CN106223368B - 玻璃纤维预应力锚杆锚固结构、其加载装置及加载方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种玻璃纤维预应力锚杆锚固结构、其加载装置及加载方法，其特征是设置上圆柱连接器，在其上沿圆周均匀分布且间隔固定设置弯曲钢筋和GFRP锚杆；弯曲钢筋的底端深入在桩体中，在桩体中设置有下圆柱连接器，锚杆的杆体沿圆周均匀固定夹持在下圆柱连接器上，在下圆柱连接器的外圆周面上带有倾斜向上的倒刺；本发明通过在上圆柱连接器的上方设置预应力加载机构，利用预应力加载机构传力于上圆柱连接器，并向GFRP锚杆实施预应力加载。本发明能有效避免GFRP锚杆受到剪切破坏，保证锚杆与底板钢筋的有效连接，确保底板能够获得较大的抗拔承载力，从而保证抗浮锚杆的锚固支护效果。

Description

玻璃纤维预应力锚杆锚固结构、其加载装置及加载方法

技术领域

本发明涉及土木工程的地下工程技术领域，具体地说涉及一种玻璃纤维预应力锚杆锚固结构、其加载装置及加载方法。

背景技术

随着城市地下空间的开发利用，大量的建筑物基础埋设在地下水位较高的地基中，抗浮问题越发引起工程建筑者的重视，相比于降排地下水、加载压重、抗浮桩等抗浮技术措施，抗浮锚杆由于具有地层适应性强、分散应力、施工方便、成本低等优势，因此在工程上得到了广泛应用。

现有技术中的抗浮锚杆主要为钢绞线预应力锚索及精轧螺纹钢锚杆。由于预应力抗浮锚杆在施工时需穿过底板锚固在底板上部，易出现通缝造成底板面出现渗水现象；而钢锚杆在地下环境中易腐蚀，受拉时易产生较大的徐变，这些不利因素都大大限制了钢锚杆在地下工程中的应用。

玻璃纤维增强塑料Glass Fiber Reinforced Polymer简称GFRP，是采用多股玻璃纤维与聚酞氨树脂、聚乙烯树脂或环氧树脂等基底材料胶合后，经模具挤压、拉拔成型工艺生产而成的复合材料，复合材料中含有70％～80％玻璃纤维和20％～30％树脂，公称直径10mm～36mm。玻璃纤维筋锚杆目前已在矿山、抗浮锚杆、边坡支护中得到一定的应用。与钢筋锚杆相比，同等条件下的玻璃纤维锚杆应用于地下工程具有抗拉强度高、耐久性强、低松弛等优点。但其横向抗剪能力相对较差，如采用传统夹具锚固及层间错位时所产生的横向剪力极易使玻璃纤维筋锚杆受到横向的剪切破坏；极大地影响了抗浮锚杆的锚固支护效果。同时由于GFRP 锚杆与砂浆及混凝土间的锚固力较小，其抗浮承载力有限，特别在我国沿海地区的软土深基坑工程。因此，寻求设计一种玻璃纤维预应力锚杆及其加载装置，能够获得较大的抗拔承载力，且减少GFRP锚杆所承受的剪应力，对我国软土地区深基础抗浮锚杆的设计及施工具有十分重要的社会和经济意义。

发明内容

本发明是为避免上述现有技术所存在的不足，提供一种玻璃纤维预应力锚杆锚固结构、其加载装置及加载方法，以避免GFRP锚杆产生剪切破坏，保证锚杆与底板钢筋的有效连接，确保底板能够获得较大的抗拔承载力，从而保证抗浮锚杆的锚固支护效果。

本发明为解决技术问题采用如下技术方案：

本发明玻璃纤维预应力锚杆锚固结构的特点是：

设置上圆柱连接器，在其上沿圆周均匀分布且间隔设置三个倒置的圆台形通孔和三个圆柱形通孔，所述倒置的圆台形通孔是指其孔径上大下小；在各圆台形通孔内夹持有上芯体，并通过上芯体夹持锚杆，在所述圆柱形通孔中滑套有弯曲钢筋，所述锚杆为GFRP锚杆；

在所述弯曲钢筋的上段设有调节螺母，所述调节螺母的顶部端面是以上圆柱连接器的底面为锁定端面，所述弯曲钢筋向下依次穿过下锁紧螺母、承载垫板、改性沥青层和底板垫层，弯曲钢筋的底端深入在桩体中，下锁紧螺母以承载垫板的上表面为锁定端面；所述改性沥青层是在底板垫层中、位于承载垫板的底面、在弯曲钢筋及锚杆的周围形成的封堵防水层；

