CN103306280A - 一种钻杆内孔植入搅拌式锚桩及锚固方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钻杆内孔植入搅拌式锚桩及锚固方法，锚桩包括插置在地层内的锚杆，锚杆与包裹在锚杆四周的注过水泥浆或水泥粉的并经过搅拌形成的水泥土相结合形成锚桩。锚固方法是采用钻杆旋进的过程搅拌土壤，使得水泥浆或水泥粉等固化剂与土壤充分混合；并且钻杆旋进的同时又将堵头推入地层内，钻杆行进到位后，再在钻杆内插入锚杆，再将钻杆拔出，而将锚杆与堵头留在地层内，锚杆及包裹在锚杆四周的注过水泥浆或水泥粉的并经钻杆搅拌后形成的水泥土结合共同形成柱状钻杆内孔植入搅拌式锚桩。从而避免成孔锚杆在成孔、安装锚杆、注浆过程中塌孔造成的施工困难。钻杆拔出后又可以进行下一次施工。

Description

一种钻杆内孔植入搅拌式锚桩及锚固方法

技术领域

本发明涉及土体开挖、边坡稳定及地下结构抗浮抗拔技术领域，尤其涉及一种用于基坑围护、边坡加固以及地下结构抗拔抗浮的钻杆内孔植入搅拌式锚桩及锚固方法。

背景技术

土钉支护、锚杆支护在基坑围护工程和边坡稳定工程中广泛使用，土钉支护造价低，施工方便，但土钉的长度和桩直径较小，抗拔均力小，只适用于一般的地层，所以适用范围较小，往往不能满足设计要求，且此种土钉不能很好的施加预应力、抗拔力也不强，不能很好的发挥作用；而锚杆的长度、直径及抗拔均力都大于土钉，但是其造价较高，施工需经过先钻孔，后置入金属材料，再注浆两道工序，不能一次性完成，提高了成本；且在砂卵石层中由于砂卵石为松散体，成孔困难，一般采用全套管成孔方式成孔，成孔锚杆在成孔、安装锚杆、注浆过程中容易塌孔，所以施工难度高，并且造价高昂。

发明内容

本发明针对上述现有技术的不足，提供了一种工序简单、成本低、且可施加预应力的钻杆内孔植入搅拌式锚桩及锚固方法；本发明通过钻杆前端的搅拌叶片将水泥浆或水泥粉与土体搅拌形成水泥土，并在钻杆钻至要求深度后，通过钻杆内孔植入锚杆，并在钻杆退出时继续边喷水泥浆或水泥粉边搅拌，可使锚杆在不安装对中支架时既可保证锚杆在水泥土锚桩中心位置，并避免成孔造成的塌孔，从而解决在易塌孔地层中锚杆施工难题。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种钻杆内孔植入搅拌式锚桩，包括插置在地层内的锚杆，锚杆与包裹在锚杆四周的注过水泥浆或水泥粉的并经过搅拌形成的水泥土相结合形成锚桩。

作为优选，所述的锚杆为钢筋。锚杆采用钢筋，成本低廉、取材方便。

作为优选，在地层内的锚杆的头部设有一预先被钻杆顶入并留置在地层内的堵头。预先采用堵头将钻杆前端堵住，堵头防止土进入钻杆并堵塞钻杆的喷孔，钻杆边旋转边喷水泥浆、水泥粉等其它固化剂，钻杆前端的搅拌叶片将水泥浆或水泥粉与土体搅拌均匀，形成水泥土钻杆内孔植入搅拌式锚桩，钻杆钻入到位，将锚杆通过钻杆插入并深入直至顶出堵头，并继续通过钻杆向土体中喷射注入水泥浆或水泥粉同时旋转钻杆，通过钻杆前端搅拌叶片将水泥浆或水泥粉与土体充分搅拌形成水泥土，并同时将钻杆向后退出直至全部拔出，只留锚杆与堵头在地层内，钻杆继续进行下一次作业。

