CN108775014A

CN108775014A - 自携伞状扩体结构的旋喷锚索或旋喷锚杆施工方法

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Publication number: CN108775014A
Application number: CN201810676616.9A
Authority: CN
Inventors: 刘晓理
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2018-06-27
Filing date: 2018-06-27
Publication date: 2018-11-09
Anticipated expiration: 2038-06-27
Also published as: CN108775014B

Abstract

本发明公开了自携伞状扩体结构的旋喷锚索或旋喷锚杆施工方法，包括以下步骤：A组装安装，将伞状扩体结构组装完成，并将锚筋、灌浆管安装到伞状扩体结构内，再将伞状扩体结构安装到旋喷钻杆上的旋喷喷头后侧；B钻孔，采用旋喷工艺钻孔；C扩孔，采用旋喷工艺扩孔，或采用非旋喷工艺进行预扩孔，形成扩孔段；D送伞，以旋喷钻机或吊装机械，将伞状扩体结构、锚筋、灌浆管同步送入扩孔段；E扩张伞状折叠杆组，在扩孔段内扩张伞状扩体结构中的伞状折叠杆组；F扩孔段清洗置换，对扩孔段内的泥沙，先后以水射流、水泥浆射流进行旋喷清洗和置换；G灌浆，通过旋喷喷头进行旋喷注浆；H退钻，把旋喷钻杆和旋喷喷头退出钻孔。

Description

自携伞状扩体结构的旋喷锚索或旋喷锚杆施工方法

技术领域

本发明涉及岩土工程锚固领域，具体涉及在旋喷钻孔、扩孔的同时被同步携带进入钻孔内，或在预钻孔、预扩孔之后再被安装进入钻孔内的具有伞状扩体结构的旋喷锚索、旋喷锚杆的施工工法，应用于房建、交通、铁道、水利水电、人防、地下工程等各行业的临时性基坑支护、永久性边坡支护、抗浮工程等。

背景技术

之前岩土工程领域的锚杆或锚索，通常是细长杆(或长圆柱状)摩擦型的，包括拉力型、压力型、拉压复合型在内，是不具有钢筋混凝土伞状扩体结构的，因为它充其量只能调动岩土介质提供钻孔孔壁的摩擦力，故在基坑支护或临边防护工程中，该类锚杆或锚索的承载能力、抗变形能力已经难以满足日益增加的深大基坑的荷载和变形控制要求；而在地下结构的抗浮工程中，屡屡出现锚杆或锚索失效(锚杆或锚索被一定程度地拔出)，从而抗浮板被地下水一定程度地拱起，柱下独立基础和抗浮板之间产生剪切破坏，进而地下室大量漏水，严重者梁柱结构破坏，有的甚至出现地下室整体上浮的情况；有的在膨胀性岩土中仅仅使用单一的高压旋喷注浆工艺替代之前的静压注浆工艺，未经过洗孔、清孔程序，结果钻孔内固结体实际仍为”皮包公司”(浆包土块)、无法有效成型锚固体，即使采用囊袋式封闭灌浆，囊袋外的泥团和钻孔壁的泥皮也终成蠕变隐患。

由于锚杆、锚索为抗拉拔结构，和桩基础的抗压结构相比，其受力与变形方向是截然相反的；即使设计的是纯摩擦型桩基础，其端承力也在事实上发挥了巨大的安全贮备和承载替代作用，即使泥皮再厚，对桩基础的承载能力构成影响也是有限的；但是对承受拉拔力的锚杆、锚索就不是这样了，如果没有任何端承力做安全贮备和承载替代，仅靠孔壁与锚固体的摩擦力，哪怕是仅有1mm的泥皮，都可能让锚杆或锚索一拉即溜；建筑物竣工后，随着桩基础受荷、发生沉降变形，桩基础和岩土体在变形的发生方向是没有临空面的，所以桩体本身呈弹性压缩变形，桩端岩土体也呈现被进一步挤密或说固结的趋势，这使得桩基础的承载能力一般是逐步增强的；但地下室竣工和地下水位恢复后，随地下室结构的上浮位移发生，随着锚杆或锚索受荷、发生拉拔变形，在锚杆、锚索和岩土体的受荷变形方向出现了临空面，再加锚固体本身在承受拉拔荷载时产生张性裂缝导致锚筋锈蚀，这些都使得锚杆或锚索的承载能力呈逐步弱化趋势。而建筑物对桩基础变形和抗浮锚杆、锚索变形的敏感程度也是不同的，上部主体结构对桩基础的差异沉降具有一定调谐作用，而地下室对抗浮锚杆、锚索的受荷变形或失效不仅基本没有调谐作用，而且还非常敏感。所以，在专业设计时即便是取同样的安全系数值，摩擦型锚杆、锚索的事实上的安全度要比摩擦型桩基础低很多。

为提高承载能力、有效控制锚杆或锚索的拉拔变形，二十年来出现了多种扩大头锚杆锚索，但其结构和施工工艺仍有很大局限，有的扩大头只有素水泥或水泥土、无受力筋参与，导致锚杆锚索承载能力提高不多且不稳定；有的实现了受力筋可以扩体，但其钻孔、扩孔工序前置，而送锚、扩体工序后置，因送锚依赖人力推送，常因为垮孔导致扩体结构难以到达预扩孔位置、扩体与否难控制，且预扩孔之后缺乏质量可靠的洗孔、清孔措施，扩大头内泥、沙团块充斥，后续灌浆难以按预设质量成型固结体，导致无法发挥受力筋扩体结构的高承载力潜力；有的在软土、流沙层中使用单一的高压旋喷工艺实施粘结型扩大头，结果粘结强度和扩大头固结体强度太低，酿成工程事故；有的在膨胀性岩土中使用单一的高压旋喷注浆工艺实施粘结型扩大头，其粘结强度和扩大头固结体强度实际上比原来的静压注浆法固结体更低，抗拔效果实际上还不如原来的全长粘结型静压注浆锚杆或锚索，这构成了严重的事故隐患。因此，亟需具备钢筋混凝土结构的扩大头出现。

