CN107905224A - 一种利用膨胀水泥在开孔钢管中扩头来提高锚杆抗拔力的锚固结构及施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种利用膨胀水泥在开孔钢管中扩头来提高锚杆抗拔力的锚固结构及施工方法，它包括开孔钢管，所述开孔钢管的不同高度位置加工有不同形状的开孔，在开孔钢管的末端加工有端部扩头，在开孔钢管的内部填充有膨胀水泥浆，在膨胀水泥浆的顶部采用素水泥浆进行封口。在开孔钢管中浇筑膨胀水泥浆，利用其横向膨胀力在钢管端部切割处形成初次扩头，在侧壁开孔处形成二次扩头，使锚杆与周围稳定土层更加紧密的黏结，增大了锚杆与周围土层的摩擦力，显著提高锚杆的抗拔力，进一步增强锚杆的锚固效果，且这种全新的施工工艺操作简单，材料易得，可大幅节约工程成本，缩短施工工期。
Description
技术领域
本发明涉及一种利用膨胀水泥在开孔钢管中扩头来大幅一种利用膨胀水泥在开孔钢管中扩头来提高锚杆抗拔力的锚固结构及施工方法，属于锚固施工技术领域，广泛适用于路政市政中基础设施、库岸边坡工程、水利工程、采煤矿井坑道及基坑工程等的土层锚固中。
背景技术
土层锚杆锚固技术起源于上个世纪，土层锚杆是指在基础土壁未开挖的土层内钻孔，达到一定深度后，在孔内放入钢筋、钢管、钢丝束、钢绞线等材料，灌入泥浆或化学浆液，，使其与土层结合成为抗拉（抗拔）力强的锚杆，锚杆端部与护壁桩联结，防止土壁坍塌或滑坡。在1969年在墨西哥召开的第七届国际土力学和基础工程会议上，曾把土层锚杆锚固技术作为一个专门的问题来讨论。七十年代以后，召开的多次地区性国际会议上，均有涉及有关锚杆技术的经验与研究介绍，当前锚杆技术的试验和理论研究仍在不断发展之中。八十年代以来，瑞典、德国、美国、英国、日本等国家分别研制了多种不同类型的锚杆施工工具和灌浆工艺，各国还各自制定了锚杆设计和施工的技术规程。锚杆技术在经济建设中正起着越来越重要的作用。
土层锚杆在交通、水利、建筑、电力、市政、采矿等领域有着广泛的应用。目前，在施工方法上我国还是以水泥注浆的锚杆为主，在水泥注浆的锚杆中，国内锚固工程一般采用425标号的普通硅酸盐水泥浆液，其凝结时间长，早期强度低，养护时间长，造成了施工周期过长的问题。
发明内容
本发明所提出的一种利用膨胀水泥在开孔钢管中扩头来大幅提高锚杆抗拔力的锚固方法和施工工艺，在开孔钢管中浇筑膨胀水泥浆，利用其横向膨胀力在钢管端部切割处形成初次扩头，在侧壁开孔处形成二次扩头，使锚杆与周围稳定土层更加紧密的黏结，增大了锚杆与周围土层的摩擦力，显著提高锚杆的抗拔力，进一步增强锚杆的锚固效果，且这种全新的施工工艺操作简单，材料易得，可大幅节约工程成本，缩短施工工期。
为了实现上述的技术特征，本发明的目的是这样实现的：一种利用膨胀水泥在开孔钢管中扩头来提高锚杆抗拔力的锚固结构，它包括开孔钢管，所述开孔钢管的不同高度位置加工有不同形状的开孔，在开孔钢管的末端加工有端部扩头，在开孔钢管的内部填充有膨胀水泥浆，在膨胀水泥浆的顶部采用素水泥浆进行封口。
所述开孔设置在开孔钢管不同高度的管壁上，所述开孔的形状为圆形、方形或者多边形；开孔位置沿着钢管侧壁等间距交错分布。
所述开孔的开孔方式有交叉型、行列型或螺旋形。
所述端部扩头是在开孔钢管的端部沿圆周隔一定的间距将其切割成相同的条状并撑开而形成。
