(4-3)与圆柱状喷头本体(4-1)的外表面相切；
102、通过高压泵(5)将水泥浆从钻杆(3)后端部压入钻杆(3)内部，并逐渐压进高压自动旋转喷头(4)；
103、压进高压自动旋转喷头(4)的高压水泥浆在高压泵(5)的压力作用下，从底部喷嘴(4-2)和侧翼喷嘴(4-3)向外喷射，喷射过程中同步对周侧的土体或砂层进行切割；同时侧翼喷嘴(4-3)在高压水泥浆的喷射反力作用下，带动高压自动旋转喷头(4)旋转并逐渐向前推进；随着钻杆(3)和高压自动旋转喷头(4)不断向前推进，从高压自动旋转喷头(4)喷出的高压水泥浆逐渐切割土体或砂层至设计深度，则完成锚杆体成孔施工，获得成形的锚杆孔；
步骤二、局部扩大体(2)和/或底部扩大体(1)施工：在钻杆(3)和高压自动旋转喷头(4)向前推进过程中，根据预先确定锚杆孔中部和/或底部扩大孔径的设计位置，当钻杆(3)和高压自动旋转喷头(4)推进至接近设计位置或到达设计位置时，相应缓慢向前推进或停滞一段时间不向前推进，使高压自动旋转喷头(4)长时间连续旋转喷浆切割同一处的土体或砂层，从而相应在锚杆孔的中部形成局部扩大孔径和/或在锚杆孔的底部形成底部扩大孔径，则完成中部带局部扩大体(2)和/或底部带底部扩大体(1)的锚杆孔施工；
步骤三、拔出钻杆(3)和高压自动旋转喷头(4)，在所成形的带局部扩大体(2)和/或底部扩大体(1)的锚杆孔中放入锚杆钢筋(11)或锚索；
步骤四、二次补浆成形高压旋喷扩大头锚杆：从步骤三中所述锚杆孔的孔口，二次注入水泥浆，则形成中部带局部扩大头(9)和/或底部带底部扩大头(10)的锚杆体。
2.按照权利要求1所述的高压旋喷扩大头锚杆的施工方法，其特征在于：步骤101中所述的高压自动旋转喷头(4)和钻杆(3)之间采用密封内空轴承(6)连接。
3.按照权利要求1或2所述的高压旋喷扩大头锚杆的施工方法，其特征在于：步骤一中所述钻杆(3)上套装有限定所述锚杆孔的最小孔径的定位环(7)。
4.按照权利要求1或2所述的高压旋喷扩大头锚杆的施工方法，其特征在于：步骤101中所述侧翼喷嘴(4-3)的数量为3个。
5.按照权利要求3所述的高压旋喷扩大头锚杆的施工方法，其特征在于：所述定位环(7)套装在钻杆(3)前部。
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Assignee: China JK Institute of Engineering Investigation and Design Assignor: SHANXI ZHONGJI GEOTECHNICAL ENGINEERING Co.,Ltd. Contract record no.: 2012610000041 Denomination of invention: High-pressure jet grouting enlarged footing anchor rod and construction method thereof Granted publication date: 20101020 License type: Exclusive License Open date: 20091111 Record date: 20120410 |
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