CN108104121B - 用于提高压力型锚索水泥灌浆体抗压强度的结构及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明针对现有技术的不足提供一种用于提高压力型锚索水泥灌浆体抗压强度的结构及方法。所述方法针对压力型锚索的水泥注浆体，在承压板以上1‑3m范围内的水泥注浆体内增加一个螺旋加强架，其螺旋加强架的螺距为20‑60mm，且螺旋加强架是由多根纵筋和缠绕在多根纵筋外的螺旋筋组成，螺旋加强架的底部固定在承压板上，在一次注浆管和二次注浆管向锚索孔内进行注浆形成注浆体后，其注浆体将螺旋加强架完全包裹。本发明中的锚索结构可以将水泥注浆体的抗压强度至少提高一个水泥标号，从而达到保证承压板以上1～3m范围内灌浆体满足设计要求、不被压碎、提高灌浆体可靠性和降低设计水泥标号降低工程造价的目的。
Description
技术领域
本发明涉及基坑支护锚索领域，具体涉及一种用于提高压力型锚索水泥灌浆体抗压强度的结构及方法。
技术背景
从1890年钢筋加固岩层第一次出现在北威尔士的煤矿加固工程开始，岩土锚固技术就在全球范围内得到了快速的发展，现已广泛的应用于矿山、水电、建筑、铁路隧道交通等工程领域。工程中常用的预应力锚索由于能主动对土体提供较大的支护抗力，从而有效地提高土体的抗剪强度，使锚固区域的土体形成压应力区，抑制土体位移，达到维护锚固区整体稳定的作用。
锚索结构作为岩土锚固技术的核心组成部分，从锚索受力后固定段灌浆体的受力方式，可以分为拉力型锚索和压力型锚索两种。拉力型锚索荷载是通过其固定段杆体与灌浆体接触界面上的剪应力由顶端向底端传递来工作的，这样的受力原理，会使锚索工作时，锚固段的灌浆体容易出现张拉裂缝，进而导致锚索的防腐性能较差，并且由于灌浆体与岩土体的弹性特征很难协调一致，因此不能将荷载均匀传递到锚固长度上，在自由段与锚固体连接处会出现严重的应力集中现象，影响锚索结构的使用寿命。
压力型锚索较晚出现，因为压力型锚索使用的无粘结钢绞线或带套管钢筋与灌浆体隔开，在锚索工作时，荷载会直接传递到底部特制的承载体，再通过承载体由灌浆体底部向顶部传递，锚索工作时，固定段的灌浆体受压，不易开裂，防腐性能好。由于组成这类锚索的单元锚索锚固长度较短，所承受的荷载也小，锚固长度上的轴力和粘结应力较均匀，不会产生逐步粘脱现象，从而能最大限度的调用地层强度。压力型锚索适用于永久性锚固工程。另外，使用经过特殊加工的张拉材料、注浆材料和承载体，压力型锚索又可以回收处理，避免为后续工程建设留下隐患。目前，可回收锚索已经被广泛的应用，同时也取得了良好的经济效益和社会效益。
但是，由于压力型锚索的理论不完善，并且压力型锚索要求锚索底部承压结构具有较大的强度、较小的变形和特制的形状；要求注浆材料具有较好的流动性、较小的体积收缩率和凝固后较高的抗压强度，所以压力型锚索的推广应用受到了限制。
发明内容
本发明针对现有技术的不足提供一种用于提高压力型锚索水泥注浆体抗压强度的结构及方法，该方法针对压力型锚索的注浆体，在水泥降低一个标号级别的前提下，采用特制的螺旋筋结构，将注浆体的抗压强度至少提高一个水泥标号，从而达到保证承压板以上1～3m范围内注浆体满足设计要求、不被压碎、提高可靠性和降低水泥标号降低工程造价的目的。
