CN109723478A - 一种预应力锚杆支护锚固装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种岩土锚固预应力高聚物锚杆支护新方法，主要包括以下步骤：确定钻孔位置；钻孔并清除孔内杂物；清除杆体表面污染物、焊接对中支架、捆扎封孔布袋；杆体放入钻孔；向封孔布袋内注射高聚物封孔；向锚固段注入高聚物；预应力张拉、锁定；有效预应力的监测，预应力锁定24小时后观测预应力损失情况，若预应力损失超过设计张拉力的10%时，应进行补偿张拉，锁定；注浆混凝土浆液、封孔。本发明具有使用快速、安全、节时的特点，可快速对岩土体进行锚固，且渗透系数极低，无需对杆体专门进行防腐处理，且具有一定的柔性，更好的适应岩土体的变形，与基体的粘结强度大于混凝土，对于需要快速加固的工程更加适用。

Description

一种预应力锚杆支护锚固装置及方法

技术领域

本发明属于岩土锚固支护技术领域，尤其涉及一种预应力锚杆支护锚固装置及方法。

背景技术

我国幅员辽阔，有着丰富的地质、地貌单元，南北跨越大，地质条件复杂。大型工程的修建必然会跨越不同的地质单元，有时还会途径特殊的岩土体；如：南水北调工程在途径河南段遇到膨胀土，我国西北地区有着大量的湿陷性黄土等；这些特殊性土体对水是极为敏感的，而当前土体支护中仍旧使用混凝土，尽管经过不断的改进，水在传统的锚固支护中是必不可少的。

随着锚固技术的不断发展，锚固理论的不断完善，无论是杆体还是锚固剂都在不断的发展，尽管如此，在实际的工程中还是以传统的水泥砂浆锚杆为主要的支护方式。传统的预应力锚杆锚固中，由于混凝土或砂浆混凝土流动性较差，采用高压注浆的方法，将砂浆注入钻孔；然后经过固结、养护达到一定强度后才能施加预应力，由于养护周期相对较长，不仅浪费大量的人力、物力，无形中延长了工期；由于水的参与，不可避免的会发生干缩的现象，在一定程度上降低了锚固效果。混凝土抗拉强度较低，当岩土体产生微小变形时，就会很容易出现裂缝，增加锚杆锈蚀速率。特别是当遇到险情，需要快速锚固岩土体时，传统的锚固技术是无法达到快速锚固并快速承担岩土体所受的荷载。树脂粘结型的锚杆虽然固结相对较快，但由于树脂材料含毒、易燃、易老化、价格高，使其推广应用受到限制。

无论是对水敏感的膨胀土、湿陷性黄土还是岩体风化程度较高的岩质边体，亦或是发生险情需要快速加固的渠坡，都需要有一种能快速承力，无需水的参与，并且安全、稳定、环保的锚固材料。

非水反应双组份聚氨酯材料，在固化反应过程中无需水的参与，可以入渗到微小裂隙，从而使破碎岩土体成为整体；固化后的锚固体具有一定的柔性(峰值强度所对应的应变一般不大于10%），可以适应岩土体的变形，锚固体材料抗压强度高于规范要求中的30MPA，最高可达70MPa且可以在短时间内完全固化，无需养护，大大缩减工期，为施工提高安全保障；在固结过程中微膨胀，对岩土体产生径向挤压，可以更好的与锚杆钻孔壁接触，提高锚固效果，锚固效果优于传统的锚固方式，可大大提高工作效率。

高聚物材料密度轻于岩土体，反应快，耐久性及防渗性能好，强度高于一般混凝土。目前，高聚物注浆技术主要用于路面抬升，隧道止水，管道修葺，堤坝防渗、加固中。目前国内还未见相关报道有结合高聚物膜袋注浆、高聚物导管注浆技术和传统的混凝土高压注浆的锚固技术。

发明内容

针对上述紧急遇险工程和需要快速进行支护的技术问题，本发明的目的是提供一种预应力锚杆支护锚固装置及方法，对岩土体快速锚固以承担岩土体所受荷载，为岩土锚固提供先进、高效、经济、实用的技术措施。