在所述桩体中设置有下圆柱连接器，在所述下圆柱连接器上沿圆周均匀分布有三个正圆台形通孔，所述正圆台形通孔是指其孔径上小下大，在正圆台形通孔内夹持有下芯体，所述锚杆的杆体夹持在下芯体中，在所述下圆柱连接器的外圆周面上均匀分布有倾斜向上的倒刺。

本发明玻璃纤维预应力锚杆锚固结构的特点也在于：

所述上芯体为哈夫结构的一对夹片，其外部形状上段是与上圆柱连接器中圆台形通孔内腔相匹配的圆锥体、下段是凸伸于上圆柱连接器底面的带有外螺纹的圆柱体，在圆柱体上利用其外螺纹设置锁紧螺母，所述锁紧螺母是以上圆柱连接器的底面为锁定端面；上芯体内部有圆柱形通孔，通孔内壁有螺纹，利用螺纹夹持锚杆；

所述下芯体具有与上芯体 上下相反的结构形式；下芯体中带有外螺纹的圆柱体凸伸于下圆柱连接器顶面，并利用位于下圆柱连接器顶面上的紧固螺母锁紧；下芯体内部有圆柱形通孔，通孔内壁有螺纹，利用螺纹夹持锚杆。

本发明玻璃纤维预应力锚杆锚固结构的特点也在于：所述下圆柱连接器在沿锚杆的轴向以0.5m的距离为间隔布置有多道，所述倒刺沿下圆柱连接器的圆周均布有三根，倒刺与水平面成40°的夹角，倒刺是直径10cm的带肋钢筋，长度为50cm。

本发明玻璃纤维预应力锚杆锚固结构的特点也在于：所述弯曲钢筋深入在桩体中的长度不小于30cm。

本发明玻璃纤维预应力锚杆锚固结构的加载装置的结构特点是：在所述上圆柱连接器的上方设置预应力加载机构，利用所述预应力加载机构传力于上圆柱连接器，通过所述上圆柱连接器向GFRP锚杆实施预应力加载。

本发明玻璃纤维预应力锚杆锚固结构的加载装置的结构特点也在于：所述预应力加载机构是在上圆柱连接器的上方由反力架支撑上承载板，在上承载板上安装穿心千斤顶，加载杆与上圆柱连接器固定连接，由穿心千斤顶提供的加载力通过加载杆传力于上圆柱连接器，并向GFRP锚杆实施预应力加载；所述反力架与圆环形底座固定，所述圆环形底座放置在底板垫层上、处于GFRP锚杆的外围。

本发明玻璃纤维预应力锚杆锚固结构加载装置的加载方法的特点是按如下步骤进行：

步骤1：将带有倒刺的下圆柱连接器在锚杆的杆体上沿轴线方向以0.5m的间隔均匀分布，使得锚杆与下圆柱连接器牢靠固定；

步骤2：在岩基层中采用高压喷射注浆成桩体，桩径为φ50～φ80cm，钻杆垂直成孔，成孔深度大于锚杆的设计长度0.5m；在桩体水泥未凝固之前，在注浆成桩孔内放置锚杆于桩底；

步骤3：待桩体水泥凝固后，按底板垫层的厚度开挖土方，使锚杆上段外露，清理桩头并安放弯曲钢筋，浇筑底板垫层砼；

步骤4：待底板垫层砼强度达到70％时，切割砼垫层，填充改性沥青封堵防水，在弯曲钢筋上滑套承载垫板，用锁紧螺母固定弯曲钢筋；布置上圆柱连接器；将上圆柱连接器与锚杆牢靠固定，并滑套于弯曲钢筋上；

步骤5：安装预应力加载机构，利用所述预应力加载机构对上圆柱连接器、并通过所述上圆柱连接器的传力下向锚杆实施预应力加载；在达到设定的加载力时，利用调节螺母将上圆柱连接器与弯曲钢筋固定；

步骤6：拆除所述预应力加载机构，将弯曲钢筋顶端弯曲后绑扎钢筋，进而完成底板混凝土的浇筑施工。

与已有技术相比，本发明有益效果体现在：

1、本发明采用弯曲钢筋穿过底板垫层并深入在桩体中，大大降低了层间错位所造成GFRP 锚杆所受的剪切力，大大提高了使用可靠性。

2、本发明通过圆柱形连接器与锚杆相连，在施加预应力可使得GFRP锚杆的受力均匀性，避免锚杆因过大剪应力而产生破坏，确保获得较大的拉拨力。

3、本发明中GFRP锚杆通过下圆柱连接器、倒刺、锚杆与桩体间的黏聚力提供反作用力，从而确保底板获得较大的拉拨力，提高了抗浮锚杆的锚固效果，

4、本发明是在加载完成后，利用弯曲钢筋与底板钢筋连接，保证锚杆与底板钢筋之间的连接，避免了传统预应力锚杆因底板易出现通缝从而造成底板面渗水现象。

5、本发明中除倒刺与下圆柱连接器之间固结之外，其它构件之间均为螺纹连接，其拆装方便，包括上连杆、上承载板和反力杆等在内的加载装置可反复使用，有利于控制施工成本，缩短施工工期。

