CN104234050A - 一种引孔植入式带支盘抗浮岩石锚杆及施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种引孔植入式带支盘抗浮岩石锚杆，其特征在于所述抗浮岩石锚杆主要由锚杆、支盘钢筋骨架、底盘、垫板和锚头组成。锚杆锚固段设置于带支盘的岩层孔道内，并填充有钢筋锚固剂，钢筋锚固剂外包裹土工布袋；锚杆自由段设置于基础底板内，外包套管，与底板混凝土隔离；支盘钢筋骨架对应岩层孔道内各支盘高度，固定于锚杆上。本发明通过在岩层孔道内设置扩孔支盘，并利用钢筋锚固剂的膨胀性和粘合性提高了锚杆单位长度上的锚固力，可增加锚杆抗浮能力，相对缩短锚杆长度和岩层钻孔深度，具有较好的技术经济效益。本发明还公开了所述抗拔岩石锚杆的施工方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种引孔植入式带支盘抗浮岩石锚杆及施工方法，特别涉及一种植入岩层内的外包土工布袋带支盘预应力锚杆。属于建筑物地下结构抗浮施工技术领域，特别适用于地下结构底部岩层裸露或埋深浅的结构抗浮施工，也可用于围岩或边坡加固工程。
背景技术
为了充分开发利用地下空间，采用埋置于地下结构作为车库等功能逐渐增多。其中，广场式建筑的纯地下室部分、裙房或相对独立的地下结构物，该类地下结构物建筑面积大、基础埋藏较深，建筑层数却相对较少，地下水位较高时，结构自重不足以抵抗地下水的上浮力，造成地下室底板隆起破坏、梁柱结点处开裂及底板破坏等，如何根据工程实际情况解决建筑物的抗浮是一项技术难题。
一般结构自身的抗浮措施有以下几种类型：配重法、抗浮桩和抗浮锚杆。配重法是通过增大结构的厚度，或者在内部增加压重，以提高结构自重、平衡地下水浮力，但此方法提高了对地基承载力的要求，且大多情况下不经济；抗拔桩的主要靠桩身与土层的摩擦力来受力，为提高其抗浮性能，需加大桩体入土深度，工程量增大，成本增加，且若结构底部以岩体为主，桩体打设难度更大；传统抗浮锚杆与抗拔桩原理近似，打设深度对其抗浮能力影响较大，且施工周期长，影响整个工程的施工进度。与其他抗浮措施相比，抗浮锚杆具有除了平衡地下水浮力作用外，还可以起到加固地基的作用、不会因少量锚杆破坏而导致整体抗浮失效，因而在工程实际中得到了广泛的应用。
抗拔桩和抗浮锚杆的抗浮性能主要取决于土体摩擦力的影响，故而增加桩体或锚杆与岩土体的连接效果，可有效通过上部结构的抗浮能力，已有一种扩底锚杆承载装置(CN 202012078U)，该技术是先在岩石上钻出上部直孔，直孔下部设有大于直孔的直径的扩孔，在锚杆底部加设了两块撑板，可以在直孔段顺利通过，在扩孔段自然伸展开，因此可以提高锚杆抗拔能力。但是，采用钢板作为扩大段加筋体，与孔内混凝土粘结能力较之带肋钢筋有所不及，且仅安放一根精轧螺纹钢作为锚杆主体，无其他附属增强连接构件，孔道内杆体与混凝土粘结、摩擦提供的抗拔效果不能充分发挥。
