CN106638592A - 复杂地质条件击入式锚杆及其施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及复杂地质条件击入式锚杆及施工方法和应用，属于护壁或其部件的锚固技术领域。本发明包括依次相连的锚头、灌浆杆和焊接杆，锚头设置有三个分开的锚瓣，前尖后宽的锚瓣构成三棱刺结构，锚瓣尾部沿其边缘延伸有倒刺；灌浆杆采用中空钢管，灌浆杆上设置有若干出浆孔；焊接杆采用圆形钢管；锚头与灌浆杆为一体式结构，灌浆杆与焊接杆为焊接连接，其焊接面两侧焊接有加强筋；施工方法包括复杂地质条件击入式锚杆的加工和焊接、深层击入、压力注浆和应用效果。本发明应用于边坡回填有碎石且不均匀，锚杆成孔无法实现不能采用钻机成孔的情况。本发明无须先成孔，使用的施工机具和杆体材料简单，操作方便，施工速度快，造价低。
Description
技术领域
本发明涉及复杂地质条件击入式锚杆及施工方法和应用，属于护壁或其部件的锚固技术领域。
背景技术
随着基坑工程的深度和规模的增大，在进行边坡支护时，所遇到的各种复杂地质情况也不断增加。由于该类地质土层分布的不均质性，在进行基坑支护的锚杆施工过程中，经常受阻于回填块石、建筑垃圾、砂层、碎石层等杂填土或软弱土层。上述土质不仅成孔困难，而且难以保证注浆质量，因而无法保证锚杆的设计抗拔力，极易导致基坑边坡发生安全事故。
发明内容
本发明的目的在于克服现有中空钢管锚杆存在的上述缺陷，提出了一种复杂地质条件击入式锚杆及施工方法和应用，无须先成孔，使用的施工机具和杆体材料简单，操作方便，施工速度快，造价低；解决在砂层、回填块石、杂填土层中锚杆施工难以成孔的问题，可以保证锚杆的设计抗拔力。
本发明是采用以下的技术方案实现的：一种复杂地质条件击入式锚杆，包括依次相连的锚头、灌浆杆和焊接杆，锚头设置有三个分开的锚瓣，前尖后宽的锚瓣构成三棱刺结构，锚瓣尾部沿其边缘延伸有倒刺；灌浆杆采用中空钢管，灌浆杆上设置有若干出浆孔；焊接杆采用圆形钢管；锚头与灌浆杆为一体式结构，灌浆杆与焊接杆为焊接连接，其焊接面两侧焊接有加强筋。
进一步地，锚瓣与锚瓣之间设置有凹槽，凹槽从锚头开始由浅入深设置。
进一步地，倒刺与灌浆杆呈锐角设置，倒刺长度与锚瓣长度比例为1:3。
进一步地，加强筋沿灌浆杆和焊接杆表面焊接固定，焊接面为一条直线。
进一步地，出浆孔沿灌浆杆纵向设置有3～4排，直径为4～8mm。
进一步地，锚头和灌浆杆总长度为300～500mm。
一种复杂地质条件击入式锚杆的施工方法，包括如下步骤：
步骤一：复杂地质条件击入式锚杆的加工和焊接：
第一步：将钢管加工成长度300～500mm左右一节，锚头加工成三棱刺结构并焊接上倒刺；
第二步：焊接杆与灌浆杆采用焊接连接，焊接面采用至少三道加强筋帮条焊接；
第三步：在灌浆杆端部10mm的范围内，沿纵向钻3～4排直径4～8mm的注浆孔；
步骤二：复杂地质条件击入式锚杆的深层击入：
第一步：锚头和灌浆杆，人工击入土层300～500mm定位；
第二步：安装风镐或冲击器击入锚头和灌浆杆，如果达到设计长度，停止击入；如果未到达设计长度，焊接第一节焊接杆继续击入，直至达到设计长度；
步骤三：复杂地质条件击入式锚杆的压力注浆：
第一步：灌浆材料的选取：采用强度等级为PO32.5以上的水泥，水灰比为0.4～0.45，灰砂配比为1:1～1:2，砂的粒径不大于2mm；
第二步：当复杂地质条件击入式锚杆钻进至设计长度后，采用2～3MPa的高压泵经耐高压注浆管通过焊接杆将灌浆材料注入灌浆杆内及周边土体内，注浆至管口处坡面返浆时停止；
步骤四：复杂地质条件击入式锚杆的应用效果：
压力注浆完毕后，养护至设计要求的强度，按设计要求进行复杂地质条件击入式锚杆张拉试验，复杂地质条件击入式锚杆设计锁定荷载为45～50KN，试验荷载取值100～120KN，当张拉荷载加到100～120KN时，复杂地质条件击入式锚杆没有破坏。
进一步地，步骤二第一步中，如遇较大块石无法击入锚头时，可适当调整锚头位置，或采用冲击钻、潜孔锤等机具将块石击碎，再击入锚头。
