CN108677943A - 多次控制注浆预应力钢锚管锚索组合结构及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多次控制注浆预应力钢锚管锚索组合结构及其施工方法，是将多次控制注浆预应力钢锚管与预应力锚索组合一起的新结构。该组合结构是结合多次控制注浆预应力钢锚管管内进行高压劈裂注水泥浆，对周围岩土体进行加固，形成“树根状”的扩体型锚固体，提高钢锚管与周围岩土体的粘结力，在多次控制注浆预应力钢锚管内植入无粘结钢绞线，无粘结钢绞线深入孔底，外锚固段与框架梁连接；实现对钢锚管底部施工预应力，改变了预应力钢锚管的受力状态。本发明具有技术先进、经济合理、施工快速等优势，较好的解决锚索安装施工难度大、锚固力不足、耐久性差等一种组合加固新结构。

Description

多次控制注浆预应力钢锚管锚索组合结构及其施工方法

技术领域

本发明涉及固定装置技术领域，尤其涉及一种多次控制注浆预应力钢锚管锚索组合结构及其施工方法。

背景技术

边坡锚固工程作为隐蔽工程，其主要材料钢材及混凝土埋设在各种类型的岩土体中，锚固段在地下水较发育的地层中，钻孔过程中容易出现塌孔、缩孔，造成锚索安装难度较大，锚固段与土层之间的粘结力有限，长期与地下水、场地土介质接触，导致锚固结构的耐久性、强度等物理力学性能降低。

要提高地层锚固效果和解决锚索安装问题，除了对现有技术进行完善之外，结合不断发展的新技术，研究多次控制注浆钢锚管与预应力锚索的组合新结构，开发具有快速加固、施工便捷、且较好的解决锚索安装施工难度大、锚固力不足、耐久性差等一种组合加固新结构，是边坡应急抢险加固工程必由之路。

发明内容

基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了多次控制注浆预应力钢锚管锚索组合结构及其施工方法，主要解决解决锚索安装施工难度大、锚固力不足、耐久性差、快速加固、施工便捷等问题。

本发明提出的多次控制注浆预应力钢锚管锚索组合结构，包括钢锚管，所述钢锚管的末端为锚固端，所述钢锚管末端设有导向头，所述钢锚管上设有对中架，所述对中架套箍在钢锚管上，所述钢锚管内设有预应力锚索，所述钢锚管设置钻孔内，所述钢锚管与钻孔之间的间隙内设有一次注浆PVC管，所述钻孔上端设有框架梁，所述框架梁一侧外锚固端，所述外锚固端包括锚墩，所述锚墩上设有封锚硂，所述封锚硂内设有螺母，所述螺母固定在钢锚管的顶端，所述螺母上端设有钢垫板和定型锚具，所述无粘结钢绞线的一端贯穿钢垫板，且不穿过封锚硂。

优选地，所述预应力锚索包括无粘结钢绞线，所述无粘结钢绞线固定在架线环上，所述相邻架线环中间设有紧箍环。

优选地，所述无粘结钢绞线外侧设有PE套管，所述PE套管与无粘结钢绞线之间设有防腐油脂。

优选地，所述架线环上还设有定位孔和注浆管卡口。

优选地，所述钢锚管上设有注浆眼，且呈螺旋形布置。

优选地，所述注浆眼上设有玻璃胶。

优选地，所述钢锚管与钻孔之间为一次注浆体，所述钢锚管内部为二次劈裂注浆体。

本发明提出的一种多次控制注浆预应力钢锚管锚索组合结构的施工方法，方法步骤如下：

S1：多次控制注浆钢锚管的制作安装

(1)钢锚管加工：钢锚管采用Φ60×6mm的无缝钢管，标准长为6m；

(2)钢锚管连接：普通切割机对钢锚管进行切割。钢锚管的连接采用φ73×6mm的钢管，与两根钢管的搭接长度均为10cm；

(3)对中架的制作：钢锚管的对中架采用3根φ12螺纹钢筋焊接，3根钢筋在横断面上呈等边三角形布置,螺纹钢筋长10cm，在钢锚管上每隔3.0m设一道对中架；

(4)注浆眼的封孔方法：用胶枪将玻璃胶打入注浆眼内，待玻璃胶凝固后检查注浆眼的密封情况，并对注浆眼进行补胶密封；

S2：钻孔

钻孔的钻孔工艺为：定孔位、搭设钻机平台、复合孔位、钻机精确定位、钻孔、检验；

S3：注浆

(1)一次注浆：采用一次注浆PVC管注浆，一次注浆PVC管采用Φ25mm PVC管。为保证浆液充满整个钻孔的空隙，一次注浆PVC管深入孔底，浆液通过一次注浆管从孔底自下而上反向压浆，将管底残留的碎渣及漏浆压出孔口，且持续到孔口溢出净水泥浆。为防止下管安装时管口被残渣堵塞，在一次注浆末端10cm范围内设有两排梅花形孔眼，孔径6mm，一次注浆结束后，如果发现孔口浆液回缩，在现场要及时补浆；