本发明提供的技术方案：所述一种用于提高压力型锚索水泥灌浆体抗压强度的结构，包括位于锚索孔内的锚索主体和位于锚索孔外的锚具，所述锚索主体包括多根锚索钢绞线和注浆体，在锚索锚固段底部设置有承压板，其特征在于：所述锚索钢绞线其中一端穿过承压板并通过夹片锁紧，在多根锚索钢绞线中间放置二次注浆管，在锚索钢绞线外围放置一次注浆管；所述锚索钢绞线、一次注浆管和二次注浆管均通过锚具固定，在锚索主体每隔2～3m的位置设置有对中支架；在承压板上方1～3m范围内的锚索主体内设有螺旋加强架，所述螺旋加强架是由多根纵筋和缠绕在多根纵筋外的螺旋筋组成，螺旋加强架的底部固定在承压板上，在一次注浆管和二次注浆管向锚索孔内进行注浆形成注浆体后，其注浆体将螺旋加强架完全包裹。
本发明较优的技术方案：所述螺旋加强架还包括多根环形的加强筋，所述多根环形加强筋等距分布在螺旋加强架的多根纵筋内，并与多根纵筋焊接，且相邻两根环形加强筋之间的间距不大于500mm，每根环形加强筋的环形直径小于螺旋筋的螺旋直径。
本发明较优的技术方案：所述夹片为平行剖面呈楔形、垂直剖面呈弧形的二片式直开缝斜向细齿夹片；所述锚具和对中支架上均对应开设有注浆管穿孔和钢绞线穿孔。
本发明较优的技术方案：所述螺旋加强架螺旋直径比承压板的直径小5-10mm，螺旋加强架通过多个纵筋的端部与承压板点焊固定；所述注浆体的直径不小于承压板的直径；所述锚索钢绞线和两根注浆管均从螺旋加强架中间区域的位置穿过。
本发明较优的技术方案：所述螺旋筋使用直径6-8mm的光圆钢筋制作而成，其螺旋筋的螺距为20-60mm；纵筋使用直径10mm-14mm的钢筋制成，长度1m-3m，穿到螺旋筋内部，均匀布置后使用扎丝绑扎牢固，且纵筋的顶部和底部均高出螺旋筋；所述加强筋使用直径10mm的光圆钢筋制成，单个加强筋端头使用单面焊接，搭接长度不小于100mm；所述加强筋与纵筋之间焊接连接，螺旋筋的端部与纵筋焊接连接，纵筋底部与承压板采用焊接连接，其余部位均采用绑扎连接。
本发明提供一种用于提高压力型锚索水泥灌浆体抗压强度的方法，其特征在于具体步骤如下：
(1)制备螺旋加强架，加强架包括螺旋筋、多根纵筋和多根圆形加强筋，圆形加强筋焊接在纵筋内层形成圆柱形钢筋架，螺旋筋呈螺旋状缠绕在圆柱形钢筋架的外；其中所述螺旋筋采用直径为6-8mm的光圆钢筋制成，纵筋采用直径10mm～14mm的钢筋制成，圆形加强筋采用直径大于10mm的光圆钢筋制成，首先根据锚索承压板确定螺旋加强架的螺旋直径，其螺旋直径比承压板的直径小5-10mm，然后根据设计图纸确定好圆形加强筋的直径，其具体的制备过程如下：
a.首先采用直径大于10mm的光圆钢筋在电动机的钢筋模子上按照设计图纸的要求做成多个圆形加强筋；
b.取直径为10mm-14mm的钢筋切割多根长度1m-3m作为纵筋，将步骤a中多个圆形加强筋并排放置，且相邻圆形加强筋的间距不大于500mm，并将多根纵筋纵向焊接在多个圆形加强筋外，形成圆柱形钢筋骨架；
c.将直径为6-8mm的光圆钢筋引到步骤b中制备好的钢筋骨架外侧，然后以20-60mm的间距缩紧光圆钢筋，使用扎丝将光圆钢筋与纵筋进行绑扎，绑扎到钢筋骨架底部十倍螺旋筋直径范围内，将螺距变为零加密螺旋筋，使得螺旋筋完全包裹纵筋。完成螺旋加强架的制备过程；
(2)将步骤(1)中制备的螺旋加强架的底端与承压板贴紧，并将中心对齐，使用电焊机将螺旋加强架与承压板焊接在一起；
(3)按设计要求制作多根锚索钢绞线，分别穿过螺旋加强架和承压板上的预留孔洞，并使用楔形钢夹片将钢绞线与承压板机械锚固，然后安装锚索的两根注浆管，其中一次注浆管置于多根锚索钢绞线的外围，二次注浆管置于多根锚索钢绞线的中央位置，并安装好对中支架和钢绞线密封套皮；
(4)在一次注浆管和二次注浆管底部2000mm范围内，钻设多个注浆孔；并将二次注浆管的底部弯折，使用防水胶带缠绕密封，将二次注浆管设有注浆孔的部位也通过防水胶带缠绕将注浆孔密封遮挡，完成锚索体的制备；