作为优选，所述锚杆的头部与堵头相抵接触。

为方便连接并使锚杆与堵头连接更牢固，作为优选，所述的锚杆与堵头螺纹连接。

作为优选，堵头横截面为圆形，在堵头的一端外周上设有径向向外延伸的凸缘。堵头的作用是防止土体从钻杆前端进入堵塞注浆孔，而凸缘起到了限位止挡作用，将堵头限制在了钻杆前端开口的位置，凸缘的直径可超过钻杆外径，增大承压面积；在钻入地层后，又方便将堵头与钻杆脱开，而当锚杆与堵头螺纹连接时，堵头和凸缘整体具有大于锚杆横截面积的表面积，从而起到了增加一定的抗拔抗拉作用。

作为优选，在堵头设置凸缘的这一端带有钻头。从而使得堵头钻入土壤更快。

作为优选，所述的锚杆分为自由段杆体和锚固段杆体，在自由段杆体上包裹有套管，套管的两端与自由段杆体柔性密封连接，且套管与自由段杆体间留有间隙。套管的存在使得自由段杆体保持自由状态，使自由段杆体的侧摩阻力转移到锚固段杆体，从而可以更进一步提高边坡等地层的稳定性。

作为优选，在自由段杆体上涂抹有减摩剂。从而可以保证自由段杆体处于自由状态。

作为优选，在套管内填充有减摩剂。套管内填充了减摩剂，保证了足够的润滑程度，使自由段杆体保持充分自由的状态。

一种钻杆内孔植入搅拌式锚桩的锚固方法，包括如下步骤：（1），在空心的钻杆的前端开口处装设堵头，将堵头堵住钻杆前端，并将钻杆前端及堵头抵在地层表面，然后将钻杆后端连接钻机的动力头，钻杆前部设有搅拌叶片，并在靠近钻杆前端的杆壁上设有用以喷射水泥粉或水泥浆的喷孔；（2），启动钻机，动力头带动钻杆旋转，使钻杆及堵头从土表层逐渐钻进土体；（3），在钻进的同时，采用喷粉设备或喷浆设备通过钻杆向土体喷射水泥粉或水泥浆，并通过搅拌叶片将水泥粉或水泥浆与钻杆周边的土体进行均匀搅拌，使水泥粉或水泥浆与土体充分混合形成水泥土；（4），在钻杆完全钻入土体达到要求深度后，停止注入水泥粉或水泥浆，将锚杆插入钻杆内并逐渐深入直至触到堵头，然后将堵头顶出钻杆；（5），将钻杆拔出，只留锚杆与堵头在地层内，锚杆及包裹在锚杆四周的水泥土共同形成锚桩。

作为优选，所述的堵头的横截面为圆形，在堵头的一端外周上设有径向向外延伸的凸缘，在步骤(1)中，堵头插进钻杆前端，凸缘与钻杆前端相抵。在钻入土壤过程中，堵头的作用是防止土体从钻杆前端进入钻杆堵塞喷孔，而凸缘起到了限位止挡作用，将堵头限制在了钻杆前端开口的位置；在钻入土壤后，又方便将堵头与钻杆脱开。

作为优选，在堵头的端面中心处沿堵头轴向方向设有一螺孔，在锚杆的头部设有外螺纹，锚杆与堵头螺纹连接。锚杆与堵头螺纹连接，提高了连接牢固度，而凸缘的存在则提高了抗拔力。

作为优选，所述的锚杆分为自由段杆体和锚固段杆体，在步骤(4)中，在锚杆插入钻杆之前，先在自由段杆体上套设套管，将套管两端与自由段杆体柔性密封连接，并使套管与自由段杆体间留有间隙，然后再将锚杆插入钻杆中。

作为优选，所述的锚杆分为自由段杆体和锚固段杆体，在步骤(4)中，在锚杆插入钻杆之前，先在自由段杆体上套设套管，并使套管与自由段杆体间留有间隙，将套管下端与自由段杆体柔性密封连接，从套管上端灌注减摩剂，再将套管上端与自由段杆体柔性密封连接，然后再将锚杆插入钻杆中。

作为优选，在步骤(5)中，钻杆拔出的同时边喷水泥浆或水泥粉边搅拌。

采用了上述技术方案的本发明的原理及具有的优点是：

1，本发明适用于除基岩以外的所有地层，特别是砂卵石层，本发明水泥浆或水泥粉与土体结合形成的水泥土又可以称作水泥土锚固体；且本发明工序简单，成本低，只留锚杆在地层内，可以在形成锚桩的水泥土锚固体施工时重复喷浆搅拌多遍，从而提高水泥浆或水泥粉置换土体的比例，从而提高锚桩的强度，进而提高锚杆的抗拔力；

