CN106284340A - 一种电磁场渗流联合锚杆排水装置及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电磁场渗流联合锚杆排水装置及其施工方法，其特征在于，包括透水钢管、透水混凝土、线圈、环氧树脂、定位支撑、外锚钢板和外锚墩；透水钢管表面间隔布置排水孔、并缠绕线圈，线圈由导电线路连接至高频交流电源；透水钢管内外两侧涂有环氧树脂保护层、并浇筑透水混凝土；外锚钢板和定位支撑与透水钢管连结，外锚钢板与透水钢管的端部浇筑透水混凝土构成外锚墩。带有线圈的透水钢管，可以将电磁场和电磁加热作用于锚杆周围的土体中，在电磁场和温度场的共同作用下，降低土体中水的粘度，提高排水效率。

Description

一种电磁场渗流联合锚杆排水装置及其施工方法

技术领域

本发明涉及一种岩土锚固工程技术领域，具体地说是一种电磁场渗流联合锚杆排水装置及其施工方法。

背景技术

边坡是公路、铁路路基工程建设中最常见的工程形式之一，边坡失稳、垮塌会造成重大人员或经济损失。利用锚杆对边坡进行加固，是目前工程界最常用的重要方法之一；降雨或地下水位变化会使得岩土体中存在渗水现象，这会降低岩土体的抗剪强度，从而造成边坡失稳或垮塌。针对这个技术难题，常见的方法是在坡面设施排水沟或排水孔等排水设施。但在实际工程应用中，受地形条件、施工方法和泥土沉积等因素影响，作为排水通道的排水孔或排水沟容易发生堵塞，导致其排水效果大大降低，最终酿成边坡失稳等工程事故，且排水设施的建设本身也需要不小的成本。

现有技术中，存在一种排水锚杆，其锚杆杆体的中部具有透水套筒，锚杆体两端为锚固端，透水套筒的外表面包覆有滤布。利用带滤布的透水套筒，可以有效地将岩土体中的水排出；但是，透水套筒的设置一定程度上削弱了锚杆与岩土体之间的摩擦作用，降低了锚杆锚固力。现有技术还有一种通过连接构件形成轴向可拆卸对接的排水管和锚固管的排水锚杆。该方案能够有效的排出排水管附近岩土体中的水；但是该法无法排出锚固段附近的水，且排水管和锚固段可拆卸式连接，一定程度上会影响预应力的施加。现有技术还有一种自排水锚杆，在中空的锚管上半圆开孔，锚管中插入吸水管，待锚管向下倾斜放入土坡内，利用虹吸作用，自动将锚管中的水排出。该方案锚杆杆体向下倾斜，能够增大抗滑力，还能够实现自排水；但是，该方案只能够排出锚管上方排水孔附近岩土体中的水，锚管下方岩土体中的水无法排出，且与吸水管相连的平衡出水器也会占用空间，影响后续施工。

目前把岩土体锚固和排水功能结合在一起的已有技术中，都是靠自由流入方式从岩土体到排水通道中；当锚杆周围岩土体的渗透性相对较低时，会大大降低锚杆的排水效果，延长排水时间，导致边坡失稳或垮塌风险大大增加。因此，开发一种能即时、快速排水的边坡加固锚杆是非常有必要的。

发明内容

本发明的目的是解决当锚杆周围岩土体渗透性较低导致排水锚杆排水效果降低的问题；提出一种电磁场渗流联合锚杆排水装置及其施工方法。通过将绕有线圈的透水钢管埋入透水混凝土中构成排水锚杆，可以将磁场和电磁加热作用于锚杆周围土体，实现即时、快速排水的方案。

为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，一种电磁场渗流联合锚杆排水装置，其特征在于:包括设置在钻孔内的透水混凝土锚固体、透水钢管和线圈。