扩大头锚索的名称得来是因为它的锚固体的几何特征不同于之前的细长杆状(或长圆柱状)，端承型锚索也是一种扩大头锚索，但其力学特征是与仅仅几何意义上的扩大头锚索完全不同的；自从扩大头锚索诞生以来，长期停留在了几何概念的阶段，并未在结构特征、施工方法、技术效果、学术理论上上升到端承型锚索。

发明内容

为解决上述各种问题，本发明在自携伞状扩体结构的旋喷锚杆锚索类型即：主动式伞状扩大头及其可回收型，被动式伞状扩大头及其可回收型，膜袋型伞状扩大头及其可回收型，泥岩层抗浮锚用伞状扩大头，串珠状伞状扩大头等的基础上，形成了与具有自携式伞状扩体结构的旋喷锚杆、旋喷锚索进行配套使用的施工方法，以解决现有的各类旋喷锚索、囊式锚索仅仅只能形成水泥浆扩大头，无法提供相应扩大的、与水泥浆扩大头相匹配的受力筋骨架，致使其承载力较低且不稳定；以及后植型带钢筋笼骨架扩体锚索常因垮孔等因素导致其难以安装到位、扩体与否难控制，且采用灌浆法难以保障固结体成型质量；而在三高两低软土地区或粉土粉细沙形成流沙等工况，当采用旋喷注浆法实施扩大头，其射流范围过大、扩大头内固结强度过低的问题；通过本发明所述的施工方法，使扩大头成为钢筋混凝土结构的扩大头，使自携伞状扩体结构的旋喷锚索、旋喷锚杆成为高承载力且无蠕变的端承型或摩擦-端承型锚索、锚杆。

本发明自携伞状扩体结构的旋喷锚索或旋喷锚杆施工方法中，所述的自携伞状扩体结构的旋喷锚索或旋喷锚杆，是指具有如下五个基本特征的锚索或锚杆：1、具有自携式伞状扩体结构：即伞状扩体结构是安装在旋喷喷头的后侧，与旋喷钻杆、旋喷喷头同步进入钻孔并放置到扩孔段内的，同时还将锚筋、灌浆管也安装在伞状扩体结构中同步进入钻孔并放置进入扩孔段内。2、伞状扩体结构至少包括拉线盘、穿线盘、荷载转换装置、伞状折叠杆组四个要件。3、拉线盘与锚筋之间以荷载转换装置连接(锚筋是指组成锚索的钢绞线，或组成锚杆的钢筋或钢管)。4、伞状折叠杆组有相应的收拢和扩张机制。5、锚杆或锚索必须是旋喷类锚杆或锚索，即在锚杆或锚索的施工步骤中采用了旋喷射流的工艺；在锚杆或锚索的结构上，旋喷钻杆与伞状扩体结构具有阶段性活动连接关系，旋喷工序完成后，旋喷钻杆随即脱离伞状扩体结构；在使用旋喷工艺的步骤和用途上，旋喷可以用于完成前面的钻孔和扩孔(单纯切割岩土介质)工作，也可以用于洗孔清孔(切削和清洗岩土介质)工作，还可以用于后续灌注水泥浆。

本发明的方案是：自携伞状扩体结构的旋喷锚索或旋喷锚杆施工方法，包括以下步骤：

A组装安装，将伞状扩体结构组装完成，并将锚筋、灌浆管安装到伞状扩体结构内，再将伞状扩体结构安装到旋喷钻杆上的旋喷喷头后侧；

B钻孔，采用旋喷工艺钻孔，或采用机械式工艺进行预钻孔，或采用旋喷工艺和机械式工艺结合进行预钻孔；

C扩孔，采用旋喷工艺扩孔，或采用机械式工艺进行预扩孔，或采用旋喷工艺和机械式工艺结合进行预扩孔，形成扩孔段；

D送伞，以旋喷钻机或吊装机械，将伞状扩体结构、锚筋、灌浆管同步送入扩孔段；

E扩张伞状折叠杆组，在扩孔段内扩张伞状扩体结构中的伞状折叠杆组；

F扩孔段清洗置换，对扩孔段内的泥沙，先后以水射流、水泥浆射流进行旋喷清洗和置换；或直接以水泥浆射流进行旋喷清洗、置换；

G灌浆，通过旋喷喷头进行旋喷注浆，或通过灌浆管进行静压注浆；

H退钻，把旋喷钻杆和旋喷喷头退出钻孔。

进一步的，所述伞状扩体结构具备拉线盘、穿线盘、荷载转换装置和伞状折叠杆组四个基本要素；所述旋喷钻杆、旋喷喷头自后向前从所述穿线盘、拉线盘的中心孔中活动穿过；所述旋喷喷头位于旋喷钻杆的前端，并同时具备前方和侧向的喷嘴；所述伞状扩体结构安装在所述喷头的侧向喷嘴的后侧；所述锚筋的前端从后向前依次活动穿过穿线盘、拉线盘；所述荷载转换装置固定安装在锚筋的前端端头；所述灌浆管安装在伞状扩体结构内；所述锚筋，包括构成锚索的钢绞线、构成锚杆的钢筋或钢管。

