CN108360513B - 一种深层可回收二次让压锚杆及施工方法 - Google Patents

Abstract

一种深层可回收二次让压锚杆及施工方法，包括锚固体、外壳、锚索、施工及回收装置；锚固体由前导钻头、螺纹杆、滑管、扩体结构、第一类螺旋叶片、螺母组成，外壳由让压体、套筒、第二类螺旋叶片和圆环钢板组成，施工及回收装置包括内套管和外套管；将所有构件依次连接，旋转外套管，带动让压体及其表面的叶片旋转，使得结构旋转钻进指定位置；旋转内套管带动螺母向前旋进，使得滑管向前滑动，从而扩体结构不断撑开并嵌入土体中，在土体提供的锚固反力下，扩体结构在扩张体中移动并使扩张体逐渐撑开实现让压。本发明解决了让压锚杆不能回收利用、锚固结构施工钻孔困难以及扩大头不可缩小的问题，通过二次让压提高了锚杆的承载能力。

Description

一种深层可回收二次让压锚杆及施工方法

技术领域

本发明属于岩土工程锚固技术领域，适用于公路、铁路施工过程中的土质边坡和深基坑工程。

背景技术

在岩土工程领域内，许多边坡、基坑开挖支护工程都需要采用锚固技术。目前，我国已开发出一些扩体锚固施工工艺，扩体结构在施工过程中需要较大的孔洞，通常采用泥浆护壁机械扩孔或高压旋喷扩孔，扩孔过程中产生大量的废弃泥浆，污染环境且施工成本高。专利号为CN 104453717 A的发明很好的将长螺旋施工工艺与扩孔施工工艺结合了起来，解决了施工速度，泥浆污染以及振动等方面的问题，但是还不能实现集钻孔与扩张于一身的功能，并且扩孔承载力有限，无法回收利用。目前，我国已有许多让压锚杆的施工工艺，大多数都采用弹簧垫片完成让压，存在让压锚杆结构复杂、让压承载力有限、并且通长的外壳易造成材料浪费等问题。现有技术中还没有一种能使锚杆结构本身同时实现钻孔、扩体、让压的结构，以减少施工中使用的工具，回收利用，减少材料浪费，提高锚固体承载力。

发明内容

本发明的目的是提供一种深层可回收二次让压锚杆及施工方法。

本发明是一种深层可回收二次让压锚杆及施工方法，一种深层可回收二次让压锚杆，包括锚固体1、外壳2、锚索3、施工及回收装置4，锚固体1由前导钻头5、螺纹杆6、滑管7、扩体结构8、第一类螺旋叶片C、螺母9组成，第一类螺旋叶片C垂直焊接于前导钻头5的外表面，以螺纹杆6中轴线作为锚固体1的中心线，螺纹杆6一端焊接前导钻头5，另一端旋套螺母9，螺纹杆6沿圆周等间距开3-6个沿轴向通长的方形凹槽10，滑管7内表面和外表面沿圆周等间距设置与凹槽10相匹配的轴向通长方形凸齿11，滑管7通过凸齿11嵌套在螺纹杆6凹槽10上，扩体结构8由第一类连杆A、第二类连杆B、支柱12组成，第一类连杆A和第二类连杆B两端垂直于轴向开钻孔13，支柱12为圆柱形钢柱，支柱12一端设置沿直径贯通的凹槽10，凹槽10与连杆厚度匹配，垂直凹槽10长度方向开钻孔13，在螺纹杆6连接前导钻头5一端的外表面均匀焊接4-6个支柱12，在滑管7位于螺纹杆6中间一端的外表面均匀焊接与螺纹杆6上相匹配的支柱12，第一类连杆A与第二类连杆B的一端通过钻孔13插入销钉连接，第一类连杆A另一端插入支柱12的凹槽10中，通过在钻孔13中插入销钉连接第一类连杆A与螺纹杆6，以同样的方式连接第二类连杆B与滑管7；外壳2由让压体14、套筒15、第二类螺旋叶片D、圆环钢板16和空心正六边形钢板17组成，让压体14是沿圆周等间距一部分长度范围开轴向缝隙的钢筒，第二类螺旋叶片D垂直焊接于让压体14的外表面，套筒15是内表面沿圆周等间距开轴向通长凹槽10的钢筒，套筒15通过凹槽10与滑管7外部凸齿11相互嵌套，让压体14开缝的一端相邻缝隙之间焊接一个斜向内的挡片20，让压体14另一端和套筒15的一端分别垂直焊接至圆环钢板16一面的外环和内环边缘，圆环钢板16另一面与空心正六边形钢板17的底面焊接；外壳2通过套筒15与凹槽10嵌套在锚固体1外面，锚索3沿轴向焊接于锚固体1尾部中轴线上；施工及回收装置4包括内套管18和外套管19，内套管18是与螺母9外表面相匹配的正六边形钢筒，内套管18施工时穿过锚索3嵌套在螺母9的外表面上，外套管19是与正六边形钢板17外表面相匹配的正六边形钢筒，外套管19施工时穿过锚索3嵌套在正六边形钢板17上。