所述膨胀水泥浆在钢管内部自下而上浇筑至一定高度，再浇筑10-20cm的素水泥浆。
在地下存在管涌及在浸水条件下，开孔钢管表面涂一层润滑油或防腐漆。
交叉型为孔洞分布呈交叉状，开孔大小为3-5cm；所述行列型为根据管孔径等距离分为多列，每列上孔洞按一定距离同等孔距分布，开孔大小为3-5cm。
所述开孔钢管的开孔采用侧壁向上切割或侧壁向下切割的开孔方式。
任意一种利用膨胀水泥在开孔钢管中扩头来提高锚杆抗拔力的锚固结构的施工方法，包括以下步骤：
Step1：清理场地或坡面，清理场地或坡面上周围碎石及杂物；
Step2：确定钻孔直径及深度，钻孔直径应稍大于钢管直径，以便于钢管的安放；
Step3：根据现场实际情况采用相应开孔形状和开孔方式的开孔钢管，并在开孔钢管的末端设置端部扩头；
Step4：采用机械回转钻孔至锚杆所需的支护深度，清理钻孔，将开好孔的开孔钢管放入打好的孔洞中，保证每根钢管处于孔洞正中位置；
Step5：从开口钢管端部自下而上先浇筑含有一定含量的膨胀水泥浆，利用其横向膨胀效果将钢管端部及侧壁开孔处周围土层支撑开，以充分发挥其膨胀性；
Step6：膨胀水泥浆体浇筑至一定高度后，在其上部再浇筑一定高度的素水泥浆封口，防止水泥浆体溢出以及锚杆从孔内滑出；
Step7：实时监测，定期养护，至水泥浆硬化凝结达到稳定，28d后进行锚杆拉拔力试验，测量锚杆的抗拔力及锚固效果。
本发明有如下有益效果：
1、将膨胀剂掺量应用于土层锚杆的锚固技术中，打破了膨胀剂主要应用于静态爆破和微膨胀混凝土的工程常规，建立大掺量膨胀剂高强预压锚固理论技术体系。
2、提出钢管侧壁不同高度切割，利用膨胀剂横向膨胀力，将钢管侧壁被切割部分撑开，增大锚固体和土体剪切面的剪切角，使得锚杆上覆土压力增大，并且形成扩头，大幅提高锚杆抗拔力，增强锚固效果。
3、提出钢管侧壁不同高度、等间距交错开孔且开孔形状较为灵活，不仅可避免单个孔洞处应力集中，影响锚固效果，而且还形成多次扩头，大幅提高抗拔力，使锚杆整体效果更加稳定。
4、提出在钢管底部利用铣槽机切割成条状，在钢管端部浇筑一定含量的膨胀水泥浆体，利用膨胀水泥浆体横向膨胀力将底部切割开的铁皮撑开形成初次扩头，增强锚杆端部与周围稳定土层的黏结力，大幅提高锚杆抗拔力。
5、提出了在特殊工况下，如地下存在管涌或在浸水条件时，为避免地下水的影响，在钢管表面涂一层润滑油或防腐漆，以及在钢管底部和侧壁开孔处套上塑料薄膜，可防止注浆时浆体漏浆以及水对浆体的稀释作用，以免影响膨胀水泥浆的膨胀效果，进一步增强土层锚杆的锚固效果。
6、采用本发明所述的施工方法及技术可以大幅节约施工成本，缩短施工工期，加快施工进度，提高安全储备，且操作简单，施工材料易得，具有较广阔的工程运用前景。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1为本发明装置所涉及的钢管侧壁开圆形孔的示意图。
图2为本发明装置所涉及的钢管侧壁开矩形孔的示意图。
图3为本发明装置所涉及的钢管侧壁三面切割且方向向下时的主视图。
图4为本发明装置所涉及的钢管侧壁三面切割且方向向下时的左视图。
图5为本发明装置所涉及的钢管侧壁三面切割且方向向上时的主视图。
图6为本发明装置所涉及的钢管侧壁三面切割且方向向上时的左视图。
