CN108755677B - 一种多次控制注浆的预制内锚头锚索结构 - Google Patents

Abstract

一种多次控制注浆的预制内锚头锚索结构，包括外锚固端和锚索主体，锚索主体的顶端通过外锚固端与框架梁连接；锚索主体包括数根无粘结钢绞线、一次注浆管和二次注浆管，所述的锚索主体的底端设有预制内锚头，预制内锚头靠近锚索主体的一端预留长30‑50cm范围不注浆，预制内锚头与锚索主体之间设有止浆塞，二次注浆管通过止浆塞延伸至预制内锚头内不注浆的位置；将预制内锚头伸入锚索孔孔底后通过一次注浆管进行常压注水泥浆，在锚固段预制内锚头不锈钢钢管外形成帷幕，再通过二次注浆管对锚固段进行劈裂注水泥浆，对锚固段周围岩土体进行加固，形成“树根状”的扩体型锚固体，提高锚固力。

Description

一种多次控制注浆的预制内锚头锚索结构

技术领域

本发明涉及一种多次控制注浆的预制内锚头锚索结构，适用于公路、铁路、矿山、市政等的边坡加固工程中。

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，锚固段在土层中，锚固段与土层之间的粘结力欠佳，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。

要提高土层锚固工程的耐久性和锚固效果，除了对现有技术进行完善之外，结合不断发展的新技术、新材料、新工艺，研究新型锚固结构，开发具有较好适用于土层的锚固技术，是必由之路。

针对上述问题，申请人已申请中国专利，专利名称：预制内锚头压力型锚索结构及其施工方法，申请号：201510197995.X，该篇专利提出的锚索结构为：锚索主体位于锚索孔内，锚索主体的顶端通过外锚固端与框架梁连接；锚索主体由数根无粘结钢绞线穿过后注浆体内的钢绞线孔，无粘结钢绞线包括钢绞线、PE套管和防腐油脂，在钢绞线外套有PE套管，在钢绞线与PE套管之间充满防腐油脂；在锚索主体的底端设有预制内锚头；将预制内锚头伸入锚索孔孔底后通过一次注浆管进行常压注水泥浆，再通过二次注浆管劈裂注水泥浆与常压注水泥浆形成整个锚索的后注浆体。为了进一步增强二次劈裂注浆的稳固效果，本申请将对预制内锚头的结构进行改进，通过二次劈裂注浆，在锚固段形成扩大头，以增强对锚固段与周围岩土体的粘接力，从而提高锚固力。

发明内容

本发明专利提供一种多次控制注浆的预制内锚头锚索结构，主要解决土层锚索锚固力不足的问题。

本发明专利的技术方案是：一种多次控制注浆的预制内锚头锚索结构，包括外锚固端(E)和锚索主体(F)，锚索主体(F)的顶端通过外锚固端(E)与框架梁(9)连接；锚索主体(F)包括数根无粘结钢绞线(2)、一次注浆管(6)和二次注浆管(7)，其特征在于，所述的锚索主体(F)的底端设有预制内锚头(1)，预制内锚头(1)靠近锚索主体(F)的一端预留长30-50cm范围不注浆，预制内锚头1与锚索主体(F)之间设有止浆塞(20)，二次注浆管(7)通过止浆塞(20)延伸至预制内锚头(1)内不注浆的位置，用于进行二次劈裂注浆。

优选的，所述的预制内锚头(1)的外侧设有不锈钢钢管14，不锈钢钢管14靠近锚索主体(F)的30-50cm范围内匀均设置注浆眼(21)。

优选的，所述注浆眼(21)呈梅花形布设，孔径为φ8mm。

优选的，所述注浆眼(21)采用玻璃胶封闭。

优选的，所述止浆塞(20)与二次注浆管(7)接触位置采用玻璃胶和钻胶带密封。

优选的，所述锚索主体(F)靠近外锚固端(E)端部设有孔口钢管(8)。

优选的，所述的锚索主体F的数根无粘结钢绞线(2)、一次注浆管(6)和二次注浆管(7)用数个等间隔设置的架线环(4)支撑，然后在两个架线环(4)中间位置用紧箍环(3)绑扎牢固。