进一步的，所述B钻孔步骤：当采用旋喷工艺钻孔或者旋喷与机械式钻孔工艺结合进行预钻孔时，根据地层的具体情况，从低压P₂、中压P₃、高压P₄、超高压P₅中选用对应的旋喷压力。

进一步的，所述C扩孔步骤：当采用旋喷工艺扩孔或者旋喷与机械式扩孔工艺结合进行预扩孔时，根据地层的具体情况，从中压P₃、高压P₄、超高压P₅、特高压P₆中选用对应的旋喷压力。

进一步的，所述D送伞步骤：对以旋喷作为钻进、扩孔手段的情况，是在旋喷钻进的同时，以旋喷钻杆向前顶推伞状扩体结构的方式，将伞状扩体结构、锚筋、灌浆管同步携带进入钻孔内并到达设计预定的扩孔段深度位置；

对以机械式手段进行预钻孔、预扩孔的基坑和边坡工程，则是在按照设计预定要求实施的预钻孔、预扩孔步骤完成后，以旋喷钻杆向前顶推伞状扩体结构的方式，将伞状扩体结构、锚筋、灌浆管同步携带进入预钻孔内并同步到达预扩孔段深度位置；

对以机械式手段进行预钻孔、预扩孔的抗浮工程，则是在预钻孔、预扩孔步骤完成后，以吊装机械将旋喷钻杆、喷头、伞状扩体结构、锚筋、灌浆管整体放置进入预钻孔，并同步到达预扩孔段深度位置。

进一步的，所述D送伞步骤：在送伞并同步跟进锚筋以及灌浆管工序中，采用在钻孔的同时同步携带伞状扩体结构的方式，或是采用在预钻孔之后将伞状扩体结构与旋喷钻杆、喷头同步植入的方式，在送伞过程中，伞状扩体结构均是处于收拢状态；当伞状扩体结构进入到扩孔段后，再将其扩张打开，恢复伞状，从而发挥出伞状扩体结构在扩大头中的受力筋骨架作用。

进一步的，所述步骤F扩孔段清洗置换，对扩孔段内的泥沙，先以水射流进行旋喷清洗，之后以水泥浆射流进行进一步的旋喷清洗和置换；或直接以水泥浆射流进行旋喷清洗和置换；

其中对硬塑～坚硬状粘性土层、全风化～强风化～中风化岩层以及膨胀性岩土，采用的是旋喷扩孔工艺或是机械式预扩孔工艺或二者结合的扩孔工艺，均是通过旋喷喷头前端和侧向的喷嘴旋转喷射高压P₄～超高压P₅水射流，同时旋喷喷头在扩孔段内重复多次进行缓慢前进、缓慢后退动作，以切削、清除扩孔段孔壁上牢牢黏附或吸附的泥皮，消除泥皮造成的润滑剂作用或蠕变效应，之后再旋喷中压P₃～高压P₄水泥浆，同时旋喷喷头在扩孔段内重复多次进行缓慢前进、缓慢后退动作，从而将扩孔段内的泥浆置换出来。

对三高两低软土、新近沉积土、吹填土、流沙流泥或裂隙较发育且透水的全风化～强风化岩层的情况下采用膜袋型伞状扩大头，对膜袋以外扩孔段的清洗置换，可直接以水泥浆射流进行旋喷清洗并置换。

进一步的，对细砂、中粗砂或砂砾石地层情况，所述C扩孔步骤、E扩张伞状折叠杆组步骤、F清洗扩孔段步骤、G灌浆步骤四个步骤合并为一个步骤，该步骤和步骤B钻孔采用旋喷工艺钻孔同步完成；或者，四个步骤合并为一个步骤，该步骤在步骤B钻孔采用机械式工艺预钻孔之后完成；

四个步骤合为一个步骤，即以旋喷喷头直接喷射高压P₄～超高压P₅水泥浆射流进行扩孔，扩孔段内的砂土、砂砾石被旋喷射流搅动呈沸腾状并具有了一定流动度，这时伞状折叠杆组在复位弹簧的弹力作用下复张扩大，或在自身重力和旋喷射流冲击力作用下自行复张扩大，同时，旋喷射流将砂粒、砾石与水泥浆搅拌混合形成混凝土扩大头，扩孔段内原地层中的含泥则被旋喷射流搅拌形成废浆排出孔外，并在旋喷钻杆撤出之前再以中压P₃～高压P₄水泥浆进行复喷即可。

进一步的，所述超低压P₁为：P₁＜5MPa，低压P₂为：5MPa≤P₂＜10MPa，中压P₃为：10MPa ≤P₃＜20MPa，高压P₄为：20MPa≤P₄＜30MPa，超高压P₅为：30MPa≤P₅≤70MPa，特高压P₆为： 100MPa≤P₆≤300MPa。

进一步的，当所述锚筋采用无粘结钢绞线或无粘结钢筋制作时，通过步骤A组装安装至步骤H退钻形成的是端承型锚索或端承型锚杆。

本工法发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、在施工工艺上：本工法发明施工便捷、可靠，通过在旋喷钻孔或预钻预扩后放置的同时，旋喷钻杆既能够同步跟进锚筋，又能够同步携带伞状扩体装置以及灌浆管进入钻孔预定深度位置；这样使得：旋喷钻孔(或预钻后安装)、旋喷切削扩孔或洗孔(或机械式扩孔器结合旋喷扩孔)、同步携带锚筋、同步携带伞状扩体结构、同步携带灌浆管、伞状折叠杆组扩张打开、旋喷洗孔清孔置换、超低压旋喷或灌注水泥浆成型混凝土扩大头这几个工作目标集中于一台钻机和一套钻具上一气呵成；使现有市场上的包括旋喷锚杆锚索、囊式锚杆锚索、骨架式扩体锚索等在内的锚杆锚索施工工艺得到了进步。

