CN108360531A - 一种自适应预应力锚杆复合土钉墙及施工方法 - Google Patents
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Abstract
一种自适应预应力锚杆复合土钉墙及施工方法，属支挡工程领域。自适应预应力锚杆复合土钉墙，包括自缩土钉、挡土板、装配式框架、预应力锚杆；通过螺栓将装配式框架的H型钢的翼缘两端与十字形连接件连接；预应力锚杆穿过十字形连接件的预留锚孔打入土体中，并通过锚具锚固在十字形连接件上；自缩土钉穿过挡土板中心圆形孔伸入土体使其卡在挡土板上，通过螺栓将挡土板固定在H型钢靠近土体一侧的翼缘上，构成自适应预应力锚杆复合土钉墙。本发明结构简单，组装化程度高，施工方法简便可行，弥补了现有的预应力锚杆复合土钉墙中土钉与预应力锚杆不能协同工作的缺陷。
Description
技术领域
本发明涉及边坡土体工程加固技术，属支挡工程领域。
背景技术
复合土钉墙是在土钉墙的基础上发展起来的一种新型支护结构形式。它是将土钉墙、深层搅拌桩、旋喷桩、各种微型桩、钢管土钉以及预应力锚杆等结合起来，根据具体工程条件进行组合，形成一种复合支护结构形式，极大的扩展了土钉墙的应用范围。现有的预应力锚杆复合土钉墙一般由土钉和预应力锚杆组成，如申请号为CN200810089046.X的专利公开了一种复合土钉墙结构，通过带倒刺的锚杆及钻孔注浆型钢管土钉来增加锚固力；申请号为CN200820040553.X的专利公开了一种加墩复合土钉墙支护结构，通过墩柱结构、土钉及预应力锚杆三者联合来增强边坡稳定性。然而以上两种结构明显没考虑土钉与预应力锚杆进行协同工作，但是利用土钉与预应力锚杆的协同工作是非常有必要的，这是因为预应力锚杆是施加预应力的，充分发挥其设计拉拔力时需要的位移很小，而土钉没有自由段，不需施加预应力，其产生设计拉力时需要的位移较大，这就有可能出现锚杆充分发挥拉力时，土钉尚没有发挥作用，土钉发挥作用时锚杆可能已经发生了破坏。因此，亟需一种可变形协调工作的预应力锚杆复合土钉墙来弥补现有复合土钉墙的不足，从而实现复合土钉墙的优化设计，具有重要的工程意义和实用价值。
发明内容
本发明的目的是提供一种自适应预应力锚杆复合土钉墙及施工方法。
本发明是一种自适应预应力锚杆复合土钉墙及施工方法，一种自适应预应力锚杆复合土钉墙，包括自缩土钉1、挡土板2、装配式框架3、预应力锚杆4；自缩土钉1由外套管6、内注浆管7、锚固管8、纤维袋9、环形挡板10、单向挡片11构成；外套管6为金属圆管，环形挡板10为圆环形钢板，将外套管6的一端管口紧贴在环形挡板10一侧板面上，使外套管6的管口中心与环形挡板10的内圆中心对齐，并通过焊接方式连接；内注浆管7为一端设内螺纹的中空钢管，锚固管8为一端设外螺纹的中空钢管，内注浆管7两端焊接单向挡片11，内注浆管7一端与锚固管8螺纹相连，并在二者连接处将环形挡板10焊接在锚固管8上，另一端从外套管6带有环形挡板10的一端穿入，直至单向挡片11从外套管6另一端露出，通过碳纤维浸渍胶将纤维袋9胶结在两个环形挡板10外缘上；挡土板2为中心开设圆形孔13的方形钢板；装配式框架3由H型钢14和十字形连接件15构成，十字形连接件15为四周带有嵌入式凹槽16和锚孔17的钢构件，H型钢14腹板两端和其中一侧翼缘中部开设螺栓孔；将H型钢14的腹板插入嵌入式凹槽16中，并用螺栓将H型钢14和十字形连接件15连接；挡土板2通过圆形孔13套在自缩土钉1外露端头上，并通过单向挡片11锁住，将H型钢14翼缘边与挡土板2四边通过螺栓连接，预应力锚杆4穿过锚孔17并用锚具锚固在装配式框架3上，构成自适应预应力锚杆复合土钉墙。
本发明的自适应预应力锚杆复合土钉墙的施工方法，其步骤为：
