CN104563106A - 一种旋喷锚索钻体及旋喷锚索的施工工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明属于建筑施工领域，适用于旋喷锚索施工技术领域。本发明提出一种旋喷锚索钻体及旋喷锚索的施工工艺。旋喷锚索钻体包括双管旋喷钻杆、变径联动卡槽钻杆、锚头和封底钢珠，双管旋喷钻杆的后端与变径联动卡槽钻杆的前端连接，变径联动卡槽钻杆的后端与锚头连接，封底钢珠位于双管旋喷钻杆与变径联动卡槽钻杆的连接处。旋喷锚索的施工工艺包括：1）制作钢绞线；2）锚固体加工；3）钻进成孔；4）送钢绞线；5）投封底钢珠；6）旋喷扩孔；7）锚索张拉锁定。本发明提供的旋喷锚索钻体使用方便、施工效率高；旋喷锚索工艺可有效加快钻孔速度，简化工艺步骤，减少对周边扰动，有效保护临近建筑物及构筑物。

Description

一种旋喷锚索钻体及旋喷锚索的施工工艺
技术领域
本发明属于建筑施工领域，适用于旋喷锚索施工技术领域。
背景技术
普通高压旋喷锚索施工，是利用穿过锚固承压板的旋喷钻头边旋喷边钻进，钻进过程即开始扰动，其对自由段及非有效锚固段的扰动也较大，这就对地层造成了不必要的影响，会增加基坑外侧地层的初始沉降量。
为避免这种情况出现，一般采用跟管钻进至锚固段再开始旋喷的工艺。但是跟管钻进对钻机及施工作业条件要求较高，施工速度较慢。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种旋喷锚索钻体，通过对钻杆的改进，可以从常压钻进成孔状态方便地切换至高压旋喷扩孔状态，结构简单、使用方便，具有良好的实用价值；本发明提出一种旋喷锚索的施工工艺，常压无扰动钻进成孔后，经简单操作后即可开始有效的底部高压旋喷注浆，该工艺施工效率较高、造价合理，可有效加快钻孔速度，简化工艺步骤。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种旋喷锚索钻体，其特征在于：包括双管旋喷钻杆、变径联动卡槽钻杆、锚头和封底钢珠；双管旋喷钻杆的后端与变径联动卡槽钻杆的前端连接，变径联动卡槽钻杆的后端与锚头连接，封底钢珠位于双管旋喷钻杆与变径联动卡槽钻杆的连接处；变径联动卡槽钻杆包括联动卡槽钻杆、变径口和定位卡槽，联动卡槽钻杆的前端设置有内孔，内孔为与双管旋喷钻杆后端相配合的内孔，联动卡槽钻杆内孔后端部分设置有变径口及定位卡槽；锚头包括承压板、钢绞线、三翼钻头、空心联动杆和活络环，承压板上固定有钢绞线，三翼钻头的钻杆穿过承压板，三翼钻头的钻杆与承压板之间留有空隙，三翼钻头的钻杆与位于承压板后侧的空心联动杆的后端焊接连接，空心联动杆与承压板之间设置有活络环，空心联动杆的前端设置有运动定位销，三翼钻头的前端带有常压出浆口；封底钢珠的直径小于内管的内径且大于变径口的内径。
双管旋喷钻杆包括旋喷钻杆、旋喷孔和内管，旋喷钻杆前端为中空圆管，后端为圆台状结构，空心圆柱状的内管穿出旋喷钻杆，旋喷孔是穿透旋喷钻杆及内管的通孔。
旋喷钻杆的后端与联动卡槽钻杆前端的内孔插接连接。
运动定位销滑动安装于定位卡槽中。
三翼钻头的钻杆与承压板之间的空隙为5mm。
