CN104314076B - 一种软土地基可回收式预应力锚索结构及施工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种软土地基可回收式预应力锚索结构及施工方法，锚索结构由水泥土锚固桩，锚索体系和锚头固定端组成。水泥土锚固桩由旋喷钻头和钻杆通过旋喷和搅拌组合工艺形成，旋喷钻头上部设置有固定搅拌叶片和可伸展搅拌叶片；环形锚索绕行管穿过锚固板上的锚索穿孔，与锚索隔离管连接；锚索从一端锚索隔离管穿入，经锚固板及环形锚索绕行管后，从另一端锚索隔离管穿出，锚索与水泥土隔离，可实现锚索回收；锚头固定端由承压托板、调平层及锚具组成。本发明克服了软土地基难于先成孔后植入锚索的难题，同时实现锚索回收利用，具有较好的技术经济效益。本发明还公开了上述软土地基可回收式预应力锚索结构的施工方法。

Description

一种软土地基可回收式预应力锚索结构及施工方法
技术领域
本发明涉及一种软土地基可回收式预应力锚索结构，适用于软土地区建筑物抗浮、抗倾覆施工。
背景技术
近年来，随着基础设施建设不断向纵深方向发展，地下室及地下建筑物越来越多；尤其是当建筑地区为软土地区时，由于软土地区地下水丰富土体的空隙存有大量的地下水，当建筑物基础埋藏较深时，结构的重量包括静荷载不足以抵抗地下水的浮力时，将发生上拱或上浮失稳破坏，影响结构的正常使用，必须增加结构重量或将其锚固于下卧层中，以增强结构对竖向位移的抵抗能力。
现有的抗浮技术措施主要有：压载抗浮技术、抗浮桩技术、抗浮锚杆技术等。压载抗浮技术是由于建筑物因结构自重小于地下水浮力而可能发生上浮，因此最简便、最直接的措施就是增加结构自重；虽然增加覆土厚度或增加底板厚度对地下结构抗浮很有效，但基础埋深势必增加，地下水浮力也相应增加。抗浮桩技术是利用桩体自重和桩侧摩阻力来提供抗拔力，是一种常用的抗浮技术措施，抗浮桩桩型种类多,如人工挖孔桩、钻孔桩和预应力管桩等；但抗浮桩也存在缺点，由于桩与柱相连，使抗浮桩的间距太大，需要很厚的底板才能抵抗浮力产生的附加弯矩和剪力，因此除桩的造价高外底板的造价也很高。抗浮锚杆技术主要是将锚杆埋入土体深处成为受拉杆件，承受由土压力、水压力或其它荷载所产生的拉力，在软土地区，采用抗浮锚杆是一种普遍的进行抗浮处理的措施；但许多锚杆在完成抗浮功能后与建筑物一起长埋于地下，形成地下垃圾。
综上所述，虽然现有基础抗浮施工方法在适宜的工程条件下能取得较好的使用效果，但仍存在需要改进之处。鉴于此，根据目前工程实际的需要，亟需发明一种能有效承受软土中的水压力以及抗浮、抗倾覆等产生的拉力和剪力，同时实现预应力锚索可回收的软土地基可回收式预应力锚索结构。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种改抗浮、抗倾覆能力强，同时实现预应力锚索回收重复利用的可回收式预应力锚索结构及施工方法。
为实现上述技术目的，本发明采用了以下技术方案：
这种软土地基可回收式预应力锚索结构，锚索结构由水泥土锚固桩，锚索体系和锚头固定端组成；水泥土锚固桩由旋喷钻头和钻杆通过旋喷和搅拌组合工艺形成，旋喷钻头上部设置有固定搅拌叶片2和可伸展搅拌叶片；钢护管上设置有固定端板和扩张钢板；底部锚固板和中间锚固板上均设置有锚索穿孔、排土孔及限位槽；环形锚索绕行管穿过锚固板上的锚索穿孔，与锚索隔离管连接；锚索从一端锚索隔离管穿入，经锚固板及环形锚索绕行管后，从另一端锚索隔离管穿出，锚索与水泥土隔离，实现锚索回收；锚头固定端由承压托板、调平层及锚具组成。