2、在技术效果上：本工法发明提供了将钻孔内原来普遍存在的、构成质量隐患的泥沙包裹体或团块基本消灭、排除的条件，使钻孔扩大头部位充满成分纯净的水泥浆，并凝固形成高强度的水泥浆固结体，它和伞状钢筋笼一起构成了真正意义上的钢筋混凝土扩大头结构的必不可少的两个方面，其承载力大幅高于虽有伞状配筋但其内外却充斥了大量泥团、沙包的后植型骨架扩体结构，也大幅高于虽然其内部有成分纯净的水泥浆但却缺失伞状配筋的囊式扩大头，从而可以大幅度提高施工质量可靠度，提高锚杆、锚索的锚固力，解决蠕变问题。

3、在学术理论上，由于以伞状钢筋笼作为骨架的水泥浆固结体其抗压承载力远远高于扩大头无筋状态的承载力，通过本工法发明和相应的伞状扩体结构，可以得到一个高质量的钢筋混凝土扩大头承载体，当锚索采用无粘结钢绞线制作时，锚索所受外拉荷载完全转移到位于锚索端部的这个伞状扩体结构的底面并全部转化为对岩土介质的压力，锚索抗拔力的来源不再依赖于钻孔孔壁提供的摩擦力，而完全来自于嵌固力即端部岩土体的抗压承载力，这样获得的承载力较之前的各类锚索得到了极大的提高，这就是端承型锚索，这与之前最多只能调动深部孔壁的摩擦力、避免由外至内渐进性破坏模式的压力型锚索相比，已经完全改变了锚固体的承载机理，发生了质的飞跃。本发明与自携式伞状扩体结构第一次真正实现了端承型锚索，这将不仅可以大幅度提升旋喷锚索、扩体锚索的承载能力，和解决原来摩擦型锚杆锚索的蠕变问题，更将大幅度提高行业的施工质量、设计水平和安全度，具有工程技术和学术的双重意义，可以预见，单锚设计承载力100～200t的土层和软岩锚索即将是市场上的常见规格。当然，如果能解决硬岩的扩孔方法问题，则大型边坡硬岩锚索更可以因此在原有的基础上再大幅度提高承载能力，或将舍弃原有的无限制增加锚索长度的设计方法。在本发明之前，国内已经实施了较多的普通旋喷锚索或囊式锚索并将其归类于摩擦-端压型锚索，但尚未有人提出或实施过真正的端承型锚索。端压型锚索或端压型锚杆是一种之前未有过的、新型的锚索或锚杆；当所述锚筋采用有粘结钢绞线或钢筋制作时，按照本发明所述施工方法得到的成果为摩擦-端承复合型的锚索或锚杆。

4、本发明可广泛应用于各类有粘结或无粘结锚杆锚索、回收或不回收锚索、预应力或非预应力锚杆锚索。本发明所涉自携式伞状扩体结构还可以同型串联起来使用，也可以异型互相组合、串联使用，形成串珠状摩擦-端承复合型锚杆锚索，进而承担更大量级的高承载力，其施工方法是，对每个伞状扩体结构对应其不同的深度位置分别按本发明所述施工方法进行施工。

但对于卵石、漂石、块石地层，由于它们的个体较大，即使在强大的旋喷射流搅动作用下仍可能构成伞状折叠杆组扩张的障碍，故本发明以及相应的具有伞状扩体结构的发明应慎用于该类地层，或应在工程实践中探索其适应性以及适应的工法。

附图说明

此处的附图、说明可提供对本发明的进一步理解，属于本申请的一部分，但并不构成对本发明的限定。在附图中：

图1为本发明中伞状扩体结构的结构示意图；

图2为本发明中主动式伞状扩大头的实施结构示意图；

图3为本发明有构造杆的被动式伞状扩大头实施结构示意图；

图4为本发明无构造杆的被动式伞状扩大头实施结构示意图；

图5为本发明膜袋式的伞状扩大头实施结构示意图；

图6为本发明对泥岩层抗浮锚用伞状扩大头实施结构示意图；

附图中标记及对应的零部件名称：

1-旋喷钻杆，2-锚筋，3-先导盘，4-拉线盘，5-穿线盘，6-构造杆，7-伞状折叠杆组，8-灌浆管，9-张开复位弹簧，10-伸缩缸，11-膜袋，12-构造筒，13-灌浆管和构造杆一体结构，14-张开复位弹簧，15-导向帽网笼，16-旋喷喷头，17-导向尖。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1

本发明自携伞状扩体结构的旋喷锚索或锚杆施工方法，具体通过以下技术方案体现：包括与自携式伞状扩体结构相应的组装安装、钻孔、扩孔、送伞、扩张伞状折叠杆组、扩孔段清洗置换、灌浆各个步骤以及相关施工工艺：

步骤A：组装、安装伞状扩体结构(图1所示)

在正式施工之前，应按照所选用的发明产品相对应的组装图纸，组装好伞状扩体结构，然后将锚筋、灌浆管安装到伞状扩体结构中，成为一个整体，最后将这个整体安装到旋喷钻杆的喷头后侧，实现旋喷钻杆与伞状扩体结构的活动连接。