2，可作为竖向的抗拔抗浮桩，适用范围得到了进一步提高；

3，本发明是采用钻杆旋进的过程搅拌土壤，使得水泥浆或水泥粉等固化剂与土壤充分混合；并且钻杆旋进的同时又将堵头推入地层内，钻杆行进到位后，再在钻杆内插入锚杆，再将钻杆拔出，由于钻杆与堵头只是接触的关系，先前只是靠钻杆的推力与土壤的阻力使钻杆与堵头保持相对固定的位置关系，所以，可依靠锚杆将堵头顶出钻杆外，使钻杆可以轻易拔出，而将锚杆与堵头留在地层内，锚杆及包裹在锚杆四周的注过水泥浆或水泥粉的并经钻杆搅拌后形成的水泥土结合共同形成柱状钻杆内孔植入搅拌式锚桩；从而避免成孔锚杆在成孔、安装锚杆、注浆过程中塌孔造成的施工困难。钻杆拔出后又可以进行下一次施工。

4，锚杆通过钻杆内孔插入可以确保锚杆在钻杆内孔植入搅拌式锚桩的中心位置，省去以往成孔锚杆为保证锚杆在水泥土锚固体中心位置需要在锚杆上安装对中支架；并可为同一根锚杆的水泥土锚固体进行多次重复喷浆搅拌，从而提高锚固体的强度，并可根据需要在同一根锚的不同位置实现不同的水泥掺量施工，从而在保证同样抗拔力的情况下节约水泥用量、节省施工时间，节省施工成本。

5，钢筋锚杆还可以通过在锚杆尾端加螺纹，通过螺栓施加预应力，也可通过普通方式施加预应力，如液压千斤顶，或不施加预应力则可作普通锚杆应用，增加了锚杆的适用范围。

附图说明

图1为实施例1中堵头与钻杆的拆分结构示意图；

图2为实施例1中堵头与钻杆的装配图；

图3为图1的A部放大图；

图4为图2的A部放大图；

图5为实施例1中堵头的结构示意图；

图6为图5的A向视图；

图7为实施例1中钻杆顶着堵头旋入地层时的工作状态示意图；

图8为实施例1中钻杆钻入土体后，在钻杆内插入锚杆的状态示意图；

图9为实施例1中锚杆与堵头连接到位后，将钻杆拔出土壤时的状态示意图；

图10为实施例1中堵头与锚杆留在地层内并与注过水泥浆或水泥粉且经过搅拌形成的水泥土共同结合形成钻杆内孔植入搅拌式锚桩的状态示意图；

图11为图10的A部放大图；

图12为实施例2中堵头与锚杆留在地层内，并且锚杆与注过水泥浆或水泥粉的并经过搅拌的水泥土共同结合形成钻杆内孔植入搅拌式锚桩的状态示意图；

图13为图12的A部放大图；

图14为实施例2中堵头的结构示意图。

具体实施方式

本发明的具体实施方式如下：

实施例1：一种钻杆内孔植入搅拌式锚桩，如图10、11所示，包括插置在地层3内的锚杆2，地层3为除基岩以外的所有地层，在锚杆2的头部设有一预先被钻杆顶入并最终留置在地层内的堵头1，堵头1、锚杆2及包裹在锚杆2注过水泥浆或水泥粉的并经过钻杆搅拌形成的水泥土4相结合形成钻杆内孔植入搅拌式锚桩14。

具体的说，所述的锚杆2采用钢筋，如图5、6所示，所述的堵头1为圆片状，在堵头1的一端外周上设有径向向外延伸的凸缘6，凸缘6为圆形，在堵头1的另一端的端面中心处沿堵头轴向方向设有一螺孔7，在锚杆2的头部设有外螺纹，锚杆2与堵头1螺纹连接。根据实际需要，还可以在堵头设置凸缘的这一端设置钻头(图中未显示)。

如图10所示，所述的锚杆2分为自由段杆体8和锚固段杆体9，在自由段杆体8上涂抹有减摩剂并包裹套管10，套管10两端柔性密封固定在自由段杆体8上，套管10与自由段杆体8间留有间隙。除此之外，还可以将套管10的两端柔性密封固定在自由段杆体8上，并在套管10内填充减摩剂。所述的减摩剂可采用润滑油。

