CN108842792A - 一种分层内抬升卸荷式地拉锚杆及施工方法 - Google Patents

Abstract

一种分层内抬升卸荷式地锚杆结构及其施工方法，属支挡工程领域。分层内抬升卸荷式地锚杆支护结构，包括抬升卸荷钢管、锚杆和外拉锚结构；抬升卸荷钢管由第一类套管、第二类套管和圆环钢板组成；锚杆由自由段、锚固段、止浆塞组成；外拉锚结构由钢绞线、定滑轮、混凝土槽、锚墩、紧绳器组成；抬升卸荷钢管带圆环钢板的一端套在锚杆的自由段上，置于稳定土层中，另一端通过钢绞线与外拉锚结构相连，固定在边坡（或基坑）外表面。本发明结构简单，承载力高，可以充分利用稳定土层及锚杆的自由段，解决目前高边坡或某些特殊基坑无法打桩或成孔而造成的支护结构施工困难以及支护结构容易穿越建筑红线的问题。

Description

一种分层内抬升卸荷式地拉锚杆及施工方法

技术领域

本发明属于岩土工程锚固技术领域，具体涉及一种分层内抬升卸荷式地拉锚杆，适用于边坡及基坑支护工程。

背景技术

在岩土工程支护领域，锚杆支护是最常用的支护技术之一，经过多年发展，锚杆支护技术已经较为成熟，如何提高锚杆的承载力是解决锚杆材料浪费的重要因素。现有的支护技术中，单纯的框架锚杆结构不能用于较高边坡或深基坑，它通常与排桩结合起来作为深基坑或高边坡支护的主要结构型式，这种结构承载力高，施工技术成熟，但造价也相对较高，不经济，如专利号为CN 205776250 U的一种设有地拉锚型式的双排桩结构体系很好地将地拉锚应用于双排桩中，解决了双排桩的受力问题及锚索不能穿越红线的问题，但其缺点在于：一方面，当边坡施工空间小时，施工排桩的空间不足，无法打桩，当边坡或基坑周围地下水较多或土层易坍塌时，会引起成孔困难，不易施工；另一方面，当地面超载大时，由于无法卸荷会使得桩身直径大，配筋大，同时，锚杆长度增加，配筋增大，造成材料浪费。专利号为CN 206599785 U的一种排桩锚拉水泥土桩连续墙支护结构将锚杆锚固于水泥土桩内，减小了锚杆的锚固段长度和桩体的直径，但该结构锚杆的数量增多，而且结构本身重力较大，占地面积大，施工工序复杂，容易穿越建筑红线。因此，很有必要提出一种既能通过逐层卸荷作用减小锚杆锚固段长度，又能保证施工方法简单且支护结构不穿越建筑红线的分层内抬升卸荷式地拉锚杆，用于多种环境的高边坡或深基坑支护。

发明内容

针对上述支护结构的不足和基于保护地下环境，节约资源的原则，本发明的主要目的是提供内抬升卸荷式地拉锚杆及施工方法，解决目前高边坡或某些特殊基坑无法打桩或成孔而造成的支护结构施工困难以及支护结构容易穿越建筑红线的问题。