(2)二次注浆：二次注浆通过钢锚管内进行，浆液通过高压(一般在1-5MPa)将钢锚管二次注浆眼及一次注浆体劈开，向四周扩散，充填裂隙发育、岩层软弱地层及土层中间隙，提高锚固力；

S4：预应力锚索安装

(1)预应力锚索制作：预应力锚索采用Φ15.24mm、Fptk＝1860MPa的高强度、低松弛无粘结预应力钢绞线，长度按设计长度切割，锚固段长10-15m，锚固段必须除去PE套管保护层，并洗净钢绞线上的防腐油脂；

(2)架线环的制作：架线环采用硬塑材料加工制作而成，其轴线与承载板一致，间隔1.5-2m设置一道，用铁丝绑扎牢固，起到对中作用；

(3)紧箍环的制作：紧箍环用φ8铁丝制作，设置在两个架线环中间位置，把无粘结钢绞线绑扎牢固；

(4)预应力锚索安装：在钢锚管二次劈裂注浆后，立即将预应力锚索插入钢锚管内，一直伸入到孔底。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、提高了锚固力：通过钢锚管二次劈裂注浆，向钻孔1周围劈裂，提高了岩土体的强度，增强了钢锚管与岩土体的粘结力，通过钢绞线从钢锚管底端施加预应力，有效的增加了组合结构的锚固段长度，大大的提高了锚固力。

2、解决锚索安装难度大的问题：由于预应力锚索钢绞线属于柔性结构，遇到塌孔、缩孔，锚索安装难度极大，钢锚管属于刚性结构，安装方便，通过先安装钢锚管并注浆完成后立即在钢管内安装预应力锚索，有效的解决了锚索安装难度大的问题。

3、提高了预应力锚索的耐久性：将无粘结钢绞线植入钢锚管内部，有效解决了钢锚管外部环境对预应力锚索的腐蚀，耐久性好。

本发明专利多次控制注浆预应力钢锚管锚索组合结构结合了预应力锚索与多次控制注浆技术的优点，通过钢锚管多次控制注浆提高岩土体强度及岩土体与钢锚管的粘结力，在钢锚管内植入钢绞线通过在钢锚管底部施工预应力，改变了预应力钢锚管受力模式，大大的提高了锚固力。具有结构合理、技术先进、经济合理、防腐效果好等优势，是一种适用于边坡锚固的新型边坡加固技术。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明提出的多次控制注浆预应力钢锚管锚索组合结构的结构示意图；

图2为本发明提出的多次控制注浆预应力钢锚管锚索组合结构的局部剖视图A-A；

图3为本发明提出的多次控制注浆预应力钢锚管锚索组合结构的局部剖视图B-B；

图4为本发明提出的多次控制注浆预应力钢锚管锚索组合结构的局部剖视图C-C。

图中：1-钻孔、2-一次注浆体、3-钢锚管、4-无粘结钢绞线、5-架线环、6-紧箍环、7-一次注浆PVC管、8-框架梁、9-钢垫板、10-螺母、11-定型锚具、12-封锚硂、13-锚墩、14-注浆眼、15-防腐油脂、16-PE套管、17-注浆管卡口、18-定位孔、19-二次劈裂注浆体、20-导向头、21-对中架、22-连接器；

