CN104790393B - 双锚固段预应力锚索结构及其施工方法 - Google Patents
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Abstract
一种双锚固段预应力锚索结构及其施工方法，包括贯穿有钢绞线的内锚固段、自由段、外锚固段和锚头部分，内锚固段的钢绞线用注浆体粘结在钻孔的底部一段，内锚固段的上部为自由段，锚头部分设在钻孔口的外面并与钢绞线的顶端固定。在自由段的上端与至钻孔口之间设有外锚固段；注浆分三次进行，第一次注浆至自由段B中部止，第二次注浆采用劈裂注浆，形成内锚固段，在内锚固段浆体达到龄期对钢绞线进行张拉后，再进行第三次对外锚固段C注浆，除自由段的钢绞线处于自由外，内锚固段和外锚固段的钢绞线全部与注浆体粘结，形成内、外锚固段的双锚固段锚索。优点是具有技术先进、经济合理、施工快速等优势，是一种具有发展前途的新型边坡加固技术。
Description
技术领域
本发明涉及一种双锚段预应力锚索结构及其施工方法，适用于公路、铁路、矿山、市政等的边坡加固工程中。
背景技术
边坡锚固工程作为隐蔽工程，其主要材料钢材及混凝土埋设在各种类型的岩土体中，长期与地下水、场地土介质接触，都会不同程度地遭受各种侵蚀介质的腐蚀损坏，会导致结构的耐久性、强度等物理力学性能降低。
要提高锚固工程的耐久性和有效性，除了对现有技术进行完善之外，结合不断发展的新技术、新材料、新工艺，研究新型锚固结构，开发具有较好耐久性能的锚固技术，是必由之路。为了解决以上不足之处，研究创新了一种新型锚索结构，即双锚固段预应力型锚索。
发明内容
本发明目的是提供一种双锚固段预应力锚索结构及其施工方法，以解决传统的边坡加固技术现有技术存在的耐久性不够的问题。
本发明的技术方案是：一种双锚固段预应力锚索结构，包括贯穿有钢绞线的内锚固段、自由段和锚头部分，内锚固段的钢绞线用注浆体粘结在钻孔的底部一段，内锚固段的上部为钢绞线处于自由状态的自由段，锚头部分设在钻孔口的外面并与钢绞线的顶端固定，其特征在于，在所述的自由段的上端与至钻孔口之间设有外锚固段；注浆体注浆分三次进行，第一次注浆至自由段中部止，第二次注浆采用劈裂注浆，形成内锚固段，在内锚固段浆体达到龄期对钢绞线进行张拉后，再进行第三次注浆，即对外锚固段注浆，除自由段的钢绞线处于自由外，内锚固段和外锚固段的钢绞线全部与注浆体粘结，形成内、外锚固段的双锚固段锚索。
所述的内锚固段包括钢绞线、一次注浆管、二次注浆管、对中架和导向帽，钢绞线、一次注浆管和二次注浆管贯穿于整个锚索的内锚固段、自由段和外锚固段，并分别穿过间隔设置的数个对中架上的对应的孔，在钢绞线的下端焊接导向帽；通过一次注浆管和二次注浆管向内锚固段的钻孔内进行一次、二次注浆，凝固后形成内锚固段结构。
所述的对中架分为Ⅰ型对中架和Ⅱ型对中架，所述的内锚固段和自由段采用Ⅰ型对中架，直径为105mm，厚度10mm，另在周边预留两个用于穿过注浆管的注浆孔或缺口，并设有定位孔，外缘呈弧状；所述的外锚固段采用Ⅱ型对中架，直径为85mm，厚度10mm，在周边均布四个与钢绞线配合的钢绞线缺口，在钢绞线缺口之间设有与注浆管配合的圆弧口。