本发明是一种分层内抬升卸荷式地拉锚杆及施工方法，分层内抬升卸荷式地拉锚杆，包括抬升卸荷钢管1、锚杆2和外拉锚结构3；抬升卸荷钢管1由第一类套管A、第二类套管B、圆环钢板4和固定钢板5组成，第一类套管A是外表面带圆形出浆孔6的钢管，其一端沿圆周开一道不贯通钢管厚度的凹槽7，第二类套管B周身无开孔，将第二类套管B套进第一类套管A中，使第一类套管A未开凹槽7的一端与第二类套管B的一端垂直焊接在圆环钢板4上，固定钢板5是边长大于第一类套管A直径的钢板，其表面沿中心线上下分布大小不一的两个不贯通固定钢板5的第一圆形开孔C和第二圆形开孔D，第一圆形开孔C嵌套在凹槽7上；锚杆2由自由段8、锚固段9和止浆塞10组成，锚杆2的自由段8穿过第二类套管B，通过锚具将其固定在第二类套管B位于边坡表面的一端，锚固段9置于稳定土层中，止浆塞10套在锚固段9与自由段8连接的一端；外拉锚结构3由钢绞线11、定滑轮12、混凝土槽13、锚墩14和紧绳器15组成，定滑轮12紧贴边坡表面固定在第一排锚杆2上方，在与定滑轮12高度平行的方向沿地表开混凝土槽13，锚墩14是在钢筒模型中沿圆周等间距放入钢管16并对钢管16以外的部分灌浆浇筑而成，锚墩14埋置于锚杆2锚固段9之后的稳定土层中，使锚墩14中钢管16的开孔方向与混凝土槽13的末端垂直，紧绳器15放置于锚墩14下端，钢绞线11一端通过第二圆形开孔D与固定钢板5连接，另一端沿边坡表面向上依次通过定滑轮12、混凝土槽13、锚墩14并与紧绳器15连接；抬升卸荷钢管1带圆环钢板4的一端套在锚杆2的自由段8上，置于稳定土层中，另一端通过钢绞线11与外拉锚结构3相连，固定在边坡（或基坑）外表面，构成分层内抬升卸荷式地拉锚杆。

本发明的一种分层内抬升卸荷式地拉锚杆的施工方法，其步骤为：

（1）制作抬升卸荷钢管1：根据工程设计要求确定抬升卸荷钢管1的尺寸及数量；预制第一类套管A、第二类套管B、圆环钢板4和固定钢板5，在第一类套管A外表面开设圆形出浆孔6，并在其一端开凹槽7，将第一类套管A未开凹槽7的一端与第二类套管B的一端垂直焊接圆环钢板4连接，将固定钢板5嵌套在第一类套管A的凹槽7上；

（2）制作外拉锚结构3：根据工程设计要求确定所需钢绞线11、定滑轮12、锚墩14和紧绳器15的尺寸及数量，制作与钢绞线11相匹配的定滑轮12，在钢筒模型中沿圆周等间距放入钢管16并对钢管16以外的部分灌浆浇筑形成锚墩14；

（3）定位及钻孔：根据工程设计要求，用仪器测量定位锚杆2的施设位置，用钻孔仪器进行钻孔，钻孔直径等于第一类套管A的直径；

（4）施设外拉锚结构3：将抬升卸荷钢管1放入钻孔中并在两类套管之间形成的夹层中注浆；将固定钢板5的第一圆形开孔C套在第一类套管A的凹槽7上将定滑轮12紧贴边坡表面固定在第一排锚杆2上方，在与定滑轮12高度平行的方向沿地表开混凝土槽13，混凝土槽13的长度大于锚杆2长度，将锚墩14竖直埋置于稳定土层中，使其与混凝土槽13的末端垂直；

（5）施工锚杆2：将锚杆2穿过抬升注浆钢管1放入定位钻孔，并对锚固段9进行注浆，待注浆体的强度达到设计强度时，将钢绞线11的一端穿过第二圆形开孔D并将其另一端沿边坡表面向上拉，使其依次通过定滑轮12、混凝土槽13、锚墩14并与紧绳器15连接，旋转紧绳器15，使得钢绞线11拉紧；