优选的，所述的外锚固端由钢垫板(10)、定型锚具(11)、封锚砼(12)、锚墩(13)组成，无粘结钢绞线(2)的顶端向上穿过框架梁(9)，在框架梁(9)上面依次安装一个楔形的锚墩(13)、钢垫板(10)、定型锚具(11)，最后用封锚砼(12)封闭。

锚索主体F位于锚索孔(5)内，锚索主体(F)的顶端通过外锚固端(E)与框架梁(9)连接；无粘结钢绞线(2)包括钢绞线(201)PE套管(26)和防腐油脂(27)，在钢绞线(201)外套有PE套管(26)，在钢绞线(201)与PE套管(26)之间充满防腐油脂(27)；

预制内锚头(1)包括不锈钢钢管(14)、承载体(G)、挤压套(19)、挤压弹簧(18)、定位螺杆(22)和钢质承压板(16)；承载体(G)包括：在锚头不锈钢钢管(14)内的下部(靠近导向头)设有钢质承压板(16)，在钢质承压板(16)以上部分(靠近尾部方向)设螺纹受力筋(30)，在预制注浆体(17)中心的周围沿圆周均布预留四个钢绞线孔(31)，在预留钢绞线孔(31)之间均布设有四根螺纹受力筋，固化在预制注浆体(17)内；定位螺杆(22)穿过钢质承压板上对应的固定螺杆孔(32)；将钢绞线的底部穿过承载体内的预留钢绞线孔(31)至钢质承压板(16)下部的空腔内，在空腔内的钢绞线(201)上套装挤压弹簧(18)，在挤压弹簧外套装挤压套(19)，钢绞线(201)底端外露长度20mm；用挤压机对挤压套(19)和挤压弹簧(18)进行径向挤压，挤压后将钢质承压板上的预留固定螺杆孔(32)套入定位螺杆(22)和外露的钢绞线(201)底部，并顶住挤压套(19)底端，在钢质承压板(16)上底侧用定位螺母(23)紧固在定位螺杆(22)上，构成预制内锚头(1)。

预制内锚头(1)的底端设有导向头(24)，在承载体(G)、挤压套(19)、挤压弹簧(18)及定位螺杆(22)组装成预制内锚头(1)后，用现M40水泥浆充满不锈钢钢管孔壁没钻眼的部分空腔，底端呈圆锥形，满足强度要求，起到锚索在伸入锚索孔孔底过程的导向作用。

锚索孔(5)内伸入一次注浆管(6)和二次注浆管(7)，一次注浆管(6)到锚索孔孔底，二次注浆管(7)通过止浆塞(20)伸入30-50cm未充填混凝土的空腔内。

本发明的优点是：

1、提高了锚固力：通过二次劈裂注浆在锚固段形成一个扩大头且提高锚固段周围岩土体强度，有效提高了锚固力。

2、提高了承载体的耐久性：将无粘结钢绞线、挤压套和钢质承压板采用水泥浆现浇为整体，外裹不锈钢钢管，其承载体有很强的承载力，耐久性好。

3、本发明中在二次注浆管靠近锚索孔孔口端变接镀锌钢管，能够有效防止二次注浆时压力过大导致锚索孔口端PVC管出现破坏的情况，达不到高压劈裂的注浆效果。

本发明提出的预制内锚头压力型锚索结合了预制内锚头锚索与控制注浆技术的优点，通过锚固段尾部30-50cm范围内进行二次劈裂注浆提高锚固段周围岩土体强度，在锚固段尾部形成扩大头，形成“树根状”的扩体型锚固体，提高锚固力，增加锚固体与周围岩土体的粘结强度，提高锚索锚固力。具有结构合理、技术先进、经济合理、防腐效果好等优势，是一种适用于土层锚固的新型边坡加固技术。