从大多数工程实例中可以看出，锚杆长度一般都在5～6米之间，特殊的要超过10米，虽然摩阻力是与长度成正比的，但锚杆长度的增加会使各种施工费用及材料费用也都相应地随着增加，也会加大施工难度，尤其是岩层内成孔难度大，施工困难，进而导致工期延长。已有的一种植筋和锚杆相结合的抗浮施工方法(200710185394.2)，该技术引进了钢筋锚固剂作为锚杆孔道填充材料，采用“植筋”的方式，将锚杆压入预先填充在孔道内的锚固剂内，具有成孔容易、孔深很浅、造价低廉、工期很短、等优点。但是，该技术针对“锚杆孔中有向外涌动且无法排除的动压力水”注浆无法保证充盈性问题，采用专门配比的化学植筋药剂，较之普通注浆材料成本相对较高；另外，该技术在锚固剂塞满锚杆孔后，将下端部焊有长钢筋“十”字头的钢筋压入孔底，再将被钢筋挤出的锚固剂压入孔中，进一步压实，然而，孔道内灌满锚固剂后再下压锚杆，下压难度较大，下压过程中气泡排出困难，且溢出孔口再收集回灌后的锚固剂质量有所下降。
综上所述，锚杆抗浮力的大小又是通过锚杆的侧摩阻力来提供的，侧摩阻力与锚杆的锚固长度是成正比，但锚杆过长会造成浪费材料、增加施工工作量；由于它是应用在有地下水的场地，在地下水的作用下，长锚杆的注浆困难，其注浆质量难以保证。鉴于此，目前亟待发明一种增加锚杆及锚固体与周围岩土体侧摩阻力、动水压力下注浆效果可靠的新型抗浮岩石锚杆。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种改善传统抗浮锚杆长度大、施工工期长、动水压力下注浆困难等问题的引孔植入式带支盘抗浮岩石锚杆及施工方法。
为实现上述技术目的，本发明采用了以下技术方案：
一种引孔植入式带支盘抗浮岩石锚杆，主要由锚杆、底盘、支盘钢筋骨架、垫板和锚头组成；所述锚杆锚固段设置于带支盘空腔的岩层孔道内，并填充有钢筋锚固剂，所述钢筋锚固剂外包裹土工布袋；所述锚杆自由段设置于基础底板内，外包套管，与基础底板混凝土隔离；支盘钢筋骨架对应岩层孔道内各支盘空腔高度，固定于锚杆上，所述底盘设于锚杆底部并位于岩层孔道底部的支盘空腔内。
作为优选：所述锚杆采用全螺纹钢柱或热轧带肋钢筋。
作为优选：所述支盘钢筋骨架和底盘由托板、转角固定板、支盘钢筋和压簧组成；托板焊接于锚杆伸入岩层部分的设计位置；转角固定板与托板及锚杆焊接，呈辐射状布置三到四个；支盘钢筋呈V形，穿过转角固定板上限位孔洞，由压簧与锚杆连接。
作为优选：所述支盘钢筋骨架和底盘的直径为0.5～0.8倍孔道直径。
作为优选：所述钢筋锚固剂采用添加膨胀剂的自密实细石混凝土、水泥砂浆或建筑结构胶，在放置于孔道内的土工布袋中分两次填筑成型。
作为优选：所述土工布袋采用无纺土工布缝合而成，土工布袋根据设计孔道支盘空腔位置及尺寸做相应扩大，上部多余部分在浇筑基础底板前剪除。
作为优选：所述套管采用PVC、PE、HDPE或PP材质管制成，套管长度与基础底板厚度相同。
一种引孔植入式带支盘抗浮岩石锚杆的施工方法，主要包括以下步骤：
1)施工前准备：清理岩层表面浮土、松动岩石和植被等，材料进场；
2)孔位布置：根据图纸设计要求分别测出每个锚杆孔位并标记；
3)钻设孔道：以湿式钻孔形成垂直孔道，再采用岩石扩孔器形成支盘空腔，再清洗孔壁，排尽孔内残渣；
4)首次填充锚固剂：将布袋塞入孔道内，袋口固定，向袋内填塞钢筋锚固剂，超过最上部支盘空腔位置；
5)锚杆植入：钢筋锚固剂填塞后，下压焊接底盘和支盘钢筋骨架的锚杆至底，再适当上拔，使支盘钢筋完全张开；
6)再次填充锚固剂：向孔道内再次填充钢筋锚固剂并挤密，排出锚杆下压时可能产生的气泡；