（6）按照步骤（4）、（5）依次施工其它锚杆2。

本发明的有益效果：本发明结构简单，实用性强，可适用于各种土层，其优点在于：（1）抬升卸荷钢管中注入水泥浆，可以加固周围的土体，形成一个“土拱加固区”，能改善锚杆周围的土体性质，从而加大了锚杆的支护范围，同时，锚杆的自由段穿过抬升卸荷钢管后，使得锚杆的自由段既能抗拉又能抗弯、抗压，充分参与了加固土体的工作。（2）抬升卸荷钢管一端固定在稳定土层中，另一端通过外拉锚结构固定在边坡表面上，充分利用了稳定土层以及锚杆的自由段，使抬升卸荷钢管能够承担锚杆上部的土压力，从而减小了下层锚杆上的土压力以及传递至面层上的侧压力，达到卸荷的效果；同时，每一层锚杆间互不影响，通过每一层抬升卸荷钢管的逐层卸荷，可减少锚杆的锚固段长度，从而降低工程造价。（3）本发明施工工序简单，可以边开挖边支护，对周围环境影响较小；同时，该结构适用于各种地质情况的支护，尤其是当边坡较高空间小或土层条件不利于打桩时，该结构可以作为很好的支护手段，为边坡支护提供了一种新思路。

附图说明

图1是本发明结构的剖面图；图2是本发明结构立面图；图3是本发明结构锚杆与抬升卸荷钢管连接及位置关系图；图4是本发明第一类套管A结构示意图；图5是本发明第二类套管B结构示意图；图6是本发明定滑轮结构示意图；图7是本发明锚墩结构示意图；图8是本发明紧绳器结构示意图；图9是本发明固定钢板示意图。附图标记说明：抬升卸荷钢管1、锚杆2、外拉锚结构3、圆环钢板4、固定钢板5、出浆孔6、凹槽7、自由段8、锚固段9、止浆塞10、钢绞线11、定滑轮12、混凝土槽13、锚墩14、紧绳器15、钢管16、第一类套管A、第二类套管B、第一圆形开孔C、第二圆形开孔D。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明，所举实例只用于解释本发明，并非用于限制本发明。在本发明原则内，所做的修改、等同替换和改进都属于本发明的保护范围。

如图1~图9所示，本发明提供一种分层内抬升卸荷式地拉锚杆及施工方法，分层内抬升卸荷式地拉锚杆包括抬升卸荷钢管1、锚杆2和外拉锚结构3；抬升卸荷钢管1由第一类套管A、第二类套管B、圆环钢板4和固定钢板5组成，第一类套管A是外表面带圆形出浆孔6的钢管，其一端沿圆周开一道不贯通钢管厚度的凹槽7，第二类套管B周身无开孔，将第二类套管B套进第一类套管A中，使第一类套管A未开凹槽7的一端与第二类套管B的一端垂直焊接在圆环钢板4上，固定钢板5是边长大于第一类套管A直径的钢板，其表面沿中心线上下分布大小不一的两个不贯通固定钢板5的第一圆形开孔C和第二圆形开孔D，第一圆形开孔C嵌套在凹槽7上；锚杆2由自由段8、锚固段9和止浆塞10组成，锚杆2的自由段8穿过第二类套管B，通过锚具将其固定在第二类套管B位于边坡表面的一端，锚固段9置于稳定土层中，止浆塞10套在锚固段9与自由段8连接的一端；外拉锚结构3由钢绞线11、定滑轮12、混凝土槽13、锚墩14和紧绳器15组成，定滑轮12紧贴边坡表面固定在第一排锚杆2上方，在与定滑轮12高度平行的方向沿地表开混凝土槽13，锚墩14是在钢筒模型中沿圆周等间距放入钢管16并对钢管16以外的部分灌浆浇筑而成，锚墩14埋置于锚杆2锚固段9之后的稳定土层中，使锚墩14中钢管16的开孔方向与混凝土槽13的末端垂直，紧绳器15放置于锚墩14下端，钢绞线11一端通过第二圆形开孔D与固定钢板5连接，另一端沿边坡表面向上依次通过定滑轮12、混凝土槽13、锚墩14并与紧绳器15连接；抬升卸荷钢管1带圆环钢板4的一端套在锚杆2的自由段8上，置于稳定土层中，另一端通过钢绞线11与外拉锚结构3相连，固定在边坡（或基坑）外表面，构成分层内抬升卸荷式地拉锚杆。

