CN103215952A - 高聚物锚固注浆方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高聚物锚固注浆方法，其包括以下步骤：（1）锚杆杆体制作；（2）在锚杆杆体上绑扎土工布袋和注浆管；（3）槽孔施工；（4）高聚物注浆：a．封孔注浆，b．锚固注浆形成高聚物锚固体。本发明具有适用性强、无水施工、施工快捷、经济、构建的高聚物锚固体强度高、耐久性好等特点。具有膨胀特性的高聚物材料对周围岩土具有明显的挤密作用，增大了灌浆体与基体间的摩擦力；防水性能优良的高聚物材料有利于杆体的防腐及耐久性；高聚物材料具有较大的强度，有利于提高锚杆的极限抗拔力；高聚物材料的凝固时间短，且无需养护，有利于缩短施工工期。本发明为基坑、隧道、边坡支护提供了安全、先进、经济、实用的锚固新方法。
Description
技术领域
本发明属于基础设施加固技术领域，具体涉及建筑物基坑、隧道、边坡等基础工程的高聚物锚固注浆方法。
背景技术
我国岩土锚固技术的发展始于上世纪50年代后期，当时主要在矿山巷道等支护工程中采用。进入60年代，除了矿山巷道之外，我国也开始在铁道隧洞、水利工程、边坡工程、地下工程中大量采用锚固支护技术。从70年代起，深基坑支挡工程开始广泛采用土层锚杆。锚固技术的应用有效保证了岩土体内部的应力场的稳定、改善了岩土体自身内部的力学状态、抑制了塑性区的扩展，变传统的被动支护方式为主动支护，提高了岩土体和结构物的稳定性。另外，锚固技术的应用还可以降低工程造价，缩短工期，并能在工程完工后减少维护费用，具有在耐久性和稳定性方面一次到位的优点。目前，岩土锚固技术已在边坡、基坑、矿井、隧洞、地下工程、水工建筑物及抗浮等工程建设中获得了广泛应用。
在选择锚固材料时，要考虑围岩条件、使用目的等，以使在锚固长度上能够获得充分的锚固力。选择锚固材料的必要条件是充填性好，早期、长期的锚固力大并具有足够的耐久性，同时能与被锚固的基体胶结界面以及杆体牢固地粘结，且易于施工、经济效益好。目前常用的锚固材料有砂浆、水泥浆、树脂等。国内外现有的水泥基锚固材料，虽然在工程实际中得到了广泛应用，但在使用中仍然存在一些问题。如自含水式水泥卷加工复杂，成本较高，运输、贮存不方便，安装时需机械搅拌等。浸水式水泥卷由于外加剂混合于水泥之中，多为易潮解的物质，加速了水泥的吸湿变质，使水泥卷贮存期缩短、性能降低，以致失效，从而影响支护质量或造成浪费。此外，现有国内外水泥基锚固材料，都是采用固定的成分和配合比，难以在现场随时调节胶凝时间及其强度，不符合岩土工程性质多变的特点。而树脂粘结型的锚杆则由于树脂材料含毒、易燃、易老化、价格高，使其推广应用受到限制。
近年来，为改善灌浆体的物理力学性能，相继开发或引进了各种改性材料用于锚固，但它们多数属于改性水泥砂浆的范畴。事实上，在普通水泥砂浆灌浆体中掺入改性材料不能改变有水反应的本质，有水参与则必然会导致锚固材料发生干缩，抗震抗裂性能不足。因此其改良后的锚固力提高有限。随着基坑、隧道、边坡等工程的快速发展，锚固施工的岩土条件愈发变得复杂多样，工程标准也越来越严格，对于锚固的性能提出了越来越高的要求。由于现有水泥砂浆类锚固材料锚固力有限，力学性能一般，变形能力差，已很难适应锚固技术的发展需要。因此，开发使用无水反应锚固材料的新型锚固技术，对于改进锚固效果，扩大锚固的应用范围，满足复杂岩土环境的要求具有重要意义。
高聚物注浆技术是20世纪70年代发展起来的地基基础快速加固技术。该技术通过向地基中注射高聚物材料，利用高聚物材料发生化学反应后体积迅速膨胀并固化的特性，达到加固地基、填充脱空的目的。目前，高聚物注浆技术主要应用于工业与民用建筑的地基加固和道路维修。本发明人针对我国建筑物基坑、隧道、边坡锚固支护的发展需求与目前锚固技术存在的不足，将非水反应类双组份高聚物注浆材料与锚固技术相结合，发明一种新型高聚物注浆锚固技术。这一创新目前国内还未见相关报道。
发明内容