(5)将步骤(4)中制备完成的含有螺旋加强架的锚索体置入锚索钻孔中，采用常规的锚索注浆法灌入水泥浆液，其注浆次数不少于两次，第一次注浆使用一次注浆管，压力不小于0.5MPa；第二次注浆使用二次注浆管，压力不小于2MPa，根据现场需要选择后续是否注浆，要求最终能够形成将螺旋加强架完全包覆的锚索注浆体。
本发明进一步的技术方案：在进行注浆完成之后，通过以下Mander模型计算方法来计算出通过螺旋加强架约束后的水泥浆体抗压强度fcc(MPa)，并计算出所述螺旋加强架约束后的水泥浆体的抗压强度提高倍数其中所述通过螺旋加强架约束后的水泥浆体抗压强度fcc(MPa)的计算公式如下：
其中符号说明如下：
Ash——螺旋加强架纵筋的截面积；
Asp——螺旋加强架螺旋筋截面积；
s——螺旋筋螺距(中心距)；
s′——螺旋筋螺距(净距)，s′＝s-d；
d——螺旋筋直径；
fyh——螺旋筋屈服强度；
D——水泥浆体直径；
as——保护层厚度；
fc——水泥浆体抗压强度；
ds——螺旋直径，ds＝D-2as-d；
fl——圆形截面径向约束应力(MPa)；
ρs——圆形截面体积配箍率；
ke——圆形截面有效约束系数；
Ae——圆形截面有效水泥浆体核心面积；
Acc——螺旋箍筋内部核心区水泥浆体面积；
ρcc——螺旋箍筋内部约束区纵筋的配筋率。
上述公式中，所述螺旋加强架纵筋的截面积Ash、螺旋加强架的螺旋筋截面积Asp、螺旋筋螺距(中心距)s、螺旋筋直径d、螺旋筋屈服强度fyh、水泥浆体直径D、保护层厚度as、水泥浆体抗压强度fc为已知数据。
本发明较优的技术方案：在步骤(1)制备螺旋加强架时，所述纵筋与加强筋的焊接是在简易钢马凳上完成，所述简易钢马凳的制备过程如下：首先采用直径14～20mm的钢筋切割成12根长度为300mm的钢棒，然后制备3根长度为500mm的钢棒，最后制备3根长度为80mm的钢棒，分别将2根300mm长和一根80mm长的钢棒焊接成“A”字母形状，用长度500mm的钢棒连接两个“A”字母形状的顶端，使用焊接连接，做成3个290mm高的简易钢马凳，平行摆放。
本发明较优的技术方案：所述步骤(1)中的加强筋是采用四根直径为10mm、长度为470mm的光圆钢筋制成的直径为117mm的圆形加强筋，等距分布，且间距为500mm；所述纵筋是由三根长度为2000mm、直径为10mm的钢筋，三根纵筋等距分布在圆形加强筋外圆；所述螺旋筋采用直径为6.5mm或8mm的光圆钢筋制成，其螺距为30mm。
本发明较优的技术方案：所述步骤(2)中螺旋加强架通过多个纵筋的端部架与承压板的点焊固定，在焊接过程中保证承压板与螺旋加强架呈垂直状，并在焊接结束后检查其牢固性；所述步骤(3)中锚索钢筋线设有三根，每隔2000mm的距离放置一个对中支架，并将三根锚索钢绞线和两根注浆管绑扎在一起；所述步骤(4)中，每根注浆管底部的注浆孔间隔为200mm，二次注浆管底部密封的防水胶带缠绕8-12圈，二次注浆管下部注浆孔部位的密封防水胶带至少缠绕5圈；所述步骤(5)中所使用的水泥标号不低于PO42.5，水泥注浆体直径不小于承压板直径。
本发明中，在焊接加强架与承压板时，先将特制螺旋箍筋平整放置在马凳上，一个工人将承压板竖直贴紧特制螺旋箍筋底端，另外一名工人进行焊接工作，焊接过程中需要保证承压板与特制螺旋箍筋的垂直，且焊接结束后需要检查的牢固性，保证承压板不轻易脱落和旋转。在承压板上安装钢绞线时，钢绞线穿过承压板预留孔洞后，在孔洞的间隙分别填入平行剖面呈楔形、垂直剖面呈弧形的二片式直开缝斜向细齿夹片，然后使用小锤子将夹片敲入锚索与孔洞间的间隙中，不应太过用力敲击致使夹片损伤出现裂缝，以人工用力扭动钢绞线而夹片不轻易掉落为准，从而将钢绞线机械式的锁在承压板上。
