CN103572757A

CN103572757A - 一种多级倒抓式空心锚杆及其施工方法

Info

Publication number: CN103572757A
Application number: CN201310546734.5A
Authority: CN
Inventors: 李晋; 郭德栋; 张起; 赵之仲
Original assignee: Shandong Jiaotong University
Current assignee: Shandong Jiaotong University
Priority date: 2013-11-07
Filing date: 2013-11-07
Publication date: 2014-02-12
Anticipated expiration: 2033-11-07
Also published as: CN103572757B

Abstract

本发明的多级倒抓式空心锚杆，包括内部开设有注浆通道的锚固杆，锚固杆的下端固定有锚头，锚固杆上固定有多个倒抓扣；锚头处开设有岀浆孔，倒抓扣上、下两侧的锚固杆上分别开设有与注浆通道相通的岀浆孔、回气孔。本发明的施工方法，较硬岩体、土体施工方法，包括：a).准备设备；b).测量布眼；c).钻孔；d).清孔及检查；e).打入锚杆；f).安装止浆塞；g).上紧螺母；h).注浆；软土体、砂土和水中施工方法利用锚头直接打入锚杆。本发明空心锚杆和施工方法，增加了锚杆与孔壁之间的接触面积和锚固力，避免锚杆掉出伤人。通过岀浆孔和回气孔，可在锚固杆的周围形成均匀的水泥砂浆层，避免了腐蚀的危险，可达到长期支护的目的。

Description

一种多级倒抓式空心锚杆及其施工方法

技术领域

本发明属于隧道工程、边坡工程及深基坑工程等的岩土体稳定支护技术领域，更具体的说，尤其涉及一种可有效增加锚固力且形成的水泥砂浆厚度均匀的多级倒抓式空心锚杆及其施工方法。

背景技术

隧道施工、边坡防护及基坑防护中用到大量锚杆，单位长度锚杆的锚固力常常由锚杆与岩体的接触面积有关，对于常用锚杆，锚固的径向范围受到锚杆直径的影响，然而过于增大锚杆直径会造成材料的浪费。且在隧道顶部支护时，向上方向安设锚杆，会出现锚杆掉出伤人事故。在砂土中和水中钻孔常存在不易成孔，锚杆不易安设的问题。

发明内容

本发明为了克服上述技术问题的缺点，提供了一种可有效增加锚固力且形成的水泥砂浆厚度均匀的多级倒抓式空心锚杆及其施工方法。

本发明的多级倒抓式空心锚杆，包括内部开设有注浆通道的锚固杆，其特别之处在于：所述锚固杆的下端固定有锚头，锚固杆沿其长度方向均匀固定有多个倒抓扣，倒抓扣为朝向锚固杆上端一侧的碗状；锚头处的锚固杆上开设有与注浆通道相通的岀浆孔，倒抓扣上、下两侧的锚固杆上分别开设有与注浆通道相通的岀浆孔、回气孔。

将固定锚头的一端定义为下端，多个碗状的倒抓扣朝向锚固杆的上端，以保证锚杆在打入时可顺向收缩，施加锚固力后又可逆向打开，抓住锚杆固定孔的内壁，即使隧道支护时向上方安设锚杆，也可避免锚杆掉出伤人。倒抓扣的上侧、锚头处均设置有与注浆通道相通的岀浆孔，以保证注浆时水泥砂浆的流出；倒抓扣的下侧开设有与注浆通道相通的回气孔，可排出注浆时固定孔中的气体。

