CN103669349B - 一种可变径搅拌式锚杆及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种可变径搅拌式锚杆及其施工方法，属于建筑施工设备技术领域。它解决了现有锚杆对水泥土扩大体产生的抗拔力不够大等技术问题。本锚杆包括一锚杆本体，锚杆本体的前端设有至少一个出浆管，锚杆本体的前端还固设有至少一个搅拌体，搅拌体包括与锚杆本体的管壁固连且与锚杆本体的中心线垂直的第一搅拌叶，搅拌体还包括一个第二搅拌叶，第一搅拌叶与第二搅拌叶的一端铰接，且第二搅拌叶能够沿铰接点在第一搅拌叶叶面所在的平面内摆动，第二搅拌叶与第一搅拌叶之间设有使第二搅拌叶与第一搅拌叶之间的夹角小于180°的限位组件；施工方法包括安放锚杆、钻孔和灌浆。本发明具有施工后的水泥土扩大体抗拔力较大等优点。

Description

一种可变径搅拌式锚杆及其施工方法

技术领域

本发明属于建筑施工设备技术领域，涉及一种可变径搅拌式锚杆及其施工方法。

背景技术

在对地下室基坑、路基等进行围护时，常常需要用到锚杆，其作用是为围护结构提供拉力，防止围护结构（即墙体）出现塌方、流失等。

在专利【CN201292529Y】中公开了一种搅拌式锚杆，包括杆体，杆体的前端部安装有出浆管和搅拌叶，该结构加工简单，定位工艺简单，质量可靠，但是，该锚杆在围护结构中形成一个水泥土圆柱体，与土体之间的摩擦力较小，即能够为围护结构提供的拉力较小，锚杆容易拔出，从而，其强度较弱、需要的锚杆数量较多，增大了施工成本。

发明内容

本发明的目的是针对现有的技术存在的上述问题，提供一种可变径搅拌式锚杆，本发明所要解决的技术问题是增大水泥土扩大体的抗拔力。

本发明的第一个目的可通过下列技术方案来实现：

一种可变径搅拌式锚杆，包括一中空的锚杆本体和一个固设在锚杆本体前端的钻头，其特征在于，所述锚杆本体的前端设有至少一个出浆管，所述锚杆本体与所述出浆管相通，所述锚杆本体的前端还固设有至少一个搅拌体，所述搅拌体包括与锚杆本体的管壁固连且与锚杆本体的中心线垂直的第一搅拌叶，所述搅拌体还包括一个第二搅拌叶，所述第一搅拌叶与第二搅拌叶的一端铰接，且第二搅拌叶能够沿铰接点在第一搅拌叶叶面所在的平面内摆动，所述第二搅拌叶与第一搅拌叶之间设有使第二搅拌叶与第一搅拌叶之间的夹角小于180°的限位组件；所述第一搅拌叶的外端与对应的铰接点之间的距离小于第二搅拌叶的外端与所述铰接点之间的距离。

凝固剂从锚杆本体的后端灌入，从出浆管流出，锚杆本体不断的旋转和钻入，以第二搅拌叶展开至与第一搅拌叶平行时锚杆本体的旋转方向为正向，反之为反向；当锚杆本体正向旋转时，第一搅拌叶和第二搅拌叶切削土体并进行搅拌，土体必然给第二第一搅拌叶定的阻力，第二搅拌叶在土体阻力的作用下张开，受到限位组件的作用，第二搅拌叶与第一搅拌叶保持平行，凝固剂和土体被搅拌后填充第一搅拌叶和第二搅拌叶钻开的空腔，在旋转搅拌的过程形成大直径的扩大体；锚杆本体反向旋转时，叶片在土体阻力的作用下闭合，凝固剂和土体被搅拌后填充第一搅拌叶钻开的空腔，在旋转搅拌的作用下形成小直径的收缩体，凝固剂和土体的混合物凝固后，形成一个由扩大体和收缩体相间隔的加强柱，该加强柱与土体之间具有更大的摩擦力，抗拔力更大，能够为围护结构提高的强度，相比之下，锚杆的密度可以减小，锚杆的用量也可以大大的降低。

在上述的一种可变径搅拌式锚杆中，所述搅拌体有一个，所述第一搅拌叶的内端固设在所述锚杆本体的外壁上。

在上述的一种可变径搅拌式锚杆中，所述搅拌体有2～5个，且所有搅拌体均沿锚杆本体的外周壁周向均匀排列。多个搅拌体可以提高搅拌效率，使凝固剂和土体能够更好地混合均匀，多个搅拌体均与分布在锚杆本体的外周壁上，使锚杆本体更容易保持匀速转动和匀速钻入，提高施工质量。