本发明针对压力型锚索的灌浆体，采用一种特制螺旋加强架进行加强处理，纵筋及加强筋都作为支撑结构，用来支撑螺旋筋保证不发生弯曲变形，不是核心的受力部分，而螺旋筋是核心受力部分，用于对水泥灌浆体产生侧向约束作用，使水泥灌浆体处于三向应力状态，从而大幅提高水泥注浆体的抗压强度。在具体施工中，本发明中加强方法可以使用比设计要求小一个标号的水泥进行注浆，但能够将水泥的抗压强度提高至少一个标号，所以在施工中，可以降低所使用的水泥标号，节省工程造价。
本发明利用特制螺旋加强架约束水泥浆体的原理，能够有效解决压力型锚索承压板附近注浆体容易被压碎的现象，同时可以显著提高压力型锚索承压板以上1～3m范围内灌浆体的抗压强度提高可靠性，在满足设计要求的前提下，降低了使用的水泥标号，节省了工程造价。并且，本发明中特制的螺旋加强架极易取材、用钢量小、成本低廉、现场制作方便快捷，从而节省了工程造价，而且作用效果明显，极具推广应用价值。
附图说明
图1是本发明中锚索结构示意图；
图2是本发明中锚索对中支架的截面图；
图3是本发明实施例中螺旋加强架的现场加工示意图；
图4是本发明实施例的螺旋加强架的结构示意图；
图5是本发明实施例中的简易钢马凳的结构示意图；
图6是本发明中二片式直开缝斜向细齿夹片的结构示意图；
图7是本发明中特制螺旋箍筋对灌浆体抗压强度提高值的B-B截面计算简图；
图8是本发明中特制螺旋箍筋对灌浆体抗压强度提高值的A-A截面计算简图；
图9是本发明实施例水泥灌浆体抗压强度提高倍数与螺旋筋螺距的关系图；
图中，1—锚具，2—注浆体，3—螺旋加强架，3-1—螺旋筋，3-2—纵筋，3-3—加强筋，4—对中支架，5—承压板，6—夹片，7—二次注浆管，8—锚索钢绞线，9—一次注浆管，10—螺旋筋螺距(净距)的四分之一，11—核心有效约束区，12—水泥浆保护层，13—核心无效约束区，19—螺旋筋螺距(中心距)，20—螺旋筋螺距(净距)，14—核心有效约束区直径。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。如图1所示的一种用于提高压力型锚索水泥灌浆体抗压强度的结构，包括位于锚索孔内的锚索主体和位于锚索孔外的锚具1，所述锚索主体包括多根锚索钢绞线8和注浆体2，在锚索锚固段底部设置有承压板5，其特征在于：所述锚索钢绞线8其中一端穿过承压板5并通过夹片6锁紧，所述夹片6为平行剖面呈楔形、垂直剖面呈弧形的二片式直开缝斜向细齿夹片，其单片夹片如图6所示；所述锚具1和对中支架4上均对应开设有注浆管穿孔4-1和钢绞线穿孔4-2。在多根锚索钢绞线8中间放置二次注浆管7，在锚索钢绞线8外围放置一次注浆管9；所述锚索钢绞线8、一次注浆管9和二次注浆管7均通过锚具1固定，在锚索主体每隔2～3m的位置设置有对中支架4，所述对中支架4的截面图如图2所示。
如图1所示，在承压板5上方1～3m范围内的锚索主体内设有螺旋加强架3，如图4所示，所述螺旋加强架是由多根纵筋3-2、缠绕在多根纵筋3-2外的螺旋筋3-1和置于多根纵筋3-2内的环形加强筋3-3组成，所述螺旋筋3-1使用直径6-8mm的光圆钢筋制作而成，最佳采用6.5mm或8mm的光圆钢筋，其螺旋筋的螺距为20-60mm；纵筋3-2使用直径10mm-14mm的钢筋制成，长度1m-3m，穿到螺旋筋内部，均匀布置后使用扎丝绑扎牢固，且纵筋3-2的顶部和底部均高出螺旋筋3-1；所述加强筋3-3使用直径10mm的光圆钢筋制成，单个加强筋端头使用单面焊接，搭接长度不小于100mm；所述加强筋3-3与纵筋3-2之间焊接连接，螺旋筋3-1的端部与纵筋3-2焊接连接，纵筋3-2底部与承压板5采用焊接连接，其余部位均采用绑扎连接。