本发明的多级倒抓式空心锚杆，锚固杆的同一横截面处，岀浆孔、回气孔的数目为2～3个。同一截面处设置多个岀浆孔和回气孔，有利于水泥砂浆均匀流出。

本发明的多级倒抓式空心锚杆，所述倒抓扣由2～4个抓扣瓣组成。倒抓扣采用2～4个抓扣瓣，锚杆打入时有利于倒抓扣顺势收缩。

本发明的多级倒抓式空心锚杆，所述锚固杆的上部设置有垫板和螺母。通过上紧螺母，可对锚固杆施加一定的锚固力。

本发明的多级倒抓式空心锚杆的施工方法，包括较硬岩体、土体施工方法，以及软土体、砂土和水中施工方法，其特征在于：

所述较硬岩体、土体施工方法，包括以下步骤：a).准备设备，钻孔台车就位之后，接好凿岩台车的供电、供水管线；b).测量布眼，根据锚杆设计间距以及岩体、土体的层理、节理分布情况，用油漆标出眼位；对于层理、节理发育部位，需加密布设眼位；c).钻孔，用钻孔台车在标出的眼位上钻出锚杆固定孔，钻孔时钻杆垂直于岩体或土体的层里面；钻孔直径的大小与岩土体的硬度有关，在保证钻孔直径小于倒抓扣直径的情况下，岩体上的钻孔直径取大些，土体上的钻孔直径取小些，可通过实验来确定，以顺利打入锚杆为准；d).清孔及检查，用弯头钢管通入高压风吹净锚杆固定孔中的石屑及细小石块，以利于水泥砂浆与岩壁充分接触；并检查锚杆固定孔的孔深是否满足要求；e).打入锚杆，将安装好锚头的锚杆打入锚杆固定孔，直到达到设计深度为止；f).安装止浆塞，在锚固杆的尾部安装上止浆塞，并在止浆塞的上方依次装上垫板和螺母；g).上紧螺母，通过拧动螺母使锚固杆产生拉力，以便倒抓扣撑开抓住锚杆固定孔的内壁；h).注浆，通过注浆通道注入水泥砂浆，水泥砂浆在岀浆孔和回气孔的作用下会充盈锚杆固定孔，实现对锚固杆的均匀包裹，所采用的水泥砂浆的强度不低于20MPa；注浆完毕后，用锚固剂及时封堵。

所述软土体、砂土和水中施工方法，包括以下步骤：1).打入锚杆，将安装好锚头的锚杆直接打入锚杆固定孔，直到达到设计深度为止；2).安装止浆塞，在锚固杆的尾部安装上止浆塞，并在止浆塞的上方依次装上垫板和螺母；3).上紧螺母，通过拧动螺母使锚固杆产生拉力，以便倒抓扣撑开抓住锚杆固定孔的内壁；4).注浆，通过注浆通道注入水泥砂浆，水泥砂浆在岀浆孔和回气孔的作用下会充盈锚杆固定孔，实现对锚固杆的均匀包裹，所采用的水泥砂浆的强度不低于20MPa；注浆完毕后，用锚固剂及时封堵。

本发明的多级倒抓式空心锚杆的施工方法，注浆步骤h)和4)中，水泥砂浆采用标号不低于P.O_42.5的普通硅酸盐水泥以及最大粒径小于2.5mm的中细砂，水泥与砂的重量比为1:1～1:2，水灰比为0.38～0.45；水泥砂浆采用砂浆拌合机拌合，拌合时间不少于3min；注浆时匀速注入，注浆压力为0.1～0.3MPa。

本发明的有益效果是：本发明的多级倒抓式空心锚杆，通过在锚固杆上设置多个碗状倒抓扣，通过倒抓扣的逆向打开，增加了锚杆与锚杆固定孔之间的接触面积，有效地增加了锚固力；同时，由于倒抓扣的逆向打开，即使在隧道支护时向上方安设锚杆，也可避免锚杆掉出伤人。通过在倒抓扣的上下两侧开设与注浆通道相连通的岀浆孔和回气孔，保证了水泥砂浆的均匀流出和气体的顺利排除，便于在锚固杆的周围形成均匀的水泥砂浆层；即使上方的岀浆孔先出浆，由于回气孔的出气作用，也可保证下方充盈水泥砂浆。

本发明的多级倒抓式空心锚杆及其施工方法，其优点主要体现在：（1）由于倒抓扣的支撑作用，使得锚固杆处于锚杆固定孔的正中位置，便于操作，并使得锚固杆周围的水泥砂浆厚度均匀；（2）施工时所钻的锚杆固定孔略小于倒抓扣外径，在锚固杆打入时，倒抓扣可顺向收口，减小打入阻力；（3）通过螺母施加锚固力后，倒抓扣可以逆向撑开，抓住锚杆固定孔的内壁，能增大锚固体的范围和锚固力，取得较好的锚固效果；（4）对于隧道支护时，向上方向安设锚杆，由于倒抓扣可以回拉撑开产生逆向阻力，不会出现锚杆掉出伤人事故，施工操作安全；（5）本锚杆有锚头，可直接打入，在砂土中和水中不存在不易成孔的问题。岀浆孔完全在中间，水泥砂浆可以将锚固杆全长均匀包裹，避免了腐蚀的危险，可达到长期支护的目的。