D-外锚固端、E-锚固端。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步解说。

参考图1-4，多次控制注浆预应力钢锚管锚索组合结构，包括钢锚管3，所述钢锚管3的末端为锚固端E，钢锚管3除锚固端E以外的部分均为自由段，所述钢锚管3末端设有导向头20，导向头20外型呈锥形，位于钢锚管3的底端，与钢锚管3焊接形成整体，头部呈锥形，满足强度要求，导向头20必须做好密封，防止水泥浆进入，导向头20起到钢锚管3在伸入钻孔1孔底过程中的导向作用，所述钢锚管3上设有对中架21，所述对中架21套箍在钢锚管3上，对中架21采用3根φ12螺纹钢筋焊接，3根钢筋在横断面上呈等边三角形布置，起到下管过程钢锚管3与钻孔1的孔壁间一定的保护层厚度，确保钢锚管3周围由注浆体包裹，提高钢锚管3的防腐性能及抗拉承载力，所述钢锚管3内设有预应力锚索，所述钢锚管3设置钻孔1内，在边坡上坡面上钻孔1，向下与水平方向夹角为20-25°、一定深度的钻孔1，钻孔1直径为130mm，钢锚管3与钻孔1之间存在一定的间隙，所述钢锚管3与钻孔1之间的间隙内设有一次注浆PVC管7，制作钢锚管3时，将一次注浆管7(25mmPVC管)绑定在钢锚管3的外侧，一次注浆PVC管7深入孔底，注浆时由孔底向上返浆，直至钻孔1内充满浆液，且孔口冒浆为纯水泥浆为止，所述钻孔1上端设有框架梁8，所述框架梁8一侧外锚固端D，所述外锚固端D包括锚墩13，所述锚墩13上设有封锚硂12，封锚硂12为C30混凝土，所述封锚硂12内设有螺母10，螺母10采用六角厚螺母10，螺母10内径54.4mm，所述螺母10固定在钢锚管3的顶端，所述螺母10上端设有钢垫板9和定型锚具11，钢垫板9尺寸为20cm×20cm×2cm，将四块焊接成一个正方体，没有上下盖板，每块钢垫板9中间预留一个φ65mm锚索孔，所述无粘结钢绞线4的一端贯穿钢垫板9，且不穿过封锚硂12。

预应力锚索包括无粘结钢绞线4，无粘结钢绞线4为3根，所述无粘结钢绞线4固定在架线环5上，架线环5等距设有多个，由于无粘结钢绞线4是柔性结构，架线环5起到捋顺无粘结钢绞线4，提高无粘结钢绞线4刚度的作用，同时也设计一定的保护层厚度，确保无粘结钢绞线4周围由注浆体包裹，提高锚索的防腐耐久性，所述相邻架线环5中间设有紧箍环6，紧箍环6用φ8铁丝制作，设置在两个架线环5中间位置，所述无粘结钢绞线4外侧设有PE套管16，所述PE套管16与无粘结钢绞线4之间设有防腐油脂15，防腐油脂15一般为黄油，黄油有隔水防锈、减少摩擦的作用。

架线环5上还设有定位孔18和注浆管卡口17。

钢锚管3上设有注浆眼14，且呈螺旋形布置，注浆眼14上设有玻璃胶。

钢锚管3与钻孔1之间为一次注浆体2，所述钢锚管3内部为二次劈裂注浆体19，一次注浆体2和二次劈裂注浆体19均采用M30水泥浆进行浇筑。

本发明提出的一种多次控制注浆预应力钢锚管锚索组合结构的施工方法，方法步骤如下：

S1：多次控制注浆钢锚管的制作安装

(1)钢锚管加工：钢锚管采用Φ60×6mm的无缝钢管，标准长为6m；

(2)钢锚管连接：普通切割机对钢锚管进行切割。钢锚管的连接采用φ73×6mm的钢管，与两根钢管的搭接长度均为10cm；

在孔口进行钢管焊接时应注意，两根钢管之间常存在缝隙，焊接时应使钢管之间实现无缝连接，避免一次注浆时浆液流入钢管内造成试验失败。

(3)对中架的制作：钢锚管的对中架采用3根φ12螺纹钢筋焊接，3根钢筋在横断面上呈等边三角形布置,螺纹钢筋长10cm，在钢锚管上每隔3.0m设一道对中架；

(4)注浆眼的封孔方法：一次注浆为钢锚管外注浆，此时注浆眼要确保密封，避免一次注浆的浆液流入钢锚管内；二次注浆为钢花内注浆，此时要保证浆液能冲破密封的注浆眼，才能实现二次劈裂注浆。

玻璃胶封孔在实践中被证明是一种可靠、简易的封孔方式，用胶枪将玻璃胶打入注浆眼，玻璃胶凝固后可起到密封注浆眼的目的，下管过程玻璃胶也不易损坏，同时玻璃胶强度较低，二次注浆时极易被冲破。