所述的自由段采用套管使钢绞线处于自由状态，没有注浆体粘结，在自由段的上端设有止浆塞，用于阻隔外锚固段的注浆体进入自由段。
所述的外锚固段是指在钻孔口内部一定长度钢绞线预留粘结段，内部的钢绞线也采用对中架定位，在外锚固段的钻孔内设有波纹管，待钢绞线张拉完毕，确定不再需要补偿张拉后通过三次注浆管进行第三次注浆，通过三次注浆使钢绞线与注浆体、岩土体形成外锚固段。
所述的止浆塞长40-60cm，采用水泥浆制作，水泥浆水灰比为0.38～0.40。
所述的外锚固段、自由段和内锚固段的长度分别为5-12m、5-10m和1-15m；在相邻的对中架之间用铁丝捆扎。
所述的锚头部分包括钢筋混凝土框架梁、承压板、定型锚具和封锚砼体，网格状的框架梁用钢筋混凝土浇筑在欲锚固的斜坡上，框架梁的钢筋与伸出钻孔口的钢绞线连接，并浇注在一起；露出框架梁的钢绞线穿过承压板并用锚具锁紧，锚索的顶端用封锚砼体封住。
一种所述的双锚固段预应力锚索结构的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)锚索加工：
锚索采用四根Φ15.24mm、fptk＝1860MPa的高强度、低松弛无粘结预应力钢绞线，长度按设计长度切割，顶端焊接导向帽。
(2)对中架的制作：
对中架采用硬塑材料加工制作而成，圆形板的中部设有正方形分布的四个钢绞线通孔，在边缘设有用于穿过一、二次注浆管的缺口；沿一、二次注浆管和钢绞线间隔1.5～2m设置一道对中架，起对中作用；对中架之间用铁丝绑扎牢固。
(3)一、二次注浆管安装：
一、二次注浆管随钢绞线绑扎，一起伸入钻孔底，一次注浆管底部30cm内螺旋开孔眼，防止在下锚索过程中被堵塞；二次注浆管在5～10m范围内螺旋开孔，并用胶带缠绕几道，防止在下锚索过程中孔眼堵塞；一次、二次注浆管在锚索安装时制作，置于外锚固段的波纹管和止浆塞内；三次注浆管和排气管在浇筑框架梁时布置，从框架梁底部侧面穿出；从波纹管侧面开口伸入波纹管内，三次注浆管应伸入波纹管内2m以上，排气管伸入波纹管内即可。
(4)止浆塞的制作：提前几天现场制作，要求外锚固段的波纹管与自由段套管搭接长度至少为60cm；制作止浆塞时将波纹管底部50cm长范围内两端堵死，从侧面两端开两个注浆小口，将配置好的水泥浆从小口注入波纹管内，注满即可，水泥浆凝固后形成止浆塞。
(5)钻孔：
锚索孔的钻孔工艺为：定孔位、搭设钻机平台、复核孔位、钻机精确定位、钻孔、检验；钻孔后，将上面制作的锚索主体穿入钻孔内；
(6)注浆：
(a)一次注浆：
采用一次注浆管注浆，浆液通过一次注浆管从孔底自下而上反向压浆，将管底残留的碎渣及漏浆压出孔口，且持续到孔口溢出净水泥浆。为防止下管安装时管口被残渣堵塞，在注浆管末端30cm范围内布置2排梅花形孔眼，孔径5-6mm；
(b)二次注浆：
二次注浆通过二次注浆管进行，浆液通过高压将预留的二次注浆孔冲开并劈裂一次注浆体，向四周扩散、渗透，加固钻孔周围岩土体，提高其强度；注浆压力1～5Mpa。
(c)三次注浆：
三次注浆通过三次注浆管对外锚固段进行注浆，需要在孔口设置出气孔，防止被堵，无法注浆，注浆工艺同一次、二次注浆。
本发明的优点是：①反向自锁功能：锚索内、外锚固段能形成对拉效果，当外锚头失效或预应力损失时，锚索可以产生反向自锁锚固功能。