进一步地，步骤三第一步中，为保证浆体与杆体和土体的结合效果，并提高锚固体的早期强度，施工中掺入膨胀剂和早强剂。
一种复杂地质条件击入式锚杆的应用，应用于边坡回填有碎石且不均匀，锚杆成孔无法实现不能采用钻机成孔的情况。
本发明的原理是：采用中空钢管或钢筋作为杆体；利用手持式风镐、导轨钻机冲击器或手锤将钢管将锚杆击入边坡地层中；可直接利用杆体与土体的摩擦力进行锚固，也可以通过中空钢管的杆体实施高压注入水泥浆后，提高锚杆的抗拔力。
本发明的有益效果是：
(1)本发明无须先成孔，使用的施工机具和杆体材料简单，操作方便，施工速度快，造价低；
(2)本发明能够解决在砂层、回填块石、杂填土层中锚杆施工难以成孔的问题，可以保证锚杆的设计抗拔力。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明的原理框图。
图中：1锚头；2锚瓣；3倒刺；4出浆孔；5灌浆杆；6加强筋；7焊接面；8焊接杆。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，本发明所述的一种复杂地质条件击入式锚杆，包括依次相连的锚头、灌浆杆和焊接杆，锚头设置有三个分开的锚瓣，前尖后宽的锚瓣构成三棱刺结构，锚瓣尾部沿其边缘延伸有倒刺；灌浆杆采用中空钢管，灌浆杆上设置有若干出浆孔；焊接杆采用圆形钢管；锚头与灌浆杆为一体式结构，灌浆杆与焊接杆为焊接连接，其焊接面两侧焊接有加强筋。
锚瓣与锚瓣之间设置有凹槽，凹槽从锚头开始由浅入深设置。三棱刺结构是用于开挖土方效果较好的结构之一，现有技术对于钢管的加工工艺足以完成对于三棱刺结构的快速加工。凹槽的作用是将击入时多余的土从锚头移动到周围，实现快速的施工。
倒刺与灌浆杆呈锐角设置，倒刺长度与锚瓣长度比例为1:3。倒刺目的是在击入过程中，减少灌浆杆击入土层的阻力并能迅速将灌浆杆和焊接杆击入土层中。
加强筋沿灌浆杆和焊接杆表面焊接固定，焊接面为一条直线。灌浆杆和焊接杆之间有一层焊接面，由于灌浆杆和焊接杆均采用圆形管，因此其焊接面是一个环形。由于击入土层过程中需要人工击入，施力点不同容易造成焊接面断裂，因此需要二次防护以增加两者之间的力学强度。由于灌浆杆和焊接杆直径相同，焊接后两者的外壁可以通过钢筋加以固定，采用的钢筋由于起到了加强的作用，称作加强筋。两者外壁根据情况不同可以焊接若干条加强筋，焊接方向沿轴向焊接。通过焊接的方式，根据实际需要满足不同长度设计需要的锚杆，相比长度固定且无法加工的锚杆，本发明的锚杆可以节省材料。虽然现场焊接从某种程度上降低了作业效率，但是本发明的锚杆具有普适性，可以根据不同实际情况现场进行调整，因此上述问题并不影响本发明的实际使用。
出浆孔沿灌浆杆纵向设置有3～4排，直径为4～8mm。出浆孔的数量根据实际的灌浆速度和施工进度，选择不同排数和不同直径的灌浆孔。
锚头和灌浆杆总长度为300～500mm。锚头和灌浆杆无需在现场焊接，其长度满足绝大多数施工条件，一般来说如果击入土层仅仅通过锚头和灌浆杆就能满足条件，是不需要焊接上焊接杆的。
如图2所示，一种复杂地质条件击入式锚杆的施工方法，包括如下步骤：
步骤一：复杂地质条件击入式锚杆的加工和焊接：
第一步：将钢管加工成长度300～500mm左右一节，锚头加工成三棱刺结构并焊接上倒刺；
第二步：焊接杆与灌浆杆采用焊接连接，焊接面采用至少三道加强筋帮条焊接；
第三步：在灌浆杆端部10mm的范围内，沿纵向钻3～4排直径4～8mm的注浆孔；
步骤二：复杂地质条件击入式锚杆的深层击入：
第一步：锚头和灌浆杆，人工击入土层300～500mm定位；
第二步：安装风镐或冲击器击入锚头和灌浆杆，如果达到设计长度，停止击入；如果未到达设计长度，焊接第一节焊接杆继续击入，直至达到设计长度；
步骤三：复杂地质条件击入式锚杆的压力注浆：
第一步：灌浆材料的选取：采用强度等级为PO32.5以上的水泥，水灰比为0.4～0.45，灰砂配比为1:1～1:2，砂的粒径不大于2mm；