玻璃胶封孔需注意：玻璃胶凝固后体积会收缩，易在注浆眼中形成孔洞影响密封，在玻璃胶凝固后要检查注浆眼的密封情况，并对孔洞进行补胶密封。

S2：钻孔

钻孔的钻孔工艺为：定孔位、搭设钻机平台、复合孔位、钻机精确定位、钻孔、检验；

S3：注浆

(1)一次注浆：采用一次注浆PVC管注浆，一次注浆PVC管采用Φ25mm PVC管，目的是在钢锚管与钻孔之间浇筑水泥注浆体。为保证浆液充满整个钻孔的空隙，一次注浆PVC管深入孔底，浆液通过一次注浆管从孔底自下而上反向压浆，将管底残留的碎渣及漏浆压出孔口，且持续到孔口溢出净水泥浆。为防止下管安装时管口被残渣堵塞，在一次注浆末端10cm范围内设有两排梅花形孔眼，孔径6mm；

一次注浆结束后，如果发现孔口浆液回缩，在现场要及时补浆。

(2)二次注浆：二次注浆通过钢锚管内进行，浆液通过高压(一般在1-5MPa)将钢锚管二次注浆眼及一次注浆体劈开，向四周扩散，充填裂隙发育、岩层软弱地层及土层中间隙，提高锚固力，其有两个标志性注浆控制压力，一是：注浆体瞬间劈裂压力，即将二次注浆眼孔冲开并劈裂一次注浆体的压力，其与一次注浆的强度有关，又与一、二次注浆间隔时间长短有关。一般浆体劈裂压力为1-5Mpa。二是岩土体挤裂压力，一次注浆体被劈裂后，浆液在注浆压力驱动下将沿岩体中“通道”(主要为节理裂隙)向四周扩散。当钻孔周边“通道”被浆液填充完成后，在注浆压力作用下，岩土体内浆体压力持续上升，直至岩体中封闭的节理裂缝被挤破产生新的“通道”，此时注浆压力即为岩体挤裂压力；

二次注浆(劈裂注浆)时，由于注浆压力较大，部注浆管口需加密封牢固。

(3)注浆结束依据：在施工中，要注意：一是在瞬间劈裂压力作用下，钻孔周围不能跑浆。二是持续注浆压力，即在二次劈裂后浆液向四周扩散的持续压力，根据孔周围岩土体的强度和结构不同，会出现三种情况。第一种情况：在出现浆体瞬间劈裂压力后，持续注浆压力明显小于劈裂压力，而且持续注浆压力不会增加，即不会出现岩体挤裂压力，注浆量不断增加，此时按设计注浆量三倍控制注浆量。第二种情况：在出现浆体瞬间劈裂压力后，持续注浆压力虽然明显小于劈裂压力，但持续压力不断增加，会出现岩体挤裂压力，而注浆量不断减小，此情况对其注浆量进行双控，按满足总注浆量不大于设计注浆量的3倍和出现二次岩体挤裂压力后注浆效果不明显(每分钟注浆量不超过0.2-0.5L)时，两者其中之一即可停止注浆。第三种情况：在出现浆体瞬间劈裂注浆压力后持续注浆压力没有明显的减小，或注浆压力一直增加没有形成岩体挤裂压力，注浆效果不明显，按注浆压力不超过注浆机与注浆管的容许压力(5MPa)进行控制。

另外，实验中如果出现坡面漏浆现象，立即停止注浆。

S4：预应力锚索安装

(1)预应力锚索制作：预应力锚索采用Φ15.24mm、Fptk＝1860MPa的高强度、低松弛无粘结预应力钢绞线，长度按设计长度切割，锚固段长10-15m，锚固段必须除去PE套管保护层，并洗净钢绞线上的防腐油脂，

(2)架线环的制作：架线环采用硬塑材料加工制作而成，其轴线与承载板一致，间隔1.5-2m设置一道，用铁丝绑扎牢固，起到对中作用，

(3)紧箍环的制作：紧箍环用φ8铁丝制作，设置在两个架线环中间位置，把无粘结钢绞线绑扎牢固，

(4)预应力锚索安装：在钢锚管二次劈裂注浆后，立即将预应力锚索插入钢锚管内，一直伸入到孔底。

本发明专利多次控制注浆预应力钢锚管锚索组合结构结合了预应力锚索与多次控制注浆技术的优点，通过钢锚管多次控制注浆提高岩土体强度及岩土体与钢锚管的粘结力，在钢锚管内植入钢绞线通过在钢锚管底部施工预应力，改变了预应力钢锚管受力模式，大大的提高了锚固力。具有结构合理、技术先进、经济合理、防腐效果好等优势，是一种适用于边坡锚固的新型边坡加固技术。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.多次控制注浆预应力钢锚管锚索组合结构，其特征在于，包括钢锚管，所述钢锚管的末端为锚固端，所述钢锚管末端设有导向头，所述钢锚管上设有对中架，所述对中架套箍在钢锚管上，所述钢锚管内设有预应力锚索，所述钢锚管设置钻孔内，所述钢锚管与钻孔之间的间隙内设有一次注浆PVC管，所述钻孔上端设有框架梁，所述框架梁一侧外锚固端，所述外锚固端包括锚墩，所述锚墩上设有封锚硂，所述封锚硂内设有螺母，所述螺母固定在钢锚管的顶端，所述螺母上端设有钢垫板和定型锚具，所述无粘结钢绞线的一端贯穿钢垫板，且不穿过封锚硂。