②有效减少锚索预应力损失：外锚固段注浆后，当外锚固段浆体达到龄期后逐步形成了锚固力时，外锚头的荷载有一部分传递分配给外锚固段，因而缓解了外锚头结构物的长期应力集中而导致的预应力损失问题。
③外锚固段注浆体具有先张法工作特性：外锚固段在锚索张拉锁定后再注浆，注浆体具先张法特性。
④外锚固段防腐效果较好：一般拉力型锚索自由段一般位于地表以下一定深度，在地表水下渗、空气对流及温度综合作用下，腐蚀较快，导致锚索失效，对自由段张拉后二次注浆，解决锚索腐蚀问题，提高锚索耐久性。
⑤外锚固段有足够锚固力：采取孔口扩孔方法可有效提高外锚固段的锚固力。
本发明双锚固段锚索结合了普通型锚索与控制注浆技术的优点，双锚固段预应力锚索结构，具有结构合理、技术先进、经济合理、防腐效果好等优势，是一种具有发展前途的新型边坡加固技术。
附图说明
图1是本发明的双锚固段预应力锚索总体结构示意图；
图2是图1的I-I剖视图；
图3是本发明的Ⅰ型对中架的结构示意图；
图4是图1的II-II剖视图；
图5是本发明的II型对中架的结构示意图；
图6是本发明的承压板的结构示意图；
图7是本发明的导向帽的结构示意图；
图8是图7的A-A剖视图；
图9是本发明的止浆塞的轴向剖视结构示意图。
具体实施方式
参见图1，本发明一种双锚固段预应力锚索结构，包括贯穿有钢绞线1的内锚固段、自由段B、外锚固段C和锚头部分，内锚固段的钢绞线1用注浆体2粘结在钻孔3的底部一段，内锚固段的上部为钢绞线1处于自由状态的自由段B，锚头部分设在钻孔3口的外面并与钢绞线1的顶端固定。在所述的自由段B的上端与至钻孔口之间设有外锚固段C；注浆体2的注浆分三次进行，第一次注浆至自由段B中部止，第二次注浆采用劈裂注浆，形成内锚固段，在内锚固段浆体达到龄期对钢绞线1进行张拉后，再进行第三次注浆，即对外锚固段C注浆，除自由段B的钢绞线1处于自由外，内锚固段和外锚固段C的钢绞线1全部与注浆体2粘结，形成内、外锚固段的双锚固段锚索。
所述的内锚固段包括钢绞线1、一次注浆管4、二次注浆管5、对中架6和导向帽7，钢绞线1、一次注浆管4和二次注浆管5贯穿于整个锚索的内锚固段、自由段B和外锚固段C，并分别穿过设在对中架6上的对应的孔，在钢绞线1的下端焊接导向帽7。通过一次注浆管4和二次注浆管5向内锚固段的钻孔内进行一次、二次注浆，凝固后形成内锚固段的结构。
所述的对中架6分为Ⅰ型对中架61(如图3所示)和Ⅱ型对中架62(如图5所示)，所述的内锚固段A和自由段采B用Ⅰ型对中架61，直径为105mm，厚度10mm，中部设有四个正方形布置的钢绞线通孔612，另在周边预留两个用于穿过一次、二次注浆管的注浆孔或缺口611，并设有定位孔613，外缘呈圆弧状。所述的外锚固段C采用Ⅱ型对中架62，直径为85mm，厚度10mm，在周边均布四个与钢绞线配合的钢绞线缺口621，在钢绞线缺口621之间设有与一次、二次注浆管配合的圆弧口622。
本发明钢绞线1采用普通的钢绞线。由于钢绞线1是柔性结构，对中架6起到捋顺钢绞线1与注浆管、提高钢绞线刚度的作用，同时也设计一定的保护层厚度，确保钢绞线1周围由注浆体2包裹，提高锚索的防腐耐久性。