如图2所示，抬升卸荷钢管1长度小于锚杆2自由段8的长度，抬升卸荷钢管1进入稳定土层的长度为0.3~0.5m，止浆塞10与抬升卸荷钢管1之间的距离为0.3~0.5m。

如图2所示，锚墩14在稳定土层的位置与混凝土槽13末端位置垂直，混凝土槽13深度为20~40mm，锚墩14埋置深度为1500~2500mm。

如图1和图6所示，定滑轮12固定于第一层锚杆2上方的边坡表面上，定滑轮12高度为1000~2000mm，直径为120mm~150mm。

如图4、5所示，第一类套管A与第二类套管B长度相同，第一类套管A直径大于第二类套管B，两类套管都是分节连接组成的，每一节第一类套管A和第二类套管B的长度为0.8~1.2m，第一类套管A直径为120~150mm，第二类套管B直径为90~100mm；圆环钢板4的外径与第一类套管A的外径相等，内径与第二类套管B的内径相等。

如图4所示，出浆孔6为圆形，直径为8~12mm，沿第一类套管A外表面呈梅花形均匀布置。

如图7所示，钢管16沿锚墩14圆周布置数量与锚杆2的层数相同，钢管16的直径为16~25mm。

如图8所示，紧绳器15为市面常见的紧绳器15，其数量与锚杆2数量相等。

如图9所示，第一圆形开孔C直径与第一类套管A相同，为120~150mm，第二圆形开孔D直径大于钢绞线11，为22~30mm。

本发明一种分层内抬升卸荷式地拉锚杆的施工方法，其施工顺序宜采用逆作法，分层施工，其步骤为：

（1）制作抬升卸荷钢管1：根据工程设计要求确定抬升卸荷钢管1的尺寸及数量；预制第一类套管A、第二类套管B、圆环钢板4和固定钢板5，在第一类套管A外表面开设圆形出浆孔6，并在其一端开凹槽7，将第一类套管A未开凹槽7的一端与第二类套管B的一端垂直焊接圆环钢板4连接，将固定钢板5嵌套在第一类套管A的凹槽7上；

（2）制作外拉锚结构3：根据工程设计要求确定所需钢绞线11、定滑轮12、锚墩14和紧绳器15的尺寸及数量，制作与钢绞线11相匹配的定滑轮12，在钢筒模型中沿圆周等间距放入钢管16并对钢管16以外的部分灌浆浇筑形成锚墩14；

（3）定位及钻孔：根据工程设计要求，用仪器测量定位锚杆2的施设位置，用钻孔仪器进行钻孔，钻孔直径等于第一类套管A的直径；

（4）施设外拉锚结构3：将抬升卸荷钢管1放入钻孔中并在两类套管之间形成的夹层中注浆；将固定钢板5的第一圆形开孔C套在第一类套管A的凹槽7上将定滑轮12紧贴边坡表面固定在第一排锚杆2上方，在与定滑轮12高度平行的方向沿地表开混凝土槽13，混凝土槽13的长度大于锚杆2长度，将锚墩14竖直埋置于稳定土层中，使其与混凝土槽13的末端垂直；

（5）施工锚杆2：将锚杆2穿过抬升注浆钢管1放入定位钻孔，并对锚固段9进行注浆，待注浆体的强度达到设计强度时，将钢绞线11的一端穿过第二圆形开孔D并将其另一端沿边坡表面向上拉，使其依次通过定滑轮12、混凝土槽13、锚墩14并与紧绳器15连接，旋转紧绳器15，使得钢绞线11拉紧；

