CN108612101A - 带吸水膨胀块的梯次加压注浆锚杆及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带吸水膨胀块的梯次加压注浆锚杆，包括锚杆体，锚杆体的外表面上均匀设置有若干吸水膨胀块，沿长度方向锚杆体上设置有五排等距的注浆孔，锚杆体内设置有五圈与注浆孔等距的橡胶止回圈，其中四个橡胶止回圈位于相邻注浆孔中间位置；橡胶止回圈横向设于锚杆体内壁，设五级止回，橡胶止回圈呈向锚杆体头部倾斜状，方便加压板和拉杆组合结构放入锚杆体内；在注浆时橡胶止回圈为加压板提供后撤阻力，起到止回的作用，且橡胶止回圈从注浆锚杆体的初段到尾段逐渐变厚，提供的阻力也逐渐变大，当浆液压力增大到本级橡胶止回圈支撑不住，加压板和拉杆组合结构便自动退到下一级橡胶止回圈。本发明同时还公开了该锚杆的施工方法。

Description

带吸水膨胀块的梯次加压注浆锚杆及其施工方法

技术领域

本发明涉及围岩支护领域，具体涉及一种适合于软土地区使用的一种带吸水膨胀块的梯次加压注浆锚杆及其施工方法。

背景技术

随着经济的快速发展，高层建筑和城市地下工程不断增多，由此产生了大量的深基坑开挖支护工程。在我国经济发达地区有大范围的软土地层，土体含水率高、物理力学性质差，从而使得锚固技术变得愈发重要。现有的注浆锚杆由于注浆过于集中、后期锚固力不足等，很难在软土中提供良好的锚固力。目前，工程所用注浆锚杆多为一孔注浆型，只在端部注浆，且由于杆体长度较长，便存在注浆过于集中、浆液弥散性差、事后易松动等一系列问题，注浆区域所占比例也太小。对于软土内的支护，应尽量多地使浆液与周围土壤结合，扩大过浆面积，提供最好的抗滑移阻力，因此，将吸水膨胀块与梯次加压技术相结合，是一种软土工况下较为有效的支护措施。

中国专利CN 206769935 U公开了一种顶端膨胀注浆锚杆，包括锚杆头、锚杆杆体、锚杆螺纹段、托盘、注浆孔、螺母、膨胀加固体；锚杆杆体一端为锚杆头，另一端为锚杆螺纹段，锚杆杆体为中空圆柱体，内部设有注浆通道，表面间隔设有通孔。锚杆头顶端设有圆台形扣件，通锚杆螺纹段穿过锚杆托盘与螺母通过螺纹连接，膨胀加固体为中空结构，内经略小于锚杆头，当锚杆头的挤压膨胀加固体时，圆柱形扣件扣住膨胀加固体卡槽的同时造成膨胀加固体径向张开，增大注浆锚杆端部与围岩孔壁的接触摩擦阻力，提高注浆锚杆在锚固初期的初锚力。

该专利公开了一种顶端膨胀注浆锚杆，其提供了一种在锚杆顶端设置膨胀体的注浆锚杆，在锚杆体打入土体时锚杆头受挤压膨胀加固体，其最顶部的圆台形扣件扣住膨胀加固体卡槽的同时造成膨胀加固体径向张开，增大注浆锚杆端部与围岩孔壁的接触摩擦阻力，但该种方法只在锚杆顶端有膨胀体，相对整根锚杆来说膨胀体与土体接触面积较少，存在松动问题。

中国专利申请CN 107023005A公开了一种带有吸水膨胀环的串式扩体锚杆及其施工方法，包括螺旋钻尖、变直径钢管、尾端钢管和吸水膨胀环，锚杆最前端为螺旋钻尖，螺旋钻尖、变直径钢管和尾端钢管通过螺纹依次连接；吸水膨胀环套设在变直径钢管上，锚杆套入基坑土体后，吸水膨胀环雨水膨胀形成扩大段提供锚固力。

该专利公开了一种带有吸水膨胀环的串式扩体锚杆及其施工方法，其所述的锚杆为一种带吸水膨胀环的头部为螺旋钻尖的变直径锚杆，锚杆锚入土体后，吸水膨胀环遇水膨胀形成扩大段提供锚固力，开创了将吸水膨胀技术引入到扩大头锚固技术中，但本发明并无注浆功能，不能实现固结和改良土体的目的，锚杆也难以与土体紧密结合。