图7为本发明装置所涉及的钢管侧壁开圆孔或矩形孔膨胀后的示意图。
图8为本发明装置所涉及的钢管侧壁三面切割且方向向下膨胀后的示意图。
图9为本发明装置所涉及的钢管侧壁三面切割且方向向上膨胀后的示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施方式做进一步的说明。
实施例1：
如图1-9，一种利用膨胀水泥在开孔钢管中扩头来提高锚杆抗拔力的锚固结构，它包括开孔钢管1，所述开孔钢管1的不同高度位置加工有不同形状的开孔2，在开孔钢管1的末端加工有端部扩头3，在开孔钢管1的内部填充有膨胀水泥浆4，在膨胀水泥浆4的顶部采用素水泥浆5进行封口。在实际施工过程中，首先从钢管自下而上浇筑一定含量膨胀剂的膨胀水泥浆，利用膨胀水泥浆的横向膨胀效果在钢管端部先形成初次扩头，在钢管侧壁膨胀水泥浆形成二次扩头，最后浇筑一定高度的素混凝土封口，用于土层锚固。
进一步的，所述钢管要求其刚度足够大，防止因开孔造成钢管整体刚度减小、产生过大变形，影响锚固效果。
进一步的，所述开孔2设置在开孔钢管1不同高度的管壁上，所述开孔2的形状为圆形、方形或者多边形；开孔2位置沿着钢管侧壁等间距交错分布。可避免单个孔洞处的应力集中，形成多次扩头，提高锚杆的整体性。
进一步的，所述开孔2的开孔方式有交叉型、行列型或螺旋形。
进一步的，所述端部扩头3是在开孔钢管1的端部沿圆周隔一定的间距将其切割成相同的条状并撑开而形成。切割深度可视具体情况而定。
进一步的，所述膨胀水泥浆4在钢管内部自下而上浇筑至一定高度，再浇筑10-20cm的素水泥浆5。其中，一定含量膨胀剂的水泥浆，要求在其横向膨胀力作用下，足以将钢管端部及开孔的钢片支撑开，以充分发挥膨胀效果；原则上讲，所使用的膨胀剂含量在一定范围内，含量越高，其膨胀效果越好；在此处不做过多详细要求，实际施工工程中可进行试验，确定最优膨胀剂含量。
进一步的，在地下存在管涌及在浸水条件下，开孔钢管1表面涂一层润滑油或防腐漆。以及在钢管底部和侧壁开孔处套上塑料薄膜，可防止注浆时浆体漏浆以及水对浆体的稀释作用，以免影响膨胀水泥浆的膨胀效果。
进一步的，交叉型为孔洞分布呈交叉状，开孔大小为3-5cm；所述行列型为根据管孔径等距离分为多列，每列上孔洞按一定距离同等孔距分布，开孔大小为3-5cm。开孔孔径不宜开取过大，距离不能过近，防止开孔处产生过大的应力集中从而损坏钢管。
进一步的，所述开孔钢管1的开孔2采用侧壁向上切割或侧壁向下切割的开孔方式。
实施例2：
任意一种利用膨胀水泥在开孔钢管中扩头来提高锚杆抗拔力的锚固结构的施工方法，包括以下步骤：
Step1：清理场地或坡面，清理场地或坡面上周围碎石及杂物；
Step2：确定钻孔直径及深度，钻孔直径应稍大于钢管直径，以便于钢管的安放；
Step3：根据现场实际情况采用相应开孔形状和开孔方式的开孔钢管1，并在开孔钢管1的末端设置端部扩头3；
Step4：采用机械回转钻孔至锚杆所需的支护深度，清理钻孔，将开好孔的开孔钢管放入打好的孔洞中，保证每根钢管处于孔洞正中位置；
Step5：从开口钢管端部自下而上先浇筑含有一定含量的膨胀水泥浆4，利用其横向膨胀效果将钢管端部及侧壁开孔处周围土层支撑开，以充分发挥其膨胀性；
Step6：膨胀水泥浆体浇筑至一定高度后，在其上部再浇筑一定高度的素水泥浆5封口，防止水泥浆体溢出以及锚杆从孔内滑出；