2.根据权利要求1所述的多次控制注浆预应力钢锚管锚索组合结构，其特征在于，所述预应力锚索包括无粘结钢绞线，所述无粘结钢绞线固定在架线环上，所述相邻架线环中间设有紧箍环。

3.根据权利要求2所述的多次控制注浆预应力钢锚管锚索组合结构，其特征在于，所述无粘结钢绞线外侧设有PE套管，所述PE套管与无粘结钢绞线之间设有防腐油脂。

4.根据权利要求2或3所述的多次控制注浆预应力钢锚管锚索组合结构，其特征在于，所述架线环上还设有定位孔和注浆管卡口。

5.根据权利要求1所述的多次控制注浆预应力钢锚管锚索组合结构，其特征在于，所述钢锚管上设有注浆眼，所述注浆眼的直径为φ8mm，且呈螺旋形布置。

6.根据权利要求5所述的多次控制注浆预应力钢锚管锚索组合结构，其特征在于，所述注浆眼上设有玻璃胶。

7.根据权利要求1所述的多次控制注浆预应力钢锚管锚索组合结构，其特征在于，所述钢锚管与钻孔之间为一次注浆体，所述钢锚管内部为二次劈裂注浆体。

8.根据权利要求1-7任一项所述的多次控制注浆预应力钢锚管锚索组合结构的施工方法，其特征在于，方法步骤如下：

S1：多次控制注浆钢锚管的制作安装

(1)钢锚管加工：钢锚管采用Φ60×6mm的无缝钢管，标准长为6m；

(2)钢锚管连接：普通切割机对钢锚管进行切割。钢锚管的连接采用φ73×6mm的钢管，与两根钢管的搭接长度均为10cm；

(3)对中架的制作：钢锚管的对中架采用3根φ12螺纹钢筋焊接，3根钢筋在横断面上呈等边三角形布置,螺纹钢筋长10cm，在钢锚管上每隔3.0m设一道对中架；

(4)注浆眼的封孔方法：用胶枪将玻璃胶打入注浆眼内，待玻璃胶凝固后检查注浆眼的密封情况，并对注浆眼进行补胶密封；

S2：钻孔

钻孔的钻孔工艺为：定孔位、搭设钻机平台、复合孔位、钻机精确定位、钻孔、检验；

S3：注浆

(1)一次注浆：采用一次注浆PVC管注浆，一次注浆PVC管采用Φ25mm PVC管。为保证浆液充满整个钻孔的空隙，一次注浆PVC管深入孔底，浆液通过一次注浆管从孔底自下而上反向压浆，将管底残留的碎渣及漏浆压出孔口，且持续到孔口溢出净水泥浆。为防止下管安装时管口被残渣堵塞，在一次注浆末端10cm范围内设有两排梅花形孔眼，孔径6mm，一次注浆结束后，如果发现孔口浆液回缩，在现场要及时补浆；

(2)二次注浆：二次注浆通过钢锚管内进行，浆液通过高压将钢锚管二次注浆眼及一次注浆体劈开，向四周扩散，充填裂隙发育、岩层软弱地层及土层中间隙，提高锚固力；

S4：预应力锚索安装

(1)预应力锚索制作：预应力锚索采用Φ15.24mm、Fptk＝1860MPa的高强度、低松弛无粘结预应力钢绞线，长度按设计长度切割，锚固段长10-15m，锚固段必须除去PE套管保护层，并洗净钢绞线上的防腐油脂；

(2)架线环的制作：架线环采用硬塑材料加工制作而成，其轴线与承载板一致，间隔1.5-2m设置一道，用铁丝绑扎牢固，起到对中作用；

(3)紧箍环的制作：紧箍环用φ8铁丝制作，设置在两个架线环中间位置，把无粘结钢绞线绑扎牢固；

(4)预应力锚索安装：在钢锚管二次劈裂注浆后，立即将预应力锚索插入钢锚管内，一直伸入到孔底。