所述的自由段B采用套管8使钢绞线1处于自由状态，没有注浆体粘结，在自由段B的上端设有止浆塞9，用于阻隔外锚固段C的注浆体2进入自由段B。
所述的外锚固段C是指在钻孔口内部一定长度钢绞线预留粘结段，内部的钢绞线1采用Ⅱ型对中架62定位，在外锚固段C的钻孔内设有波纹管10，待钢绞线1张拉完毕，确定不再需要补偿张拉后通过三次注浆管11进行第三次注浆，通过三次注浆使钢绞线1与注浆体2以及钻孔壁的岩土体形成外锚固段C。
所述的止浆塞9长40-60cm，采用水泥浆制作，水泥浆水灰比为0.38～0.40。
所述的外锚固段C、自由段B和内锚固段的长度分别为5-8m、5-10m和8-12m；在相邻的对中架6之间用铁丝12捆扎。
所述的锚头部分包括钢筋混凝土框架梁13、承压板14、定型锚具15和封锚砼体16，网格状的框架梁13用钢筋混凝土浇筑在欲锚固的斜坡17上，框架梁13的钢筋与伸出钻孔口的钢绞线1连接，并与框架梁13浇注在一起；露出框架梁13的钢绞线1穿过承压板14的中心孔并用锚具15锁紧，锚索的顶端(承压板14、定型锚具15及钢绞线1顶端)用封锚砼体16封住。
本发明的施工过程如下：
(1)锚索加工：
锚索采用Φ15.24mm、fptk＝1860MPa的高强度、低松弛无粘结预应力钢绞线1，长度按设计长度切割。
(2)对中架6的制作：
对中架6采用硬塑材料加工制作而成，其轴线与承压板14一致。间隔1.5～2m设置一道，相邻的对中架6之间用铁丝12绑扎牢固，对中架6起到对中作用。
(3)一、二次注浆管4和5的安装：
一、二次注浆管4和5随锚索(钢绞线1)绑扎，一起进入钻孔3的孔底，一次注浆管4底部30cm内螺旋开孔眼，防止在下锚索过程中被堵塞，二次注浆管5在5～10m范围内螺旋开孔，并用胶带缠绕几道，防止在下锚索过程中，孔眼堵塞，二次注浆管5起二次劈裂作用，二次劈裂注浆可提高锚索锚固力。
3)锚索孔钻孔：
锚管孔的钻孔工艺为：定孔位、搭设钻机平台、复核孔位、钻机精确定位、钻孔、检验。
4)注浆过程：
(1)一次注浆：
一次注浆采用一次注浆管4注浆，目的是在锚索1与钻孔3之间现成水泥柱体(注浆体2)。一次注浆管4采用Φ25mm PVC管。为保证浆液充满整个钻孔的空隙，一次注浆管4深入孔底，浆液通过一次注浆管4从孔底自下而上反向压浆，将管底残留的碎渣及漏浆压出孔口，且持续到孔口溢出净水泥浆。为防止下管安装时管口被残渣堵塞，在一次注浆管4的末端30cm范围内布置2排梅花形孔眼，孔径5-6mm。
一次注浆结束后，如果发现孔口浆液回缩，在现场要及时补浆。
(2)二次注浆：
二次注浆通过二次注浆管5内进行，浆液通过高压(一般在1～5MPa)将预留的二次注浆孔冲开并劈裂一次注浆体，向四周扩散、渗透，加固钻孔周围岩土体，提高其强度。其有两个标志性注浆控制压力，一是：注浆体瞬间劈裂压力，即将二次注浆孔冲开并劈裂一次注浆体的压力，其与一次注浆的强度有关，又与一、二次注浆间隔时间长短有关。一般浆体劈裂压力为1～5Mpa。二是岩体挤裂压力，一次注浆体被劈裂后，浆液在注浆压力驱动下将沿岩体中“通道”(主要为节理裂隙)向四周扩散。当钻孔周边“通道”被浆液填充完成后，在注浆压力作用下，岩土体内浆体压力持续上升，直至岩体中封闭的节理裂缝被挤破产生新的“通道”，此时注浆压力即为岩体挤裂压力。