6、本发明将玻璃纤维筋锚杆代替传统钢绞线锚杆，解决了传统钢筋耐腐蚀性差、受力徐变较大的缺点，充分发挥了玻璃纤维筋抗拉强度高的特性，从而保证了抗浮锚杆能够提供准确的预应力，为GFRP筋大规模应用于地下工程提供了技术保障。

附图说明

图1为本发明中玻璃纤维预应力锚杆及其加载装置结构示意图；

图2为本发明中锚杆锚固结构示意图；

图3为本发明中锚杆与加载装置主视结构示意图；

图4为图3中A-A视图；

图5为图3中B-B视图；

图6为图3中C-C视图；

图7为图3中D-D视图；

图8为图3中E-E视图。

图中标号：1桩体，2锚杆，3下芯体，4下圆柱连接器，5倒刺，6紧固螺母，7岩基层， 8底板垫层，9弯曲钢筋，10承载垫板，11下锁紧螺母，12调节螺母，13改性沥青层，14 圆环形底座，15锁紧螺母，16上圆柱连接器，17上芯体，18加载杆，19反力架，20上承载板，21穿心千斤顶，22垫片，23固定螺母。

具体实施方式

参见图1、图2和图3，本实施例中玻璃纤维预应力锚杆锚固结构是

设置上圆柱连接器16，在其上沿圆周均匀分布且间隔设置三个倒置的圆台形通孔和三个圆柱形通孔(如图5和图6所示)，倒置的圆台形通孔是指其孔径上大下小；在各圆台形通孔内夹持有上芯体17，并通过上芯体17夹持锚杆2，以此有效避免锚杆2被夹断；在圆柱形通孔中滑套有弯曲钢筋9，确保在预应力加载时弯曲钢筋9能够自由地在圆柱形通孔中上下滑动，锚杆2为GFRP锚杆。

在弯曲钢筋9的上段设有调节螺母12，调节螺母12的顶部端面是以上圆柱连接器16的底面为锁定端面，确保锚杆2不会因加载的预应力而产生收缩变形；弯曲钢筋9向下依次穿过下锁紧螺母11、承载垫板10、改性沥青层13以及底板垫层8；弯曲钢筋9的底端深入在桩体1中，避免层间错位所造成GFRP锚杆所受的剪切力；下锁紧螺母11是以承载垫板10 的上表面为锁定端面，使得弯曲钢筋9与承载垫板10一起承受加载的预应力，而不会因应力集中而出现钢筋的弯曲、下移等现象；改性沥青层13是在底板垫层8中、位于承载垫板10 的底面、在弯曲钢筋9及锚杆2的周围形成的封堵防水层，从而避免地下水通过锚杆与底板垫层间的缝隙渗透至底板层。

在桩体1中设置有下圆柱连接器4，在下圆柱连接器4上沿圆周均匀分布有三个正圆台形通孔(如图8所示)，正圆台形通孔是指其孔径上小下大，在正圆台形通孔内夹持有下芯体3，锚杆2的杆体夹持在下芯体3中，避免了锚杆2被夹断；在下圆柱连接器4的外圆周面上均匀分布有倾斜向上的倒刺5，使得下圆柱连接器4能够提供更大的加载反力。

如图1和图2所示，上芯体17为哈夫结构的一对夹片，其外部形状上段是与上圆柱连接器16中圆台形通孔内腔相匹配的圆锥体、下段是凸伸于上圆柱连接器16底面的带有外螺纹的圆柱体，在圆柱体上利用其外螺纹设置锁紧螺母15，锁紧螺母15是以上圆柱连接器16的底面为锁定端面，确保了锚杆2与上圆柱连接器16的牢固连接；上芯体17内部有圆柱形通孔，通孔内壁有螺纹，利用螺纹夹持锚杆2。

下芯体3具有与上芯体 17上下相反的结构形式；下芯体3中带有外螺纹的圆柱体凸伸于下圆柱连接器4 顶面，并利用位于下圆柱连接器4 顶面上的紧固螺母6锁紧；下芯体3内部有圆柱形通孔，通孔内壁有螺纹，利用螺纹夹持锚杆2。