7)浇筑基础底板：裁剪多余土工布袋，在锚杆露出岩层段外套设套管，根据设计要求浇筑基础底板；
8)张拉锚杆：基础底板混凝土达到设计强度之后，在锚杆上设置垫板和锚头，并根据设计要求张拉锚杆。
本发明的有益效果是：
(1)本发明在岩土体内钻设孔道，且在底部及设计位置扩大孔径，形成支盘空腔，填充钢筋锚固剂后，配合锚杆上的底盘和支盘钢筋骨架，可提高锚杆与周围岩土体的粘结强度。
(2)本发明的锚固体外包裹采用无纺土工布制成的土工布袋，对钢筋锚固剂起到约束作用，即便在动水压力下，锚固剂流失量少，适用于混凝土、水泥浆等大多数锚固剂，锚杆外包的锚固体成型质量可靠。
(3)本发明将添加膨胀剂的钢筋锚固剂分两次填充至孔道内，可保证孔道填充密实，第一次填充后下压锚杆不会引起浆液溢出，不造成浪费，且锚杆下压容易；第二次填充压实后，使锚杆下压产生的气泡溢出，并保证锚固体密实，在有地下水的情况下，支盘钢筋仍可完全嵌入至岩土体内，传力可靠。
(4)本发明中采用可活动支盘钢筋骨架，便于锚杆下放的同时，支盘钢筋可伸入支盘空腔内部，提高支盘空腔位置锚固体抗剪切性能；采用压簧控制支盘钢筋与锚杆夹角，锚杆下压至底后，钢筋骨架在支盘空腔位置自动弹开，适当上提后，可完全张开，支盘钢筋固定在托板或底盘上。
总之，本发明发挥了植筋式锚杆施工速度快，锚杆长度小的优点；利用土工布袋的约束效果和分次填筑微膨胀型锚固剂的方式，提高了锚杆周围锚固体的密实性，且在动水环境下仍可保证施工质量；通过增设带钢筋骨架的支盘状结构，提高锚杆的抗拔性能，提供上部结构较高的抗浮能力，只需将锚杆插拔一次，即可使支盘钢筋骨架完全张开，操作方便。
附图说明
图1是本发明一种引孔植入式带支盘抗浮岩石锚杆的示意图；
图2是本发明所述支盘钢筋骨架示意图；
图3是本发明所述底盘钢筋骨架示意图；
图4至图5是本发明所述抗浮岩石锚杆施工流程示意图；
附图标记说明：1-锚杆、2-土工布袋、3-支盘空腔、4-底盘、5-钢筋锚固剂、6-支盘钢筋骨架、7-岩层、8-基础底板、9-套管、10-垫板、11-锚头、12-支盘钢筋、13-转角固定板、14-压簧、15-托板。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步描述。虽然本发明将结合较佳实施例进行描述，但应知道，并不表示本发明限制在所述实施例中。相反，本发明将涵盖可包含在有附后权利要求书限定的本发明的范围内的替换物、改进型和等同物。
图1是本发明一种引孔植入式带支盘抗浮岩石锚杆的示意图；图2是本发明所述支盘钢筋骨架的示意图。参照图1、2所示，一种引孔植入式带支盘抗浮岩石锚杆住院由锚杆1、土工布袋2、支盘钢筋骨架6、底盘4、钢筋锚固剂5、垫板10及锚头11组成。
本实施例采用直径20mm的HRB400钢筋作为锚杆1，岩层7内垂直孔道直径150mm、支盘空腔3最大直径250mm、深度1000mm，基础底板8厚度为400mm为例。