中国专利CN 205189918 U公开了一种膨胀型中空注浆锚杆，包括锚杆体、托盘、球形螺母和膨胀装置。锚杆体为中空圆柱体，内部设有注浆通道，表面间隔设有通孔；锚杆体主要杆体、头部和尾部螺纹连接组成；锚杆体的尾部表面设有螺纹，头部设有半圆锥形凸起。膨胀装置包括套在锚杆体外面的挤压管膨胀管，以及调节螺母。通过调节调节螺母，将挤压管沿锚杆体往膨胀管的膨胀段移动，使得膨胀段径向涨开，增大注浆锚杆与围岩孔壁的接触摩擦阻力，提高注浆锚杆在锚固初期的初锚力。

该专利公开了一种膨胀型中空注浆锚杆，其所述的为带膨胀体的注浆锚杆，膨胀装置包括套在锚杆体外面的挤压管膨胀管，以及调节螺母，通过调节调节螺母，将挤压管沿锚杆体往膨胀管的膨胀段移动，使得膨胀段径向涨开，增大注浆锚杆与围岩孔壁的接触摩擦阻力，提高注浆锚杆在锚固初期的初锚力，但该锚杆存在注浆时内部压力分布不均，注浆压力从锚杆体尾部至头部逐渐减弱，导致锚杆头部出浆较多，锚杆中间部位出浆很少，浆液分布不均匀，使锚杆与土体结合性不高。

中国专利CN 103291337 B公开了一种具有外置膨胀装置的锚杆，属一种膨胀锚杆，包括呈细长状的锚杆体，所述的锚杆体外部还安装有至少一个膨胀装置，所述膨胀装置中至少包括挤压结构与膨胀结构，用于在锚杆体转动时，挤压结构沿锚杆体轴向移动，进而与膨胀结构相互挤压，最终使挤压结构与膨胀结构当中的任意一个或两者同时形成径向膨胀。通过在锚杆体的外部设置一个或多个膨胀装置，即可在锚杆体上形成多个支护点，当锚杆体转动时，膨胀结构在螺纹的作用下，被挤压产生膨胀，膨胀后的结构即可在岩层锚孔的孔壁上形成机械支护。该专利公开了一种具有外置膨胀装置的锚杆，其所述的锚杆外表面设有一个或多个由挤压结构与膨胀结构组成的膨胀装置，锚杆体转动时挤压结构与膨胀结构相互挤压，最终使其中任意一个或两者同时形成径向膨胀，膨胀后的结构即可在岩层锚孔的孔壁上形成机械支护，使得锚杆的锚固力大幅度的提升，也具有注浆功能，但只有最端部的一个注浆口，只能在注浆口周围注浆，注浆范围太小，且浆液无法弥漫杆身，不能很好地实现固结和改良土体，锚杆也难以与土体紧密结合。

发明内容

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种带吸水膨胀块的梯次加压注浆锚杆及其施工方法，可以提升注浆的均匀性和密实度，有效提高锚杆与土体的结合密实度，并将吸水膨胀块与梯次加压技术相结合。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种带吸水膨胀块的梯次加压注浆锚杆，包括锚杆体，所述锚杆体的外表面上均匀设置有若干吸水膨胀块，沿长度方向锚杆体上设置有五排等距的注浆孔，锚杆体内设置有五圈与注浆孔等距的橡胶止回圈，其中四个橡胶止回圈位于相邻注浆孔中间位置；

所述橡胶止回圈横向设于锚杆体内壁，设五级止回，橡胶止回圈呈向锚杆体头部倾斜状，方便加压板和拉杆组合结构放入锚杆体内；在注浆时橡胶止回圈为加压板提供后撤阻力，起到止回的作用，且橡胶止回圈从注浆锚杆体的初段到尾段逐渐变厚，提供的阻力也逐渐变大，当浆液压力增大到本级橡胶止回圈支撑不住，加压板和拉杆组合结构便自动退到下一级橡胶止回圈。