下圆柱连接器4在沿锚杆2的轴向以0.5m的距离为间隔布置有多道，倒刺5沿下圆柱连接器4的圆周均布有三根，倒刺5与水平面成40°的夹角，倒刺5是直径10cm的带肋钢筋，长度为50cm；弯曲钢筋9深入在桩体1中的长度不小于30cm，避免层间错位所造成GFRP 锚杆所受的剪切力。

参见图1和图3，本实施例中设置玻璃纤维预应力锚杆锚固结构的加载装置，是在上圆柱连接器16的上方设置预应力加载机构，利用预应力加载机构传力于上圆柱连接器16，通过上圆柱连接器16向GFRP锚杆2实施预应力加载。

预应力加载机构是在上圆柱连接器16的上方由反力架19支撑上承载板20，在上承载板 20上安装穿心千斤顶21，加载杆18由固定螺母23和垫片22固定在穿心千斤顶21中(如图4 所示)，加载杆18的下端与上圆柱连接器16固定连接(如图5所示)，两者间可自由的拆卸，操作方便；由穿心千斤顶21提供的加载力通过加载杆18传力于上圆柱连接器16，并向GFRP 锚杆2实施预应力加载；反力架19与圆环形底座14固定(如图7所示)，圆环形底座14放置在底板垫层8上、处于GFRP锚杆2的外围，由于底板垫层较平坦且强度较高，能够确保加载的预应力垂直向下且不会产生应力松弛现象。

本实施例中玻璃纤维预应力锚杆锚固结构加载装置的加载方法是按如下步骤进行：

步骤1：将带有倒刺5的下圆柱连接器4在锚杆2的杆体上沿轴线方向以0.5m的间隔均匀分布，使得锚杆2与下圆柱连接器4牢靠固定，使得各下圆柱连接器4能够均匀地提供加载反力。

步骤2：在岩基层7中采用高压喷射注浆成桩体1，桩径为φ50～φ80cm，钻杆垂直成孔，成孔深度大于锚杆的设计长度0.5m，避免锚杆不能埋设到位；在桩体水泥未凝固之前，在注浆成桩孔内埋设锚杆于桩底。

步骤3：待桩体水泥凝固后，按底板垫层的厚度开挖土方，使锚杆上段外露，清理桩头并安放弯曲钢筋，浇筑底板垫层砼，浇筑时应确保弯曲钢筋的垂直，并与上圆柱连接器圆柱形通孔一一对应。

步骤4：待底板垫层砼强度达到70％时，切割砼垫层，填充改性沥青封堵防水，在弯曲钢筋上滑套承载垫板，用锁紧螺母固定弯曲钢筋；布置上圆柱连接器；将上圆柱连接器与锚杆牢靠固定，并滑套于弯曲钢筋上。

步骤5：安装预应力加载机构，利用预应力加载机构对上圆柱连接器、并通过上圆柱连接器的传力下向锚杆2实施预应力加载；在达到设定的加载力时，利用调节螺母将上圆柱连接器与弯曲钢筋固定。

步骤6：拆除预应力加载机构，将弯曲钢筋顶端弯曲后绑扎底板钢筋，进而完成底板混凝土的浇筑施工，从而对底板提供了较大的锚固力。

Claims (7)

1.一种玻璃纤维预应力锚杆锚固结构，其特征是：

设置上圆柱连接器(16)，在其上沿圆周均匀分布且间隔设置三个倒置的圆台形通孔和三个圆柱形通孔，所述倒置的圆台形通孔是指其孔径上大下小；在各圆台形通孔内夹持有上芯体(17)，并通过上芯体(17)夹持锚杆(2)，在所述圆柱形通孔中滑套有弯曲钢筋(9)，所述锚杆(2)为GFRP锚杆；

在所述弯曲钢筋(9)的上段设有调节螺母(12)，所述调节螺母(12)的顶部端面是以上圆柱连接器(16)的底面为锁定端面，所述弯曲钢筋(9)向下依次穿过下锁紧螺母(11)、承载垫板(10)、改性沥青层(13)和底板垫层(8)，弯曲钢筋(9)的底端深入在桩体(1)中，下锁紧螺母(11)以承载垫板(10)的上表面为锁定端面；所述改性沥青层(13)是在底板垫层(8)中、位于承载垫板(10)的底面、在弯曲钢筋(9)及锚杆(2)的周围形成的封堵防水层；