附图说明

图1是本发明提出的多次控制注浆预制内锚头锚索的总体结构示意图；

图2是图1的A-A剖视图；

图3是图5的B-B剖视图；

图4是图3的C-C剖视图；

图5是图3的D-D剖视图；

图6是图5中预制内锚头的横截面E-E的剖视图；

图7是止浆塞剖视图；

图8是钢质承压板钻孔大样图；

图9是二次注浆管大样图。

附图标记说明：1、预制内锚头；2、无粘结钢绞线(φ15.24)；201、钢绞线；3、紧箍环；4、架线环；5、锚索孔(φ130)；6、一次注浆管；7、二次注浆管；8、孔口钢管(Φ75×3.0)；9、框架梁；10、钢垫板；11、定型锚具；12、封锚砼(C30)；13、锚墩；14、不锈钢钢管(φ102)；15、螺旋箍筋(φ6)；16、钢质承压板(φ98)；17、预制注浆体(M40水泥浆)；18、挤压弹簧；19、挤压套；20、止浆塞(φ100)；21、注浆眼；22、定位螺杆；23、螺母；24、导向头；25、一次注浆体(M30水泥浆)；26、PE套管；27、防腐油脂(黄油)；28、注浆管卡口；29、架线环上的定位孔；30、螺纹受力筋；31、钢绞线孔；32、固定螺杆孔；33、预留注浆眼；34镀锌钢管(25×3.0)；E、外锚固端；F、锚索主体；G、承载体。

具体实施方式

参见图1-8，本发明提出的一种多次控制注浆预制内锚头压力型锚索结构，包括预制内锚头1、无粘结钢绞线2、紧箍环3、架线环4、锚索孔5、一次注浆管6、二次注浆管7、预制注浆体17和外锚固端E，分别说明如下：

1、预制内锚头1：

预制内锚头1、由无粘结钢绞线2、不锈钢钢管14、钢质承压板16、预制注浆体(M40水泥浆)17、挤压弹簧18、挤压套19、止浆塞20、注浆眼21、定位螺杆22、螺母23、导向头24和螺纹受力筋30组成。其中：

承载体G是工厂化制作，制作好后，运输到施工现场，现场在不锈钢钢管尾部靠近锚索主体F的30-50cm范围内的管壁上钻φ8mm的注浆眼21，然后用玻璃胶和胶带密封好，再与挤压套19、挤压弹簧18一起组装成预制内锚头1。

2、无粘结钢绞线2：

无粘结钢绞线2由钢绞线201、PE套管26和防腐油脂(黄油)27组成。通过PE套管26使钢绞线201与预制注浆体(M40水泥浆)17不直接接触，由底部向上受压来提供锚固力，整段钢绞线201成为自由段。防腐油脂(黄油)27有隔水防锈，减少摩擦力的作用。

3、架线环4：

由于无粘结钢绞线2是柔性结构，架线环4起到捋顺无粘结钢绞线2和一次注浆管6和二次注浆管7，提高无粘结钢绞线2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2周围由注浆体包裹，提高锚索的防腐耐久性。

4、紧箍环3：

紧箍环3用φ8铁丝制作，设置在两个架线环4中间位置，把一次注浆管6、二次注浆管7与无粘结钢绞线2一起绑扎牢固。

5、锚索孔5：

在边坡上斜向向下钻一定孔径、一定深度的锚索孔5，要求锚索孔5穿过滑动面，深入到可锚固的地层中。把预制内锚头1伸进钻孔底部，注浆，张拉，锚固边坡。锚索孔5的孔口应套孔口钢管8，孔口钢管8的底端深入孔口以下30cm，孔口钢管8的顶端应框架梁9平齐，在浇筑框架梁9时应放入孔口钢管8，并定位，使锚索位于孔口钢管8中心位置，便于锚索张拉。

6、一次注浆管6和二次注浆管7：

制作锚索时，预设一次注浆管6和二次注浆管7，一次注浆管深入锚索孔5的低部，由孔低返浆。二次注浆管7通过止浆塞20伸入到预制内锚头1尾部的未注浆空腔区域，二次注浆管靠近锚索孔端接入镀锌钢管34。