（6）按照步骤（4）、（5）依次施工其它锚杆2。

本发明的一种分层内抬升卸荷式地拉锚杆的工作原理为：（1）锚固原理：锚杆插入边坡钻孔内并注浆使锚杆稳定于土体中，对边坡中的锚杆施加张拉预应力从而产生锚固力，将边坡滑动区土体锚固于稳定区。（2）加固原理：向抬升卸荷钢管内注浆，浆体通过出浆孔流到周围土体中，使得周围土体被注浆体加固，形成一个直径大于抬升卸荷钢管的钢筋混凝土加固区；同时，锚杆的自由段穿过抬升卸荷钢管后，使得锚杆的自由段既能抗拉又能抗弯、抗压，充分参与了加固土体的工作。（3）卸荷原理：抬升卸荷钢管一端固定于稳定土层中，另一端通过外拉锚结构中钢绞线与紧绳器的拉力固定在边坡表面，向抬升卸荷钢管的第一类套管A与第二类套管B之间形成的管道内注浆，浆体通过出浆孔流入套管周围的土体中，并与土体融合为形成一个钢管混凝土注浆加固区，该注浆加固区承担了上部土体传递的土压力，从而减少了作用在下部结构上的土压力，达到了卸荷的效果；以此类推，每一节抬升卸荷钢管都承担上部的土压力，逐步减少了作用在下层锚杆的土压力，进而减少锚杆长度，节约材料。

Claims (7)

1.一种分层内抬升卸荷式地拉锚杆，包括抬升卸荷钢管（1）、锚杆（2）和外拉锚结构（3）；其特征在于：抬升卸荷钢管（1）由第一类套管（A）、第二类套管（B）、圆环钢板（4）和固定钢板（5）组成，第一类套管（A）是外表面带圆形出浆孔（6）的钢管，其一端沿圆周开一道不贯通钢管厚度的凹槽（7），第二类套管（B）周身无开孔，将第二类套管（B）套进第一类套管（A）中，使第一类套管（A）未开凹槽（7）的一端与第二类套管（B）的一端垂直焊接在圆环钢板（4）上，固定钢板（5）是边长大于第一类套管（A）直径的钢板，其表面沿中心线上下分布大小不一的两个不贯通固定钢板（5）的第一圆形开孔（C）和第二圆形开孔（D），第一圆形开孔（C）嵌套在凹槽（7）上；锚杆（2）由自由段（8）、锚固段（9）和止浆塞（10）组成，锚杆（2）的自由段（8）穿过第二类套管（B），通过锚具将其固定在第二类套管（B）位于边坡表面的一端，锚固段（9）置于稳定土层中，止浆塞（10）套在锚固段（9）与自由段（8）连接的一端；外拉锚结构（3）由钢绞线（11）、定滑轮（12）、混凝土槽（13）、锚墩（14）和紧绳器（15）组成，定滑轮（12）紧贴边坡表面固定在第一排锚杆（2）上方，在与定滑轮（12）高度平行的方向沿地表开混凝土槽（13），锚墩（14）是在钢筒模型中沿圆周等间距放入钢管（16）并对钢管（16）以外的部分灌浆浇筑而成，锚墩（14）埋置于锚杆（2）锚固段（9）之后的稳定土层中，使锚墩（14）中钢管（16）的开孔方向与混凝土槽（13）的末端垂直，紧绳器（15）放置于锚墩（14）下端，钢绞线（11）一端通过第二圆形开孔（D）与固定钢板（5）连接，另一端沿边坡表面向上依次通过定滑轮（12）、混凝土槽（13）、锚墩（14）并与紧绳器（15）连接；抬升卸荷钢管（1）带圆环钢板（4）的一端套在锚杆（2）的自由段（8）上，置于稳定土层中，另一端通过钢绞线（11）与外拉锚结构（3）相连，固定在边坡，或基坑的外表面，构成分层内抬升卸荷式地拉锚杆。