第二步：当复杂地质条件击入式锚杆钻进至设计长度后，采用2～3MPa的高压泵经耐高压注浆管通过焊接杆将灌浆材料注入灌浆杆内及周边土体内，注浆至管口处坡面返浆时停止；
步骤四：复杂地质条件击入式锚杆的应用效果：
压力注浆完毕后，养护至设计要求的强度，按设计要求进行复杂地质条件击入式锚杆张拉试验，复杂地质条件击入式锚杆设计锁定荷载为45～50KN，试验荷载取值100～120KN，当张拉荷载加到100～120KN时，复杂地质条件击入式锚杆没有破坏。需要说明的是，本申请的锁定荷载和试验荷载取值并非根据实际情况取值，而是一个确定无误的值，是通过无数次实验得出的，其本发明的上述取值仅保护上述提及的灌浆材料的情况。
步骤二第一步中，如遇较大块石无法击入锚头时，可适当调整锚头位置，或采用冲击钻、潜孔锤等机具将块石击碎，再击入锚头。
步骤三第一步中，为保证浆体与杆体和土体的结合效果，并提高锚固体的早期强度，施工中掺入膨胀剂和早强剂。
一种复杂地质条件击入式锚杆的应用，应用于边坡回填有碎石且不均匀，锚杆成孔无法实现不能采用钻机成孔的情况。
需要说明的是：钢管杆体一般可采用直径48mm、壁厚3.5mm、Q235型钢管；钢筋杆体应根据设计要求的直径和型号，一般应采用Ⅱ级以上的螺纹钢、直径≮22mm。
注浆用水泥一般采用PO32.5以上普通硅酸盐水泥。
质量控制措施：
加强技术管理，落实施工方案，对作业班组进行技术交底。做好原材料复检、加强筋焊件试验等工作。锚杆长度误差不超过±20mm，钻入角度误差控制在±2.0°以内。锚杆施工应保持在同一水平面内及同一垂直面内，确保锚杆端部加强筋的连续，从而保障支护体系的整体安全。在施工过程中，完善工序控制，严格做好施工记录、隐蔽工程检查记录，杜绝不合格产品进入下道工序。
安全措施：
开工前，对所有的参加施工人员进行安全教育及现场文明施工教育。施工人员进入现场，必须穿戴劳动防护用品。高空作业应挂安全带，操作人员遵守有关安全规程。电器设备应有保护措施，定位放置，专人维修管理。各种设备应处于完好状态，机械设备的运转部位应有安全防护装置。控制锚杆的顶进速度，防止杆体弯曲变形伤人。注浆时，管路应畅通，防止塞管、堵泵，造成爆管。做好基坑的变形监测，发现异常情况，停止作业并及时疏散操作及周边人员。
环保措施：
控制作业机械产生的噪声，增强全体施工人员防噪声、扰居民的自觉意识。施工现场道路随时洒水，减少路面扬尘。作业面四周采用密目网封闭围挡避免扬尘污染环境。水泥浆搅拌时，要搭设作业棚，以减少扬尘污染。
经济效益：
本发明使用的机具设备简单，减少了成孔的工序，施工速度快。与其他几种锚杆相比经济效益明显，但仅适用于较短的锚杆。
社会与环保效益：本发明解决了锚杆施工在砂层中塌孔，以及在含块石、碎石、建筑垃圾等杂填土层中不易成孔的问题，而且击入式锚杆的单价较低，施工速度快，拓展了锚杆支护的应用范围。使用该本发明能保证锚杆的设计抗拔力，避免了基坑的周边因涌砂、涌水而出现较大的沉降，从而保证了基坑及其周边环境的安全。使用本发明无须泥浆护壁成孔，避免了泥浆对环境的污染。
实施例一：
工程概况：本工程建筑面积约12万㎡，占地面积约10万㎡，主要由五个3～6层的楼座组成，框架结构。长约300m，高度约14～18m的永久性边坡，坡边平行走向有30KV架空高压电缆。
施工情况：由于边坡回填有大块石，且不均匀，局部锚杆成孔困难，无法采用钻机成孔，因此调整为顶进式钢管+压力注浆，设计长度6m，钢管壁厚5mm。累计施工锚杆5000m。
应用效果：除个别锚杆遇到巨石钉入深度未达到设计长度。锚杆施工完毕后，养护至设计要求的强度，按设计要求进行锚杆张拉试验，锚杆设计锁定荷载为50KN，试验荷载取100KN；实际试验过程中，当张拉荷载加到120KN时，锚杆没有破坏。
实施例二：
工程概况：本工程占地面积约4000㎡，其场区北东侧边坡一侧基本由当年开挖地下人防的石块石渣填沟形成。
施工情况：由于边坡回填有碎石，且不均匀，锚杆成孔无法实现，不能采用钻机成孔，因此调整为顶进式钢管+压力注浆，设计长度6～9m。累计施工锚杆约2300m。