7、一次注浆体(M30水泥浆)25：

预制内锚头1入锚索孔5后，由一次注浆管6把一定水灰比的纯水泥浆注入钻孔内形成一次注浆体25，通过一次注浆体25与锚索孔5孔壁的粘结力来提供锚固力，对裂隙发育、岩层软弱地层及土层中，采用二次注浆管7通过在预制内锚头1尾部一段未注浆空腔区域高压劈裂注浆，在预制内锚头1尾部形成扩大头，提高锚固力。

8、导向头(24)：

导向头(24)外型呈锥形，位于预制内锚头(1)的底端，在承载体(G)、挤压套(19)、挤压弹簧(18)及定位螺杆(22)组装成预制内锚头(1)后，用M40水泥浆制作，M40水泥浆充满锚头不锈钢钢管(14)下部的空腔内，与挤压套(19)、钢绞线(201)、定位螺杆(22)浇筑一起，形成整体，头部呈锥形，满足强度要求。起到锚索在伸入锚索孔(5)孔底过程的导向作用。

9、外锚固端(E)：

由长20cm×宽20cm×厚20mm钢垫板(10)、定型锚具(11)、C30封锚砼(12)、锚墩(13)组成。

具体实施过程：

1)预制内锚头(1)的制作：

把承载体G、挤压套(19)、挤压弹簧(18)及钢绞线(201)组合成为预制内锚头(1)，以预制内锚头(1)的长度1000mm为例，φ102×1.5mm的不锈钢钢管(14)，不锈钢钢管(14)的下部预留125mm长空腔(用来安装和密封挤压套(19))和靠近锚索主体(F)的一端预留300-500mm空腔(用来进行二次劈裂注浆)，2根100mm长(空腔内预留80mm)定位螺杆(22)(用来固定挤压套(19))，φ98mm厚20mm的钢质承压板(16)。在钢质承压板(16)中心周围预留4个沿圆周均布的φ20mm的钢绞线孔(31)，在钢质承压板(16)相邻的钢绞线孔(31)中间预留4个沿圆周均布φ8mm的固定螺杆孔(32)。在钢质承压板(16)中部预留注浆眼(33)，不锈钢钢管(14)的上部(长355mm)和导向头内部的空腔填充预制注浆体(M40水泥)17，为提高注浆体的抗压强度，在注浆体内加1根350mm长φ6螺旋箍筋15(螺旋内径80mm)和4根350mm长φ12螺纹受力筋30，在预制内锚头1尾部用止浆塞20密封，同时不锈钢钢管尾部300-500mm范围管壁注浆眼21采用玻璃胶和钻胶带密封，防止一次从地底注浆的浆液进入预制内锚头尾部空腔内。

定位螺杆22使带挤压套19的四根钢绞线201位置固定作用。

首先把钢绞线201通过钢质承压板16上预留钢绞线孔31穿过承载体G一定长度(100-200mm)，再把挤压弹簧18、挤压套19一起套入钢绞线201上，用专用挤压机把三者挤压后，反向拉钢绞线201使其全部进入承载体G内。把钢绞线201和定位螺杆22分别穿过钢质承压板16上预留钢绞线孔31和预留固定螺杆孔32，另一侧外露钢绞线201和定位螺杆22穿过另一块钢质承压板16上预留钢绞线孔31和预留固定螺杆孔32顶住挤压套19，底侧用螺母23上紧固定牢固，螺母23与定位螺杆22应使用配套定型产品。

2)多次控制注浆预制内锚头压力型锚索的制作安装：

(1)锚索加工：

无粘结钢绞线2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。

(2)架线环(4)的制作：

架线环4采用硬塑材料加工制作而成，其轴线与承载体G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)一次注浆管6、二次注浆管7的安装：