2.根据权利要求1所述的分层内抬升卸荷式地拉锚杆，其特征在于：所述的抬升卸荷钢管（1）进入稳定土层的长度为0.3~0.5m；抬升卸荷钢管（1）的长度小于锚杆（2）的自由段（8）由边坡表面进入稳定土层的长度；抬升卸荷钢管（1）的末端与锚杆（2）的止浆塞（10）之间留有间距。

3.根据权利要求1所述的分层内抬升卸荷式地拉锚杆，其特征在于：所述的第一类套管（A）与第二类套管（B）长度相同，第一类套管（A）直径大于第二类套管（B）的直径，两类套管都是分节连接组成的；圆环钢板（4）的外径与第一类套管（A）的外径相等，内径与第二类套管（B）的内径相等。

4.根据权利要求1所述的分层内抬升卸荷式地拉锚杆，其特征在于：所述的第一圆形开孔（C）的直径与第一类套管（A）相等，第二圆形开孔（D）的直径大于钢绞线（11）的直径。

5.根据权利要求1所述的分层内抬升卸荷式地拉锚杆，其特征在于：所述的出浆孔（6）为圆形，直径为8~12mm，沿第一类套管（A）外表面呈梅花形均匀布置。

6.根据权利要求1所述的分层内抬升卸荷式地拉锚杆，其特征在于：所述的外拉锚结构（3）中，定滑轮（12）与锚杆（2）列数相同，定滑轮（12）位置在地表以下，第一层锚杆（2）上方；钢管（16）高度与浇筑锚墩（14）的钢筒模型相同且钢管（16）沿锚墩（14）圆周布置数量与锚杆（2）的层数相同；紧绳器（15）的数量与锚杆（2）数量相等。

7.一种分层内抬升卸荷式地拉锚杆的施工方法，其特征在于，其施工步骤为：

（1）制作抬升卸荷钢管（1）：根据工程设计要求确定抬升卸荷钢管（1）的尺寸及数量；预制第一类套管（A）、第二类套管（B）、圆环钢板（4）和固定钢板（5），在第一类套管（A）外表面开设圆形出浆孔（6），并在其一端开凹槽（7），将第一类套管（A）未开凹槽（7）的一端与第二类套管（B）的一端垂直焊接圆环钢板（4）连接，将固定钢板（5）嵌套在第一类套管（A）的凹槽（7）上；

（2）制作外拉锚结构（3）：根据工程设计要求确定所需钢绞线（11）、定滑轮（12）、锚墩（14）和紧绳器（15）的尺寸及数量，制作与钢绞线（11）相匹配的定滑轮（12），在钢筒模型中沿圆周等间距放入钢管（16）并对钢管（16）以外的部分灌浆浇筑形成锚墩（14）；

（3）定位及钻孔：根据工程设计要求，用仪器测量定位锚杆（2）的施设位置，用钻孔仪器进行钻孔，钻孔直径等于第一类套管（A）的直径；

（4）施工外拉锚结构（3）：将抬升卸荷钢管（1）放入钻孔中并在两类套管之间形成的夹层中注浆；将固定钢板（5）的第一圆形开孔（C）套在第一类套管（A）的凹槽（7）上将定滑轮（12）紧贴边坡表面固定在第一排锚杆（2）上方，在与定滑轮（12）高度平行的方向沿地表开混凝土槽（13），混凝土槽（13）的长度大于锚杆（2）长度，将锚墩（14）竖直埋置于稳定土层中，使其与混凝土槽（13）的末端垂直；

（5）施工锚杆（2）：将锚杆（2）穿过抬升卸荷钢管（1）放入定位钻孔，并对锚固段（9）进行注浆，待注浆体的强度达到设计强度时，将钢绞线（11）的一端穿过第二圆形开孔（D）并将其另一端沿边坡表面向上拉，使其依次通过定滑轮（12）、混凝土槽（13）、锚墩（14）并与紧绳器（15）连接，旋转紧绳器（15），使得钢绞线（11）拉紧；

（6）按照步骤（4）、（5）依次施工其它锚杆（2）。