CN103741688A

CN103741688A - 分体式全长注浆锚固设施

Info

Publication number: CN103741688A
Application number: CN201310700660.6A
Authority: CN
Inventors: 孙书伟; 杨胜利; 郑波; 王建文; 丁辉; 陈冲; 陶磊; 郑桓; 李彬
Original assignee: China University of Mining and Technology Beijing CUMTB
Current assignee: China University of Mining and Technology CUMT; China University of Mining and Technology Beijing CUMTB
Priority date: 2013-12-18
Filing date: 2013-12-18
Publication date: 2014-04-23
Anticipated expiration: 2033-12-18
Also published as: CN103741688B

Abstract

本发明属于边坡加固工程中的分体式全长注浆锚固设施，由锚杆、位于锚杆中的锚筋、锚杆首端的反力钢板和锚杆中灌注的水泥砂浆构成；锚杆锚固在边坡的不稳定体和稳定体内；所述的锚筋为并排设置的不等长的三根锚筋；每一根锚筋均被分成无粘结段和受力段，无粘结段为锚筋上缠绕了高强聚酯胶带的一段，锚筋裸露部分为受力段；每一根锚筋的受力段均位于该锚筋的首尾两端，无粘结段位于两受力段之间；锚筋首端均固定在锚头反力钢板上。本发明可以最大限度地发挥锚杆自由段和锚固段的地层强度，有效克服传统全长注浆型锚杆在滑面两侧渐进性破坏现象，较大程度提高锚杆的承载能力。该锚固设施施工快捷，可用于任何土层条件，对场地大小、净空要求低，且施工对周围建筑物扰动小。

Description

分体式全长注浆锚固设施

技术领域

本发明属于边坡加固工程范畴，具体为一种分体式全长注浆锚固设施。

背景技术

近几年来，随着钻孔设备的改进和成孔技术的不断提高，锚固技术已经成为提高边坡稳定性和解决复杂高边坡工程问题最为经济有效的方法之一。大量的研究表明，荷载作用下锚杆沿长度方向其粘结应力具有明显的不均匀性。具体表现为在距离滑面的近端存在较为明显的应力集中，而锚杆的末梢却几乎不受力，随着锚筋/砂浆或砂浆/岩土接触面发生屈服破坏，锚杆会产生“渐进性”破坏(见图1)。而目前使用的全长注浆锚固设施对粘结应力的不均匀性没有充分考虑，锚固设施中均采用单根锚筋，其受力不均匀，边坡滑动时在滑面附近锚杆的自由段和锚固段均会产生明显的应力集中，继而产生渐进性破坏，无法有效发挥锚杆自由段和锚固段的地层强度，导致锚杆的承载力不高。

发明内容

针对目前锚固技术中存在的问题，本发明提出一种分体式全长注浆锚固设施，该锚固设施将传统的全长注浆型锚固方式分解为多个锚固单元，解决了在边坡加固工程中荷载作用下锚杆沿长度方向其粘结应力的不均匀性问题。

本发明的技术方案为：

一种分体式全长注浆锚固设施，由锚杆、位于锚杆中的锚筋、锚杆首端的反力钢板和锚杆中灌注的水泥砂浆构成；锚杆锚固在边坡的不稳定体和稳定体内；其特征在于：所述的锚筋为并排设置的不等长的三根锚筋——长锚筋2a、中锚筋2b和短锚筋2c；每一根锚筋均被分成无粘结段和受力段，无粘结段为锚筋上缠绕了高强聚酯胶带的一段，锚筋裸露部分为受力段；每一根锚筋的受力段均位于该锚筋的首尾两端，无粘结段位于两受力段之间；所述的三根锚筋首端均固定在锚头反力钢板上。

长锚筋2a的首端受力段最长，中锚筋2b的首端受力段次之，短锚筋2c的首端受力段最短；而三根锚筋的尾端受力段等长；三根锚筋的尾端受力段均位于稳定体内，三根锚筋的首端受力段均位于不稳定体内。锚杆全长范围内含有3个无粘结段。

本发明分体式全长注浆锚固设施是一种新型锚固技术，由于本发明中锚杆采用多根锚筋，在锚筋中将传统的全长注浆型锚固技术按力的分配设计为不等长度的多个锚固单元，每个锚固单元通过设置无粘结段将滑面附近的集中应力传递至深层岩体，可以最大限度地发挥锚杆自由段和锚固段的地层强度，有效克服传统全长注浆型锚杆在滑面两侧渐进性破坏现象，较大程度提高锚杆的承载能力。该锚固设施施工快捷，可用于任何土层条件，施工条件对场地大小、净空要求低，且施工对周围建筑物扰动小。尤其适用于以下工程：

1）道路（公路、铁路）保通、边坡抢险加固工程。分体式全长注浆锚固设施的结构主体工程为全机械化施工，快速有效，且几乎没有开挖土石方，较好的克服了保通、抢险工程工期紧、施工条件差等特点。