一种钻杆内孔植入搅拌式锚桩的锚固方法，包括如下步骤：

（1），取一根空心的钻杆11，如图1～4所示，在钻杆11的前端开口处装设堵头1，并将钻杆11前端及堵头1抵在地层表面处，此时堵头1插进钻杆11前端，堵头1的外径恰与钻杆11的内径相同，凸缘6与钻杆11前端开口处的端面相抵；然后将钻杆11后端连接钻机的动力头(图中未显示)，钻杆11前部设有搅拌叶片12，并在靠近钻杆11前端的杆壁上设有用以喷射水泥浆（或水泥粉等固化剂）的喷孔13；钻杆前端的搅拌叶片12可以采用片状、杆状、条状、螺旋状等各种形式的叶片。

（2），启动钻机，动力头带动钻杆旋转，如图7所示，使钻杆11顶着堵头1从地表逐渐钻进土体；

（3），在钻进的同时，采用喷浆设备或喷粉设备通过钻杆11向土体喷射水泥粉或水泥浆，并通过搅拌叶片12将水泥浆或水泥粉与钻杆周边的土体进行均匀搅拌，使水泥浆或水泥粉与土体充分混合以提高土体的强度，形成水泥土；

（4），在钻杆11完全钻入土体后，停止注入水泥浆或水泥粉等固化剂，如图8、10所示，将锚杆2插入钻杆内并逐渐深入直至触到堵头1，最后将锚杆2与堵头1螺纹连接；

在此需要指出的是，所述的锚杆2分为自由段杆体8和锚固段杆体9，在锚杆2插入钻杆11之前，先在自由段杆体8上套设并密封固定套管10，并使套管10与自由段杆体8间留有间隙，然后再将锚杆2插入钻杆中。

再或者，也可先在自由段杆体8上套设套管10，并使套管10与自由段杆体8间留有间隙，将套管10下端通过柔性密封的方式固定在自由段杆体8上，譬如可通过铁丝捆扎，再从套管10上端灌注减摩剂，并用柔性密封的方式将套管10固定在自由段杆体8上，然后再将锚杆2插入钻杆11中。

（5），如图9、10所示，将钻杆11拔出，只留锚杆2与堵头1在地层内，堵头1、锚杆2及包裹在锚杆四周的注过水泥浆或水泥粉等固化剂并经过搅拌的水泥土4共同形成钻杆内孔植入搅拌式锚桩14。

实施例2：本实施例为实际应用中较为常用的一种，具体的说，本实施例与实施例1不同之处在于，一种钻杆内孔植入搅拌式锚桩，如图12、13所示，包括插置在地层3内的锚杆2，在锚杆2的头部设有一预先被钻杆顶入并留置在地层内的堵头1，锚杆2与堵头1仅是相抵接触，如图14所示，堵头1上没有开设螺孔，也没有采取任何方式使两者相连，锚杆2及包裹在锚杆2注过水泥浆或水泥粉的并经过搅拌叶片搅拌形成的水泥土4相结合形成钻杆内孔植入搅拌式锚桩14。

同理，本实施例钻杆内孔植入搅拌式锚桩的锚固方法与实施例1的不同之处在于，在钻杆11完全钻入土体后，停止注入水泥粉或水泥浆，将锚杆2插入钻杆内并逐渐深入直至触到堵头1，通过锚杆2将堵头1顶出钻杆，再将钻杆11拔出，只留锚杆2与堵头1在地层内，锚杆2及包裹在锚杆注过水泥浆或水泥粉的并经过搅拌形成的水泥土4相结合形成钻杆内孔植入搅拌式锚桩14。

在本实施例中，堵头1的作用仅是防止土体从钻杆前端进入钻杆堵塞喷孔13，而凸缘6起到了限位止挡作用，将堵头限制在了钻杆前端开口的位置；在钻入土壤后，又方便将堵头与钻杆脱开。

Claims (16)