本发明的深层可回收二次让压锚杆的施工方法，其步骤为：

（1）制作锚杆：根据工程设计要求确定外壳2、锚索3、内套管18和外套管19的数量和尺寸；预制锚固体1、外壳2、施工及回收装置4的各部件；根据设计要求将锚固体1、外壳2的各部件连接；将滑管7外表面的凸齿11嵌套在套筒15的凹槽10上，将锚索3焊接于螺纹杆6未连接前导钻头5的一端，完成各构件的组装；

（2）钻孔：穿过锚索3插入内套管18和外套管19，使得内套管18嵌套在螺母9上，外套管19嵌套在正六边形钢板17上，旋转外套管19，带动外壳2及整体结构同步旋转，螺旋叶片C和D能使锚固体1和外壳2向坡体内钻进，边旋转边连接每节内套管18和外套管19直至到达设计位置；

（3）支撑扩体结构8：固定住外套管19，使整体结构不旋转，旋转内套管18，带动螺母9旋转，螺母9带动滑管7共同向前导钻头5方向运动，使滑管7上的扩体结构8逐渐撑开；

（4）内套管18和外套管19回收：扩体结构8撑开后，依次抽出内套管18和外套管19；

（5）张拉锚索3：张拉锚索3至设计拉力，将锚索3头部用锚具固定在坡体表面；

（6）按照步骤（2）、（3）、（4）和（5）施工下一根锚杆直至完成所有的工序；

（7）回收方法：锚杆完成支护功能后，拆除坡体表面的锚具，沿着锚索3插入内套管18和外套管19，采用撑开扩体结构8的方法，反方向旋转内套管18和外套管19，抽出锚固体1后，拆卸锚杆。

本发明的有益效果：本发明结构简单，承载力高，实用性强，可兼做钻孔装置，可回收利用，其优点为：（1）该锚杆结构集钻孔和承载于一身，加快了施工进度，并且该锚杆结构可全部回收利用减少了材料浪费。（2）该锚杆扩体结构施工时可收缩，支撑时可扩大，改善了以往结构扩大头不容易放进孔位的问题。（3）该结构二次让压过程可以增大锚杆的承载力，改善了以往锚杆结构承载力有限的问题。

附图说明

图1是本发明结构的纵剖面图；图2是螺纹杆示意图；图3是滑管示意图；图4是外壳示意图；图5是内套管示意图；图6是外套管示意图；图7是支柱示意图；图8是扩体结构示意图；图9是两类连杆及支柱连接示意图；图10是六边形空心钢柱示意图。附图标记说明：锚固体1、外壳2、锚索3、施工及回收装置4、前导钻头5、螺纹杆6、滑管7、扩体结构8、螺母9、凹槽10、凸齿11、支柱12、钻孔13、让压体14、套筒15、圆环钢板16、正六边形钢板17、内套管18、外套管19、挡片20、第一类连杆A、第二类连杆B、第一类螺旋叶片C、第二类螺旋叶片D。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明，所举实例只用于解释本发明，并非用于限制本发明。在本发明原则内，所做的修改、等同替换和改进都属于本发明的保护范围。