作为优选：所述固定搅拌叶片和可伸展搅拌叶片通过铰接连接，可伸展搅拌叶片可绕铰接点自收拢于固定搅拌叶片到旋转°完全展开，钻杆顺时针旋转时可伸展叶片收拢，逆时针旋转时可伸展叶片展开。
作为优选：所述底部锚固板和中间锚固板均呈中空环形，锚固板上设置有锚索穿孔，锚索穿孔均匀布置与锚固板上；锚固板上同时设置有排土孔，位于相邻两个锚索穿孔之间；锚固板上还设置有限位槽，呈轴对称布置，限位槽宽度与扩张钢板宽度相同。。
作为优选：所述固定端板和扩张钢板铰接连接，扩张钢板可绕铰接点旋转，钢护管位于钻杆外侧，与钻杆同心设置。
作为优选：所述环形锚索绕行管由钢管预制而成，环形锚索绕行管设置有两个管口，管口穿越锚索穿孔，与锚索隔离管连接，底部环形管道与底部锚固板和中间锚固板外侧边线契合。
作为优选：所述承压托板呈圆环形。
作为优选：所述调平层采用混凝土浇筑而成。
这种软土地基可回收式预应力锚索结构的施工方法，包括以下的步骤：
步骤一、施工准备：土方开挖沟槽后，测量人员采用经纬仪、水准仪等测量仪器根据图纸设计要求分别测出各水泥土锚固桩位置，随后进行钻机安装；
步骤二、锚索体系组装施工：环形锚索绕行管穿越锚固板上的锚索穿孔，环形锚索绕行管管口伸出锚索穿孔一定距离，嵌入锚索隔离管内，完成连接；随后将预先准备好的锚索从锚索隔离管穿入，锚索经过锚索隔离管、环形锚索绕行管及锚固板后，从另一根锚索隔离管管口伸出，形成“U”形回路；将钢护管套入锚固板圆形中空部分，钢护管上的扩张钢板与锚固板上的限位槽相契合形成完整锚索体系；
步骤三、锚索体系与钻杆组合施工：将连接好的锚索体系用吊车吊桩至预定桩位上方，并将旋喷搅拌钻杆套入钢护管内，钻杆与钢护管同心设置，并与钻机传动轴连接；
步骤四、同步钻进植入锚索体系施工：启动钻机，设定钻杆逆时针旋转，使可伸展搅拌叶片通过惯性向外侧打开，通过钻头形成的通道，同时钻机传动轴给予钻杆及钢护管下压力，钢护筒的扩张钢板嵌入锚固板上的限位槽，两者实现连接并向下压入土体，压入过程中软土从排土孔排出，从而使整个锚索体系跟随钻杆同步压入土体中；
步骤五、高压旋喷水泥土锚固桩施工：旋喷搅拌钻杆下沉到达设计深度后，停止钻进，保持钻杆逆时针旋转不停，进行坐底喷浆，边喷浆，边旋转，水泥浆与桩端土充分搅拌后，将钻杆改为顺时针旋转，确保钻头上的可伸展搅拌叶片收拢，按规定提升速度提升钻杆，形成水泥土锚固桩；
步骤六、调平层施工：水泥土锚固桩养护至设计强度后，在锚索位置做调平层，采用混凝土进行浇筑，用于调平处理，调平层厚度控制在40mm～60mm，要求调平层与锚索垂直，表面平整光滑；
步骤七、锚具安装施工：调平层浇筑完成后，在调平层上安装承压托板和锚具，并调整承压托板位置，确保其与锚索轴线垂直；
步骤八、锚索张拉施工：锚索张拉要分级逐步施加荷载，正式张拉前应对其进行预张拉，正式张拉时，应张拉至设计荷载的90％～100％，再按规定值进行锁定；
步骤九、锚索回收施工：待主体结构施工完毕，卸下孔口处锚索的锚定装置，放松锚索，采用人工操作的方式，将锚索从一端缓慢拉出，锚索经锚索隔离管和环形锚索绕行管后，实现锚索回收。