截取HRB钢筋1500mm，作为锚杆1主体，一端焊接20mm厚、直径100mm的Q345圆钢板作为底盘4。距底盘4上方400mm处的锚杆1上焊有一块16mm厚、外径100mm、内径22mm的Q345环形钢板作为托板15，底盘4和托板15上均垂直焊接3块转角固定板13，呈120°环形均匀布置，一边紧贴锚杆1并焊接连接，转角固定板13为12mm厚、边长200mm，居中开设有120mm内径孔洞的Q345正方形钢板。将直径10mm、长160mm的HRB335钢筋对称弯折为60°V形钢筋作为支盘钢筋12，穿过转角固定板13中央孔洞，各支盘钢筋骨架6上放置3个。将压簧14一端焊接在支盘钢筋12分支中部，另一端焊接在锚杆1上，距底盘4或托盘上方50mm处，保证压簧自由状态长度不小于80mm，压缩极限状态小于40mm，各支盘钢筋骨架6上布置6个(经测量，支盘钢筋12靠于底盘4或托板15上时，压簧14长度约60mm；锚杆1置于岩层7垂直孔道内，至盘钢筋收拢时，压簧长度约40mm)。
岩层7上锚杆孔位测定完成后，采用湿式钻孔法进行孔道钻设。首先钻设直径150mm、深1000mm的垂直孔道；再用岩石扩孔器，孔底和上方400mm处开设最大直径250mm的支盘空腔3，孔腔高度100mm；最后进行清空，用清水多次冲刷孔壁及支盘孔腔内部，通过水力循环将钻孔残渣带出孔道。
将与孔道匹配的土工布袋2放入孔道内，布袋上部敞开固定在孔口。向土工布袋2内填充钢筋锚固剂5，本实施例中采用掺合5％膨胀剂和2％速凝剂的细石混凝土，第一次填充至上部支盘空腔3盘口位置，将组装了底盘4、支盘钢筋骨架6的锚杆1压入钢筋锚固剂5内，一次性压至孔道底部，再将锚杆1上拔50mm左右(为检查支盘钢筋骨架6是否完全张开，可多提压一次锚杆1，确保支盘钢筋骨架6上支盘钢筋卡在支盘4内，无法上拔，再压回原位)。第二次填充钢筋锚固剂5，填充至孔口顶部，并压实排挤气泡，填充之前锚杆1露出部分临时固定，防止钢筋锚固剂5加压挤密时锚杆1移位。
锚杆1露出部分外套一段长400mm的PVC塑料套管9，套管9直径30mm，之后浇筑400mm厚钢筋混凝土基础底板8，浇筑施工工艺符合现行规范、标准之要求，浇筑过程中，混凝土不得进入套管9内。待混凝土达到设计强度后，锚杆1露出基础底板100mm左右，设置垫板10，安装锚头11，根据设计要求进行张拉，施加预应力后，截去多余锚杆1，完成锚杆施工。
图4(a)、(b)是本发明所述抗浮岩石锚杆施工流程示意图，如图4(a)、(b)所示，引孔植入式带支盘抗浮岩石锚杆的施工方法主要包括以下步骤：
1)施工前准备：清理岩层7表面浮土、松动岩石和植被等，材料进场；
2)孔位布置：根据图纸设计要求分别测出个锚杆1孔位并标记；
3)钻设孔道：以湿式钻孔形成垂直孔道，在采用岩石扩孔器形成支盘空腔3，再清洗孔壁，排尽孔内残渣；
4)首次填充锚固剂：将土工布袋2塞入孔道内，袋口固定，向袋内填塞钢筋锚固剂5，超过最上支盘1位置；
5)锚杆植入：钢筋锚固剂5填塞后，下压焊接底盘4和支盘钢筋骨架6的锚杆1至底，再适当上拔，使支盘钢筋12完全张开；
6)再次填充锚固剂：向孔道内再次填塞钢筋锚固剂5并挤密，排出锚杆1下压时可能产生的气泡；
7)浇筑基础底板：裁剪多余土工布袋2，在锚杆1露出岩层段外套设套管9，根据设计要求浇筑基础底板8；
8)张拉锚杆：基础底板8混凝土达到设计强度之后，混凝土达到设计强度后，锚杆1上设置垫板10和锚头11，并根据设计要求张拉锚杆1。
Claims (8)