二次注浆(劈裂注浆)时，由于注浆压力较大，注浆管口需加密封牢固。
(3)三次注浆：
三次注浆管11和排气管18在浇筑框架梁13时布置，从框架梁13底部侧面穿出；从波纹管10侧面开口19伸入波纹管10内，三次注浆管11应伸入波纹管内2m以上，排气管18伸入波纹管10内即可。
三次注浆主要是对外锚固段C进行注浆，需要在孔口设置出气孔(排气管18)，防止被堵，无法注浆，注浆工艺同一次、二次注浆。
(4)注浆结束依据
在施工中，要注意：一是在瞬间劈裂压力作用下，钻孔周围不能跑浆。二是持续注浆压力，即在二次劈裂后浆液向四周扩散的持续压力，根据孔周围岩土体的强度和结构不同，会出现三种情况。第一种情况：在出现浆体瞬间劈裂压力后，持续注浆压力明显小于劈裂压力，而且持续注浆压力不会增加，即不会出现岩体挤裂压力，注浆量不断增加，此时按设计注浆量三倍控制注浆量。第二种情况：在出现浆体瞬间劈裂压力后，持续注浆压力虽然明显小于劈裂压力，但持续压力不断增加，会出现岩体挤裂压力，而注浆量不断减小，此情况对其注浆量进行双控，按满足总注浆量不大于设计注浆量的3倍和出现二次岩体挤裂压力后注浆效果不明显(每分钟注浆量不超过0.2～0.5L)时，两者其中之一即可停止注浆。第三种情况：在出现浆体瞬间劈裂注浆压力后持续注浆压力没有明显的减小，或注浆压力一直增加没有形成岩体挤裂压力，注浆效果不明显，按注浆压力不超过注浆机与注浆管的容许压力(5MPa)进行控制。
Claims (7)
1.一种双锚固段预应力锚索结构，包括贯穿有钢绞线的内锚固段、自由段和锚头部分，内锚固段的钢绞线用注浆体粘结在钻孔的底部一段，内锚固段的上部为钢绞线处于自由状态的自由段，锚头部分设在钻孔口的外面并与钢绞线的顶端固定，其特征在于，在所述的自由段的上端与至钻孔口之间设有外锚固段；注浆体注浆分三次进行，第一次注浆至自由段中部止，第二次注浆采用劈裂注浆，形成内锚固段，在内锚固段浆体达到龄期对钢绞线进行张拉后，再进行第三次注浆，即对外锚固段注浆，除自由段的钢绞线处于自由外，内锚固段和外锚固段的钢绞线全部与注浆体粘结，形成内、外锚固段的双锚固段锚索；
所述的内锚固段包括钢绞线、一次注浆管、二次注浆管、对中架和导向帽，钢绞线、一次注浆管和二次注浆管贯穿于整个锚索的内锚固段、自由段和外锚固段，并分别穿过间隔设置的数个对中架上的对应的孔，在钢绞线的下端焊接导向帽；通过一次注浆管和二次注浆管向内锚固段的钻孔内进行一次、二次注浆，凝固后形成内锚固段结构；
所述的双锚固段预应力锚索结构的施工方法，包括以下步骤：
(1)锚索加工：
锚索采用四根Φ15.24mm、fptk＝1860MPa的高强度、低松弛无粘结预应力钢绞线，长度按设计长度切割，顶端焊接导向帽；
(2)对中架的制作：
对中架采用硬塑材料加工制作而成，圆形板的中部设有正方形分布的四个钢绞线通孔，在边缘设有用于穿过一、二次注浆管的缺口；沿一、二次注浆管和钢绞线间隔1.5～2m设置一道对中架，起对中作用；对中架之间用铁丝绑扎牢固；
(3)一、二次注浆管安装：