附图说明

图1为本发明的倒抓式空心锚杆的结构示意图；

图2为图1中A-A截面的剖视图；

图3为本发明的倒抓式空心锚杆的应用原理图。

图中：1锚固杆，2倒抓扣，3锚头，4注浆通道，5岀浆孔，6回气孔，7垫板，8螺母，9抓扣瓣，10基体，11锚杆固定孔，12止浆塞，13水泥砂浆。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，给出了发明的倒抓式空心锚杆的结构示意图，其包括锚固杆1、倒抓扣2、锚头3、注浆通道4、岀浆孔5、回气孔6、垫板7以及螺母8；所示的锚固杆1为杆状，锚固杆1的中央开设有注浆通道4，用于注射水泥砂浆13。锚固杆1的左端固定有锚头3，以便将整个锚杆打入钻好的锚杆固定孔11中，或将锚杆直接打入软土体、砂土和水中。锚固杆1上均匀固定有多个倒抓扣2，倒抓扣2为朝向右侧的碗状；倒抓扣2设计为碗状，在锚杆打入锚杆固定孔时，倒抓扣2可顺向收缩；通过螺母8施加紧固力时，倒抓扣2可逆向撑开，实现锚杆的固定。由于采用了多个倒抓扣2，有效地增加了锚杆与固定孔之间的锚固力，适于锚固力较高场合的应用。

锚头3右侧的锚固杆1上开设有多个与注浆通道4相连通的岀浆孔5，以便水泥砂浆13的均匀流出。所示的每个倒抓扣2的左侧均开设有回气孔6，右侧均开设有岀浆孔5，岀浆孔5和回气孔6均与注浆通道4相连通。在倒抓扣2的上下两侧分别开设岀浆孔5和回气孔6，便于在锚固杆1的周围形成均匀的水泥砂浆层；即使上方的岀浆孔5先出浆，由于回气孔6的出气作用，也可保证下方充盈水泥砂浆。

锚固杆1上同一截面处岀浆孔5和回气孔6的数目为2～3个，以便于水泥砂浆13的流出以及固定孔中气体的流出。锚固杆1的右侧还设置有垫板7和螺母8，通过上紧螺母8，可实现对锚杆施加锚固力。如图2所示，给出了图1中A-A截面的结构示意图，所示的倒抓扣2有4个抓扣瓣9组成，抓扣瓣9在锚杆打入时便于顺向收口，在施加锚固力时，便于逆向撑开。

如图3所示，给出了本发明的倒抓式空心锚杆的应用原理图，下面结合图3对本发明的多级倒抓式空心锚杆及其施工方法进行说明，根据基体10的不同，其包括较硬岩体、土体施工方法，以及软土体、砂土和水中施工方法；

所述较硬岩体、土体施工方法，可通过以下步骤来实现：

a).准备设备，钻孔台车就位之后，接好凿岩台车的供电、供水管线；

b).测量布眼，根据锚杆设计间距以及岩体、土体的层理、节理分布情况，用油漆标出眼位；对于层理、节理发育部位，需加密布设眼位；

c).钻孔，用钻孔台车在标出的眼位上钻出锚杆固定孔11，钻孔时钻杆垂直于岩体或土体的层里面；钻孔直径的大小与岩土体的硬度有关，在保证钻孔直径小于倒抓扣2直径的情况下，岩体上的钻孔直径取大些，土体上的钻孔直径取小些，可通过实验来确定，以顺利打入锚杆为准；

d).清孔及检查，用弯头钢管通入高压风吹净锚杆固定孔中的石屑及细小石块，以利于水泥砂浆与岩壁充分接触；并检查锚杆固定孔的孔深是否满足要求；

e).打入锚杆，将安装好锚头3的锚杆打入锚杆固定孔，直到达到设计深度为止；

f).安装止浆塞，在锚固杆的尾部安装上止浆塞12，并在止浆塞的上方依次装上垫板7和螺母8；

g).上紧螺母，通过拧动螺母使锚固杆产生拉力，以便倒抓扣撑开抓住锚杆固定孔的内壁；

h).注浆，通过注浆通道4注入水泥砂浆，水泥砂浆在岀浆孔5和回气孔6的作用下会充盈锚杆固定孔，实现对锚固杆的均匀包裹，所采用的水泥砂浆的强度不低于20MPa；注浆完毕后，用锚固剂及时封堵；

所述软土体、砂土和水中施工方法，包括以下步骤：

1).打入锚杆，将安装好锚头3的锚杆直接打入锚杆固定孔，直到达到设计深度为止；

2).安装止浆塞，在锚固杆的尾部安装止浆塞12，并在止浆塞的上方依次装上垫板7和螺母8；

3).上紧螺母，通过拧动螺母使锚固杆产生拉力，以便倒抓扣撑开抓住锚杆固定孔的内壁；

4).注浆，通过注浆通道4注入水泥砂浆，水泥砂浆在岀浆孔5和回气孔6的作用下会充盈锚杆固定孔，实现对锚固杆的均匀包裹，所采用的水泥砂浆的强度不低于20MPa；注浆完毕后，用锚固剂及时封堵。