本发明是一种深层可回收二次让压锚杆及施工方法，如图1~图10所示，本发明的深层可回收二次让压锚杆，包括锚固体1、外壳2、锚索3、施工及回收装置4；其特征在于：锚固体1由前导钻头5、螺纹杆6、滑管7、扩体结构8、第一类螺旋叶片C、螺母9组成，第一类螺旋叶片C垂直焊接于前导钻头5的外表面，以螺纹杆6中轴线作为锚固体1的中心线，螺纹杆6一端焊接前导钻头5，另一端旋套螺母9，螺纹杆6沿圆周等间距开3-6个沿轴向通长的方形凹槽10，滑管7内表面和外表面沿圆周等间距设置与凹槽10相匹配的轴向通长方形凸齿11，滑管7通过凸齿11嵌套在螺纹杆6凹槽10上，扩体结构8由第一类连杆A、第二类连杆B、支柱12组成，第一类连杆A和第二类连杆B两端垂直于轴向开钻孔13，支柱12为圆柱形钢柱，支柱12一端设置沿直径贯通的凹槽10，凹槽10与连杆厚度匹配，垂直凹槽10长度方向开钻孔13，在螺纹杆6连接前导钻头5一端的外表面均匀焊接4-6个支柱12，在滑管7位于螺纹杆6中间一端的外表面均匀焊接与螺纹杆6上相匹配的支柱12，第一类连杆A与第二类连杆B的一端通过钻孔13插入销钉连接，第一类连杆A另一端插入支柱12的凹槽10中，通过在钻孔13中插入销钉连接第一类连杆A与螺纹杆6，以同样的方式连接第二类连杆B与滑管7；外壳2由让压体14、套筒15、第二类螺旋叶片D、圆环钢板16和空心正六边形钢板17组成，让压体14是沿圆周等间距一部分长度范围开轴向缝隙的钢筒，第二类螺旋叶片D垂直焊接于让压体14的外表面，套筒15是内表面沿圆周等间距开轴向通长凹槽10的钢筒，套筒15通过凹槽10与滑管7外部凸齿11相互嵌套，让压体14开缝的一端相邻缝隙之间焊接一个斜向内的挡片20，让压体14另一端和套筒15的一端分别垂直焊接至圆环钢板16一面的外环和内环边缘，圆环钢板16另一面与空心正六边形钢板17的底面焊接；外壳2通过套筒15与凹槽10嵌套在锚固体1外面，锚索3沿轴向焊接于锚固体1尾部中轴线上；施工及回收装置4包括内套管18和外套管19，内套管18是与螺母9外表面相匹配的正六边形钢筒，内套管18施工时穿过锚索3嵌套在螺母9的外表面上，外套管19是与正六边形钢板17外表面相匹配的正六边形钢筒，外套管19施工时穿过锚索3嵌套在正六边形钢板17上。

如图1、图2所示，滑管7长度小于螺纹杆6的长度，滑管7内直径大于螺纹杆6，且外直径小于套筒15，螺纹杆6长度为0.5～1.0m，滑管7长度为0.8～1.3m。

如图2所示，套筒15直径小于让压体14，让压体14的长度与螺纹杆6相同，套筒15直径为0.8～1.2m，让压体14直径为1～1.5m。

如图1所示，螺母9与螺纹杆6相匹配。

如图1、图8所示，第一类连杆A长度小于第二类连杆B，且两类连杆结构长度之和不超过螺纹杆6的长度，两类连杆连接后，与螺纹杆6形成以连杆连接处为钝角的三角形，第一类连杆A长度10～25cm，第二类连杆B长度为15～30cm；支柱12沿螺纹杆6和滑管7外表面焊接数量和位置一致，使得扩体结构8位于螺纹杆6和滑管7之间。