一、二次注浆管随钢绞线绑扎，一起伸入钻孔底，一次注浆管底部30cm 内螺旋开孔眼，防止在下锚索过程中被堵塞；二次注浆管在5～10m范围内螺旋开孔，并用胶带缠绕几道，防止在下锚索过程中孔眼堵塞；一次、二次注浆管在锚索安装时制作，置于外锚固段的波纹管和止浆塞内；三次注浆管和排气管在浇筑框架梁时布置，从框架梁底部侧面穿出；从波纹管侧面开口伸入波纹管内，三次注浆管应伸入波纹管内2m以上，排气管伸入波纹管内即可；
(4)止浆塞的制作：提前几天现场制作，要求外锚固段的波纹管与自由段套管搭接长度至少为60cm；制作止浆塞时将波纹管底部50cm长范围内两端堵死，从侧面两端开两个注浆小口，将配置好的水泥浆从小口注入波纹管内，注满即可，水泥浆凝固后形成止浆塞；
(5)钻孔：
锚管孔的钻孔工艺为：定孔位、搭设钻机平台、复核孔位、钻机精确定位、钻孔、检验；钻孔后，将上面制作的锚索主体穿入钻孔内；
(6)注浆：
(a)一次注浆：
采用一次注浆管注浆，浆液通过一次注浆管从孔底自下而上反向压浆，将管底残留的碎渣及漏浆压出孔口，且持续到孔口溢出净水泥浆；为防止下管安装时管口被残渣堵塞，在注浆管末端30cm范围内布置2排梅花形孔眼，孔径5-6mm；
(b)二次注浆：
二次注浆通过二次注浆管进行，浆液通过高压将预留的二次注浆孔冲开并劈裂一次注浆体，向四周扩散、渗透，加固钻孔周围岩土体，提高其强度；注浆压力1～5MPa；
(c)三次注浆：
三次注浆通过三次注浆管对外锚固段进行注浆，需要在孔口设置出气孔，防止被堵，无法注浆，注浆工艺同一次、二次注浆。
2.根据权利要求1所述的双锚固段预应力锚索结构，其特征在于，所述的对中架分为Ⅰ型对中架和Ⅱ型对中架，所述的内锚固段和自由段采用Ⅰ型对中 架，直径为105mm，厚度10mm，另在周边预留两个用于穿过注浆管的注浆孔或缺口，并设有定位孔，外缘呈弧状；所述的外锚固段采用Ⅱ型对中架，直径为85mm，厚度10mm，在周边均布四个与钢绞线配合的钢绞线缺口，在钢绞线缺口之间设有与注浆管配合的圆弧口。
3.根据权利要求1所述的双锚固段预应力锚索结构，其特征在于，所述的自由段采用套管使钢绞线处于自由状态，没有注浆体粘结，在自由段的上端设有止浆塞，用于阻隔外锚固段的注浆体进入自由段。
4.根据权利要求3所述的双锚固段预应力锚索结构，其特征在于，所述的外锚固段是指在钻孔口内部一定长度钢绞线预留粘结段，内部的钢绞线也采用对中架定位，在外锚固段的钻孔内设有波纹管，待钢绞线张拉完毕，确定不再需要补偿张拉后通过三次注浆管进行第三次注浆，通过三次注浆使钢绞线与注浆体、岩土体形成外锚固段。
5.根据权利要求4所述的双锚固段预应力锚索结构，其特征在于，所述的止浆塞长40-60cm，采用水泥浆制作，水泥浆水灰比为0.38～0.40。
6.根据权利要求1所述的双锚固段预应力锚索结构，其特征在于，所述的外锚固段、自由段和内锚固段的长度分别为5-8m、5-10m和8-12m；在相邻的对中架之间用铁丝捆扎。
7.根据权利要求1所述的双锚固段预应力锚索结构，其特征在于，所述的锚头部分包括钢筋混凝土框架梁、承压板、定型锚具和封锚砼体，网格状的框架梁用钢筋混凝土浇筑在欲锚固的斜坡上，框架梁的钢筋与伸出钻孔口的钢绞线连接，并浇注在一起；露出框架梁的钢绞线穿过承压板并用锚具锁紧，锚索的顶端用封锚砼体封住。
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