本发明的有益效果是：
(1)本发明采用由锚固板、锚索隔离管和环形锚索绕行器组合而成的锚索体系，锚索从一端锚索隔离管传入，经过环形锚索绕性管及锚固板，从另一端的锚索隔离管穿出，形成“U”形锚索穿行路线，锚索与软土层隔离，便于锚索的回收。
(2)采用特制的钻头及钻杆，通过高压旋喷搅拌的方法，将钻杆及锚索体系压入土体，打设至设计深度后，钻杆提升并旋喷喷浆搅拌形成水泥土桩，通过高压旋喷形成大直径水泥土锚固桩，使软土变成具有较高强度的水泥土锚固桩，有效提高土体的承载力。
(3)采用带搅拌叶片旋喷钻头，钻头上部设置一对对称的固定叶片，固定叶片，固定叶片外伸端连接伸展叶片，两者铰接连接，当钻杆逆时针旋转时伸展叶片通过惯性向外侧打开，钻杆顺时针旋转时伸展叶片向内收拢，搅拌叶片的设置能将钻头喷出的水泥浆与软土进行充分混合及搅拌，形成水泥土桩。
附图说明
图1是本发明软土地基可回收式预应力锚索结构的立体图；
图2是本发明旋喷钻杆的立体图；
图3是本发明钢护管的立体图；
图4是本发明钢护管与锚固板组合的结构图；
图5是本发明锚固板与环形锚索绕行管组合的结构图；
图6是图5的俯视图；
图7是图5的仰视图；
图8是图5的剖面图；
图9是本发明锚索体系组装完成结构图；
图10是本发明软土地基可回收式预应力锚索结构施工流程图。
附图标记说明：旋喷钻头1，固定搅拌叶片2，可伸展搅拌叶片3，钻杆4，环形锚索绕行管5，底部锚固板6，钢护管7，固定端板8，扩张钢板9，中间锚固板10，锚索穿孔11，排土孔12，限位槽13，锚索隔离管14，锚索15，调平层16，承压托板17，锚具18，软土层19，水泥土锚固桩20。
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。
参照图1～10所示，软土地基可回收式预应力锚索结构主要由旋喷钻头1、钻杆4、环形锚索绕行管5、底部锚固板6、钢护管7、中间锚固板10和锚索隔离管14等部分组成。
钻头采用带搅拌叶片的旋喷钻头1，旋喷钻头1上部设置一对对称的固定搅拌叶片2，固定搅拌叶片2与旋喷钻头1焊接连接，固定搅拌叶片2采用厚度为12mm、高度为60mm、长为80mm的Q235钢制作而成，固定搅拌叶片2外伸端连接可伸展搅拌叶片3，两者铰接连接，可伸展搅拌叶片3旋转角度为180°，可伸展搅拌叶片3采用厚度为12mm、高度为30mm、长度为80mm的Q235钢制作而成。
钻杆4采用直径为100mm，壁厚为10mm的无缝钢管，钻杆4顺时针旋转时可伸展搅拌叶片3收拢，逆时针旋转时可伸展搅拌叶片3打开。
钢护管7采用直径为200mm，壁厚为10mm的无缝钢管，在钢护管7上根据设计锚固板的位置设置固定端板8和扩张钢板9，固定端板8和扩张钢板9均采用强度等级为Q235的钢板制作而成，固定端板8与钢护管7管身焊接，扩张钢板9与固定端板8铰接连接。
底部锚固板6和中间锚固板10均采用厚度为40mm，强度等级为Q235的钢板制作而成，锚固板呈中空环形，外圆直径为350mm，内圆直径为280mm，锚固板上设置有4个直径为15mm的锚索穿孔11，4个直径为30mm的排土孔12以及两个深度为20mm的限位槽13。