本发明所述的旋喷锚索施工工艺，包括以下步骤：
1）制作钢绞线：在现场平坦开阔地制作钢绞线；
2）装配旋喷锚索钻体：将双管旋喷钻杆、变径联动卡槽钻杆和锚头进行装配连接；
3）钻进成孔：将双管旋喷钻杆上的旋喷孔用密封胶带密封，开启常压注浆泵带动旋喷锚索钻体进行常压（不超过5MPa）钻进，空心联动杆带动三翼钻头钻进，三翼钻头前端的常压出浆口呈开放状态，水泥浆液从常压出浆口流出；
4）送钢绞线：常压钻进至设计深度后，固定于承压板上的钢绞线送至设计深度；
5）投封底钢珠：冲洗双管旋喷钻杆内壁完成后，向双管旋喷钻杆的内管投放封底钢珠，然后开启注浆泵及空压机，逐渐增加注浆压力，将封底钢珠推至变径联动卡槽钻杆内的变径口处，将变径口封堵；
6）旋喷扩孔：退出变径联动卡槽钻杆，分离锚头；封底钢珠封堵变径口后，双管旋喷钻杆内的压力增大，浆液冲破旋喷孔上的密封胶带，开始高压喷浆，当注浆压力达到20MPa后，匀速提升旋喷锚索钻体，进行高压旋喷扩孔施工，形成圆柱形水泥土锚固体，将锚头留在锚固体中；
7）锚索张拉锁定：锚索施工完成10天后，整体锚索先预张拉至轴向承载力标准值的25%，然后再张拉至轴向承载力标准值的105%，持荷时间不小于5分钟，然后退至承载力标准值的85%进行锁定。
旋喷扩孔时，高压喷射注浆水泥采用强度等级为PO42.5纯水泥浆，水灰比1:1。旋喷扩孔时，端部3.0m扩大头部分，旋喷压力不小于20MPa，旋喷锚索钻体给进和提升速度不大于20cm/min，来回往复3次；锚固段其它部分旋喷压力不小于15MPa，旋喷锚索钻体给进和提升速度不大于30cm/min，喷浆量不小于40L/min。
旋喷扩孔时，旋喷锚索钻体均匀提升或下沉，由上而下或由下而上进行高压喷射扩孔。
本发明提出的旋喷锚索钻体在常压钻进成孔时，水泥浆液从三翼钻头的常压出浆口流出，钻至设计深度后，向双管旋喷钻杆的内管投放封底钢珠封堵变径口后，调整注浆压力，打开旋喷孔后即可开始有效的底部高压旋喷注浆，同一钻体可完成常压钻孔及旋喷扩孔两道工序，使用方便、施工效率高，具有良好的实用价值。
旋喷锚索的施工工艺的有益效果：在常压钻进状态下无扰动地进行钻进成孔及钢绞线送入，常压钻进完成后，投加封底钢珠封堵变径口，利用压力打开旋喷孔，即可简单有效的开始锚索底部高压旋喷，既节省了施工时间，又避免了不必要的施工扰动。该工艺具备施工效率高、成孔效果好、造价合理的优点，可有效加快钻孔速度，简化工艺步骤，减少对周边扰动，有效保护临近建筑物及构筑物，是一项具有较高实用价值的施工工艺。
附图说明
图1 为旋喷锚索钻体示意图；
图2 为锚头示意图；
图3为图2的a-a 剖面图；
图4为锚头正视图；
图5为双管旋喷钻杆及变径联动卡槽钻杆示意图；
图6为常压钻进成孔状态示意图；
图7为旋喷扩孔状态示意图；
图8为腰梁立面示意图；
图9为腰梁平面示意图；
图10为图9的A-A剖面示意图。
图中，1-三翼钻头，2-承压板，3-活络环，4-空心联动杆，5-钢绞线，6-运动定位销，7-常压出浆口，8-密封胶带，9-旋喷孔，10-联动卡槽钻杆，11-定位卡槽，12-变径口，13-旋喷钻杆，14-内管，15-封底钢珠， 16-槽钢，17-M12锚具，18- N1锚垫板，19- N2锚垫板，20-斜肋板，21-连接缀板，22-加劲肋板，23-支护桩。