如图8所示，扩体结构8沿螺纹杆6圆周方向布置数量与支柱12沿螺纹杆6圆周方向布置数量一致。

如图7所示，钻孔13直径小于支柱12，钻孔13位于支柱12端部但不贯通支柱12，钻孔13直径为0.8～1cm，支柱12直径为1～3cm，高度为2～5cm；空心正六边形钢板17外表面为正六边形，空心圆及外接圆直径与圆环钢板16相同。

如图5、图6所示，内套管18和外套管19是分节连接组成的，每节长度为0.5～1m。

本发明的深层可回收二次让压锚杆的施工方法，施工宜采用逆作法施工，其步骤为：

（1）制作锚杆：根据工程设计要求确定外壳2、锚索3、内套管18和外套管19的数量和尺寸；预制锚固体1、外壳2、施工及回收装置4的各部件；根据设计要求将锚固体1、外壳2的各部件连接；将滑管7外表面的凸齿11嵌套在套筒15的凹槽10上，将锚索3焊接于螺纹杆6未连接前导钻头5的一端，完成各构件的组装；

（2）钻孔：穿过锚索3插入内套管18和外套管19，使得内套管18嵌套在螺母9上，外套管19嵌套在正六边形钢板17上，旋转外套管19，带动外壳2及整体结构同步旋转，螺旋叶片C和D能使锚固体1和外壳2向坡体内钻进，边旋转边连接每节内套管18和外套管19直至到达设计位置；

（3）支撑扩体结构8：固定住外套管19，使整体结构不旋转，旋转内套管18，带动螺母9旋转，螺母9带动滑管7共同向前导钻头5方向运动，使滑管7上的扩体结构8逐渐撑开；

（4）内套管18和外套管19回收：扩体结构8撑开后，依次抽出内套管18和外套管19；

（5）张拉锚索3：张拉锚索3至设计拉力，将锚索3头部用锚具固定在坡体表面；

（6）按照步骤（2）、（3）、（4）和（5）施工下一根锚杆直至完成所有的工序；

（7）回收方法：锚杆完成支护功能后，拆除坡体表面的锚具，沿着锚索3插入内套管18和外套管19，采用撑开扩体结构8的方法，反方向旋转内套管18和外套管19，抽出锚固体1后，拆卸锚杆。

本发明的工作原理为：（1）钻孔原理：将外套管嵌套在外壳的正六边形钢柱上，用钻机带动外套管旋转，外套管带动外壳及其内部的套筒旋转，套筒通过内部与滑管嵌套的纵向凹槽带动滑管旋转，滑管又通过与螺纹杆嵌套的凹槽带动螺纹杆旋转，螺纹杆端头与前导钻头连接，最终带动前导钻头同步旋转，前导钻头和外壳上的螺旋叶片切削并向后排出土体，使结构整体向前钻进。（2）扩体原理：将外套管嵌套在外壳的正六边形钢柱上，内套管嵌套在螺母上，旋转内套管，同时固定住外套管，使外壳不旋转，内套管带动螺母旋转，使螺母沿螺纹杆向前导钻头方向运动，螺母又带动滑管，使滑管与螺母沿着螺纹杆上的凹槽一起向前导钻头方向运动，滑管的运动迫使连接在螺纹杆和滑管之间的连杆扩体结构向外侧撑开，连杆扩体结构撑开过程中又迫使开缝的让压体向外撑开。（3）锚固原理：连杆扩体结构和让压体撑开后插入周围土体，对锚索施加张拉力，锚索带动螺纹杆及与螺纹杆上的连杆扩体结构向坡体外运动，此运动过程使得让压体进一步撑开并紧紧压入周围土体，依靠土体反力提供抗拔锚固力。（4）让压原理：扩体结构撑开后，形成楔体，迫使开缝的扩张壳挤压土体，不断扩张变形，当扩张壳发生较大变形时，锚固体可在外壳内高阻力滑动。（5）回收原理：连杆结构撑开后，反方向旋转并依次抽出内套管和外套管，使得套管回收；支护结束后，逐节插入外套管和内套管，采用钻进的方式，反方向旋转内套管和外套管，使连杆结构向内收缩，脱离土体，拔出锚杆，实现锚杆结构的回收。