环形锚索绕行管5采用直径为15mm，壁厚2.5mm的无缝钢管制作而成，环形锚索绕行管5贯穿底部锚固板6和中间锚固板10上的锚索穿孔11，管口伸出锚索穿孔11以上100mm。
锚索隔离管14可采用直径为10mm的PVC管，锚索隔离管14插入环形锚索绕行管5管口，完成连接。
高压旋喷搅拌水泥土锚固桩施工，采用32.5号普通硅酸盐水泥，水灰比为0.55，高压旋喷搅拌水泥土锚固桩的水泥掺量为180kg/m。
调平层16采用强度等级为C30的混凝土浇筑而成。
承压托板17采用强度等级为Q235的环形钢板，钢板厚度为30mm，环形钢板内圆直径为10mm，外圆直径为30mm。
上述软土地基可回收式预应力锚索结构的主要施工过程如下：
步骤一、施工准备：土方开挖沟槽后，测量人员采用经纬仪、水准仪等测量仪器根据图纸设计要求分别测出各水泥土锚固桩位置，随后进行钻机安装；
步骤二、锚索体系组装施工：环形锚索绕行管5穿越底部锚固板6和中间锚固板10上的锚索穿孔11，环形锚索绕行管5管口伸出锚索穿孔11一定距离，嵌入锚索隔离管14内，完成连接；随后将预先准备好的锚索15从锚索隔离管14穿入，锚索15经过锚索隔离管14、环形锚索绕行管5及底部锚固板6(或中间锚固板10)后，从另一根锚索隔离管14管口伸出，形成“U”形回路；将钢护管7套入底部锚固板6(或中间锚固板10)圆形中空部分，刚护管7上的扩张钢板9与锚固板上的限位槽13相契合形成完整锚索体系。
步骤三、锚索体系与钻杆组合施工：将连接好的锚索体系用吊车吊桩至预定桩位上方，并将旋喷搅拌钻杆4套入刚护管内，钻杆4与钢护管7同心设置，并与钻机传动轴连接。
步骤四、同步钻进植入锚索体系施工：启动钻机，设定钻杆4逆时针旋转，使可伸展搅拌叶片3通过惯性向外侧打开，通过钻头4形成的通道，同时钻机传动轴给予钻杆4及刚护管7下压力，钢护筒7的扩张钢板9嵌入锚固板上的限位槽13，两者实现连接并向下压入软土层19，压入过程中软土从排土孔12排出，从而使整个锚索体系跟随钻杆4同步压入软土层19中。
步骤五、高压旋喷水泥土锚固桩施工：高压旋喷搅拌钻杆4下沉到达设计深度后，停止钻进，保持钻杆4逆时针旋转不停，进行坐底喷浆，边喷浆，边旋转，水泥浆与桩端土充分搅拌后，将钻杆改为顺时针旋转，确保钻头4上的可伸展搅拌叶片3收拢，按规定提升速度提升钻杆，形成水泥土锚固桩20。
步骤六、调平层施工：水泥土锚固桩养护至设计强度后，在锚索15位置做调平层16，采用混凝土进行浇筑，用于调平处理，调平层16厚度控制在40mm～60mm，要求调平层16与锚索15垂直，表面平整光滑。
步骤七、锚具安装施工：调平层16浇筑完成后，在调平层16上安装承压托板17、锚具18，并调整承压托板17位置，确保其与锚索15轴线垂直。
步骤八、锚索张拉施工：锚索15张拉要分级逐步施加荷载，正式张拉前应对其进行预张拉，正式张拉时，应张拉至设计荷载的90％～100％，再按规定值进行锁定。
步骤九、锚索回收施工：待主体结构施工完毕，卸下孔口处钢绞线的锚定装置，放松锚索15，采用人工操作的方式，将锚索15从一端缓慢拉出，锚索15经锚索隔离管14和环形锚索绕行管5后，实现锚索15回收。

Claims (1)