具体实施方式
如图1所示的旋喷锚索钻体，由双管旋喷钻杆、变径联动卡槽钻杆、锚头和封底钢珠组成。双管旋喷钻杆的后端与变径联动卡槽钻杆的前端连接，变径联动卡槽钻杆的后端与锚头连接，封底钢珠位于双管旋喷钻杆与变径联动卡槽钻杆的连接处。
双管旋喷钻杆包括旋喷孔9、旋喷钻杆13和内管14，旋喷钻杆13前端为中空圆管，后端为圆台状结构，圆柱形的中空内管14从旋喷钻杆13穿出，旋喷孔9是穿透旋喷钻杆13及内管14的通孔；变径联动卡槽钻杆包括联动卡槽钻杆10，变径口12和定位卡槽11，联动卡槽钻杆10的前端内部设置有内孔，内孔为可以与旋喷钻杆13后端相配合的内孔，联动卡槽钻杆10的内孔后端部分设置有变径口12及定位卡槽11；锚头由承压板2、钢绞线5、三翼钻头1、空心联动杆4和活络环3组成，承压板上固定有钢绞线5，三翼钻头1的钻杆穿过承压板2，钻杆与承压板之间有5mm的空隙，三翼钻头1的钻杆与承压板2后侧的空心联动杆4的后端焊接连接，空心联动杆4与承压板2之间设置有活络环，三翼钻头的前端带有常压出浆口7；封底钢珠15的直径小于内管14的内径且大于变径口12的内径。
如图2、图3及图4所示，锚头由承压板2、钢绞线5、三翼钻头1、空心联动杆4和活络环3组成，承压板2固定有钢绞线5，三翼钻头1的钻杆穿过承压板2并与位于承压板2后侧的空心联动杆4的后端焊接连接，三翼钻头1的钻杆与承压板2之间有5mm的空隙，空心联动杆4与承压板2之间设置有活络环，活络环3的使用是为了保证承压板2不随钻进过程而同步转动，避免钢绞线5缠绕在钻杆上。空心联动杆4的前端设置有运动定位销6，三翼钻头1的前端带有常压出浆口7。
如图5所示，双管旋喷钻杆包括旋喷孔9、旋喷钻杆13和内管14，旋喷钻杆13前端为中空圆管，后端为圆台状结构，圆柱形的中空内管14从旋喷钻杆13穿出，旋喷孔9是穿透旋喷钻杆13及内管14的通孔；变径联动卡槽钻杆包括联动卡槽钻杆10，变径口12和定位卡槽11，联动卡槽钻杆10的前端内部设置有内孔，内孔为与旋喷钻杆13后端相配合的内孔，内孔后端设置有变径口12及定位卡槽11。
双管旋喷钻杆的后端插入变径联动卡槽钻杆前端的内孔，即可完成双管旋喷钻杆与变径联动卡槽钻杆两部分的连接；定位卡槽11与运动定位销6连接，从而实现变径联动卡槽钻杆与锚头两部分的连接。
采用上述旋喷锚索钻体进行旋喷锚索施工时，工艺如下：
1.制作钢绞线
钢绞线的制作在现场平坦开阔地进行，必要时地下铺塑料布。钢绞线的下料长度为自由段长度、锚固段长度及千斤顶工作长度的总和。
2.加工旋喷锚索钻体
取双管旋喷钻杆、变径联动卡槽钻杆、锚头和封底钢珠，并将双管旋喷钻杆、变径联动卡槽钻杆和锚头进行装配连接。
3.钻进成孔
将双管旋喷钻杆上的旋喷孔用密封胶带密封，开启常压注浆泵带动旋喷锚索钻体进行常压（压力不超过5MPa）钻进，空心联动杆带动三翼钻头钻进，三翼钻头前端的常压出浆口呈开放状态，由于常压出浆口较大，浆液压力较小，基本处于常压钻进状态，如图6所示。
4.送钢绞线
常压钻进至设计深度后，固定于承压板上的钢绞线即送至设计深度。