在上述的一种可变径搅拌式锚杆中，所述搅拌体包括两片第一搅拌叶，所述第二搅拌叶夹于两片第一搅拌叶之间。第二搅拌叶受到两块第一搅拌叶的保护，使第二搅拌叶不会受到土体、石块的作用而脱离第一搅拌叶。

在上述的一种可变径搅拌式锚杆中，所述限位组件包括固设在第一搅拌叶上的限位板，所述限位板能够与所述第二搅拌叶的内端相抵靠。该限位板位于第一搅拌叶上铰接点的内侧，第二搅拌叶摆动至于挡板相抵靠时与第一搅拌叶平行，即最大摆角，第二搅拌叶摆动至于锚杆本体的外壁相抵靠时为最小摆角。

在上述的一种可变径搅拌式锚杆中，所述限位组件包括固设在第二搅拌叶的外端部的限位销，所述第一搅拌叶上设有能够与所述限位销相抵靠的挡板。锚杆本体旋转过程中，土体可能会堵塞限位组件，会导致第二搅拌叶不能摆动至与第一搅拌叶平行的位置，相比之下，该方案中限位组件受到土体的影响较小。

在上述的一种可变径搅拌式锚杆中，所述出浆管有两个，所述出浆管与所述锚杆本体的管壁相固连，所述出浆管的中心线与所述锚杆本体的中心线相垂直两个所述出浆管处于同一直线上，且出浆管的中心线与所述锚杆本体的中心线相交。出浆口截面与锚杆本体垂直时，锚杆本体受到土体或混凝土的阻力较小，出浆更加顺畅。

本发明的第二个目的可通过以下方案来实现：

一种可变径搅拌式锚杆的施工方法，该施工方法包括以下步骤：

A、安放锚杆：将钻头插入墙体内，直至搅拌体与墙体相接触。在需要进行加固的墙体的适当位置安放锚杆，可根据墙体需要承载的拉力和锚杆长度等因素，经过计算合理选择安放锚杆位置和选择安放锚杆的密度。

B、钻孔和灌浆：转动锚杆本体，并保持锚杆本体均匀的钻进速度，从锚杆本体的后端注入高压凝固剂，正向和反向交替旋转锚杆本体，直至锚杆本体全部插入墙体为止。

假定以第二搅拌叶展开至与第一搅拌叶平行时锚杆本体的旋转方向为正向，反之为反向，当正向旋转锚杆本体时，第二搅拌叶收土体阻力摆动至于第一搅拌叶平行的位置，此时搅拌体的外径最大，能够钻出较大直径的空腔，填充凝固剂后，凝固剂与土体被搅拌体搅拌均匀后填充该空腔，形成扩大体；反向旋转锚杆本体时，第二搅拌叶摆动至于锚杆本体的外壁相抵靠的位置，此时搅拌体的外径最小，钻孔的直径较小，在填充凝固剂后，凝固剂与土体被搅拌体搅拌均匀后填充该空腔，形成较小直径的收缩体，交替正向和反向转动锚杆本体，并保持匀速的钻进速度，从而形成一根由扩大体和收缩相间隔的加强柱，具有较大的抗拔力，可以减少锚杆的使用量，降低经济成本和劳动力成本。

由于是边旋转钻进边喷射凝固剂，一次性形成锚杆加强柱，不存在成孔锚杆的坍孔、缩径等问题，无需成孔后的放置锚索、注浆等工艺，从而施工速度更快、质量更可靠；实现本锚杆的变径工艺简单，扩大体的间隔可根据需要，控制正反转的变换频率即可，操作灵活。

锚杆本体无需拔出，待凝固剂和土体的混合物凝固后，浇注在混合物中的锚杆本体能够进一步增大混合物加强柱的强度。

在上述的一种可变径搅拌式锚杆的施工方法中，所述锚杆本体的钻进速度为0.5～1米/分钟；锚杆本体的旋转速度为60～75转/分钟；插入锚杆本体时，锚杆本体与水平面之间的夹角为5～20°；锚杆本体的长度为6～24米。对钻进速度、旋转速度的控制，可以保证凝固剂与土体混合均匀，而且能够有效减少气泡和空腔的出现；锚杆本体的长度可根据墙体的厚度和墙体需要的强度来选择；锚杆本体与水平面之间的夹角一般以10°左右为宜，以便于施工，同时，在该角度范围内可以使墙体拉力更大。