1.一种钻杆内孔植入搅拌式锚桩，其特征是：包括插置在地层内的锚杆，锚杆与包裹在锚杆四周的注过水泥浆或水泥粉的并经过搅拌形成的水泥土相结合形成锚桩。

2.根据权利要求1所述的一种钻杆内孔植入搅拌式锚桩，其特征在于：所述的锚杆为钢筋。

3.根据权利要求1所述的一种钻杆内孔植入搅拌式锚桩，其特征在于：在地层内的锚杆的头部设有一预先被钻杆顶入并留置在地层内的堵头。

4.根据权利要求3所述的一种钻杆内孔植入搅拌式锚桩，其特征在于：所述锚杆的头部与堵头相抵接触。

5.根据权利要求3所述的一种钻杆内孔植入搅拌式锚桩，其特征在于：所述的锚杆与堵头螺纹连接。

6.根据权利要求3所述的一种钻杆内孔植入搅拌式锚桩，其特征在于：堵头横截面为圆形，在堵头的一端外周上设有径向向外延伸的凸缘。

7.根据权利要求6所述的一种钻杆内孔植入搅拌式锚桩，其特征在于：在堵头设置凸缘的这一端带有钻头。

8.根据权利要求1所述的一种钻杆内孔植入搅拌式锚桩，其特征在于：所述的锚杆分为自由段杆体和锚固段杆体，在自由段杆体上包裹有套管，套管的两端与自由段杆体柔性密封连接，且套管与自由段杆体间留有间隙。

9.根据权利要求8所述的一种钻杆内孔植入搅拌式锚桩，其特征在于：在自由段杆体上涂抹有减摩剂。

10.根据权利要求8所述的一种钻杆内孔植入搅拌式锚桩，其特征在于：在套管内填充有减摩剂。

11.一种钻杆内孔植入搅拌式锚桩的锚固方法，其特征是包括如下步骤：（1），在空心的钻杆的前端开口处装设堵头，将堵头堵住钻杆前端，并将钻杆前端及堵头抵在地层表面，然后将钻杆后端连接钻机的动力头，钻杆前部设有搅拌叶片，并在靠近钻杆前端的杆壁上设有用以喷射水泥粉或水泥浆的喷孔；（2），启动钻机，动力头带动钻杆旋转，使钻杆及堵头从土表层逐渐钻进土体；（3），在钻进的同时，采用喷粉设备或喷浆设备通过钻杆向土体喷射水泥粉或水泥浆，并通过搅拌叶片将水泥粉或水泥浆与钻杆周边的土体进行均匀搅拌，使水泥粉或水泥浆与土体充分混合形成水泥土；（4），在钻杆完全钻入地层达到要求深度后，停止注入水泥粉或水泥浆，将锚杆插入钻杆内并逐渐深入直至触到堵头，然后将堵头顶出钻杆；（5），将钻杆拔出，只留锚杆与堵头在地层内，锚杆及包裹在锚杆四周的水泥土共同形成锚桩。

12.根据权利要求11所述的一种钻杆内孔植入搅拌式锚桩的锚固方法，其特征是：所述的堵头的横截面为圆形，在堵头的一端外周上设有径向向外延伸的凸缘，在步骤(1)中，堵头插进钻杆前端，凸缘与钻杆前端相抵。

13.根据权利要求11所述的一种钻杆内孔植入搅拌式锚桩的锚固方法，其特征是：在堵头的端面中心处沿堵头轴向方向设有一螺孔，在锚杆的头部设有外螺纹，锚杆与堵头螺纹连接。

14.根据权利要求11所述的一种钻杆内孔植入搅拌式锚桩的锚固方法，其特征是：所述的锚杆分为自由段杆体和锚固段杆体，在步骤(4)中，在锚杆插入钻杆之前，先在自由段杆体上套设套管，将套管两端与自由段杆体柔性密封连接，并使套管与自由段杆体间留有间隙，然后再将锚杆插入钻杆中。

15.根据权利要求11所述的一种钻杆内孔植入搅拌式锚桩的锚固方法，其特征是：所述的锚杆分为自由段杆体和锚固段杆体，在步骤(4)中，在锚杆插入钻杆之前，先在自由段杆体上套设套管，并使套管与自由段杆体间留有间隙，将套管下端与自由段杆体柔性密封连接，从套管上端灌注减摩剂，再将套管上端与自由段杆体柔性密封连接，然后再将锚杆插入钻杆中。

16.根据权利要求11所述的一种钻杆内孔植入搅拌式锚桩的锚固方法，其特征是：在步骤(5)中，钻杆拔出的同时边喷水泥浆或水泥粉边搅拌。

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