组装的同时应注意检查折叠杆的折叠趋向是否受控，以确保伞状折叠杆组在受到拉线盘和穿线盘的挤压时，铰接部位只能产生远离旋喷钻杆轴线的移动而不能向钻杆轴线靠近；并复核折叠杆铰接的开口方位是否与旋喷钻杆的径向一致，以确保伞状折叠杆组收张自如。此外还需要复核扩体结构中滑动部件的行程是否调整好，钢丝绳长度和绳卡位置是否合适等。

步骤B：钻孔

钻孔步骤是为了将已经组装完毕的伞状扩体结构和锚筋及灌浆管放置到设计预定位置提供通过途径，需要在岩层或土层中按照设计方位和深度进行钻孔工作，孔径大小根据当伞状折叠杆组呈收拢状态时伞状扩体结构的外缘尺寸确定。

针对不同的地质情况，需要采用不同的钻机和钻孔工艺，包括旋喷钻机以旋喷工艺钻孔，或非旋喷钻机以机械式预钻孔，或多功能钻机以机械式结合旋喷工艺钻孔等多种工艺。

对一般土质地层，包括软塑～可塑粘性土、黄土、粉细砂、粉土、淤泥或淤泥质土、素填土等，以旋喷钻机通过旋喷喷头前端和侧向的喷嘴旋转喷射低压P₂水或水泥浆射流，直接切削土层进行钻孔作业，这种工艺是在以旋喷喷头钻进土层的同时，通过顶推伞状扩体结构的方式同步携带伞状扩体结构、锚筋进入钻孔内。

对硬塑粘性土地层、全风化岩质地层，可以采用顶驱水冲钻、水循环取芯钻、螺旋钻、三翼钻等工艺进行预钻孔，或螺旋钻、三翼钻与低压P₂～中压P₃旋喷射流结合的工艺进行预钻孔作业；当然，也可以采用以旋喷喷头同步携带伞状扩体结构的方式，直接以喷射中压P₃～高压P₄射流进行钻孔(但效率较低)。

对坚硬状粘土层、强风化～中风化岩石层，可以采用顶驱水冲钻、水循环取芯钻、螺旋钻、三翼钻、空气潜孔锤等工艺进行预钻孔，或螺旋钻、三翼钻与高压P₄～超高压P₅旋喷射流结合的工艺进行预钻孔作业。

对细砂、中粗砂、砂砾石层，可以采用顶驱水冲跟钢套管、空气潜孔锤跟钢套管工艺成孔，直至设计的扩孔段终端深度。

对同一个钻孔中涉及多种地层的复合地层情况，可以采用多种工艺复合进行钻孔作业。

步骤C：扩孔

在钻孔完成或钻孔抵达设计预定的扩大头深度位置之后，需要按照设计长度、设计直径进行扩孔工作，以提供伞状折叠杆组在该扩孔段进行扩张的空间。

针对不同的地质情况，可以采用不同的钻机和扩孔工艺。包括以旋喷工艺扩孔，或机械式(扩孔器)预扩孔，或机械式结合旋喷工艺预扩孔，或特高压水刀切割技术预扩孔等多种工艺。

对一般土质地层，包括软塑～可塑粘性土、粉土、黄土、粉细砂、淤泥或淤泥质土、素填土等，以旋喷钻机通过旋喷喷头前端和侧向的喷嘴旋转喷射高压P₄水或水泥浆射流，直接切削土层进行扩孔作业，这种工艺是在以旋喷喷头钻进扩孔段，同步携带伞状扩体结构、锚筋进入扩孔段内，并且在以高压P₄旋喷射流扩孔的同时，伞状扩体结构。

对硬塑粘性土地层、全风化岩质地层，可以采用机械式扩孔器进行预扩孔，或机械式扩孔器与高压P₄～超高压P₅旋喷射流结合的工艺进行预扩孔作业；当然，也可以采用以旋喷喷头同步携带伞状扩体结构的方式，直接以喷射超高压P₅射流进行扩孔(但效率较低)。

对坚硬状粘土层、强风化～中风化岩石层，可以采用机械式扩孔器进行预扩孔，或机械式扩孔器与超高压P₅旋喷射流结合的办法进行预扩孔作业；当然，也可以采用旋喷钻杆携带特高压P₆专用管路，将水刀切割技术应用于旋喷工艺进行预扩孔。

对三高两低软土地区、新近沉积土、吹填土和由粉土粉细沙形成流沙的情况下，因高压 P₄旋喷射流的切割范围过大，会导致水泥土固结强度很低和水泥浆被地下水稀释甚至冲走，该类情形适合采用膜袋型伞状扩大头(见附图)，同时，扩孔旋喷射流压力取中压P₃即可。

对中粗砂、砂砾石层，扩孔工序后置，与送伞、拔管及之后的步骤合而为一，见后所述。

步骤D：送伞，并同步跟进锚筋及灌浆管

送伞即是在旋喷钻孔、旋喷扩孔工作的同时，或在预钻孔、预扩孔步骤完成之后，实施伞状扩大头的植入工作。在送伞过程中，伞状折叠杆组呈收拢状态。

根据不同的地质情况和锚杆锚索类型，可以选择不同的施工工艺。

对一般土质地层，包括软塑～可塑粘性土、黄土、粉细砂、粉土、淤泥或淤泥质土、素填土等，以及采用旋喷工艺钻孔、扩孔的硬塑粘性土层、全风化岩质地层，伞状扩体结构、锚索、灌浆管已经随着旋喷钻孔、扩孔施工过程同步跟进了扩孔段内；