如图1所示，所述螺旋加强架3的螺旋直径比承压板5的直径小5-10mm；螺旋加强架3的底部通过多个纵筋3-2的端部与承压板5点焊固定；所述多根环形加强筋3-3等距分布在螺旋加强架3的多根纵筋3-2内，并与多根纵筋3-2焊接，且相邻两根环形加强筋3-3之间的间距不大于500mm，每根环形加强筋3-3的环形直径小于螺旋筋3-1的螺旋直径。在一次注浆管9和二次注浆管7向锚索孔内进行注浆形成的注浆体2后，其注浆体2将螺旋加强架3完全包裹，所述注浆体2的直径不小于承压板5的直径；所述锚索钢绞线8和两根注浆管均从螺旋加强架3中间区域的位置穿过。
实施例：本发明针对某一工程基坑加固进行了具体实施，其工程概况：场地位于昆明市官渡区，拟建项目规划总用地面积52020.60m2，基坑垂直开挖线周长约849m，设有一层地下室区段与两层地下室区段，基坑开挖深度3.6～7.7m。采用的支护方案为：(1)放坡+长螺旋钻孔灌注桩+可回收预应力锚索方案；(2)放坡+注浆花管方案。
基坑东侧采用支护方案(1)，根据地质勘查报告，基坑的深度为7.7m，杂填土深厚，锚索会穿过杂填土、泥炭质土、黏土、粉土等土层，并且在建筑主楼外二十米左右规划有后期修筑的道路，对锚索的使用有限制，因此本工程中使用压力型可回收锚索，并使用本发明所提特制螺旋箍筋结构，提高水泥灌浆体抗压强度。
发明人根据设计要求使用的水泥灌浆体抗压强度及灌浆体直径，采用Mander模型进行计算分析，得到使用的特制螺旋箍筋的螺旋筋直径、螺旋直径、螺距参数，并得到相应的水泥灌浆体抗压强度提高倍数，
(1)按照设计要求制备螺旋加强架，本实施例中，水泥灌浆体直径为200mm，螺旋筋直径为6.5mm，钢筋保护层厚度为20mm，螺旋直径为160mm，螺旋筋的螺距为30mm，纵筋及加强筋直径都为10mm；其具体的制备过程如下：
a.制作简易钢马凳：用直径14mm的钢筋切割成12根长度为300mm的钢棒，然后制备3根长度为500mm的钢棒，最后制备3根长度为80mm的钢棒，分别将2根300mm长和一根80mm长的钢棒焊接成“A”字母形状，用长度500mm的钢棒连接两个“A”字母形状的顶端，使用焊接连接，做成3个290mm高的简易钢马凳，每个简易钢马凳的结构如5所示；
b.如图3所示，将三个简易钢马凳平行摆放，在其上部制作螺旋加强架；首先用切割机切割长度为470mm直径为10mm的钢筋4根，在电动机的钢筋模子上做成直径117mm的加强筋备用；用切割机切割长度为2000mm直径为10mm的钢筋3根，纵向放置，2根摆在3个马凳的顶部，1根摆在3个马凳的正下方，然后以500mm的间距将3根纵筋均匀的焊接到4根加强筋外侧，形成钢筋骨架；
c.将直径为6.5mm的光圆钢筋引到步骤b中制备好的钢筋骨架外侧，然后以30mm的间距缩紧光圆钢筋，使用扎丝将光圆钢筋与纵筋进行绑扎，绑扎到钢筋骨架底部十倍螺旋筋直径范围内，将螺距变为零加密螺旋筋，使得螺旋筋完全包裹纵筋。完成螺旋加强架的制备过程；
(2)将步骤(1)中制备的螺旋加强架的底端与承压板贴紧，并将中心对齐，使用电焊机将螺旋加强架与承压板焊接在一起；主要焊接部位为三根纵筋，焊接要求快速点焊固定即可，使得对承压板的损伤程度降到最小；
(3)按设计要求制作三根钢绞线，分别穿过螺旋加强架和承压板的预留孔洞，使用楔形钢夹片将钢绞线与承压板机械锚固，然后安装锚索的两根注浆管，其中一次注浆管置于多根锚索钢绞线的外围，二次注浆管置于多根锚索钢绞线的中央位置，并安装好对中支架和钢绞线密封套皮；每隔2000mm的距离放置对中支架，然后将三根钢绞线和注浆管绑扎在一起，避免下放锚索孔后松散不利于后期张拉锚固；