所述透水钢管的管壁具有若干个排水孔。所述透水钢管的内外壁覆盖环氧树脂保护层。

所述线圈缠绕透水钢管外壁。所述线圈被包裹在所述透水钢管外壁的环氧树脂保护层中。

所述线圈通过导线接入钻孔外的高频交流电源。

所述透水钢管的外壁连接着若干个定位支撑体。这些定位支撑体一端连接透水钢管、另一端与钻孔的孔壁接触。

钻孔的孔壁与透水钢管之间，以及所述透水钢管的管内，均浇筑透水混凝土，形成透水混凝土锚固体。

进一步，所述透水钢管露出钻孔的一端焊接外锚钢板。所述外锚钢板是一块套在透水钢管上的环形钢板。所述钻孔的孔口处浇筑有外锚墩。所述外锚钢板和透水钢管的端头被封在外锚墩内。

进一步，所述的透水钢管，其两端开口，外径为150mm～450mm，小于设计钻孔的直径。

进一步，所述的透水钢管长度为10m～30m；

进一步，所述的透水钢管长度小于设计钻孔深度200mm～400mm。

进一步，所述的透水钢管壁厚为3mm～5mm。

进一步，透水钢管上有排水孔的区域和没有排水孔的区域间隔布置。没有排水孔的区域缠绕线圈

进一步，排水孔直径为20mm～30mm。

进一步，所述的定位支撑体是带肋圆钢筋或光圆钢筋。定位支撑体长度为40mm～60mm。

本发明还公开一种电磁场渗流联合锚杆排水装置的施工方法，包括以下步骤：

1〕调查分析边坡地质条件，进行工程地质勘探和设计，分析确定滑坡的潜在滑动面位置，并确定设计钻孔深度和钻孔直径。

2〕根据钻孔的深度和直径，制作透水钢管：

2-1〕截取透水钢管，所述透水钢管的管壁具有若干个排水孔。

2-2〕透水钢管的外壁焊接定位支撑体。

2-3〕透水钢管的一端焊接外锚钢板。

2-4〕在透水钢管的内外壁涂环氧树脂。

2-5〕在透水钢管的外壁缠绕线圈。通过导线，将线圈接入高频交流电源。

2-6〕再次在透水钢管的外壁涂环氧树脂，形成透水钢管内外壁的环氧树脂保护层。所述线圈位于环氧树脂保护层中。排水孔不被环氧树脂保护层封堵。

3〕按照步骤设计的方案，采用泥浆护壁法，钻至设计深度，形成钻孔。

4〕向所述钻孔中放入透水钢管。外锚钢板露在孔外。

5〕同时在透水钢管的内外灌注透水混凝土。灌注透水混凝土的高度至钻孔的孔口，并振捣密实，形成透水混凝土锚固体。

6〕在钻孔的孔口浇筑透水混凝土，形成外锚墩，密封所述外锚钢板和透水钢管的管口。

进一步，步骤6〕开始前，待所述透水混凝土锚固体初凝，向外张拉透水钢管，形成预应力，然后再浇筑外锚墩。

进一步，所述的线圈为直径0.5mm～1.0mm的铜线绕制而成，铜线表面包有绝缘层。

进一步，所述的导线为直径6mm～10mm的电缆。所述的高频交流电源，电压为220v～380v，电流为10A～30A。

进一步，所述钻孔直径为200mm～500mm，深度为10m～30m，且穿透潜在滑动面至稳定岩土体内大于3m。钻孔端部略向上倾斜，倾斜角度为2度～4度。

进一步，所述外锚钢板直径为200mm～400mm，厚度为20mm～50mm。

有益效果：与传统锚杆相比，本发明专利方案存在如下技术优势：

(1)将锚杆施工和排水系统施工统一在一起，不仅起到对岩土体提供锚固力的作用，还能起到排水系统排出边坡岩土体中水的作用。

(2)将传统锚索或锚杆替换为缠有线圈和布有排水孔的透水钢管，可以将电磁场引入锚杆周围的岩土体中，磁场既能诱导岩土裂隙中的自由水产生感应磁矩，进而改变水的动力粘度，提高渗透速率，还可以作用于岩土体中的结合水，使其更容易脱离土体束缚，排出土体。