所述加压板设置于拉杆前端，加压板和拉杆组合为中空结构。

所述锚杆体的尾部设置有用于连接注浆管和止浆塞的螺纹。

所述拉杆尾部有用于连接注浆管的螺纹。

所述注浆孔间竖向间隔150mm~250mm，锚杆外径为24~30mm。

所述加压板呈圆形，直径与锚杆体内径相当。保证足够的密实性，注浆中由橡胶止回圈提供后撤阻力，也即提高前部注浆压力。

所述拉杆尾部的螺纹为5~7圈，与注浆管头部的螺纹相适应，拧上后保证密封性，防止浆液流出。

所述橡胶止回圈的材质为硬性橡胶，形状为向锚杆头部倾斜的圆环状；采用五级逐级加压，设定最大压力为40MPa，最初级的橡胶圈可提供80%的最大压力，其后每级增加4%的压力，直到最后一级达到100%的最大压力。如土层需求较大压力，可增大橡胶止回圈的厚度来增大注浆压力值。

所述吸水膨胀块采用高强度高膨胀率的吸水橡胶材料，膨胀率150%~300%。

带吸水膨胀块的梯次加压注浆锚杆的施工方法，步骤如下：

1）预制各部分构件，并组装，用测量工具在土层表面确定锚杆的施设位置与角度，钻挖锚杆所需的施设孔洞；

2）将锚杆体放入施设孔洞中，确定放入后的位置与角度后，再把加压板和拉杆组合结构放入锚杆体中，推入最深处；将拉杆和后方注浆管通过螺纹连接，之后开通注浆管，向土体内注浆，待拉杆回撤到最后一级时，准备停止注浆并取下注浆管，完成一根锚杆的施工；

3）利用已锚固好的锚杆，建立格构支护结构，拉设钢筋网，并用锚具将锚杆尾端固定于格构支护结构上；

4）以锚固好的锚杆为基准，在土体表面依照十字形形状设置其余锚杆，并用锚具将钢条与锚杆尾部连接，锚杆间距依土体含水率等情况不同而不同；

5）按步骤1）~4）的顺序在其他需施工面上施设锚杆和钢条，注浆完毕后取出加压板和拉杆组合结构循环使用。

所述步骤2）中，锚杆体放入预定孔位开始注浆时，吸水膨胀块即开始吸水膨胀，并在锚杆注浆完毕时完成大部分膨胀，在后续的两小时内完成剩余膨胀量。

所述步骤2）中，每只锚杆的注浆时间控制在两分钟内，满足速凝砂浆的初凝时间要求。

所述步骤2）中，在注浆过程中，加压板到达倒数第二级的橡胶圈时，拉杆上会看到红色标记；当到达最后一级橡胶圈时，拉杆上显示第二处红色标记，提醒操作人员注浆即将完成，及时卸下注浆管。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1）本发明通过在锚杆体内设有橡胶止回圈，为加压板的后撤提供阻力，从头部开始提供均匀注浆压力，使浆液从头部和侧部注浆孔中流出，与周围岩体结合饱满，增大浆液弥散面积，提供持续粘结力，防止锚杆日后的滑移和松动。

2）将吸水膨胀块与梯次加压技术相结合，既有浆液的粘结力，又结合了吸水膨胀装置，提供最大的抗滑移阻力。

3）本发明的逐级后撤的拉杆组合结构，本身也是注浆进行的程度的标志，一方面表示了前部已获得足够压力，另一方面提醒操作者及时拔出注浆管。

4）每次注浆完成后，加压板和拉杆组合结构可循环使用，提高材料利用率；同时拉杆后部的螺纹既可与注浆管连接，也可与止浆塞连接，简化结构。

5）本发明的装置简易，制作简单高效、利用率高，因而具有很好的经济性和适用性。

附图说明

图1为本发明的锚杆的侧视图；

图2为本发明的加压板和注浆管组合结构的剖面图；

图3为本发明的锚杆的前视图；

图4为本发明的锚杆的A-A处剖面图；

图5为本发明的加压板和注浆管组合结构的前视图；

图6是本发明使用状态图；

图7为土体表面按照十字形状锚固示意图；

其中，1.锚杆体，2.加压板，3.拉杆，4.橡胶止回圈，5.吸水膨胀块，6.止浆塞，7.注浆孔，8.钢条。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