Step7：实时监测，定期养护，至水泥浆硬化凝结达到稳定，28d后进行锚杆拉拔力试验，测量锚杆的抗拔力及锚固效果。
实施例3：
一种利用膨胀水泥在开孔钢管中扩头来提高锚杆抗拔力的锚固结构的施工方法，包括以下步骤：
清理场地或坡面：清理场地或坡面上周围碎石及杂物；
确定钻孔直径及深度，钻孔直径应稍大于钢管直径，以便于钢管的安放；
根据现场实际情况采用钢管侧壁开圆形孔的方式，钢管铣槽处理后，在钢管外管壁依次开取一定数量同孔距的圆孔；
采用机械回转钻孔至锚杆所需的支护深度，清理钻孔，将开好孔的钢管放入打好的孔洞中，保证每根钢管处于孔洞正中位置；
从钢管端部自下而上先浇筑含有一定含量的膨胀水泥浆4，利用其横向膨胀效果将钢管端部及侧壁开孔处周围土层支撑开，以充分发挥其膨胀性；
膨胀水泥浆体浇筑至一定高度后，在其上部再浇筑一定高度的素水泥浆5封口，防止水泥浆体溢出以及锚杆从孔内滑出；
实时监测，定期养护，至水泥浆硬化凝结达到稳定，28d后进行锚杆拉拔力试验，测量锚杆的抗拔力及锚固效果。
实施例4：
一种利用膨胀水泥在开孔钢管中扩头来提高锚杆抗拔力的锚固结构的施工方法，包括以下步骤：
清理场地或坡面上周围碎石及杂物；
确定钻孔直径及深度，钻孔直径应稍大于钢管直径，以便于钢管的安放；
根据现场实际情况采用钢管侧壁三面切割方向向上，进行钢管侧壁以及端部的切割；
采用机械回转钻孔至锚杆所需的支护深度，清理钻孔，将开好孔的钢管放入打好的孔洞中，保证每根钢管处于孔洞正中位置；
从钢管端部自下而上先浇筑含有一定含量的膨胀水泥浆4，注浆后利用膨胀剂水泥浆的横向膨胀力，使钢管侧壁被切割部分撑开形成漏斗状，以增大剪切角，使得开孔处锚杆上覆土压力增大，并且形成二次扩头，大幅提高锚杆抗拔力；
膨胀水泥浆体浇筑至一定高度后，在其上部再浇筑一定高度的素水泥浆5封口，防止水泥浆体溢出以及锚杆从孔内滑出；
实时监测，定期养护，至水泥浆硬化凝结达到稳定，28d后进行锚杆拉拔力试验，测量锚杆的抗拔力及锚固效果。
实施例5：
当所需支护施工场地含有地下水或施工时正直雨季，使用本发明所述的支护技术可采取以下的施工方案：
当施工场地含有丰富的地下水时，首先查明所处场地的地下水位情况，采用井点降水的方法降低地下水位；
清理场地或坡面上周围碎石及杂物；
确定钻孔直径及深度，钻孔直径应稍大于钢管直径，以便于钢管的安放；
根据现场实际情况选用合适的钢管侧壁开孔方式，以及进行钢管端部的切割；
采用机械回转钻孔至锚杆所需的支护深度，清理钻孔；
在钢管表面涂一层润滑油或防腐漆，以及在钢管底部和侧壁开孔处套上塑料薄膜，防止注浆时浆体漏浆以及水对浆体的稀释作用，以免影响膨胀水泥浆的膨胀效果，放入打好的孔洞中，保证每根钢管处于孔洞正中位置；
从钢管端部自下而上先浇筑含有一定含量的膨胀水泥浆4，注浆后利用膨胀剂水泥浆的横向膨胀力，使钢管侧壁被切割部分撑开形成漏斗状，以增大剪切角，使得开孔处锚杆上覆土压力增大，并且形成二次扩头，大幅提高锚杆抗拔力；
膨胀水泥浆体浇筑至一定高度后，在其上部再浇筑一定高度的素水泥浆5封口，防止水泥浆体溢出以及锚杆从孔内滑出；
实时监测，定期养护，至水泥浆硬化凝结达到稳定，28d后进行锚杆拉拔力试验，测量锚杆的抗拔力及锚固效果。