(3)将传统锚索或锚杆替换为缠有线圈和布有排水孔的透水钢管，可以将电磁加热作用于锚杆周围岩土体。在电磁加热的作用下，钢管温度升高，引起岩土裂隙中水的温度升高，降低水的粘度，使其更容易排出岩土体。

本发明装置施工方法简单，在实现锚固作用的同时，电磁场和电磁加热作用的引入，还可以起到加速排水的作用，排水效果好，大大节约了成本。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是图1的局部放大图；

图3是本发明的透水钢管示意图；

图4是图1的A-A剖面放大示意图；

图5是图4的局部放大图。

图中：高频交流电源1、透水混凝土锚固体2、透水钢管3、排水孔4、外锚钢板5、线圈6、环氧树脂保护层7、导电线路8、定位支撑体9、外锚墩10、钻孔11。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不应该理解为本发明上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明的保护范围内。

实施例1：

一种电磁场渗流联合锚杆排水装置的施工方法，包括以下步骤：

1〕调查分析边坡地质条件，进行工程地质勘探和设计，分析确定滑坡的潜在滑动面位置，并确定设计钻孔11深度和钻孔直径。本实施例中，所述钻孔11直径为200mm，深度为11m，且穿透潜在滑动面至稳定岩土体内大于3m。钻孔11端部略向上倾斜，倾斜角度为2度。

2〕根据钻孔11的深度和直径，制作透水钢管3：

2-1〕截取透水钢管3，所述透水钢管3的管壁具有若干个排水孔4。所述的透水钢管3，其两端开口，外径为150mm，小于设计钻孔11的直径。

所述的透水钢管3长度为10.8m。

所述的透水钢管3壁厚为3mm。

透水钢管3上有排水孔4的区域和没有排水孔4的区域间隔布置。排水孔4直径为20mm。

2-2〕透水钢管3的外壁焊接定位支撑体9。所述的定位支撑体9是带肋圆钢筋或光圆钢筋。定位支撑体9长度约为透水钢管半径与钻孔设计孔径的差值。定位支撑体9垂直焊接在透水钢管前、中、后几个横断面处，每个横断面的四周焊接四个定位支撑体9，它们呈十字分布。透水钢管3通常设置多个定位支撑，以保证透水钢管3位于钻孔11中心位置。

2-3〕透水钢管3的一端焊接外锚钢板5。所述外锚钢板5外直径为300mm，厚度为30mm。

2-4〕在透水钢管3的内外壁涂环氧树脂。涂环氧树脂时，当排水孔3被保环氧树脂护层7堵塞时，应及时做好清孔工作；

2-5〕在透水钢管3的外壁缠绕线圈6。实施例中，在没有排水孔4的区域缠绕线圈6。通过导线，将线圈6接入高频交流电源1。所述的线圈6为直径0.5mm的铜线绕制而成，铜线表面包有绝缘层。所述的导线为直径6mm的电缆。所述的高频交流电源，电压为220v，电流为10A。

2-6〕再次在透水钢管3的外壁涂环氧树脂，形成透水钢管3内外壁的环氧树脂保护层7。所述线圈6位于环氧树脂保护层7中。排水孔4不被环氧树脂保护层7封堵。

3〕按照步骤1设计的方案，采用泥浆护壁法，钻至设计深度，形成钻孔11。

4〕向所述钻孔11中放入透水钢管3。外锚钢板5露在孔外。

5〕同时在透水钢管3的内外灌注透水混凝土。灌注透水混凝土的高度至钻孔11的孔口，并振捣密实，形成透水混凝土锚固体2。

6〕在钻孔11的孔口浇筑透水混凝土，形成外锚墩10，密封所述外锚钢板5和透水钢管3的管口。

实施例2

一种电磁场渗流联合锚杆排水装置的施工方法，包括以下步骤：

1〕调查分析边坡地质条件，进行工程地质勘探和设计，分析确定滑坡的潜在滑动面位置，并确定设计钻孔11深度和钻孔直径。本实施例中，所述钻孔11直径为500mm，深度为30m，且穿透潜在滑动面至稳定岩土体内大于3m。钻孔11端部略向上倾斜，倾斜角度为2度～4度。