如图1-图7所示，带吸水膨胀块的梯次加压注浆锚杆，包括锚杆体1，所述锚杆体1的外表面上均匀设置有若干吸水膨胀块5，沿长度方向锚杆体1上设置有五排等距的注浆孔7，注浆孔7间竖向间隔150mm~250mm，锚杆外径为24~30mm；锚杆体1内设置有五圈与注浆孔7等距的橡胶止回圈4，其中四个橡胶止回圈4位于相邻注浆孔7中间位置；

橡胶止回圈4横向设于锚杆体1内壁，设五级止回，橡胶止回圈4呈向锚杆体1头部倾斜状，方便加压板2和拉杆3组合结构放入锚杆体1内；在注浆时橡胶止回圈4为加压板2提供后撤阻力，起到止回的作用，且橡胶止回圈4从注浆锚杆体1的初段到尾段逐渐变厚，提供的阻力也逐渐变大，在注浆时增大压力的过程中，当浆液压力增大到本级橡胶止回圈4支撑不住，加压板2和拉杆3组合结构便自动退到下一级橡胶止回圈4。

吸水膨胀块5采用高强度高膨胀率的吸水橡胶材料，膨胀率150%~300%，锚杆放入预定孔位开始注浆时，吸水膨胀块即开始吸水膨胀，并在锚杆注浆完毕时完成大部分膨胀，在后续的两小时内完成剩余膨胀量。

加压板2和拉杆3组合结构采用中空设计用于注浆，拉杆3尾部有螺纹用于连接注浆管，使用时将拉杆3与注浆管旋转连接，旋转五圈左右即连接紧密。

加压板2呈圆形直径与锚杆体1内径相当，保证足够的密实性，注浆中由橡胶止回圈4提供后撤阻力，也即提高前部注浆压力。拉杆3尾部的螺纹为5~7圈，与注浆管头部的螺纹相适应，拧上后保证密封性，防止浆液流出。

橡胶止回圈4的材质为硬性橡胶，形状为向锚杆体1头部倾斜的圆环状。采用五级逐级加压，设定最大压力为40MPa，最初级的橡胶圈可提供80%的最大压力，其后每级增加4%的压力，直到最后一级达到100%的最大压力。如土层需求较大压力，可增大橡胶止回圈的厚度来增大注浆压力值。

一种带吸水膨胀块的梯次加压注浆锚杆构建锚杆支护结构的具体施工方法如下：

①预制锚杆的各部分构件，并组装，用测量工具在土层表面确定锚杆的施设位置与角度，钻挖锚杆所需的施设孔洞；

②将锚杆放入施设孔洞中，确定放入后的位置与角度后，再把加压板2和拉杆3组合结构放入锚杆中，推入最深处；将拉杆3和后方注浆管通过螺纹连接，之后便可以开通注浆管，向土体内注浆，待看到拉杆回撤到最后一级时，准备停止注浆并取下注浆管，完成一根锚杆的施工；

锚杆放入预定孔位开始注浆时，吸水膨胀块5即开始吸水膨胀，并在锚杆注浆完毕时完成大部分膨胀，在后续的两小时内完成剩余膨胀量；每只锚杆的注浆时间可控制在两分钟内，满足速凝砂浆的初凝时间要求；注浆完毕后拧下注浆管，并取出加压板2和拉杆3组合结构循环使用，使用相同螺纹，拧上止浆塞6。

在注浆过程中，加压板到达倒数第二级的橡胶止回圈4时，拉杆3上会看到红色标记；当到达最后一级橡胶止回圈时，拉杆3上显示第二处红色标记，提醒操作人员注浆即将完成，及时卸下注浆管。

③以锚固好的锚杆为基准，在土体表面依照十字形形状设置其余锚杆，并用锚具将钢条与锚杆尾部连接，锚杆间距依土体含水率等情况不同而不同；

④按步骤①~③的顺序在其他的需施工面上施设锚杆1和钢条8，注浆完毕后取出加压板2和拉杆3组合结构循环使用。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种带吸水膨胀块的梯次加压注浆锚杆，其特征是，包括锚杆体，所述锚杆体的外表面上均匀设置有若干吸水膨胀块，沿长度方向锚杆体上设置有五排等距的注浆孔，锚杆体内设置有五圈与注浆孔等距的橡胶止回圈，其中四个橡胶止回圈位于相邻注浆孔中间位置；