（1）预制自缩土钉1：根据工程设计要求，确定外套管6、内注浆管7、锚固管8所用钢管的型号和尺寸，确定环形挡板10、单向挡片11所用钢板的型号和尺寸，按照设计预制外套管6、内注浆管7、锚固管8、环形挡板10和单向挡片11；外套管6的管口对接在环形挡板10一侧板面上，使外套管6的管口的中心与环形挡板10的内圆中心对齐，并通过焊接方式连接，单向挡片11安装在内注浆管7两端端头处，内注浆管7一端与锚固管8螺纹相连，并在二者连接处将环形挡板10焊接在锚固管8上，另一端从外套管6带有环形挡板10的一端穿入，直至单向挡片11从外套管6另一端露出，通过碳纤维浸渍胶将纤维袋9胶结在两个环形挡板10外缘上，构成自缩土钉1；
（2）预制挡土板2和装配式框架3：根据设计要求，预制挡土板2、H型钢14、十字形连接件15；H型钢14腹板两端和翼缘一边中部均开设螺栓孔，十字形连接件15四周带有嵌入式凹槽16，在十字交点处设锚孔17，挡土板2四边中部开设相应的螺栓孔，中心开设圆形孔13；
（3）放线和定位：根据工程设计要求，用测量仪器确定自缩土钉1、预应力锚杆4施设位置；
（4）施工自缩土钉1：在边坡上按照设计角度开设孔洞，自缩土钉1放置于坡体孔洞内；在内注浆管7内进行压力注浆，并使浆体完全从出浆孔12渗出直至锚固管8的环形挡板10位置处，与周围稳定土层粘结形成内锚固段；再运用底部注浆法从外套管6处沿着外套管6的外表面进行注浆直至坡面形成外锚固段；按照上述方法进行施工所有自锁土钉1；
（5）基础桩施工：在坡脚处开设桩孔，将钢筋笼放入孔内，竖向H型钢14与钢筋笼焊接在一起，浇注基础桩；
（6）挡土板2施工：挡土板2通过圆形孔13套在自缩土钉1外露端头上，并通过单向挡片11锁住，使挡土板2固定在土体上；
（7）装配式框架3施工：将H型钢14沿挡土板2的四周放置，H型钢14开有螺栓孔的翼缘插入挡土板2下方，并通过螺栓将H型钢14翼缘与挡土板2连接；横向放置的H型钢14与竖向放置的H型钢14通过十字形连接件15连接，组成一榀装配式框架3；
（8）按照第（6）、（7）步骤施工下一个挡土板2和装配式框架3，直至完成所有施工；
（9）待一段时间自缩土钉1发挥作用后施工预应力锚杆4，预应力锚杆4通过锚孔17伸入土孔中并完成注浆，然后利用锚具施加预应力使其锚固在装配式框架3上，完成预应力锚杆4施工。
本发明的有益效果是：本发明综合运用机械技术和锚固技术于一体，形成自适应预应力锚杆复合土钉墙，应用于基坑及边坡支护工程。主要优点有：（1）基于机械技术设计的自缩土钉，随土体一起动态缩进弥补了现有的预应力锚杆复合土钉墙中土钉与预应力锚杆不能协同工作的缺陷，二者达到了共同工作的目的，增强了土体边坡及基坑稳定性，拓展了土钉墙的适用范围。（2）装配式框架使自缩土钉、预应力锚杆和挡土板连接成为一个整体，提高了支护结构的整体性。（3）本发明结构简单，组装化程度高，施工方法简便可行。
附图说明
图1是本发明自适应预应力锚杆复合土钉墙的侧面图；图2是本发明自适应预应力锚杆复合土钉墙的立面图；图3是自缩土钉示意图；图4是外套管和环形档板连接示意图；图5是内注浆管和锚固管连接示意图；图6是单向挡片示意图；图7是挡土板示意图；图8是十字形连接件示意图；图9是H型钢示意图。附图标记说明：自缩土钉1、挡土板2、装配式框架3、预应力锚杆4、L形钢片5、外套管6、内注浆管7、锚固管8、纤维袋9、环形挡板10、单向挡片11、出浆孔12、圆形孔13、H型钢14、十字形连接件15、嵌入式凹槽16、锚孔17、可回弹活页18。
具体实施方式
下面结合附图及具体的实施实例对本发明进一步说明，所举实例只用于解释本发明并非仅限于本实例。在阅读本发明后，凡在本发明原理内所做的等同替换、修改都属于本发明的保护范围。
本发明的工作原理：（1）变形协调原理：当锚杆施加张拉预应力时会引起周围土体回缩，与此同时自缩土钉可以随土体回缩而单向缩进变短，挡土板也可以随着自缩土钉的缩进动态贴紧土体，因此锚杆施加张拉预应力进入工作状态后并不会削弱土钉锚固力，土钉仍能发挥作用。（2）锚固原理：锚杆插入坡体钻孔内并注浆稳定于土体中，通过对坡体中锚杆施加张拉预应力从而产生锚固力，将坡体滑动区土体锚固于坡体稳定区；土钉通过注浆与土体形成复合土体，对土体起到加固作用，而且在土体发生变形时，土钉受拉也能被动地产生锚固力。