(4)在一次注浆管和二次注浆管底部2000mm范围内，钻设多个注浆孔；并将二次注浆管的底部弯折，使用防水胶带缠绕10圈左右，将二次注浆管设有注浆孔的部位也通过防水胶带缠绕5圈将注浆孔密封遮挡，完成锚索体的制备；
(5)将步骤(4)中制备完成的含有螺旋加强架的锚索体置入锚索钻孔中，采用常规的锚索注浆法灌入水泥浆液，其注浆次数不少于两次，第一次注浆使用一次注浆管，压力不小于0.5MPa；第二次注浆使用二次注浆管，压力不小于2MPa，根据现场需要选择后续是否注浆，要求最终能够形成将螺旋加强架完全包覆的锚索注浆体。
发明人通过以下Mander模型计算方法来计算出通过螺旋加强架约束后的水泥浆体抗压强度fcc(MPa)，并计算出所述螺旋加强架约束后的水泥浆体的抗压强度提高倍数其计算简图如图7和图8所示，具体的计算过程如下：
本实施例中：灌浆体直径D＝200mm；保护层厚度as＝20mm；水泥灌浆体抗压强度fc＝42.5MPa；螺旋筋直径d＝6.5mm；螺旋筋抗拉屈服强度fyh＝270MPa；螺旋筋螺距(中心距)s＝30mm；约束区纵筋配筋率ρcc＝0.012。
螺旋筋螺距(净距)：s′＝s-d＝23.5mm；
螺旋直径：ds＝D-2as-d＝153.5mm；
螺旋筋截面积：
核心区有效水泥灌浆体截面积：
核心区水泥灌浆体截面积：
体积配箍率：
有效约束系数：
约束水泥灌浆体侧向压应力：
实施例中通过螺旋加强架约束后的水泥浆体抗压强度：
水泥灌浆体抗压强度提高倍数：
通过计算可以得到本发明实施例中通过螺旋加强架约束后的水泥浆体抗压强度fcc(MPa)62.05MPa，相比其水泥灌浆体本身的抗压强度42.5MPa，提高了1.46倍，提高了近两个抗压强度等级，充分说明了本发明所螺旋加强架的有效性。
发明人还针对该基坑支护施工范围内，1296根可回收锚索使用本发明所提特制螺旋箍筋前后的价格进行计算。采用本发明所提特制螺旋箍筋后，增加的钢筋用量为4606.06kg，按照目前的钢材市场价格5000元/吨，共需要增加23000元费用。按照设计要求每米锚索注浆水泥用量不少于130kg，1296根28.5m锚索的水泥用量为4801.68吨，按照市场的水泥价差，标号P.O52.5的水泥比标号P.O42.5水泥每吨单价高80元，水泥降低标号节省的费用为384134.4元。则本实施例采用本发明所提特制螺旋箍筋后，节省的费用为361134.4元。本发明所提特制螺旋箍筋提高水泥灌浆体抗压强度方案的经济优势非常明显，且节省工期、施工方便。
本发明中具体采用的螺距为30mm的螺旋筋，其主要原因在于该螺距的螺旋筋制作易于实现，另一方面在后期注浆不会影响其注浆效果；针对螺距的选择，发明人也结合实施例中的数据采用Mander模型计算方法对不同螺距的螺旋加强架抗压强度的提高倍数进行计算，其计算结果如表1所示：
表1 是不同螺旋筋螺距取值及其对应的水泥灌浆体抗压强度提高倍数计算表
根据上述计算数据可以得到螺旋加强架螺旋筋的螺距与混凝土抗压强度提高倍数呈反比，其两者关系图如图9所示，抗压强度提高倍数随着螺距的减小进行增加，但是实际施工中螺距越小，其施工实现就越难，当螺距为30mm时，其提高倍数已经达到了1.5左右，效果已经非常明显，而且这个螺距的螺旋筋制作也相对容易，并且不会影响后期的注浆，所以螺距的最佳选择为30mm。
通过上述描述，可以看出本发明中提供的用于提高压力型锚索水泥灌浆体抗压强度的结构及方法，可以针对压力型锚索的灌浆体，在水泥降低一个标号级别的前提下，将灌浆体的抗压强度至少提高一个水泥标号，从而达到保证承压板以上1～3m范围内灌浆体满足设计要求、不被压碎、提高灌浆体可靠性和降低设计水泥标号降低工程造价的目的。