5.投封底钢珠
冲洗双管旋喷钻杆内壁后，打开设备端钻杆，向内管投放封底钢珠，然后对接钻杆并开启注浆泵及空压机，逐渐调整注浆压力，将封底钢珠送至内管内部，封底钢珠直径小于内管内径，并大于变径口内径，封底钢珠被浆液推至变径口处，变径口被封底钢珠封堵，压力越大，封底钢珠密封越紧。
6.旋喷扩孔
退出变径联动卡槽钻杆，分离锚头；封底钢珠封堵变径口后，双管旋喷钻杆内的压力增大，浆液冲破旋喷孔上的密封胶带，开始高压喷浆，当注浆压力达到20MPa后，匀速提升旋喷锚索钻体，进行高压旋喷扩孔施工，形成圆柱形水泥土锚固体，将锚头留在锚固体中，如图7所示。旋喷扩孔中应注意以下事项：
① 端部3.0m扩大头部分，旋喷压力不小于20MPa，旋喷锚索钻体给进和提升速度不大于20cm/min，来回往复3次。锚固段其它部分旋喷压力不小于15MPa，旋喷锚索钻体给进和提升速度不大于30cm/min，喷浆量不小于40L/min。
② 高压喷射注浆水泥采用强度等级为PO42.5纯水泥浆，水灰比1:1。水泥浆液中可掺入早强剂、膨胀剂。
③ 连接高压注浆泵和钻机用来输送高压喷射液体的高压管长度不宜大于50米。
④ 连接、卸换高压管要迅速，避免间隔过长导致塌孔或堵嘴。
⑤ 旋喷锚索钻体应均匀旋转，均匀提升或下沉，由上而下或由下而上进行高压喷射扩孔, 旋喷锚索钻体分段提升或下沉的搭接长度不得小于100mm。
 ⑥ 在高压喷射扩孔过程中出现压力骤然上升或下降时，应查明原因及时采取措施。
7.安装腰梁
如图8、图9及图10所示，腰梁采用两根22b的热轧槽钢制作，两根槽钢16净距与锚孔位置一致，两根槽钢16背向放置，沿长度方向每隔1.2m焊接一块连接缀板21，将两根槽钢16焊接为一体，制作成腰梁。腰梁每隔1.2m设置一组跨中加劲肋板22，每组加劲肋板22上下各两块，两块加劲肋板22的间距为180mm。N1锚垫板18为边长220mm的正方型钢板，板上开孔，钢绞线5自由端从腰梁两根槽钢17间穿出，N1锚垫板18套进钢绞线5后，与腰梁焊接固定。N1锚垫板18上焊接斜肋板20及N2锚垫板19，钢绞线5从N2锚垫板19穿出，然后加套M12锚具17。腰梁尽可能与支护桩23贴近，腰梁每连至少两跨，槽钢16接头处应满足设计要求。腰梁安装后与支护桩23桩身间的空隙，采用细石混凝土填充密实，使腰梁与支护桩23紧密连接。
8.张拉锁定
锚固体抗压强度须达到设计强度值得75%以上后方可张拉。张拉锁定时间暂定为锚索施工完成10天后，后期可以根据现场锚索张拉情况进行反馈设计进行合理调整。整体锚索先预张拉至轴向承载力标准值的25%，然后再张拉至轴向承载力标准值的105%，持荷时间不小于5分钟，然后退至承载力标准值的85%进行锁定。

Claims (9)