在上述的一种可变径搅拌式锚杆的施工方法中，所述凝固剂为水泥浆。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、抗拔力高：施工完成后，凝固形成的锚杆加强柱的受力由水泥土与土体的摩擦力与水泥土扩大体与土体的承载力共同提供，与普通锚杆相比由于扩大体与土体承载力的作用使得锚杆加强柱抗拔力大幅提高。

2、施工工艺简便、可靠：由于锚杆本体是旋转、钻进、喷射水泥浆同时进行，且一次性形成锚杆加强柱，不存在成孔锚杆的坍孔、缩径等问题，无需成孔后的放置锚索、注浆等工艺，从而施工速度更快质量更可靠；本锚杆实现变径的工艺简单，只需锚杆本体正向和反向转动即可，锚杆加强柱上的扩大体的间隔可以随意控制，施工灵活、简单。

3、经济性优、劳动强度低：由于单根锚杆加强柱的抗拔力大幅提高，从而可以减少锚杆的用量，有良好的经济性；锚杆用量少、锚杆的施工工艺简单，且可一次成型，大大降低了工人的劳动强度。

附图说明

图1是本可变径锚杆中锚杆体最大外径状态下的结构示意图。

图2是本可变径锚杆中锚杆体最小外径状态下的结构示意图。

图3是本锚杆在施工完成后形成的加强柱的结构示意图。

图4是本锚杆中限位组件的一种结构示意图。

图5是本锚杆中限位组件的另一种结构示意图。

图中，1、锚杆本体；2、钻头；3、出浆管；4、搅拌体；41、第一搅拌叶；42、第二搅拌叶；5、限位组件；51、限位板；52、限位销；53、挡板；6、加强柱；61、扩大体；62、收缩体。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

实施例一：

一种可变径搅拌式锚杆，包括一中空的锚杆本体1和一个固设在锚杆本体1前端的钻头2，锚杆本体1的长度为6～30米，本实施例中选用15米长的锚杆本体1，锚杆本体1的前端设有出浆管3，锚杆本体1与出浆管3相通，锚杆本体1的前端还固设有一个搅拌体4，第一搅拌叶41的内端固设在锚杆本体1的外壁上，搅拌体4包括与锚杆本体1的管壁固连且与锚杆本体1的中心线垂直的第一搅拌叶41，搅拌体4还包括一个第二搅拌叶42，第一搅拌叶41与第二搅拌叶42的一端铰接，且第二搅拌叶42能够沿铰接点在第一搅拌叶41叶面所在的平面内摆动，第二搅拌叶42与第一搅拌叶41之间设有使第二搅拌叶42与第一搅拌叶41之间的夹角小于180°的限位组件5；第一搅拌叶41的外端与对应的铰接点之间的距离小于第二搅拌叶42的外端与铰接点之间的距离。

如图4所示，限位组件5包括固设在第一搅拌叶41上的限位板51，限位板51能够与第二搅拌叶42的内端相抵靠，该限位板51位于第一搅拌叶41上铰接点的内侧，第二搅拌叶42摆动至于挡板53相抵靠时与第一搅拌叶41平行，即最大摆角，第二搅拌叶42摆动至于锚杆本体1的外壁相抵靠时为最小摆角。

如图1、图2和图3所示，凝固剂从锚杆本体1的后端灌入，从出浆管3流出，锚杆本体1不断的旋转和钻入，以第二搅拌叶42展开至与第一搅拌叶41平行时锚杆本体1的旋转方向为正向，反之为反向；当锚杆本体1正向旋转时，第一搅拌叶41和第二搅拌叶42切削土体并进行搅拌，土体必然给第二第一搅拌叶41定的阻力，第二搅拌叶42在土体阻力的作用下张开，受到限位组件5的作用，第二搅拌叶42与第一搅拌叶41保持平行，凝固剂和土体被搅拌后填充第一搅拌叶41和第二搅拌叶42钻开的空腔，在旋转搅拌的过程形成大直径的扩大体61；锚杆本体1反向旋转时，叶片在土体阻力的作用下闭合，凝固剂和土体被搅拌后填充第一搅拌叶41钻开的空腔，在旋转搅拌的作用下形成小直径的收缩体62，凝固剂和土体的混合物凝固后，形成一个由扩大体61和收缩体62相间隔的加强柱6，该加强柱6与土体之间具有更大的摩擦力，抗拔力更大，能够为围护结构提高的强度，相比之下，锚杆的密度可以减小，锚杆的用量也可以大大的降低。