Claims (7)
1.一种用于提高压力型锚索水泥灌浆体抗压强度的结构，包括位于锚索孔内的锚索主体和位于锚索孔外的锚具（1），所述锚索主体包括多根锚索钢绞线（8）和注浆体（2），在锚索锚固段底部设置有承压板（5），其特征在于：所述锚索钢绞线（8）其中一端穿过承压板（5）并通过夹片（6）锁紧，在多根锚索钢绞线（8）中间放置二次注浆管（7），在锚索钢绞线（8）外围放置一次注浆管（9）；所述锚索钢绞线（8）、一次注浆管（9）和二次注浆管（7）均通过锚具（1）固定，在锚索主体每隔2～3m的位置设置有对中支架（4）；在承压板（5）上方1～3ｍ范围内的锚索主体内设有螺旋加强架（3），所述螺旋加强架包括多根纵筋（3-2）、缠绕在多根纵筋（3-2）外的螺旋筋（3-1）和等距分布在螺旋加强架（3）的多根纵筋（3-2）内多根环形的加强筋（3-3），所述多根环形加强筋（3-3）均与多根纵筋（3-2）焊接，且相邻两根环形加强筋（3-3）之间的间距不大于500mm，每根环形加强筋（3-3）的环形直径小于螺旋筋（3-1）的螺旋直径；所述螺旋加强架（3）的底部固定在承压板（5）上，在一次注浆管（9）和二次注浆管（7）向锚索孔内进行注浆形成注浆体（2）后，其注浆体（2）将螺旋加强架（3）完全包裹；所述夹片（6）为平行剖面呈楔形、垂直剖面呈弧形的二片式直开缝斜向细齿夹片；所述锚具（1）和对中支架（4）上均对应开设有注浆管穿孔（4-1）和钢绞线穿孔（4-2）。
2.根据权利要求1所述的一种用于提高压力型锚索水泥灌浆体抗压强度的结构，其特征在于：所述螺旋加强架（3）的螺旋直径比承压板（5）的直径小5-10mm，螺旋加强架（3）通过多个纵筋（3-2）的端部与承压板（5）点焊固定；所述注浆体（2）的直径不小于承压板（5）的直径；所述锚索钢绞线（8）和两根注浆管均从螺旋加强架（3）中间区域的位置穿过。
3.根据权利要求1所述的一种用于提高压力型锚索水泥灌浆体抗压强度的结构，其特征在于：所述螺旋筋（3-1）使用直径6-8mm的光圆钢筋制作而成，其螺旋筋的螺距为20-60mm；纵筋（3-2）使用直径10mm-14mm 的钢筋制成，长度1m-3m，穿到螺旋筋内部，均匀布置后使用扎丝绑扎牢固，且纵筋（3-2）的顶部和底部均高出螺旋筋（3-1）；所述加强筋（3-3）使用直径10mm的光圆钢筋制成，单个加强筋端头使用单面焊接，搭接长度不小于100mm；所述加强筋（3-3）与纵筋（3-2）之间焊接连接，螺旋筋（3-1）的端部与纵筋（3-2）焊接连接，纵筋（3-2）的底部与承压板（5）采用焊接连接，其余部位均采用绑扎连接。
4.一种用于提高压力型锚索水泥灌浆体抗压强度的方法，其特征在于具体步骤如下：
（1）制备螺旋加强架，加强架包括螺旋筋、多根纵筋和多根圆形加强筋，圆形加强筋焊接在纵筋内层形成圆柱形钢筋架，螺旋筋呈螺旋状缠绕在圆柱形钢筋架的外；其中所述螺旋筋采用直径为6-8mm的光圆钢筋制成，纵筋采用直径10mm~14mm的钢筋制成，圆形加强筋采用直径大于10mm的光圆钢筋制成，首先根据锚索承压板确定螺旋加强架的螺旋直径，其螺旋直径比承压板的直径小5-10mm，然后根据设计图纸确定好圆形加强筋的直径，其具体的制备过程如下：
a.首先采用直径大于10mm的光圆钢筋在电动机的钢筋模子上按照设计图纸的要求做成多个圆形加强筋；
b．取直径为10mm-14mm的钢筋切割多根长度1m-3m作为纵筋，将步骤a中多个圆形加强筋并排放置，且相邻圆形加强筋的间距不大于500mm，并将多根纵筋纵向焊接在多个圆形加强筋外，形成圆柱形钢筋骨架；