如图1~图9所示，本发明是一种自适应预应力锚杆复合土钉墙及施工方法，自适应预应力锚杆复合土钉墙，包括自缩土钉1、挡土板2、装配式框架3、预应力锚杆4；自缩土钉1由外套管6、内注浆管7、锚固管8、纤维袋9、环形挡板10、单向挡片11构成；外套管6为金属圆管，环形挡板10为圆环形钢板，将外套管6的一端管口紧贴在环形挡板10一侧板面上，使外套管6的管口中心与环形挡板10的内圆中心对齐，并通过焊接方式连接；内注浆管7为一端设内螺纹的中空钢管，锚固管8为一端设外螺纹的中空钢管，内注浆管7两端焊接单向挡片11，内注浆管7一端与锚固管8螺纹相连，并在二者连接处将环形挡板10焊接在锚固管8上，另一端从外套管6带有环形挡板10的一端穿入，直至单向挡片11从外套管6另一端露出，通过碳纤维浸渍胶将纤维袋9胶结在两个环形挡板10外缘上；挡土板2为中心开设圆形孔13的方形钢板；装配式框架3由H型钢14和十字形连接件15构成，十字形连接件15为四周带有嵌入式凹槽16和锚孔17的钢构件，H型钢14腹板两端和其中一侧翼缘中部开设螺栓孔；将H型钢14的腹板插入嵌入式凹槽16中，并用螺栓将H型钢14和十字形连接件15连接；挡土板2通过圆形孔13套在自缩土钉1外露端头上，并通过单向挡片11锁住，将H型钢14翼缘边与挡土板2四边通过螺栓连接，预应力锚杆4穿过锚孔17并用锚具锚固在装配式框架3上，构成自适应预应力锚杆复合土钉墙。
如图3、图4所示，外套管6为中空金属圆管，直径为70~140mm，管壁厚10~15mm；环形挡板10为圆环形钢板，外径与自缩土钉1孔直径相同，内径为50~130mm。
如图3、图5所示，内注浆管7为一端设内螺纹的中空金属管，且外直径比环形挡板10内径小10~20mm，比外套管6长30~100mm；锚固管8的一端开设与内注浆管7相配套的外螺纹，其管体表面等间距开设出浆孔12，孔径5~10mm，间距为10~30mm。
如图6所示，单向挡片11由L型钢片5和可回弹活页18构成，可回弹活页18一边与L型钢片5长边焊接，另一边焊接在内注浆管7上；L形钢片5长边长30~40mm，短边长为15~20mm，宽10~20mm，可回弹活页18页面长15~20mm，宽10~20mm。
如图7所示，挡土板2长800~1000mm，宽800~1000mm，厚20~30mm；挡土板2中心开设的圆形孔13直径比内注浆管7直径大15~20mm，比外套管6的内直径小10~30mm，四边均开设螺栓孔，挡土板2四边开设的螺栓孔与H型钢14翼缘中部开设的螺栓孔相同。
如图8所示，十字形连接件15的嵌入式凹槽16的两肢钢板中心处设置螺栓孔，每肢矩形钢板长200~300mm，宽200~250mm，厚10~20mm。
如图9所示，H型钢14长600~1000mm，且腹板两端和翼缘一边中部均开设螺栓孔。
如图1~图9所示，本发明的自适应预应力锚杆复合土钉墙的施工方法，其步骤为：
（1）预制自缩土钉1：根据工程设计要求，确定外套管6、内注浆管7、锚固管8所用钢管的型号和尺寸，确定环形挡板10、单向挡片11所用钢板的型号和尺寸，按照设计预制外套管6、内注浆管7、锚固管8、环形挡板10和单向挡片11；外套管6内直径为70~140mm，外直径为80~150mm，环形挡板10的外直径与自缩土钉1孔直径相同，内直径小于外套管6直径，大于内注浆管7直径，外套管6的一端管口紧贴在环形挡板10一侧板面上，使外套管6的管口的中心与环形挡板10的内圆中心对齐，并通过焊接方式连接；内注浆管7外直径比环形挡板10内径小10~20mm，长度比外套管6长为30~100mm；单向挡片11焊接在内注浆管7两端端头处，内注浆管7一端与锚固管8螺纹相连，并在二者连接处焊接环形挡板10，另一端从外套管6带有环形挡板10一端穿入，直至单向挡片11从外套管6另一端露出，通过碳纤维浸渍胶将纤维袋9胶结于两个环形挡板10外缘，构成自缩土钉1；