在步骤h)和4)中，水泥砂浆采用标号不低于P.O_42.5的普通硅酸盐水泥以及最大粒径小于2.5mm的中细砂，水泥与的重量比为1:1～1:2，水灰比为0.38～0.45；水泥砂浆采用砂浆拌合机拌合，拌合时间不少于3min；注浆时匀速注入，注浆压力为0.1～0.3MPa。

在施工过程中，应注意以下事项：

A、钻孔，钻孔应垂直于岩石节理面，锚杆轴线应与岩体主结构面或滑移面成较大角度相交。不得生搬硬套采用径向锚杆，并应视现场情况适当调整。

B、锚杆插入螺母拧紧施加拉力时，要确保碗扣充分张开，锚杆被紧固，防止锚杆滑落伤人。

C、注浆应缓慢匀速注入，以减少浆液中气泡的产生以及发生冲孔现象。

D、打入法施工时，可以根据土体软硬程度和锚固范围增大或减小倒抓扣直径。

Claims

1.一种多级倒抓式空心锚杆，包括内部开设有注浆通道（4）的锚固杆（1），其特征在于：所述锚固杆的下端固定有锚头（3），锚固杆沿其长度方向均匀固定有多个倒抓扣（2），倒抓扣为朝向锚固杆上端一侧的碗状；锚头处的锚固杆上开设有与注浆通道相通的岀浆孔（5），倒抓扣上、下两侧的锚固杆上分别开设有与注浆通道相通的岀浆孔（5）、回气孔（6）。

2.根据权利要求1所述的多级倒抓式空心锚杆，其特征在于：锚固杆（1）的同一横截面处，岀浆孔（5）、回气孔（6）的数目为2～3个。

3.根据权利要求1或2所述的多级倒抓式空心锚杆，其特征在于：所述倒抓扣（2）由2～4个抓扣瓣（9）组成。

4.根据权利要求1或2所述的多级倒抓式空心锚杆，其特征在于：所述锚固杆（1）的上部设置有垫板（7）和螺母（8）。

5.一种基于权利要求1所述的多级倒抓式空心锚杆的施工方法，包括较硬岩体、土体施工方法，以及软土体、砂土和水中施工方法，其特征在于：

所述较硬岩体、土体施工方法，包括以下步骤：

c).钻孔，用钻孔台车在标出的眼位上钻出锚杆固定孔（11），钻孔时钻杆垂直于岩体或土体的层里面；钻孔直径的大小与岩土体的硬度有关，在保证钻孔直径小于倒抓扣（2）直径的情况下，岩体上的钻孔直径取大些，土体上的钻孔直径取小些，可通过实验来确定，以顺利打入锚杆为准；

e).打入锚杆，将安装好锚头（3）的锚杆打入锚杆固定孔，直到达到设计深度为止；

f).安装止浆塞，在锚固杆的尾部安装止浆塞（12），并在止浆塞的上方依次装上垫板（7）和螺母（8）；

h).注浆，通过注浆通道（4）注入水泥砂浆，水泥砂浆在岀浆孔（5）和回气孔（6）的作用下会充盈锚杆固定孔，实现对锚固杆的均匀包裹，所采用的水泥砂浆的强度不低于20MPa；注浆完毕后，用锚固剂及时封堵；

所述软土体、砂土和水中施工方法，包括以下步骤：

1).打入锚杆，将安装好锚头（3）的锚杆直接打入锚杆固定孔，直到达到设计深度为止；

2).安装止浆塞，在锚固杆的尾部安装止浆塞（12），并在止浆塞的上方依次装上垫板（7）和螺母（8）；

4).注浆，通过注浆通道（4）注入水泥砂浆，水泥砂浆在岀浆孔（5）和回气孔（6）的作用下会充盈锚杆固定孔，实现对锚固杆的均匀包裹，所采用的水泥砂浆的强度不低于20MPa；注浆完毕后，用锚固剂及时封堵。

6.一种根据权利要求5所述的多级倒抓式空心锚杆的施工方法，其特征在于：注浆步骤h)和4)中，水泥砂浆采用标号不低于P.O_42.5的普通硅酸盐水泥以及最大粒径小于2.5mm的中细砂，水泥与砂的重量比为1:1～1:2，水灰比为0.38～0.45；水泥砂浆采用砂浆拌合机拌合，拌合时间不少于3min；注浆时匀速注入，注浆压力为0.1～0.3MPa。