2）建筑基坑边坡加固工程。分体式全长注浆锚固设施施工对附近建筑物扰动影响小，且噪音小，与常规的基坑支护结构如土钉等相比，其受力大，自稳定性好。

3）露天矿边坡加固工程。

附图说明

图1是锚杆粘结应力的分布形态图，

图2是目前使用的锚杆加固边坡的全长注浆锚固示意图，

图3是本发明用于边坡加固的示意图，

图4是本发明分体式全长注浆锚杆示意图，

图5是本发明锚筋位于锚筋支架上的截面示意图，

图6是本发明锚筋固定在锚头反力钢板上的示意图（图4的左向视图）。

图中：

1.锚杆，2.锚筋，2a.长锚筋，2b.中锚筋，2c.短锚筋，3.锚头反力钢板，4.沉渣段，5.锚筋支架。

具体实施方式

如图3、图4所示，本发明为锚固在边坡中的分体式全长注浆锚固设施，由锚杆1、位于锚杆1中的锚筋2、锚杆1首端的反力钢板3和锚杆1中灌注的水泥砂浆4构成。锚杆1锚固在边坡的不稳定体和稳定体内。所述的锚筋2为并排设置的不等长的三根锚筋：长锚筋2a、中锚筋2b和短锚筋2c。每一根锚筋均被分成无粘结段和受力段，无粘结段为锚筋上缠绕了高强聚酯胶带的一段，锚筋裸露部分为受力段（即粘结段）。每一根锚筋的受力段均位于该锚筋的首尾两端，无粘结段位于两受力段之间。其中，长锚筋2a的首端受力段最长，中锚筋2b的首端受力段次之，短锚筋2c的首端受力段最短；而三根锚筋的尾端受力段等长。本发明的设计要点是：每根锚筋的锚固段采用不等长度设计，目的在于将滑面附近的集中应力传递至深层岩体，且避免出现应力集中现象。

所述的三根锚筋首端均固定在锚头反力钢板3上。图6是三根锚筋固定在锚头反力钢板3上的示意图，锚筋首端从锚头反力钢板3上的孔中穿出后，折弯反扣搭接后焊接固定。锚筋还可以采用多种方式与锚头反力钢板3牢靠固定。

在图4中，所述的三根锚筋在锚杆1中平行排列，锚杆1内设置有数个锚筋支架5，锚筋支架5主要起到对锚筋2提供支撑架及定位的作用，并将三根锚筋支撑及分隔开。图5是锚筋支架5的截面图，锚筋支架5为三角形支架，将三根锚筋三角形定位。锚筋支架5的结构可以是各种各样，只要能对锚筋2起到支撑定位的作用即可。

为更好理解本发明，现参照图3-图6，并结合图中的标记作详细说明。

本发明锚固在道路（公路、铁路）、建筑基坑、露天矿等的边坡内。边坡内的土质外层（图3中阴影部分）为不稳定体（即滑动土体），内层为稳定体。不稳定体和稳定体之间为滑动面（图2、3、4中虚线）。锚杆1位于不稳定体中的部分称为自由段，位于稳定体的部分称为锚固段。图3、图4中，L_t为锚杆1的总长度；L_u为锚杆1在不稳定体内的锚固长度；L_a为锚杆1在稳定体内的锚固长度；L_b为锚杆中锚筋2的长度（即长锚筋2a的长度）；锚杆1中，在锚筋2与尾端之间为沉渣段4，L_s为沉渣段4的长度；每一锚筋的尾端受力段的长度相等，为L₁；L₂为短锚筋2c的首端受力段；三根锚筋的尾端受力段均位于稳定体内，三根锚筋的首端受力段均位于不稳定体内。d为锚杆1孔径。L₀为锚筋支架5的间距。

在图3、图4中，每一锚筋上的“花纹”部分所示为无粘结段，在无粘结段处锚筋上缠绕了高强聚酯胶带，锚筋与水泥砂浆4不能粘合，仅起到传递力的作用，图中的“黑色实体”部分为裸露锚筋与水泥砂浆自然粘结的受力段。