一次注浆管6随锚索主体F绑扎，设置在预制内锚头1尾部，不伸入到预制内锚头1内部，随预制内锚头1一起进入锚索孔5的孔底。

二次注浆管7也随锚索主体F绑扎，通过止浆塞20直接伸入到预制内锚头1尾部没灌浆的空腔内，在止浆塞20与二次注浆管7接触位置及无粘结钢绞线2与止浆塞20接触位置采用玻璃胶和钻胶带密封，保证一次注浆浆液不进入空腔内，二次注浆管外端(靠近锚索孔孔口)变接镀锌钢管34，防止注浆压力过大，孔口裸露的二次注浆PVC管强度不足，达不到二次劈裂的效果。

3)锚索孔5：

锚索孔5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。

4)注浆过程：

(1)一次注浆

一次注浆采用一次注浆管6注浆，目的是在锚索与锚索孔5之间注入M30水泥浆形成一次注浆体25。一次注浆管6采用Φ25mmPVC管。为保证浆液充满整个锚索孔5的空隙，一次注浆管6深入孔底，浆液通过一次注浆管6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，在一次注浆管6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：

二次注浆通过二次注浆管7在预制内锚头1尾部空腔内进行，浆液通过高压(一般在1-5MPa)将预制内锚头不锈钢钢管壁注浆眼及一次注浆体劈开，向四周扩散，在锚固段尾端形成扩大头，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，即将二次注浆不锈钢钢管壁钻眼孔冲开并劈裂一次注浆体的压力，其与一次注浆体的强度有关，又与一、二次注浆间隔时间长短有关。一般一次注浆体劈裂压力为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，二次注浆PCV管靠近锚索孔5孔口改为镀锌钢管34，防止注浆压力过大，孔口裸露的二次注浆PVC管强度不足，达不到二次劈裂的效果。

(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。

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 (5)

1.一种多次控制注浆的预制内锚头锚索结构，包括外锚固端(E)和锚索主体(F)，锚索主体(F)的顶端通过外锚固端(E)与框架梁(9)连接；锚索主体(F)包括数根无粘结钢绞线(2)、一次注浆管(6)和二次注浆管(7)，其特征在于，所述锚索主体(F)靠近外锚固端(E)端部设有孔口钢管(8)，所述的锚索主体(F)的底端设有预制内锚头(1)，预制内锚头(1)靠近锚索主体(F)的一端预留长30-50cm范围不注浆，预制内锚头(1)与锚索主体(F)之间设有止浆塞(20)，二次注浆管(7)通过止浆塞(20)延伸至预制内锚头(1)内不注浆的位置，用于进行二次劈裂注浆，所述止浆塞(20)与二次注浆管(7)接触位置采用玻璃胶和钻胶带密封；所述的预制内锚头(1)的外侧设有不锈钢钢管(14)，不锈钢钢管(14)靠近锚索主体(F)的30-50cm范围内匀均设置注浆眼(21)。

2.根据权利要求1所述的一种多次控制注浆的预制内锚头锚索结构，其特征在于，所述注浆眼(21)呈梅花形布设，孔径为φ8mm。

3.根据权利要求1所述的一种多次控制注浆的预制内锚头锚索结构，其特征在于，所述注浆眼(21)采用玻璃胶封闭。

4.根据权利要求1所述的一种多次控制注浆的预制内锚头锚索结构，其特征在于，所述的锚索主体F的数根无粘结钢绞线(2)、一次注浆管(6)和二次注浆管(7)用数个等间隔设置的架线环(4)支撑，然后在两个架线环(4)中间位置用紧箍环(3)绑扎牢固。

5.根据权利要求1所述的一种多次控制注浆的预制内锚头锚索结构，其特征在于，所述的外锚固端由钢垫板(10)、定型锚具(11)、封锚砼(12)、锚墩(13)组成，无粘结钢绞线(2)的顶端向上穿过框架梁(9)，在框架梁(9)上面依次安装一个楔形的锚墩(13)、钢垫板(10)、定型锚具(11)，最后用封锚砼封闭。