Claims (8)

1.一种深层可回收二次让压锚杆，包括锚固体（1）、外壳（2）、锚索（3）、施工及回收装置（4），其特征在于：锚固体（1）由前导钻头（5）、螺纹杆（6）、滑管（7）、扩体结构（8）、第一类螺旋叶片C、螺母（9）组成，第一类螺旋叶片C垂直焊接于前导钻头（5）的外表面，以螺纹杆（6）中轴线作为锚固体（1）的中心线，螺纹杆（6）一端焊接前导钻头（5），另一端旋套螺母（9），螺纹杆（6）沿圆周等间距开3-6个沿轴向通长的方形凹槽（10），滑管（7）内表面和外表面沿圆周等间距设置与凹槽（10）相匹配的轴向通长方形凸齿（11），滑管（7）通过凸齿（11）嵌套在螺纹杆（6）凹槽（10）上，扩体结构（8）由第一类连杆A、第二类连杆B、支柱（12）组成，第一类连杆A和第二类连杆B两端垂直于轴向开钻孔（13），支柱（12）为圆柱形钢柱，支柱（12）一端设置沿直径贯通的凹槽（10），凹槽（10）与连杆厚度匹配，垂直凹槽（10）长度方向开钻孔（13），在螺纹杆（6）连接前导钻头（5）一端的外表面均匀焊接4-6个支柱（12），在滑管（7）位于螺纹杆（6）中间一端的外表面均匀焊接与螺纹杆（6）上相匹配的支柱（12），第一类连杆A与第二类连杆B的一端通过钻孔（13）插入销钉连接，第一类连杆A另一端插入支柱（12）的凹槽（10）中，通过在钻孔（13）中插入销钉连接第一类连杆A与螺纹杆（6），以同样的方式连接第二类连杆B与滑管（7）；外壳（2）由让压体（14）、套筒（15）、第二类螺旋叶片D、圆环钢板（16）和空心正六边形钢板（17）组成，让压体（14）是沿圆周等间距一部分长度范围开轴向缝隙的钢筒，第二类螺旋叶片D垂直焊接于让压体（14）的外表面，套筒（15）是内表面沿圆周等间距开轴向通长凹槽（10）的钢筒，套筒（15）通过凹槽（10）与滑管（7）外部凸齿（11）相互嵌套，让压体（14）开缝的一端相邻缝隙之间焊接一个斜向内的挡片（20），让压体（14）另一端和套筒（15）的一端分别垂直焊接至圆环钢板（16）一面的外环和内环边缘，圆环钢板（16）另一面与空心正六边形钢板（17）的底面焊接；外壳（2）通过套筒（15）与凹槽（10）嵌套在锚固体（1）外面，锚索（3）沿轴向焊接于锚固体（1）尾部中轴线上；施工及回收装置（4）包括内套管（18）和外套管（19），内套管（18）是与螺母（9）外表面相匹配的正六边形钢筒，内套管（18）施工时穿过锚索（3）嵌套在螺母（9）的外表面上，外套管（19）是与正六边形钢板（17）外表面相匹配的正六边形钢筒，外套管（19）施工时穿过锚索（3）嵌套在正六边形钢板（17）上。