搅拌体4包括两片第一搅拌叶41，第二搅拌叶42夹于两片第一搅拌叶41之间，第二搅拌叶42受到两块第一搅拌叶41的保护，使第二搅拌叶42不会受到土体、石块的作用而脱离第一搅拌叶41。

出浆管3至少有一个，本实施例中，出浆管3为两个，出浆管3与锚杆本体1的管壁相固连，出浆管3的中心线与锚杆本体1的中心线相垂直，两个出浆管3处于同一直线上，且出浆管3的中心线与锚杆本体1的中心线相交，出浆口截面与锚杆本体1垂直时，锚杆本体1受到土体或混凝土的阻力较小，出浆更加顺畅。

实施例二：

本实施例的内容大致与实施例一相同，所不同的是：第一搅拌叶41只有一片。

实施例三：

本实施例的内容大致与实施例一相同，所不同的是：搅拌体4有2～5个，且所有搅拌体4均沿锚杆本体1的外周壁周向均匀排列，多个搅拌体4可以提高搅拌效率，使凝固剂和土体能够更好地混合均匀，多个搅拌体4均与分布在锚杆本体1的外周壁上，使锚杆本体1更容易保持匀速转动和匀速钻入，提高施工质量。

实施例四：

如图5所示，本实施例的内容大致与实施例一相同，所不同的是：限位组件5包括固设在第二搅拌叶42的外端部的限位销52，第一搅拌叶41上设有能够与限位销52相抵靠的挡板53。锚杆本体1旋转过程中，土体可能会堵塞限位组件5，会导致第二搅拌叶42不能摆动至与第一搅拌叶41平行的位置，相比之下，该方案中限位组件5受到土体的影响较小。

本可变径搅拌式锚杆的施工方法如下：

首先将钻头2插入墙体内，直至搅拌体4与墙体相接触，在需要进行加固的墙体的适当位置安放锚杆，可根据墙体需要承载的拉力和锚杆长度等因素，经过计算合理选择安放锚杆位置和选择安放锚杆的密度，然后转动锚杆本体1，并保持锚杆本体1均匀的钻进速度，从锚杆本体1的后端注入高压凝固剂，正向和反向交替旋转锚杆本体1，直至锚杆本体1全部插入墙体为止。

设定第二搅拌叶42展开至与第一搅拌叶41平行时锚杆本体1的旋转方向为正向，反之为反向，当正向旋转锚杆本体1时，第二搅拌叶42收土体阻力摆动至于第一搅拌叶41平行的位置，此时搅拌体4的外径最大，能够钻出较大直径的空腔，填充凝固剂后，凝固剂与土体被搅拌体4搅拌均匀后填充该空腔，形成扩大体61；反向旋转锚杆本体1时，第二搅拌叶42摆动至于锚杆本体1的外壁相抵靠的位置，此时搅拌体4的外径最小，钻孔的直径较小，在填充凝固剂后，凝固剂与土体被搅拌体4搅拌均匀后填充该空腔，形成较小直径的收缩体62，交替正向和反向转动锚杆本体1，并保持匀速的钻进速度，从而形成一根由扩大体61和收缩相间隔的加强柱6，具有较大的抗拔力，可以减少锚杆的使用量，降低经济成本和劳动力成本。

由于是边旋转钻进边喷射凝固剂，一次性形成锚杆加强柱6，不存在成孔锚杆的坍孔、缩径等问题，无需成孔后的放置锚索、注浆等工艺，从而施工速度更快、质量更可靠；实现本锚杆的变径工艺简单，扩大体61的间隔可根据需要，控制正反转的变换频率即可，操作灵活。

锚杆本体1无需拔出，待凝固剂和土体的混合物凝固后，浇注在混合物中的锚杆本体1能够进一步增大混合物加强柱6的强度。

对钻进速度、旋转速度的控制，可以保证凝固剂与土体混合均匀，而且能够有效减少气泡和空腔的出现，本实施方案中，锚杆本体1的钻进速度为0.8米/分钟，锚杆本体1的旋转速度为70转/分钟；插入锚杆本体1时，锚杆本体1与水平面之间的夹角为10°，以便于施工，同时，在该角度范围内可以使墙体拉力更大；锚杆本体1的长度可根据墙体的厚度和墙体需要的强度来选择，本实施方案中，锚杆本体1的长度为15米。