（2）预制装配式框架3和挡土板2：根据设计要求，预制挡土板2、H型钢14、十字形连接架15；H型钢14腹板两端和翼缘一边中部均开设螺栓孔，十字形连接件15四支带有嵌入式凹槽16，在十字交点处设锚孔17，挡土板2四边中部开设相应的螺栓孔，中心开设圆形孔13；
（3）放线和定位：根据工程设计要求，用测量仪器确定自缩土钉1、预应力锚杆4施设位置；
（4）施工自缩土钉1：在边坡上按照设计角度开设孔洞，自缩土钉1放置于坡体孔洞内；在内注浆管7内进行压力注浆，并使浆体完全从出浆孔12渗出直至锚固管8的环形挡板10位置处，与周围稳定土层粘结形成内锚固段；再运用底部注浆法从环形挡板10处沿着外套管6的外表面进行注浆直至坡面形成外锚固段；按照上述方法进行施工所有自缩土钉1；
（5） 基础桩施工：在坡脚处开设桩孔，将钢筋笼放入孔内，竖向H型钢14与钢筋笼焊接在一起，浇注基础桩；
（6）挡土板2施工：自缩土钉1经圆形孔13穿过挡土板2，并且使自缩土钉1前端的第一排单向挡片11卡在挡土板2上，使挡土板2固定在土体上；
（7）装配式框架3施工：将H型钢14截成600~1000mm，并在腹板两端和翼缘一边中部开设螺栓孔；十字形连接件15的嵌入式凹槽16中心设置螺栓孔，每个嵌入式凹槽16由两块矩形钢板构成，钢板长200~300mm，宽200~250mm，厚10~20mm；将H型钢14沿挡土板2的四周放置，H型钢14开有螺栓孔的翼缘插入挡土板2下方，并通过螺栓将H型钢14翼缘与挡土板2连接；横向放置的H型钢14与竖向放置的H型钢14通过十字形连接件15连接，组成一榀装配式框架3；
（8）按照第（6）、（7）步骤施工下一个挡土板2和装配式框架3，直至完成所有施工；
（9）待一段时间自缩土钉1发挥作用后施工预应力锚杆4，预应力锚杆4通过锚孔17伸入土孔中并完成注浆，然后利用锚具施加预应力，完成预应力锚杆4施工。
Claims (7)
1.一种自适应预应力锚杆复合土钉墙，包括自缩土钉（1）、挡土板（2）、装配式框架（3）、预应力锚杆（4），其特征在于：自缩土钉（1）由外套管（6）、内注浆管（7）、锚固管（8）、纤维袋（9）、环形挡板（10）、单向挡片（11）构成；外套管（6）为金属圆管，环形挡板（10）为圆环形钢板，将外套管（6）的一端管口紧贴在环形挡板（10）一侧板面上，使外套管（6）的管口中心与环形挡板（10）的内圆中心对齐，并通过焊接方式连接；内注浆管（7）为一端设内螺纹的中空钢管，锚固管（8）为一端设外螺纹的中空钢管，内注浆管（7）两端焊接单向挡片（11），内注浆管（7）一端与锚固管（8）螺纹相连，并在二者连接处将环形挡板（10）焊接在锚固管（8）上，另一端从外套管（6）带有环形挡板（10）的一端穿入，直至单向挡片（11）从外套管（6）另一端露出，通过碳纤维浸渍胶将纤维袋（9）胶结在两个环形挡板（10）外缘上；挡土板（2）为中心开设圆形孔（13）的方形钢板；装配式框架（3）由H型钢（14）和十字形连接件（15）构成，十字形连接件（15）为四周带有嵌入式凹槽（16）和锚孔（17）的钢构件，H型钢（14）腹板两端和其中一侧翼缘中部开设螺栓孔；将H型钢（14）的腹板插入嵌入式凹槽（16）中，并用螺栓将H型钢（14）和十字形连接件（15）连接；挡土板（2）通过圆形孔（13）套在自缩土钉（1）外露端头上，并通过单向挡片（11）锁住，将H型钢（14）翼缘边与挡土板（2）四边通过螺栓连接，预应力锚杆（4）穿过锚孔（17）并用锚具锚固在装配式框架（3）上，构成自适应预应力锚杆复合土钉墙。