对坚硬状粘土层、强风化～中风化岩石层，以及采用预扩孔工艺的硬塑粘性土层、全风化岩质地层，则在预钻孔、预扩孔工序完成后，驱动旋喷钻机或吊装机械，将旋喷钻杆、喷头和事先安装在喷头后侧的伞状扩体结构、锚筋以及灌浆管顶推进入或直接整体放置到扩孔段内。对基坑支护或边坡锚索，在送伞的同时，需要通过旋喷喷头前端和侧向的喷嘴旋转喷射低压P₂水或水泥浆射流，润滑孔道并扫开孔内的坍塌堆积物，使伞状扩体结构、锚索、灌浆管顺利通过预钻孔，进入扩孔段内。

对细砂、中粗砂、砂砾石层，则可以在跟管钻孔步骤完成后，使用旋喷钻机(针对基坑、边坡锚索锚杆)或吊装机械(针对抗浮锚索锚杆)，将旋喷钻杆和事先安装在喷头后侧的伞状扩体结构、锚筋、灌浆管整体推送(针对基坑、边坡锚索锚杆)或放置(针对抗浮锚索锚杆) 进入钢套管内，并抵达设计的扩孔段终端深度，然后以拔管机拔出钢套管。

步骤E：扩张伞状折叠杆组

在送伞步骤完成之后，实施伞状折叠杆组的扩张工作。在之前的钻孔(同步携带伞状扩体结构)过程中，或预钻孔(后植入伞状扩体结构)之后的送伞过程中，伞状折叠杆组是处于主动或被动的收拢状态，当伞状扩体结构进入到扩孔段后，再将伞状折叠杆组扩张打开，恢复伞状，从而发挥出伞状折叠杆组在扩大头中的受力筋骨架作用。

不同类型的伞状扩体结构具有不同的扩张方式：

对主动式伞状扩大头(见附图2)及其可回收型，在扩孔工序提供伞状折叠杆组的扩张空间的同时，只需解除旋喷钻杆向前的给进力，在复位弹簧弹力或人工拉索的作用下，伞状折叠杆组即可实现扩张打开；

对被动式伞状扩大头(见附图3和4)及其可回收型，在扩孔步骤提供伞状折叠杆组的扩张空间的同时，在复位弹簧的弹力作用下，伞状折叠杆组进入扩孔段内即可自动扩张打开；

对膜袋型伞状扩大头(见附图)及其可回收型，在扩孔步骤提供伞状折叠杆组的扩张空间之后，在超低压灌浆的驱动作用下，伞状折叠杆组即可实现扩张打开；

对泥岩层抗浮锚用伞状扩大头(见附图6)，在扩孔、送伞步骤完成后，只需松开提系穿线盘的拉绳或铁丝，进入预扩孔内的伞状折叠杆组在自身重力作用下即可实现扩张打开；

当然，也可以将被动式伞状扩大头(见附图3和4)应用于硬质粘土层和泥岩层的抗浮锚杆、抗浮锚索，当扩孔、送伞步骤完成后，在复位弹簧的弹力作用下，伞状折叠杆组只需进入预扩孔内即可自动扩张打开；

当在中粗砂、砂砾石地层中扩张伞状折叠杆组时，其扩孔、扩张伞状折叠杆组、扩孔段清洗置换、灌浆四个步骤合而为一，见后所述。

步骤F：扩孔段清洗置换

由于在钻孔、扩孔步骤之后，扩孔段内被泥团、泥皮或砂质团块充斥，必须将其清洗出孔。工程实践证明，之前采用对泥皮、泥团以压缩空气吹、以循环水冲洗的办法，其结果根本难以奏效，并且是造成锚杆锚索失效的主因。因此，必须要有强力切削冲洗的办法来替代升级，这就是旋喷清洗法。

对三高两低软土、流沙流泥或其他适合采用膜袋型伞状扩大头(见附图)的地层情况，对膜袋以外扩孔段的清洗置换，可直接以水泥浆射流进行旋喷清洗并置换。

对一般岩土地层内未采用膜袋型伞状扩大头(见附图5)的情况，对扩孔段内的泥沙，先以水射流进行旋喷清洗，待从钻孔孔口外返的泥浆混浊度明显减轻后，换用水泥浆射流进行进一步的旋喷清洗和置换，将泥浆置换出扩孔段。

具体的清洗、置换工艺可以根据岩土类别和伞状扩大头类型进行选择。

对一般土质地层，包括软塑～可塑粘性土、黄土、粉细砂、粉土、淤泥或淤泥质土、素填土等，在上道步骤以高压P₄旋喷扩孔的基础上，应降压进行旋喷清洗，并遵循先水后浆的原则，即：当伞状折叠杆组复张完成之后，通过旋喷喷头前端和侧向的喷嘴先旋喷中压P₃水射流，同时旋喷钻头在扩孔段内重复多次进行缓慢前进、缓慢后退动作，将扩孔作业过程中垮入孔内的泥团、泥皮、或砂质团块反复切割破碎、冲洗干净，待孔口外返的泥浆混浊度明显减轻后改换为旋喷中压P₃水泥浆，经过反复多次进退清洗之后，孔内原来的泥团、泥皮被置换成为水泥含量很高、成分接近于纯水泥浆的水泥土浆，其中砂粒、砾石以及其他质量较重的非粘土矿物经过旋喷搅拌后在水泥浆中沉淀下来形成了混凝土，质量较轻的粘土矿物(即泥土)则形成了泥浆自行溢出孔外。根据孔口返浆的颜色变化即可掌控清洗过程。