本发明的目的是针对我国基坑、隧道、边坡等基础工程锚固支护技术的发展需求和目前锚固技术存在的不足，提供一种快速、安全、轻质、高强的高聚物注浆锚固方法，利用该发明可实现锚固材料与杆体和周围岩土的良好固结，为基坑、隧道、边坡支护，尤其为不宜使用水泥基浆液作为锚固结材料的湿陷性黄土或具有遇水膨胀的岩土锚固提供了安全、先进、经济、实用的新方法。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种高聚物锚固注浆方法，其包括以下步骤：
（1）锚杆杆体制作：首先对杆体进行平直、除锈、防腐处理，按设计要求切割母材、焊接支架，并在杆体上每隔0.5m～2m设置一个对中支架；
（2）在锚杆杆体上绑扎土工布袋和注浆管：在杆体端部绑扎土工布袋和注浆管，绑扎时土工布袋底部位置位于设计锚固段和自由段的交接处；注浆管进浆管口处设置可拆卸式进浆阀，注浆管与注浆枪之间的连接接头使用喉箍紧固密封；注浆管设置两根，一根为封孔注浆管，出浆口在土工布袋内；另一根为锚固注浆管，其出浆口深入孔底；
（3）槽孔施工：在需要锚固的位置，按设计要求施工槽孔；
（4）高聚物注浆：
a．封孔注浆：用注浆装备把双组份膨胀性高聚物注浆材料注入土工布袋中，高聚物材料发生化学反应后体积迅速膨胀并固化，将孔封堵；
b．锚固注浆：锚固注浆管深入注浆孔底部，高聚物浆液自下而上填满孔内锚固段并固化，膨胀挤密孔壁岩土，与周围岩土充分结合，形成高聚物锚固体。
上述步骤（4）完成后，进行锚具加装，具体操作步骤如下：
a、根据锚杆体的材料和锁定力的大小选择张拉设备；
b、施工混凝土承台；
c、安装台座和锚具，待承压台的混凝土强度达到设计强度时进行张拉操作；张拉按设计张拉速度进行；正式张拉前进行二次预张拉，张拉力为设计拉力的10％～20％；正式张拉荷载分级逐步施加，保持15分钟后卸荷至锁定荷载进行锁定作业。
本发明所使用的锚固材料为无水反应类双组份发泡聚氨酯，与水反应类高聚物材料相比，非水反应类高聚物材料具有更强的自膨胀特性。与传统锚固灌浆材料相比，该高聚物材料还具有以下特点：（1）密度小：工程应用中高聚物的密度变化范围在200～300Kg/m3之间，无收缩，加固后产生的附加应力小；（2）施工速度快，无需养护：高聚物化学反应速度快，注浆后15分钟能够达到其抗压强度的90％，对施工干扰少；（3）反应时材料体积迅速膨胀，可达液体体积的10～20倍，能产生巨大的膨胀力，生成的高聚物材料物理力学性能优良；（4）注浆孔径小，对结构基本无破坏；（5）材料渗透系数小，防水性能优良；（6）耐久性和稳定性好，其凝固体在长期被水浸泡的情况下不会降解或者腐烂，对环境无污染。
将高聚物注浆技术应用于岩土锚固，具有膨胀特性的高聚物材料对周围岩土具有明显的挤密作用，有利于增大灌浆体与基体间的摩擦力；防水性能优良的高聚物材料对钢制杆体而言是隔水材料，有利于杆体的防腐及耐久性；高聚物材料有较大的强度，有利于提高单根锚杆的极限抗拔力；高聚物材料的凝固时间短，且无需养护，有利于缩短施工工期。
与现行的锚固技术相比，本发明具有以下优点：
（1）适用性强。不仅适用于一般岩土环境，而且适用于水泥基锚固材料不适宜的湿陷性黄土或遇水膨胀土层的锚固施工。
（2）无水施工。无水反应的高聚物材料不干缩，具有较强的抗拉性能和抗振抗裂性能，体积膨胀率大，锚固体形态饱满，能完全填充钻孔。
（3）强度高。高聚物注浆材料与周围岩土充分结合，形成的根系状胶结结构，具有极强的粘结力。与同等情况下的水泥锚固材料相比，锚固力提高近1倍。
（4）强度提高快、施工方便快捷。高聚物锚杆成孔、封孔、注浆连续作业，适用于大、中、小各类隧道、地基基础、边坡锚固施工和抢险抢修，施工快捷。材料反应后15分钟即形成90%左右的强度，无需养生，对于各类应急抢险锚固支护工程中尤其有利。
（5）经济。与其他岩土锚固技术相比，单根高聚物注浆锚固力高，工艺简单，可节省钢材及人工，节省造价50%以上。