c. 将直径为6-8mm的光圆钢筋引到步骤b中制备好的钢筋骨架外侧，然后以20-60mm的间距缩紧光圆钢筋，使用扎丝将光圆钢筋与纵筋进行绑扎，绑扎到钢筋骨架底部十倍螺旋筋直径范围内，将螺距变为零加密螺旋筋，使得螺旋筋完全包裹纵筋，完成螺旋加强架的制备过程；
（2）将步骤（1）中制备的螺旋加强架的底端与承压板贴紧，并将中心对齐，使用电焊机将螺旋加强架与承压板焊接在一起；
（3）按设计要求制作多根锚索钢绞线，分别穿过螺旋加强架和承压板上的预留孔洞，并使用楔形钢夹片将钢绞线与承压板机械锚固，然后安装锚索的两根注浆管，其中一次注浆管置于多根锚索钢绞线的外围，二次注浆管置于多根锚索钢绞线的中央位置，并安装好对中支架和钢绞线密封套皮；
（4）在一次注浆管和二次注浆管底部2000mm范围内，钻设多个注浆孔；并将二次注浆管的底部弯折，使用防水胶带缠绕密封，将二次注浆管设有注浆孔的部位也通过防水胶带缠绕将注浆孔密封遮挡，完成锚索体的制备；
（5）将步骤（4）中制备完成的含有螺旋加强架的锚索体置入锚索钻孔中，采用常规的锚索注浆法灌入水泥浆液，其注浆次数不少于两次，第一次注浆使用一次注浆管，压力不小于0.5MPa；第二次注浆使用二次注浆管，压力不小于2MPa，根据现场需要选择后续是否注浆，要求最终能够形成将螺旋加强架完全包覆的锚索注浆体；
（6）在进行注浆完成之后，通过以下Mander模型计算方法来计算出通过螺旋加强架约束后的水泥浆体抗压强度（MPa），并计算出所述螺旋加强架约束后的水泥浆体的抗压强度提高倍数/>；其中所述通过螺旋加强架约束后的水泥浆体抗压强度/>（MPa）的计算公式如下：
其中：
。
5.根据权利要求4所述的一种用于提高压力型锚索水泥灌浆体抗压强度的方法，其特征在于在步骤（1）制备螺旋加强架时，所述纵筋与加强筋的焊接是在简易钢马凳上完成，所述简易钢马凳的制备过程如下：首先采用直径14~20mm的钢筋切割成12根长度为300mm的钢棒，然后制备3根长度为500mm的钢棒，最后制备3根长度为80mm的钢棒，分别将2根300mm长和一根80mm长的钢棒焊接成“A”字母形状，用长度500mm的钢棒连接两个“A”字母形状的顶端，使用焊接连接，做成3个290mm高的简易钢马凳，平行摆放。
6.根据权利要求4所述的一种用于提高压力型锚索水泥灌浆体抗压强度的方法，其特征在于：所述步骤（1）中的加强筋是采用四根直径为10mm、长度为470mm的光圆钢筋制成的直径为117mm的圆形加强筋，等距分布，且间距为500mm；所述纵筋是由三根长度为2000mm、直径为10mm的钢筋，三根纵筋等距分布在圆形加强筋外圆；所述螺旋筋采用直径为6.5mm或8mm的光圆钢筋制成，其螺距为30mm。
7.根据其权利要求4所述的一种用于提高压力型锚索水泥灌浆体抗压强度的方法，其特征在于：所述步骤（2）中螺旋加强架通过多个纵筋的端部与承压板的点焊固定，在焊接过程中保证承压板与螺旋加强架呈垂直状，并在焊接结束后检查其牢固性；所述步骤（3）中锚索钢筋线设有三根，每隔2000mm的距离放置一个对中支架，并将三根锚索钢绞线和两根注浆管绑扎在一起；所述步骤（4）中，每根注浆管底部的注浆孔间隔为200mm，二次注浆管底部密封的防水胶带缠绕8-12圈，二次注浆管下部注浆孔部位的密封防水胶带至少缠绕5圈；所述步骤（5）中所使用的水泥标号不低于PO42.5，水泥注浆体直径不小于承压板直径。
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