上述实施例用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明做出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种利用膨胀水泥在开孔钢管中扩头来提高锚杆抗拔力的锚固结构，其特征在于：它包括开孔钢管（1），所述开孔钢管（1）的不同高度位置加工有不同形状的开孔（2），在开孔钢管（1）的末端加工有端部扩头（3），在开孔钢管（1）的内部填充有膨胀水泥浆（4），在膨胀水泥浆（4）的顶部采用素水泥浆（5）进行封口。
2.根据权利要求1所述的一种利用膨胀水泥在开孔钢管中扩头来提高锚杆抗拔力的锚固结构，其特征在于：所述开孔（2）设置在开孔钢管（1）不同高度的管壁上，所述开孔（2）的形状为圆形、方形或者多边形；开孔（2）位置沿着钢管侧壁等间距交错分布。
3.根据权利要求1或2所述的一种利用膨胀水泥在开孔钢管中扩头来提高锚杆抗拔力的锚固结构，其特征在于：所述开孔（2）的开孔方式有交叉型、行列型或螺旋形。
4.根据权利要求1所述的一种利用膨胀水泥在开孔钢管中扩头来提高锚杆抗拔力的锚固结构，其特征在于：所述端部扩头（3）是在开孔钢管（1）的端部沿圆周隔一定的间距将其切割成相同的条状并撑开而形成。
5.根据权利要求1所述的一种利用膨胀水泥在开孔钢管中扩头来提高锚杆抗拔力的锚固结构，其特征在于：所述膨胀水泥浆（4）在钢管内部自下而上浇筑至一定高度，再浇筑10-20cm的素水泥浆（5）。
6.根据权利要求1所述的一种利用膨胀水泥在开孔钢管中扩头来提高锚杆抗拔力的锚固结构，其特征在于：在地下存在管涌及在浸水条件下，开孔钢管（1）表面涂一层润滑油或防腐漆。
7.根据权利要求3所述的一种利用膨胀水泥在开孔钢管中扩头来提高锚杆抗拔力的锚固结构，其特征在于：交叉型为孔洞分布呈交叉状，开孔大小为3-5cm；所述行列型为根据管孔径等距离分为多列，每列上孔洞按一定距离同等孔距分布，开孔大小为3-5cm。
8.根据权利要求3所述的一种利用膨胀水泥在开孔钢管中扩头来提高锚杆抗拔力的锚固结构，其特征在于：所述开孔钢管（1）的开孔（2）采用侧壁向上切割或侧壁向下切割的开孔方式。
9.权利要求1-8任意一种利用膨胀水泥在开孔钢管中扩头来提高锚杆抗拔力的锚固结构的施工方法，其特征在于包括以下步骤：
Step1：清理场地或坡面，清理场地或坡面上周围碎石及杂物；
Step2：确定钻孔直径及深度，钻孔直径应稍大于钢管直径，以便于钢管的安放；
Step3：根据现场实际情况采用相应开孔形状和开孔方式的开孔钢管（1），并在开孔钢管（1）的末端设置端部扩头（3）；
Step4：采用机械回转钻孔至锚杆所需的支护深度，清理钻孔，将开好孔的开孔钢管放入打好的孔洞中，保证每根钢管处于孔洞正中位置；
Step5：从开口钢管端部自下而上先浇筑含有一定含量的膨胀水泥浆（4），利用其横向膨胀效果将钢管端部及侧壁开孔处周围土层支撑开，以充分发挥其膨胀性；
Step6：膨胀水泥浆体浇筑至一定高度后，在其上部再浇筑一定高度的素水泥浆（5）封口，防止水泥浆体溢出以及锚杆从孔内滑出；
Step7：实时监测，定期养护，至水泥浆硬化凝结达到稳定，28d后进行锚杆拉拔力试验，测量锚杆的抗拔力及锚固效果。
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