所述橡胶止回圈横向设于锚杆体内壁，设五级止回，橡胶止回圈呈向锚杆体头部倾斜状，方便加压板和拉杆组合结构放入锚杆体内；在注浆时橡胶止回圈为加压板提供后撤阻力，起到止回的作用，且橡胶止回圈从注浆锚杆体的初段到尾段逐渐变厚，提供的阻力也逐渐变大，当浆液压力增大到本级橡胶止回圈支撑不住，加压板和拉杆组合结构便自动退到下一级橡胶止回圈。

2.如权利要求1所述的带吸水膨胀块的梯次加压注浆锚杆，其特征是，所述锚杆体的尾部设置有用于连接注浆管和止浆塞的螺纹。

3.如权利要求1所述的带吸水膨胀块的梯次加压注浆锚杆，其特征是，所述注浆孔间竖向间隔150mm~250mm，锚杆外径为24~30mm。

4.如权利要求1所述的带吸水膨胀块的梯次加压注浆锚杆，其特征是，所述加圧板设置于拉杆前端，加圧板和拉杆组合为中空结构；所述加压板呈圆形，直径与锚杆体内径相当；所述拉杆尾部有5~7圈用于连接注浆管的螺纹。

5.如权利要求1所述的带吸水膨胀块的梯次加压注浆锚杆，其特征是，所述橡胶止回圈的材质为硬性橡胶，形状为向锚杆头部倾斜的圆环状；采用五级逐级加压，设定最大压力为40MPa，最初级的橡胶圈可提供80%的最大压力，其后每级增加4%的压力，直到最后一级达到100%的最大压力。

6.如权利要求1所述的带吸水膨胀块的梯次加压注浆锚杆，其特征是，所述吸水膨胀块采用高强度高膨胀率的吸水橡胶材料，膨胀率150%~300%。

7.一种带吸水膨胀块的梯次加压注浆锚杆的施工方法，其特征是，步骤如下：

1）预制各部分构件，并组装，用测量工具在土层表面确定锚杆的施设位置与角度，钻挖锚杆所需的施设孔洞；

2）将锚杆体放入施设孔洞中，确定放入后的位置与角度后，再把加压板和拉杆组合结构放入锚杆体中，推入最深处；将拉杆和后方注浆管通过螺纹连接，之后开通注浆管，向土体内注浆，待拉杆回撤到最后一级时，准备停止注浆并取下注浆管，完成一根锚杆的施工；

3）利用已锚固好的锚杆，建立格构支护结构，拉设钢筋网，并用锚具将锚杆尾端固定于格构支护结构上；

4）以锚固好的锚杆为基准，在土体表面依照十字形形状设置其余锚杆，并用锚具将钢条与锚杆尾部连接，锚杆间距依土体含水率情况不同而不同；

5）按步骤1）~4）的顺序在其他需施工面上施设锚杆和钢条，注浆完毕后取出加压板和拉杆组合结构循环使用。

8.如权利要求7所述的带吸水膨胀块的梯次加压注浆锚杆的施工方法，其特征是，所述步骤2）中，锚杆体放入预定孔位开始注浆时，吸水膨胀块即开始吸水膨胀，并在锚杆注浆完毕时完成大部分膨胀，在后续的两小时内完成剩余膨胀量。

9.如权利要求7所述的带吸水膨胀块的梯次加压注浆锚杆的施工方法，其特征是，所述步骤2）中，每只锚杆的注浆时间控制在两分钟内，满足速凝砂浆的初凝时间要求。

10.如权利要求7所述的带吸水膨胀块的梯次加压注浆锚杆的施工方法，其特征是，所述步骤2）中，在注浆过程中，加压板到达倒数第二级的橡胶圈时，拉杆上会看到红色标记；当到达最后一级橡胶圈时，拉杆上显示第二处红色标记，提醒操作人员注浆即将完成，及时卸下注浆管。