在所述桩体(1)中设置有下圆柱连接器(4)，在所述下圆柱连接器(4)上沿圆周均匀分布有三个正圆台形通孔，所述正圆台形通孔是指其孔径上小下大，在正圆台形通孔内夹持有下芯体(3)，所述锚杆(2)的杆体夹持在下芯体(3)中，在所述下圆柱连接器(4)的外圆周面上均匀分布有倾斜向上的倒刺(5)。

2.根据权利要求1所述的玻璃纤维预应力锚杆锚固结构，其特征是：

所述上芯体(17)为哈夫结构的一对夹片，其外部形状上段是与上圆柱连接器(16)中圆台形通孔内腔相匹配的圆锥体、下段是凸伸于上圆柱连接器(16)底面的带有外螺纹的圆柱体，在圆柱体上利用其外螺纹设置锁紧螺母(15)，所述锁紧螺母(15)是以上圆柱连接器(16)的底面为锁定端面；上芯体(17)内部有圆柱形通孔，通孔内壁有螺纹，利用螺纹夹持锚杆(2)；

所述下芯体(3)具有与上芯体(17)上下相反的结构形式；下芯体(3)中带有外螺纹的圆柱体凸伸于下圆柱连接器(4)顶面，并利用位于下圆柱连接器(4)顶面上的紧固螺母(6)锁紧；下芯体(3)内部有圆柱形通孔，通孔内壁有螺纹，利用螺纹夹持锚杆(2)。

3.根据权利要求1所述的玻璃纤维预应力锚杆锚固结构，其特征是：所述下圆柱连接器(4)在沿锚杆(2)的轴向以0.5m的距离为间隔布置有多道，所述倒刺(5)沿下圆柱连接器(4)的圆周均布有三根，倒刺(5)与水平面成40°的夹角，倒刺(5)是直径10cm的带肋钢筋，长度为50cm。

4.根据权利要求1所述的玻璃纤维预应力锚杆锚固结构，其特征是：所述弯曲钢筋(9)深入在桩体(1)中的长度不小于30cm。

5.一种权利要求1所述玻璃纤维预应力锚杆锚固结构的加载装置，其特征是：在所述上圆柱连接器(16)的上方设置预应力加载机构，利用所述预应力加载机构传力于上圆柱连接器(16)，通过所述上圆柱连接器(16)向GFRP锚杆(2)实施预应力加载。

6.根据权利要求5所述的玻璃纤维预应力锚杆锚固结构的加载装置，其特征是：所述预应力加载机构是在上圆柱连接器(16)的上方由反力架(19)支撑上承载板(20)，在上承载板(20)上安装穿心千斤顶(21)，加载杆(18)与上圆柱连接器(16)固定连接，由穿心千斤顶(21)提供的加载力通过加载杆(18)传力于上圆柱连接器(16)，并向GFRP锚杆(2)实施预应力加载；所述反力架(19)与圆环形底座(14)固定，所述圆环形底座(14)放置在底板垫层(8)上、处于GFRP锚杆(2)的外围。

7.一种权利要求6所述玻璃纤维预应力锚杆锚固结构加载装置的加载方法，其特征是按如下步骤进行：

步骤1：将带有倒刺(5)的下圆柱连接器(4)在锚杆(2)的杆体上沿轴线方向以0.5m的间隔均匀分布，使得锚杆(2)与下圆柱连接器(4)牢靠固定；

步骤2：在岩基层(7)中采用高压喷射注浆成桩体(1)，桩径为φ50～φ80cm，钻杆垂直成孔，成孔深度大于锚杆的设计长度0.5m；在桩体水泥未凝固之前，在注浆成桩孔内放置锚杆于桩底；

步骤3：待桩体水泥凝固后，按底板垫层的厚度开挖土方，使锚杆上段外露，清理桩头并安放弯曲钢筋，浇筑底板垫层砼；

步骤4：待底板垫层砼强度达到70％时，切割砼垫层，填充改性沥青封堵防水，在弯曲钢筋上滑套承载垫板，用锁紧螺母固定弯曲钢筋；布置上圆柱连接器；将上圆柱连接器与锚杆牢靠固定，并滑套于弯曲钢筋上；

步骤5：安装预应力加载机构，利用所述预应力加载机构对上圆柱连接器、并通过所述上圆柱连接器的传力下向锚杆(2)实施预应力加载；在达到设定的加载力时，利用调节螺母将上圆柱连接器与弯曲钢筋固定；

步骤6：拆除所述预应力加载机构，将弯曲钢筋顶端弯曲后绑扎钢筋，进而完成底板混凝土的浇筑施工。