1.一种软土地基可回收式预应力锚索结构的施工方法，锚索结构由水泥土锚固桩，锚索体系和锚头固定端组成；水泥土锚固桩由旋喷钻头(1)和钻杆(4)通过旋喷和搅拌组合工艺形成，旋喷钻头(1)上部设置有固定搅拌叶片(2)和可伸展搅拌叶片(3)；钢护管(7)上设置有固定端板(8)和扩张钢板(9)；底部锚固板(6)和中间锚固板(10)上均设置有锚索穿孔(11)、排土孔(12)及限位槽(13)；环形锚索绕行管(5)穿过锚固板上的锚索穿孔(11)，与锚索隔离管(14)连接；锚索(15)从一端锚索隔离管(14)穿入，经锚固板及环形锚索绕行管(5)后，从另一端锚索隔离管(14)穿出，锚索(15)与水泥土隔离，实现锚索(15)回收；锚头固定端由承压托板(17)、调平层及锚具(18)组成；其特征在于，包括以下的步骤：
步骤一、施工准备：土方开挖沟槽后，测量人员采用经纬仪、水准仪测量仪器根据图纸设计要求分别测出各水泥土锚固桩位置，随后进行钻机安装；
步骤二、锚索体系组装施工：环形锚索绕行管(5)穿越锚固板上的锚索穿孔(11)，环形锚索绕行管(5)管口伸出锚索穿孔(11)一定距离，嵌入锚索隔离管(14)内，完成连接；随后将预先准备好的锚索(15)从锚索隔离管(14)穿入，锚索(15)经过锚索隔离管(14)、环形锚索绕行管(5)及锚固板后，从另一根锚索隔离管(14)管口伸出，形成“U”形回路；将钢护管套入锚固板圆形中空部分，钢护管(7)上的扩张钢板(9)与锚固板上的限位槽(13)相契合形成完整锚索体系；
步骤三、锚索体系与钻杆组合施工：将连接好的锚索体系用吊车吊至预定桩位上方，并将旋喷搅拌钻杆套入钢护管(7)内，钻杆(4)与钢护管(7)同心设置，并与钻机传动轴连接；
步骤四、同步钻进植入锚索体系施工：启动钻机，设定钻杆(4)逆时针旋转，使可伸展搅拌叶片(3)通过惯性向外侧打开，通过钻头(1)形成的通道，同时钻机传动轴给予钻杆(4)及钢护管(7)下压力，钢护管(7)的扩张钢板(9)嵌入锚固板上的限位槽(13)，两者实现连接并向下压入土体，压入过程中软土从排土孔(12)排出，从而使整个锚索体系跟随钻杆(4)同步压入土体中；
步骤五、高压旋喷水泥土锚固桩施工：钻杆(4)下沉到达设计深度后，停止钻进，保持钻杆(4)逆时针旋转不停，进行坐底喷浆，边喷浆，边旋转，水泥浆与桩端土充分搅拌后，将钻杆(4)改为顺时针旋转，确保钻头(1)上的可伸展搅拌叶片(3)收拢，按规定提升速度提升钻杆(4)，形成水泥土锚固桩(20)；
步骤六、调平层施工：水泥土锚固桩养护至设计强度后，在锚索(15)位置做调平层(16)，采用混凝土进行浇筑，用于调平处理，调平层(16)厚度控制在40mm～60mm，要求调平层(16)与锚索(15)垂直，表面平整光滑；
步骤七、锚具安装施工：调平层浇筑完成后，在调平层(16)上安装承压托板(17)和锚具(18)，并调整承压托板(17)位置，确保其与锚索(15)轴线垂直；
步骤八、锚索张拉施工：锚索(15)张拉要分级逐步施加荷载，正式张拉前应对其进行预张拉，正式张拉时，应张拉至设计荷载的90％～100％，再按规定值进行锁定；
步骤九、锚索回收施工：待主体结构施工完毕，卸下孔口处锚索(15)的锚定装置，放松锚索(15)，采用人工操作的方式，将锚索(15)从一端缓慢拉出，锚索(15)经锚索隔离管(14)和环形锚索绕行管(5)后，实现锚索(15)回收。
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