（6）耐久性好。高聚物注浆材料性能稳定，无污染，柔韧性好，与岩土体紧密粘合，协调变形，渗透系数小，作为隔水层对钢筋有较好的防腐作用。
附图说明
图1为高聚物锚杆杆体结构示意图。
图2为成孔施工示意图。
图3为高聚物锚杆土工布袋封孔注浆示意图。
图4为高聚物锚杆锚固注浆示意图。
图5为预应力高聚物锚杆张拉示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明做进一步说明。
一种高聚物锚固注浆方法，其包括以下步骤：
（1）锚杆杆体制作：所用杆体1材料为钢筋、钢绞线或其他锚杆材料；首先对杆体1进行平直、除锈、防腐处理，在制作全过程中避免油脂、泥土等杂物污染锚杆杆体1；按设计要求使用砂轮锯或切割机切割母材、焊接支架，并在杆体上每隔0.5m～2m设置有对中支架2，可以每隔0.5m、1m、1.5或2m，即0.5～2m之间任意值设置一个对中支架；
（2）在锚杆杆体上绑扎土工布袋和注浆管：在杆体1端部绑扎土工布袋4和注浆管，绑扎时土工布袋4底部位置位于设计锚固段和自由段的交接处；注浆管进浆管口处设置可拆卸式进浆阀，注浆管与注浆枪之间的连接接头，使用喉箍紧固密封；注浆管设置两根，一根为封孔注浆管5，出浆口在土工布袋内；另一根为锚固注浆管3，其出浆口深入孔底，如图1所示；
（3）槽孔施工：在需要锚固的基坑、隧道、边坡等位置上，按设计要求布置槽孔，对于土质基坑、隧道、边坡采用洛阳铲6成孔，对于岩体则采用钻具7成孔，如图2所示；
（4）高聚物注浆：
a．封孔注浆：用注浆装备把双组份膨胀性高聚物注浆材料注入土工布袋中，高聚物材料发生化学反应后体积迅速膨胀并固化，将孔封堵，如图3所示；
b．锚固注浆：锚固注浆管深入注浆孔底部，高聚物浆液自下而上填满孔内锚固段并固化，膨胀挤密孔壁岩土，与周围岩土充分结合，形成高聚物锚固体9，如图4所示。
若锚杆需要施加预应力，则还应设置锚垫板等锚具，进行张拉、锁定操作，具体操作步骤如下：
a、根据锚杆体的材料和锁定力的大小选择张拉设备；
b、施工混凝土承台8，承台8按常规方法施工制作；
c、安装台座和锚具，待承台8的混凝土强度达到设计强度时进行张拉操作；张拉按设计张拉速度进行；正式张拉前进行二次预张拉，张拉力为设计拉力的10％～20％；正式张拉荷载分级逐步施加，保持15分钟后卸荷至锁定荷载进行锁定作业，如图5所示。
Claims (2)
1.一种高聚物锚固注浆方法，其特征在于：其包括以下步骤：（1）锚杆杆体制作：首先对杆体进行平直、除锈、防腐处理，按设计要求切割母材、焊接支架，并在杆体上每隔0.5m～2m设置一个对中支架；
（2）在锚杆杆体上绑扎土工布袋和注浆管：在杆体端部绑扎土工布袋和注浆管，绑扎时土工布袋底部位置位于设计锚固段和自由段的交接处；注浆管进浆管口处设置可拆卸式进浆阀，注浆管与注浆枪之间的连接接头使用喉箍紧固密封；注浆管设置两根，一根为封孔注浆管，出浆口在土工布袋内；另一根为锚固注浆管，其出浆口深入孔底；
（3）槽孔施工：在需要锚固的位置，按设计要求施工槽孔；
（4）高聚物注浆：
a．封孔注浆：用注浆装备把双组份膨胀性高聚物注浆材料注入土工布袋中，高聚物材料发生化学反应后体积迅速膨胀并固化，将孔封堵；
b．锚固注浆：锚固注浆管深入注浆孔底部，高聚物浆液自下而上填满孔内锚固段并固化，膨胀挤密孔壁岩土，与周围岩土充分结合，形成高聚物锚固体。
2.根据权利要求1所述的高聚物锚固注浆方法，其特征在于：还包括以下步骤：
上述步骤（4）完成后，进行锚具加装，具体操作步骤如下：
a、根据锚杆体的材料和锁定力的大小选择张拉设备；
b、施工混凝土承台；
c、安装台座和锚具，待承压台的混凝土强度达到设计强度时进行张拉操作；张拉按设计张拉速度进行；正式张拉前进行二次预张拉，张拉力为设计拉力的10％～20％；正式张拉荷载分级逐步施加，保持15分钟后卸荷至锁定荷载进行锁定作业。
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