2.根据权利要求1所述的深层可回收二次让压锚杆，其特征在于：所述的滑管（7）长度小于螺纹杆（6）的长度，滑管（7）内直径大于螺纹杆（6），且外直径小于套筒（15）；扩体结构（8）沿螺纹杆（6）圆周方向布置数量与支柱（12）沿螺纹杆（6）圆周方向布置数量一致；螺母（9）与螺纹杆（6）相匹配；第一类连杆A长度小于第二类连杆B，且两类连杆结构长度之和小于螺纹杆（6）的长度，两类连杆按权利要求1连接后，与螺纹杆（6）形成以连杆连接处为钝角的三角形；支柱（12）沿螺纹杆（6）和滑管（7）外表面焊接数量和位置一致，使得扩体结构（8）位于螺纹杆（6）和滑管（7）之间。

3.根据权利要求1所述的深层可回收二次让压锚杆，其特征在于：所述的套筒（15）直径小于让压体（14），让压体（14）的长度与螺纹杆（6）相同；让压体（14）开缝数量与支柱（12）沿螺纹杆（6）圆周方向布置数量一致，开缝宽度为0.8～1mm；圆环钢板（16）内直径与套筒（15）相同，外直径与让压体（14）相同；空心正六边形钢板（17）外表面是正六边形，内环是圆形，内环半径比圆环钢板（16）内径大，外接圆半径比圆环钢板（16）外径小。

4.根据权利要求1所述的深层可回收二次让压锚杆，其特征在于：所述挡片（20）的长度与让压体（14）相邻两缝隙之间宽度一致。

5.根据权利要求1所述的深层可回收二次让压锚杆，其特征在于：所述的钻孔（13）直径小于支柱（12），钻孔（13）位于支柱（12）端部但不贯通支柱（12）。

6.根据权利要求1所述的深层可回收二次让压锚杆，其特征在于：第二类螺旋叶片D在让压体（14）开缝处断开。

7.根据权利要求1所述的深层可回收二次让压锚杆，其特征在于：所述的内套管（18）和外套管（19）是分节连接组成的。

8.根据权利要求1所述的一种深层可回收二次让压锚杆的施工方法，其特征在于，其步骤为：

（1）制作锚杆：根据工程设计要求确定外壳（2）、锚索（3）、内套管（18）和外套管（19）的数量和尺寸；预制锚固体（1）、外壳（2）、施工及回收装置（4）的各部件；根据设计要求将锚固体（1）、外壳（2）的各部件连接；将滑管（7）外表面的凸齿（11）嵌套在套筒（15）的凹槽（10）上，将锚索（3）焊接于螺纹杆（6）未连接前导钻头（5）的一端，完成各构件的组装；

（2）钻孔：穿过锚索（3）插入内套管（18）和外套管（19），使得内套管（18）嵌套在螺母（9）上，外套管（19）嵌套在正六边形钢板（17）上，旋转外套管（19），带动外壳（2）及整体结构同步旋转，边旋转边连接每节内套管（18）和外套管（19）直至到达设计位置；

（3）支撑扩体结构（8）：固定住外套管（19）使整体结构不旋转，旋转内套管（18），带动螺母（9）旋转，螺母（9）带动滑管（7）共同向前导钻头（5）方向运动，使滑管（7）上的扩体结构（8）逐渐撑开；

（4）内套管（18）和外套管（19）回收：扩体结构（8）撑开后，依次抽出内套管（18）和外套管（19）；

（5）张拉锚索（3）：张拉锚索（3）至设计拉力，将锚索（3）头部用锚具固定在坡体表面；

（6）按照步骤（2）、（3）、（4）和（5）施工下一根锚杆直至完成所有的工序；

回收方法：锚杆完成支护功能后，拆除坡体表面的锚具，沿着锚索（3）插入内套管（18）和外套管（19），采用撑开扩体结构（8）的方法，反方向旋转内套管（18）和外套管（19），抽出锚固体（1）后，拆卸锚杆。

Images