1.一种旋喷锚索钻体，其特征在于：包括双管旋喷钻杆、变径联动卡槽钻杆、锚头和封底钢珠；双管旋喷钻杆的后端与变径联动卡槽钻杆的前端连接，变径联动卡槽钻杆的后端与锚头连接，封底钢珠位于双管旋喷钻杆与变径联动卡槽钻杆的连接处；变径联动卡槽钻杆包括联动卡槽钻杆、变径口和定位卡槽，联动卡槽钻杆的前端设置有内孔，内孔为与双管旋喷钻杆后端相配合的内孔，联动卡槽钻杆内孔后端部分设置有变径口及定位卡槽；锚头包括承压板、钢绞线、三翼钻头、空心联动杆和活络环，承压板上固定有钢绞线，三翼钻头的钻杆穿过承压板，三翼钻头的钻杆与承压板之间留有空隙，三翼钻头的钻杆与位于承压板后侧的空心联动杆的后端焊接连接，空心联动杆与承压板之间设置有活络环，空心联动杆的前端设置有运动定位销，三翼钻头的前端带有常压出浆口；封底钢珠的直径小于内管的内径且大于变径口的内径。
2.根据权利要求1所述的旋喷锚索钻体，其特征在于：所述双管旋喷钻杆包括旋喷钻杆、旋喷孔和内管，旋喷钻杆前端为中空圆管，后端为圆台状结构，空心圆柱状的内管穿出旋喷钻杆，旋喷孔是穿透旋喷钻杆及内管的通孔。
3.根据权利要求1所述的旋喷锚索钻体，其特征在于：所述旋喷钻杆的后端与联动卡槽钻杆前端的内孔插接连接。
4.根据权利要求1所述的旋喷锚索钻体，其特征在于：所述运动定位销滑动安装于定位卡槽中。
5.根据权利要求1所述的旋喷锚索钻体，其特征在于：所述三翼钻头的钻杆与承压板之间的空隙为5mm。
6.利用权利要求1所述旋喷锚索钻体的旋喷锚索施工工艺，其特征在于：包括以下步骤：
1）制作钢绞线：在现场平坦开阔地制作钢绞线；
2）装配旋喷锚索钻体：将双管旋喷钻杆、变径联动卡槽钻杆和锚头进行装配连接；
3）钻进成孔：将双管旋喷钻杆上的旋喷孔用密封胶带密封，开启常压注浆泵带动旋喷锚索钻体进行常压（不超过5MPa）钻进，空心联动杆带动三翼钻头钻进，三翼钻头前端的常压出浆口呈开放状态，水泥浆液从常压出浆口流出；
4）送钢绞线：常压钻进至设计深度后，固定于承压板上的钢绞线送至设计深度；
5）投封底钢珠：冲洗双管旋喷钻杆内壁完成后，向双管旋喷钻杆的内管投放封底钢珠，然后开启注浆泵及空压机，逐渐增加注浆压力，将封底钢珠推至变径联动卡槽钻杆内的变径口处，将变径口封堵；
6）旋喷扩孔：退出变径联动卡槽钻杆，分离锚头；封底钢珠封堵变径口后，双管旋喷钻杆内的压力增大，浆液冲破旋喷孔上的密封胶带，开始高压喷浆，当注浆压力达到20MPa后，匀速提升旋喷锚索钻体，进行高压旋喷扩孔施工，形成圆柱形水泥土锚固体，将锚头留在锚固体中；
7）锚索张拉锁定：锚索施工完成10天后，整体锚索先预张拉至轴向承载力标准值的25%，然后再张拉至轴向承载力标准值的105%，持荷时间不小于5分钟，然后退至承载力标准值的85%进行锁定。
7.根据权利要求6所述的旋喷锚索施工工艺，其特征在于：所述6）旋喷扩孔，高压喷射注浆水泥采用强度等级为PO42.5纯水泥浆，水灰比1:1。
8.根据权利要求6或7所述的旋喷锚索施工工艺，其特征在于：所述6）旋喷扩孔，端部3.0m扩大头部分，旋喷压力不小于20MPa，旋喷锚索钻体给进和提升速度不大于20cm/min，来回往复3次；锚固段其它部分旋喷压力不小于15MPa，旋喷锚索钻体给进和提升速度不大于30cm/min，喷浆量不小于40L/min。
9.根据权利要求6或7所述的旋喷锚索施工工艺，其特征在于：所述6）旋喷扩孔，旋喷锚索钻体均匀提升或下沉，由上而下或由下而上进行高压喷射扩孔。
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