2〕根据钻孔11的深度和直径，制作透水钢管3：

2-1〕截取透水钢管3，所述透水钢管3的管壁具有若干个排水孔4。所述的透水钢管3，其两端开口，外径为450mm，小于设计钻孔11的直径。

所述的透水钢管3长度为29.6m。

所述的透水钢管3壁厚为5mm。

透水钢管3上有排水孔4的区域和没有排水孔4的区域间隔布置。排水孔4直径为30mm。

2-2〕透水钢管3的外壁焊接定位支撑体9。所述的定位支撑体9是带肋圆钢筋或光圆钢筋。定位支撑体9长度约为透水钢管半径与钻孔设计孔径的差值。定位支撑体9垂直焊接在透水钢管前、中、后几个横断面处，每个横断面的四周焊接四个定位支撑体9，它们呈十字分布。透水钢管3通常设置多个定位支撑，以保证透水钢管3位于钻孔11中心位置。

2-3〕透水钢管3的一端焊接外锚钢板5。所述外锚钢板5外直径为400mm，厚度为50mm。

2-4〕在透水钢管3的内外壁涂环氧树脂。涂环氧树脂时，当排水孔3被保环氧树脂护层7堵塞时，应及时做好清孔工作；

2-5〕在透水钢管3的外壁缠绕线圈6。实施例中，在没有排水孔4的区域缠绕线圈6。通过导线，将线圈6接入高频交流电源1。所述的线圈6为直径1.0mm的铜线绕制而成，铜线表面包有绝缘层。所述的导线为直径10mm的电缆。所述的高频交流电源，电压为380v，电流为30A。

2-6〕再次在透水钢管3的外壁涂环氧树脂，形成透水钢管3内外壁的环氧树脂保护层7。所述线圈6位于环氧树脂保护层7中。排水孔4不被环氧树脂保护层7封堵。

3〕按照步骤1设计的方案，采用泥浆护壁法，钻至设计深度，形成钻孔11。

4〕向所述钻孔11中放入透水钢管3。外锚钢板5露在孔外。

5〕同时在透水钢管3的内外灌注透水混凝土。灌注透水混凝土的高度至钻孔11的孔口，并振捣密实，形成透水混凝土锚固体2。

6〕在钻孔11的孔口浇筑透水混凝土，形成外锚墩10，密封所述外锚钢板5和透水钢管3的管口。

实施例3

本实施例主要技术内容同实施例1或2，进一步的，步骤6〕开始前，待所述透水混凝土锚固体2初凝，向外张拉透水钢管3，形成预应力，然后再浇筑外锚墩10。

Claims (10)

1.一种电磁场渗流联合锚杆排水装置，其特征在于:包括设置在钻孔(11)内的透水混凝土锚固体(2)、透水钢管(3)和线圈(6)；

所述透水钢管(3)的管壁具有若干个排水孔(4)；所述透水钢管(3)的内外壁覆盖所述环氧树脂保护层(7)；

所述线圈(6)缠绕透水钢管(3)外壁。所述线圈(6)被包裹在所述透水钢管(3)外壁的环氧树脂保护层(7)中；

所述线圈(6)通过导线接入钻孔(11)外的高频交流电源(1)；

所述透水钢管(3)的外壁连接着若干个定位支撑体(9)；这些定位支撑体(9)一端连接透水钢管(3)、另一端与钻孔(11)的孔壁接触；

钻孔(11)的孔壁与透水钢管(3)之间，以及所述透水钢管(3)的管内，均浇筑透水混凝土，形成透水混凝土锚固体(2)。

2.根据权利要求1所述的一种电磁场渗流联合锚杆排水装置，其特征在于：所述透水钢管(3)露出钻孔(11)的一端焊接外锚钢板(5)；所述外锚钢板(5)是一块套在透水钢管(3)上的环形钢板；所述钻孔(11)的孔口处浇筑有外锚墩(10)；所述外锚钢板(5)和透水钢管(3)的端头被封在外锚墩(10)内。