2.根据权利要求1所述的自适应预应力锚杆复合土钉墙，其特征在于：所述的环形挡板（10）的外直径与自缩土钉（1）孔直径相同，内直径小于外套管（6）直径，大于内注浆管（7）直径。
3.根据权利要求1所述的自适应预应力锚杆复合土钉墙，其特征在于：所述的锚固管（8）表面等间距梅花形开设出浆孔（12）。
4.根据权利要求1所述的自适应预应力锚杆复合土钉墙，其特征在于：所述的单向挡片（11）由L型钢片（5）和可回弹活页（18）构成，可回弹活页（18）一边与L型钢片（5）长边焊接，另一边焊接在内注浆管（7）上；内注浆管（7）外表面沿轴线方向对称焊接单向挡片（11），单向挡片（11）间距相同。
5.根据权利要求1所述的自适应预应力锚杆复合土钉墙，其特征在于：所述的挡土板（2）的中心圆形孔（13）直径大于内注浆管（7）的直径且小于外套管（6）直径，挡土板（2）四边开设的螺栓孔与H型钢（14）翼缘中部开设的螺栓孔相同。
6.根据权利要求1所述的自适应预应力锚杆复合土钉墙，其特征在于：所述的嵌入式凹槽（16）的两肢钢板中部设置螺栓孔。
7.自适应预应力锚杆复合土钉墙的施工方法，其特征在于，其步骤为：
（1）预制自缩土钉（1）：根据工程设计要求，确定外套管（6）、内注浆管（7）、锚固管（8）所用钢管的型号和尺寸，确定环形挡板（10）、单向挡片（11）所用钢板的型号和尺寸，按照设计预制外套管（6）、内注浆管（7）、锚固管（8）、环形挡板（10）和单向挡片（11）；外套管（6）的管口对接在环形挡板（10）一侧板面上，使外套管（6）的管口的中心与环形挡板（10）的内圆中心对齐，并通过焊接方式连接，单向挡片（11）焊接在内注浆管（7）两端，内注浆管（7）一端与锚固管（8）螺纹相连，并在二者连接处将环形挡板（10）焊接在锚固管（8）上，另一端从外套管（6）带有环形挡板（10）的一端穿入，直至单向挡片（11）从外套管（6）另一端露出，通过碳纤维浸渍胶将纤维袋（9）胶结在两个环形挡板（10）外缘上，构成自缩土钉（1）；
（2）预制挡土板（2）和装配式框架（3）：根据设计要求，预制挡土板（2）、H型钢（14）、十字形连接件（15）；H型钢（14）腹板两端和翼缘一边中部均开设螺栓孔，十字形连接件（15）四周带有嵌入式凹槽（16），在十字交点处设锚孔（17），挡土板（2）四边中部开设相应的螺栓孔，中心开设圆形孔（13）；
（3）放线和定位：根据工程设计要求，用测量仪器确定自缩土钉（1）、预应力锚杆（4）施设位置；
（4）施工自缩土钉（1）：在边坡上按照设计角度开设孔洞，自缩土钉（1）放置于坡体孔洞内；在内注浆管（7）内进行压力注浆，并使浆体完全从出浆孔（12）渗出直至锚固管（8）的环形挡板（10）位置处，与周围稳定土层粘结形成内锚固段；再运用底部注浆法从外套管（6）处沿着外套管（6）的外表面进行注浆直至坡面形成外锚固段；按照上述方法进行施工所有自缩土钉（1）；
（5）基础桩施工：在坡脚处开设桩孔，将钢筋笼放入孔内，竖向H型钢（14）与钢筋笼焊接在一起，浇注基础桩；
（6）挡土板（2）施工：挡土板（2）通过圆形孔（13）套在自缩土钉（1）外露端头上，并通过单向挡片（11）锁住，使挡土板（2）固定在土体上；
（7）装配式框架（3）施工：将H型钢（14）沿挡土板（2）的四周放置，H型钢（14）开螺栓孔的翼缘插入挡土板（2）下方，并通过螺栓与挡土板（2）连接；横向放置的H型钢（14）与竖向放置的H型钢（14）通过十字形连接件（15）连接，组成一榀装配式框架（3）；
（8）按照第（6）、（7）步骤施工下一个挡土板（2）和装配式框架（3），直至完成所有施工；
（9）待一段时间自缩土钉（1）发挥作用后施工预应力锚杆（4），预应力锚杆（4） 通过锚孔（17）伸入土孔中并完成注浆，然后利用锚具施加预应力使其锚固在装配式框架（3）上，完成预应力锚杆（4）施工。
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