1.一种引孔植入式带支盘抗浮岩石锚杆，其特征在于：主要由锚杆(1)、底盘(4)、支盘钢筋骨架(6)、垫板(10)和锚头(11)组成；所述锚杆(1)锚固段设置于带支盘空腔(3)的岩层(7)孔道内，并填充有钢筋锚固剂(5)，所述钢筋锚固剂(5)外包裹土工布袋(2)；所述锚杆(1)自由段设置于基础底板(8)内，外包套管(9)，与基础底板(8)混凝土隔离；支盘钢筋骨架(6)对应岩层(7)孔道内各支盘空腔(3)高度，固定于锚杆(1)上，所述底盘(4)设于锚杆(1)底部并位于岩层(7)孔道底部的支盘空腔(3)内。
2.根据权利要求1所述的引孔植入式带支盘抗浮岩石锚杆，其特征在于：所述锚杆(1)采用全螺纹钢柱或热轧带肋钢筋。
3.根据权利要求1所述的引孔植入式带支盘抗浮岩石锚杆，其特征在于：所述支盘钢筋骨架(6)和底盘(4)由托板(15)、转角固定板(13)、支盘钢筋(12)和压簧(14)组成；托板(15)焊接于锚杆(1)伸入岩层(7)部分的设计位置；转角固定板(13)与托板(15)及锚杆(1)焊接，呈辐射状布置三到四个；支盘钢筋(12)呈V形，穿过转角固定板(13)上限位孔洞，由压簧(14)与锚杆(1)连接。
4.根据权利要求1所述的引孔植入式带支盘抗浮岩石锚杆，其特征在于：所述支盘钢筋骨架(6)和底盘(4)的直径为0.5～0.8倍孔道直径。
5.根据权利要求1所述的引孔植入式带支盘抗浮岩石锚杆，其特征在于：所述钢筋锚固剂(5)采用添加膨胀剂的自密实细石混凝土、水泥砂浆或建筑结构胶，在放置于孔道内的土工布袋(2)中分两次填筑成型。
6.根据权利要求1所述的引孔植入式带支盘抗浮岩石锚杆，其特征在于：所述土工布袋(2)采用无纺土工布缝合而成，土工布袋(2)根据设计孔道支盘空腔(3)位置及尺寸做相应扩大，上部多余部分在浇筑基础底板(8)前剪除。
7.根据权利要求1所述的引孔植入式带支盘抗浮岩石锚杆，其特征在于：所述套管(9)采用PVC、PE、HDPE或PP材质管制成，套管(9)长度与基础底板(8)厚度相同。
8.权利要求1～7之一所述引孔植入式带支盘抗浮岩石锚杆的施工方法，其特征在于主要包括以下步骤：
1)施工前准备：清理岩层(7)表面浮土、松动岩石和植被等，材料进场；
2)孔位布置：根据图纸设计要求分别测出每个锚杆(1)孔位并标记；
3)钻设孔道：以湿式钻孔形成垂直孔道，再采用岩石扩孔器形成支盘空腔(3)，再清洗孔壁，排尽孔内残渣；
4)首次填充锚固剂：将布袋塞入孔道内，袋口固定，向袋内填塞钢筋锚固剂(5)，超过最上部支盘空腔(3)位置；
5)锚杆植入：钢筋锚固剂(5)填塞后，下压焊接底盘(4)和支盘钢筋骨架(6)的锚杆(1)至底，再适当上拔，使支盘钢筋(12)完全张开；
6)再次填充锚固剂：向孔道内再次填充钢筋锚固剂(5)并挤密，排出锚杆(1)下压时可能产生的气泡；
7)浇筑基础底板：裁剪多余土工布袋(2)，在锚杆(1)露出岩层(7)段外套设套管(9)，根据设计要求浇筑基础底板(8)；
8)张拉锚杆：基础底板(8)混凝土达到设计强度之后，在锚杆(1)上设置垫板(10)和锚头(11)，并根据设计要求张拉锚杆(1)。
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