3.根据权利要求1所述的一种电磁场渗流联合锚杆排水装置，其特征在于：所述的透水钢管(3)，其两端开口，外径为150mm～450mm，小于设计钻孔(11)的直径。

4.根据权利要求1所述的一种电磁场渗流联合锚杆排水装置，其特征在于：所述的透水钢管(3)长度为10m～30m；所述的透水钢管(3)长度小于设计钻孔深度200mm～400mm。

所述的透水钢管(3)壁厚为3mm～5mm。

透水钢管(3)上有排水孔(4)的区域和没有排水孔(4)的区域间隔布置；没有排水孔(4)的区域缠绕线圈(6)

排水孔(4)直径为20mm～30mm。

5.根据权利要求1所述的一种电磁场渗流联合锚杆排水装置，其特征在于：所述的定位支撑体(9)是带肋圆钢筋或光圆钢筋；定位支撑体(9)长度为40mm～60mm。

6.一种电磁场渗流联合锚杆排水装置的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

1〕调查分析边坡地质条件，进行工程地质勘探和设计，分析确定滑坡的潜在滑动面位置，并确定设计钻孔(11)深度和钻孔直径；

2〕根据钻孔(11)的深度和直径，制作透水钢管(3)：

2-1〕截取透水钢管(3)，所述透水钢管(3)的管壁具有若干个排水孔(4)；

2-2〕透水钢管(3)的外壁焊接定位支撑体(9)；

2-3〕透水钢管(3)的一端焊接外锚钢板(5)；

2-4〕在透水钢管(3)的内外壁涂环氧树脂；

2-5〕在透水钢管(3)的外壁缠绕线圈(6)；通过导线，将线圈(6)接入高频交流电源(1)；

2-6〕再次在透水钢管(3)的外壁涂环氧树脂，形成透水钢管(3)内外壁的环氧树脂保护层(7)；所述线圈(6)位于环氧树脂保护层(7)中；排水孔(4)不被环氧树脂保护层(7)封堵；

3〕按照步骤1)设计的方案，采用泥浆护壁法，钻至设计深度，形成钻孔(11)；

4〕向所述钻孔(11)中放入透水钢管(3)；外锚钢板(5)露在孔外；

5〕同时在透水钢管(3)的内外灌注透水混凝土；灌注透水混凝土的高度至钻孔(11)的孔口，并振捣密实，形成透水混凝土锚固体(2)；

6〕在钻孔(11)的孔口浇筑透水混凝土，形成外锚墩(10)，密封所述外锚钢板(5)和透水钢管(3)的管口。

7.根据权利要求6所述的一种电磁场渗流联合锚杆排水装置的施工方法，其特征在于：步骤6〕开始前，待所述透水混凝土锚固体(2)初凝，向外张拉透水钢管(3)，形成预应力，然后再浇筑外锚墩(10)。

8.根据权利要求6所述的一种电磁场渗流联合锚杆排水装置的施工方法，其特征在于：所述的线圈(6)为直径0.5mm～1.0mm的铜线绕制而成，铜线表面包有绝缘层；

所述的导线为直径6mm～10mm的电缆；所述的高频交流电源，电压为220v～380v，电流为10A～30A。

9.根据权利要求6所述的一种电磁场渗流联合锚杆排水装置 的施工方法，其特征在于：所述钻孔(11)直径为200mm～500mm，深度为10m～30m，且穿透潜在滑动面至稳定岩土体内大于3m；钻孔(11)端部略向上倾斜，倾斜角度为2度～4度。

10.根据权利要求6所述的一种电磁场渗流联合锚杆排水装置的施工方法，其特征在于：所述外锚钢板(5)直径为200mm～400mm，厚度为20mm～50mm。