对坚硬状粘土层、强风化～中风化岩石层，当其预扩孔和送伞、扩张步骤完成之后，应当通过旋喷喷头前端和侧向的喷嘴旋转喷射超高压P₅水射流，同时旋喷喷头在扩孔段内重复多次进行缓慢前进、缓慢后退动作，以切削、清除扩孔段孔壁上牢牢黏附、吸附的泥皮，消除泥皮造成的润滑剂作用或蠕变效应，之后再旋喷中压P₃～高压P₄水泥浆，同时旋喷喷头在扩孔段内重复多次进行缓慢前进、缓慢后退动作，从而将扩孔段内的泥浆置换出来。

对硬塑粘性土层、全风化岩质地层、膨胀性岩土，无论采用的是旋喷工艺钻孔扩孔还是机械式预钻孔预扩孔工艺，都应当先旋喷高压P₄水射流进行清洗，将泥皮泥团切削、搅拌形成泥浆，待孔口外返的泥浆混浊度明显减轻之后，再旋喷中压P₃水泥浆，将扩孔段内的泥浆置换出来。

对细砂、中粗砂、砂砾石地层，其扩孔、扩张伞状折叠杆组、扩孔段清洗置换、灌浆四个步骤可以合而为一，见后所述。

对三高两低软土地层、新近沉积土、吹填土、流沙流泥地层中应用膜袋型伞状扩大头(见附图)时，由于对伞状扩体结构内部采用了封闭式灌浆从而得到了一个高质量的扩大头固结体，而对伞状扩体结构和膜袋之外的扩孔段内泥沙的处置，可以将清洗置换步骤与之前的扩孔步骤合而为一，直接采用旋喷中压P₃水泥浆一次性完成，即可得到比原土强度高很多的环境介质。

步骤G灌浆：

在扩孔段清洗置换步骤结束后，可以再通过旋喷喷头前端和侧向的喷嘴旋转喷射低扰动的P₁超低压水泥浆，同时旋喷钻杆、喷头以低速缓慢提升退出扩孔段，也可以反复进退、多次复喷，这样即可在伞状扩体结构内形成成分纯净的水泥浆扩大头，使伞状扩体结构发挥出高承载力。

当然，也可以通过伞状扩大头内预埋的灌浆管静压灌注P₁超低压复合材料浆液，以满足超高承载力、速凝、抗收缩、防水、防腐蚀等个性化目标。

当在三高两低软土地层、新近沉积土、吹填土、流沙流泥地层，以及裂隙较发育且透水的全风化～强风化岩层中应用膜袋型伞状扩大头(见附图5)时，灌浆步骤相应为针对膜袋内空进行静压灌注超低压P₁水泥浆，直至排气管溢出水泥浆为止；而膜袋外的扩孔段已经于步骤F扩孔段清洗置换完成了旋喷注浆，在本道步骤可不再旋喷或灌注水泥浆。

对细砂、中粗砂、砂砾石地层，其扩孔、扩张伞状折叠杆组、扩孔段清洗置换、灌浆四个步骤可以合而为一，即以旋喷喷头直接喷射高压P₄～超高压P₅水泥浆射流进行扩孔，扩孔段内的砂土、砂砾石被旋喷射流搅动呈“沸腾”状并具有了一定流动度，这时伞状折叠杆组在复位弹簧的弹力作用下张开扩大(针对基坑、边坡或抗浮工程的锚杆锚索)，或在自身重力和旋喷射流冲击力作用下自行张开扩大(仅针对抗浮工程的锚杆锚索)，同时，旋喷射流将砂粒、砾石与水泥浆搅拌混合形成与伞状折叠杆组相匹配的混凝土扩大头，扩孔段内原地层中的含泥则被旋喷射流搅拌形成废浆排出孔外，并在旋喷钻杆撤出之前以中压P₃～高压P₄水泥浆进行复喷即可。

在灌浆的同时还需要注意的是，对主动式伞状扩大头(见附图2)，当采用的是复位弹簧方式扩张伞状折叠杆组时，需要在钻孔外以人工按照拉线盘的额定行程轻轻逐根外拉钢绞线，使其前端的荷载转换装置后退并靠紧拉线盘；但当采用的是人工拉索方式扩张伞状折叠杆组时，则需要在孔口外采取临时固定措施，将锚索外端拉住不得回退，待扩孔段内水泥浆液终凝后撤除临时固定即可。

步骤G退钻：

灌浆步骤完成之后，旋喷钻杆、旋喷喷头随即脱离之前与之活动连接的伞状扩体结构，并退出旋喷钻杆、旋喷喷头至孔外，施工结束。

进一步地，所述超低压P₁为：P₁＜5MPa，低压P₂为：5≤P₂＜10MPa，中压P₃为：10≤P₃＜20MPa，高压P₄为：20MPa≤P₄＜30MPa，超高压P₅为：30MPa≤P₅≤70MPa，特高压P₆为：100MPa≤P₆≤300MPa。其中超高压P₅具体选用的压力值与需要冲切扩孔的地层种类和目前国内高压泥浆泵的性能有关，选用具体工艺时应综合考虑压力在50MPa以上时，水泥浆对钢材已经有一定的冲蚀作用；另外，将特高压P₆水切割技术应用于旋喷扩孔步骤时，还需要研发能适应钻孔内工作的小型化喷具和喷头结构。

进一步地，通过所述扩孔段的旋喷法清洗置换、灌浆步骤，只能构筑一个质量可靠的水泥浆固结体扩大头；通过所述的伞状扩体结构本身，也只能构成一个钢筋笼扩大头；通过二者结合，才能构成一个高承载力的钢筋混凝土扩大头。