应用效果：锚杆施工完毕后，养护至设计要求的强度，按设计要求进行锚杆张拉试验，锚杆设计锁定荷载为45～50KN，试验荷载取值100～120KN；实际试验过程中，当张拉荷载加到95KN时，锚杆没有破坏。
当然，上述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定对本发明的实施例范围。本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的均等变化与改进等，均应归属于本发明的专利涵盖范围内。
Claims (10)
1.一种复杂地质条件击入式锚杆，包括依次相连的锚头、灌浆杆和焊接杆，其特征在于：锚头设置有三个分开的锚瓣，前尖后宽的锚瓣构成三棱刺结构，锚瓣尾部沿其边缘延伸有倒刺；灌浆杆采用中空钢管，灌浆杆上设置有若干出浆孔；焊接杆采用圆形钢管；锚头与灌浆杆为一体式结构，灌浆杆与焊接杆为焊接连接，其焊接面两侧焊接有加强筋。
2.根据权利要求1所述的复杂地质条件击入式锚杆，其特征在于：锚瓣与锚瓣之间设置有凹槽，凹槽从锚头开始由浅入深设置。
3.根据权利要求1或2所述的复杂地质条件击入式锚杆，其特征在于：倒刺与灌浆杆呈锐角设置，倒刺长度与锚瓣长度比例为1:3。
4.根据权利要求1所述的复杂地质条件击入式锚杆，其特征在于：加强筋沿灌浆杆和焊接杆表面焊接固定，焊接面为一条直线。
5.根据权利要求1所述的复杂地质条件击入式锚杆，其特征在于：出浆孔沿灌浆杆纵向设置有3～4排，直径为4～8mm。
6.根据权利要求1所述的复杂地质条件击入式锚杆，其特征在于：锚头和灌浆杆总长度为300～500mm。
7.一种基于权利要求1～6任意所述的复杂地质条件击入式锚杆的施工方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一：复杂地质条件击入式锚杆的加工和焊接：
第一步：将钢管加工成长度300～500mm左右一节，锚头加工成三棱刺结构并焊接上倒刺；
第二步：焊接杆与灌浆杆采用焊接连接，焊接面采用至少三道加强筋帮条焊接；
第三步：在灌浆杆端部10mm的范围内，沿纵向钻3～4排直径4～8mm的注浆孔；
步骤二：复杂地质条件击入式锚杆的深层击入：
第一步：锚头和灌浆杆，人工击入土层300～500mm定位；
第二步：安装风镐或冲击器击入锚头和灌浆杆，如果达到设计长度，停止击入；如果未到达设计长度，焊接第一节焊接杆继续击入，直至达到设计长度；
步骤三：复杂地质条件击入式锚杆的压力注浆：
第一步：灌浆材料的选取：采用强度等级为PO32.5以上的水泥，水灰比为0.4～0.45，灰砂配比为1:1～1:2，砂的粒径不大于2mm；
第二步：当复杂地质条件击入式锚杆钻进至设计长度后，采用2～3MPa的高压泵经耐高压注浆管通过焊接杆将灌浆材料注入灌浆杆内及周边土体内，注浆至管口处坡面返浆时停止；
步骤四：复杂地质条件击入式锚杆的应用效果：
压力注浆完毕后，养护至设计要求的强度，按设计要求进行复杂地质条件击入式锚杆张拉试验，复杂地质条件击入式锚杆设计锁定荷载为45～50KN，试验荷载取值100～120KN，当张拉荷载加到100～120KN时，复杂地质条件击入式锚杆没有破坏。
8.根据权利要求7所述的复杂地质条件击入式锚杆的施工方法，其特征在于：步骤二第一步中，如遇较大块石无法击入锚头时，可适当调整锚头位置，或采用冲击钻、潜孔锤等机具将块石击碎，再击入锚头。
9.根据权利要求7所述的复杂地质条件击入式锚杆的施工方法，其特征在于：步骤三第一步中，为保证浆体与杆体和土体的结合效果，并提高锚固体的早期强度，施工中掺入膨胀剂和早强剂。
10.一种基于权利要求1～6所述的复杂地质条件击入式锚杆的应用，其特征在于：应用于边坡回填有碎石且不均匀，锚杆成孔无法实现不能采用钻机成孔的情况。
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