本发明中，锚杆1结构各部分尺寸根据以下条件选择确定：

首先要确定不稳定体内锚杆1的锚固长度L_u，L_u为2.5-7.5m，L_a为L_u的1.4-1.6倍，则锚杆1总长度L_t不超过20m。L_u、L_a取值要根据地层条件并结合临界锚固长度经验值综合确定。在不稳定体内，长锚筋2a的首端受力段为L_u，与锚杆1在不稳定体内的锚固长度等长；中锚筋2b的首端受力段为2/3L_u；短锚筋2c的首端受力段L₂的长度为1/3L_u。在稳定体内，短锚筋2c的尾端受力段L₁为1/3(L_b-L_u)，并且在稳定体内的短锚筋2c全部为受力段；中锚筋2b和长锚筋2a的尾端受力段与短锚筋2c的尾端受力段相等，也均为L₁，并且短锚筋2c与中锚筋2b之间、中锚筋2b与长锚筋2a之间的长度差相等，也均为L₁，即三根锚筋在稳定体内呈等差排列。根据上述设计，三根锚筋的受力段在不稳定体和稳定体内均呈阶梯式布局。L_u和L_a内部均含有了3个锚固单元，其中L_u内的3个锚固单元是不等长设置，L_a内的3个锚固单元是等长设置。L_u和L_a内部均含有2个无粘结段；也可以理解：锚杆1全长范围内含有3个无粘结段，长度分别为：短锚筋2c为2/3L₂、中锚筋2b为1/3L₂+L₁及长锚筋2a为2L₁。

沉渣段长度L_s为0.5-0.8m；

锚杆1孔径d为110-130mm。

锚筋支架5的间距L₀为2.0-3.0m。

锚头反力钢板3通常为300mm×300mm的方形钢板，厚12mm。

三根锚筋在锚头反力钢板3上的搭接长度按构造要求通常各取100-150mm。

分体式锚固全长注浆水灰比为1：1的水泥砂浆。

锚筋2是全长注浆锚杆的加固主体，为3根Φ22-25mm螺纹钢筋。

分体式全长注浆锚固设施的施工过程如下：

1.在边坡钻孔；

2.孔内放入安装好锚筋支架的钢筋笼；

3.注浆；

4.安装外部锚头反力钢板，锚筋与外部钢板采用焊接方式连接。

Claims

1.分体式全长注浆锚固设施，由锚杆(1)、位于锚杆（1)中的锚筋（2)、锚杆（1)首端的反力钢板（3)和锚杆（1)中灌注的水泥砂浆（4)构成；锚杆（1)锚固在边坡的不稳定体和稳定体内；其特征在于：所述的锚筋（2)为并排设置的不等长的三根锚筋——长锚筋2a、中锚筋2b和短锚筋2c；每一根锚筋均被分成无粘结段和受力段，无粘结段为锚筋上缠绕了高强聚酯胶带的一段，锚筋裸露部分为受力段；每一根锚筋的受力段均位于该锚筋的首尾两端，无粘结段位于两受力段之间；所述的三根锚筋首端均固定在锚头反力钢板（3)上。

2.根据权利要求1所述的锚固设施，其特征在于：不稳定体内锚杆（1）的锚固长度L_u为2.5-7.5m，稳定体内的锚固长度L_a为L_u的1.4-1.6倍。

3.根据权利要求1所述的锚固设施，其特征在于：长锚筋2a的首端受力段最长，中锚筋2b的首端受力段次之，短锚筋2c的首端受力段最短；而三根锚筋的尾端受力段等长；三根锚筋的尾端受力段均位于稳定体内，三根锚筋的首端受力段均位于不稳定体内。

4.根据权利要求1、2或3所述的锚固设施，其特征在于：长锚筋2a的首端受力段为L_u，与锚杆（1）在不稳定体内的锚固长度等长；中锚筋2b的首端受力段为2/3L_u；短锚筋2c的首端受力段L₂的长度为1/3L_u。

5.根据权利要求1、2或3所述的锚固设施，其特征在于：在稳定体内，短锚筋2c的尾端受力段L₁为1/3(L_b-L_u)，并且在稳定体内的短锚筋2c全部为受力段；中锚筋2b和长锚筋2a的尾端受力段与短锚筋2c的尾端受力段相等，也均为L₁，并且短锚筋2c与中锚筋2b之间、中锚筋2b与长锚筋2a之间的长度差相等，也均为L₁，即三根锚筋在稳定体内呈等差排列。

6.根据权利要求4或5所述的锚固设施，其特征在于：锚杆（1）全长范围内含有3个无粘结段，长度分别为：短锚筋2c为2/3L₂、中锚筋2b为1/3L₂+L₁及长锚筋2a为2L₁。

7.根据权利要求1所述的锚固设施，其特征在于：锚杆（1）中，在锚筋（2）与尾端之间为沉渣段（4），长度L_s为0.5-0.8m。

8.根据权利要求1所述的锚固设施，其特征在于：所述的三根锚筋在锚杆（1）中平行排列，锚杆（1）内设置有数个锚筋支架（5），将三根锚筋支撑及分隔开；锚筋支架（5）的间距L₀为2.0-3.0m。

9.根据权利要求1所述的锚固设施，其特征在于：锚杆(1)孔径d为110-130mm，锚筋(2)为3根Φ22-25mm螺纹钢筋，锚头反力钢板(3)为300mm×300mm的方形钢板，厚12mm。

10.分体式全长注浆锚固设施的施工过程如下：

1）.在边坡钻孔；

2）.孔内放入安装好锚筋支架的钢筋笼；

3）.注浆；

4）.安装外部锚头反力钢板，锚筋与外部钢板采用焊接方式连接。