进一步地，当所述锚索采用无粘结钢绞线、无粘结钢筋制作时，按照本发明所述施工方法得到的成果为端承型锚索、端承型锚杆；当所述锚索采用有粘结钢绞线、有粘结钢筋制作时，按照本发明所述施工方法得到的成果为摩擦-端承复合型锚索、锚杆。

实施例2

当设计锚杆或锚索采用端承型时，锚筋为无粘结型，这时对非扩孔段的钻孔孔壁不必进行旋喷清洗；但当设计锚杆或锚索采用摩擦-端承复合型时，锚筋为有粘结型，意味着在非扩孔段也需要形成灌浆固结体进而与钻孔孔壁形成粘结，这时需要在钻进和退钻过程中，对非扩孔段的钻孔也进行旋喷清洗，清除孔壁黏附、吸附的泥皮泥团，并在钻孔内灌满水泥浆。

实施例3

本发明所述的各种自携伞状扩体结构的旋喷锚索或锚杆，可进行同型或异型的相互组合，对相互串联产生的串珠状伞状扩体结构，可单独对每个伞状扩体结构，对应其在钻孔中的不同深度位置，分别按照本发明所述施工方法进行施工。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.自携伞状扩体结构的旋喷锚索或旋喷锚杆施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

H退钻，把旋喷钻杆和旋喷喷头退出钻孔。

2.根据权利要求1所述的自携伞状扩体结构的旋喷锚索或旋喷锚杆施工方法，其特征在于：

所述伞状扩体结构具备拉线盘、穿线盘、荷载转换装置和伞状折叠杆组四个基本要素；所述旋喷钻杆、旋喷喷头自后向前从所述穿线盘、拉线盘的中心孔中活动穿过；所述旋喷喷头位于旋喷钻杆的前端，并同时具备前方和侧向的喷嘴；所述伞状扩体结构安装在所述喷头的侧向喷嘴的后侧；所述锚筋的前端从后向前依次活动穿过穿线盘、拉线盘；所述荷载转换装置固定安装在锚筋的前端端头；所述灌浆管安装在伞状扩体结构内；所述锚筋，包括构成锚索的钢绞线、构成锚杆的钢筋或钢管。

3.根据权利要求1所述的自携伞状扩体结构的旋喷锚索或旋喷锚杆施工方法，其特征在于：所述B钻孔步骤：当采用旋喷工艺钻孔或者旋喷与机械式钻孔工艺结合进行预钻孔时，根据地层的具体情况，从低压P₂、中压P₃、高压P₄、超高压P₅中选用对应的旋喷压力。

4.根据权利要求1所述的自携伞状扩体结构的旋喷锚索或旋喷锚杆施工方法，其特征在于：所述C扩孔步骤：当采用旋喷工艺扩孔或者旋喷与机械式扩孔工艺结合进行预扩孔时，根据地层的具体情况，从中压P₃、高压P₄、超高压P₅、特高压P₆中选用对应的旋喷压力。

5.根据权利要求1所述的自携伞状扩体结构的旋喷锚索或旋喷锚杆施工方法，其特征在于：所述D送伞步骤：对以旋喷作为钻进、扩孔手段的情况，是在旋喷钻进的同时，以旋喷钻杆向前顶推伞状扩体结构的方式，将伞状扩体结构、锚筋、灌浆管同步携带进入钻孔内并到达设计预定的扩孔段深度位置；

6.根据权利要求1所述的自携伞状扩体结构的旋喷锚索或旋喷锚杆施工方法，其特征在于：所述D送伞步骤：在送伞并同步跟进锚筋以及灌浆管工序中，采用在钻孔的同时同步携带伞状扩体结构的方式，或是采用在预钻孔之后将伞状扩体结构与旋喷钻杆、喷头同步植入的方式，在送伞过程中，伞状扩体结构均是处于收拢状态；当伞状扩体结构进入到扩孔段后，再将其扩张打开，恢复伞状，从而发挥出伞状扩体结构在扩大头中的受力筋骨架作用。

7.根据权利要求1所述的自携伞状扩体结构的旋喷锚索或旋喷锚杆施工方法，其特征在于：所述步骤F扩孔段清洗置换，对扩孔段内的泥沙，先以水射流进行旋喷清洗，之后以水泥浆射流进行进一步的旋喷清洗和置换；或直接以水泥浆射流进行旋喷清洗和置换；

8.根据权利要求1所述的自携伞状扩体结构的旋喷锚索或旋喷锚杆施工方法，其特征在于：

对细砂、中粗砂或砂砾石地层情况，所述C扩孔步骤、E扩张伞状折叠杆组步骤、F清洗扩孔段步骤、G灌浆步骤四个步骤合并为一个步骤，该步骤和步骤B钻孔采用旋喷工艺钻孔同步完成；或者，四个步骤合并为一个步骤，该步骤在步骤B钻孔采用机械式工艺预钻孔之后完成；

9.根据权利要求3、4、7或8任一项所述的自携伞状扩体结构的旋喷锚索或旋喷锚杆施工方法，其特征在于：所述超低压P₁为：P₁＜5MPa，低压P₂为：5MPa≤P₂＜10MPa，中压P₃为：10MPa≤P₃＜20MPa，高压P₄为：20MPa≤P₄＜30MPa，超高压P₅为：30MPa≤P₅≤70MPa，特高压P₆为：100MPa≤P₆≤300MPa。

10.根据权利要求9所述的自携伞状扩体结构的旋喷锚索或旋喷锚杆施工方法，其特征在于：当所述锚筋采用无粘结钢绞线或无粘结钢筋制作时，通过步骤A组装安装至步骤H退钻形成的是端承型锚索或端承型锚杆。