实施例五：

本实施例的内容大致与实施例一相同，所不同的是：锚杆本体1的钻进速度为0.5米/分钟；锚杆本体1的旋转速度为60转/分钟；插入锚杆本体1时，锚杆本体1与水平面之间的夹角为5°；锚杆本体1的长度为6米；

实施例六：

本实施例的内容大致与实施例一相同，所不同的是：锚杆本体1的钻进速度为1米/分钟；锚杆本体1的旋转速度为75转/分钟；插入锚杆本体1时，锚杆本体1与水平面之间的夹角为20°；锚杆本体1的长度为24米；

锚杆本体1的钻进速度还可以为0.5～1米/分钟之间的任意值；锚杆本体1的旋转速度还可以为60～75转/分钟之间的任意值；插入锚杆本体1时，锚杆本体1与水平面之间的夹角可以为5～20°之间的任意值；锚杆本体1的长度可以为6～24米之间的任意值；

上文描述的凝固剂可以为水泥浆。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (7)

1.一种可变径搅拌式锚杆，包括一中空的锚杆本体(1)和一个固设在锚杆本体(1)前端的钻头(2)，其特征在于，所述锚杆本体(1)的前端设有至少一个出浆管(3)，所述锚杆本体(1)与所述出浆管(3)相通，所述锚杆本体(1)的前端还固设有搅拌体(4)，所述搅拌体(4)包括与锚杆本体(1)的管壁固连且与锚杆本体(1)的中心线垂直的第一搅拌叶(41)，所述搅拌体(4)还包括一个第二搅拌叶(42)，所述第一搅拌叶(41)与第二搅拌叶(42)的一端铰接，且第二搅拌叶(42)能够沿铰接点在第一搅拌叶(41)叶面所在的平面内摆动，所述第二搅拌叶(42)与第一搅拌叶(41)之间设有使第二搅拌叶(42)与第一搅拌叶(41)之间的夹角小于180°的限位组件(5)；所述第一搅拌叶(41)的外端与对应的铰接点之间的距离小于第二搅拌叶(42)的外端与所述铰接点之间的距离；所述搅拌体(4)有2～5个，且所有搅拌体(4)均沿锚杆本体(1)的外周壁周向均匀排列；所述搅拌体(4)包括两片第一搅拌叶(41)，所述第二搅拌叶(42)夹于两片第一搅拌叶(41)之间。

2.根据权利要求1所述的一种可变径搅拌式锚杆，其特征在于，所述限位组件(5)包括固设在第一搅拌叶(41)上的限位板(51)，所述限位板(51)能够与所述第二搅拌叶(42)的内端相抵靠。

3.根据权利要求1所述的一种可变径搅拌式锚杆，其特征在于，所述限位组件(5)包括固设在第二搅拌叶(42)的外端部的限位销(52)，所述第一搅拌叶(41)上设有能够与所述限位销(52)相抵靠的挡板(53)。

4.根据权利要求1所述的一种可变径搅拌式锚杆，其特征在于，所述出浆管(3)有两个，所述出浆管(3)与所述锚杆本体(1)的管壁相固连，所述出浆管(3)的中心线与所述锚杆本体(1)的中心线相垂直，两个所述出浆管(3)处于同一直线上，且出浆管(3)的中心线与所述锚杆本体(1)的中心线相交。

5.一种如权利要求1至4中任意一项所述的可变径搅拌式锚杆的施工方法，该施工方法包括以下步骤：

A、安放锚杆：将钻头(2)插入墙体内，直至搅拌体(4)与墙体相接触，

B、钻孔和灌浆：转动锚杆本体(1)，并保持锚杆本体(1)均匀的钻进速度，从锚杆本体(1)的后端注入高压凝固剂，正向和反向交替旋转锚杆本体(1)，直至锚杆本体(1)全部插入墙体为止。

6.根据权利要求5所述的可变径搅拌式锚杆的施工方法，其特征在于，所述锚杆本体(1)的钻进速度为0.5～1米/分钟；锚杆本体(1)的旋转速度为60～75转/分钟；插入锚杆本体(1)时，锚杆本体(1)与水平面之间的夹角为5～20°；锚杆本体(1)的长度为6～24米。

7.根据权利要求5或6所述的可变径搅拌式锚杆的施工方法，其特征在于，所述凝固剂为水泥浆。