本发明的技术方案具体为：

一种预应力锚杆支护锚固方法，包括以下步骤，

（1）确定钻孔位置，并进行标注；

（2）钻孔：采用钻机进行钻孔，在钻具上安装反吹排渣装置进行孔内杂物清理；

（3）对锚杆进行预处理：在锚杆上焊接对中支架，对锚杆表面污渍进行处理，在锚杆上捆扎封孔布袋，锚杆穿过封孔布袋；

（4）安放锚杆：将锚杆置于钻孔中心处，锚杆与钻孔同心，在钻孔内放置一次注浆管、二次注浆管和封孔注浆管，一次注浆管末端穿过封孔布袋，二次注浆管的末端置于封孔布袋上方，封孔注浆管末端置于布袋内，钻孔内封孔布袋下部为锚固段，封孔布袋上部为自由段；

（5）封孔布袋注浆：注浆车通过封孔注浆管向封孔布袋内进行注浆封孔，10-15分钟反应完毕，对钻孔进行封孔；

（6）锚固段注浆：注浆车通过一次注浆管对锚固段进行注浆，注浆完成后，30-40分钟后施加预应力；

（7）预应力损失情况观测：通过张拉设备对锚杆施加张拉力，在锚杆上安装测力计，通过测力计监测锚杆的预应力，若24h后预应力损失超过张拉力的10%，则补偿张拉力至超出原张拉力的10%，锁定补偿后的张拉力，若预应力损失在张拉力的10%的范围内时，通过二次注浆管对自由段进行注浆。

所述锚固段和自由段内均为高聚物锚固体。

所述锚固段内为高聚物锚固体，自由段内为混凝土或砂浆混凝土锚固。

所述高聚物为非水反应类双组份高聚物非发泡材料。

用于预应力锚杆支护锚固方法中的锚固装置，包括设置在钻孔内的锚杆和注浆管，锚杆上捆扎有封孔布袋，钻孔内封孔布袋下方为锚固段，封孔布袋上方为自由段，锚杆的底端穿过封孔布袋后伸入钻孔底部，注浆管包括一次注浆管、二次注浆管和封孔注浆管，一次注浆管的底端穿过封孔布袋后伸向钻孔底部，二次注浆管的底端位于封孔布袋的上方，封孔注浆管的底端位于封孔布袋中。

所述钻孔内锚固段为高聚物锚固，自由段为混凝土或砂浆混凝土锚固。

所述锚杆上等间距焊接有对中支架，对中支架以锚杆的中心轴为轴辐射状分布，锚杆的底部设置有承载板。

相对于现有技术，本发明的预应力锚杆支护锚固方法特别适用于：遇水敏感的膨胀土、湿陷性黄土，裂隙发育的岩质边坡等特殊性质的岩土体结构、同时也适用于风化较为严重的岩质边坡，以及需要快速加固支护的岩土体工程。与传统的预应力锚杆支护技术有以下优点：

（1）非水反应双组份聚氨酯材料反应过程中无需水的参与，从根本上有效避免了特殊性岩土体与水的不良反应。

（2）工艺简单、施工快捷、无需养生。钻孔、注浆连续作业，施工快，材料反应后10-15分钟即形成90%左右的强度，无需养生，大大节约工期，以最快的速度提供安全保障。高聚物锚固体适用于任何杆体，无需对杆体特殊加工，对钻孔直径也没有特殊要求。

（3）施工方便，高聚物注浆系列化装备适应于不同场地，进场方便，施工平台相对较小，无需大型的搅拌设备，浆料无需人工混合，浆体在注浆过程中通过注浆设备直接混合，无废水、废渣、扬尘等污染物的产生。

（4）耐久性好，本发明采用的非水反应类高聚物材料性能稳定，长期埋入地下具有良好的抵抗化学溶剂腐蚀性能。

（5）入渗效果好，对于裂隙发育的岩土体，在一定的注浆压力作用下该材料能够很好的入渗到裂缝中，使破碎岩土体成为整体，由于固化时间快，深入裂隙而不至大量流失，提高岩土体强度。

（6）材料在反应过程中微膨胀，对孔壁产生径向压力，与孔壁刚好的接触，有效的避免了传统施工技术中所产生的干缩现象，从而提高锚固效果。

本发明具有使用快速、安全、节时的特点，可快速对岩土体进行锚固， 且渗透系数极低，无需对杆体专门进行防腐处理，且具有一定的柔性，更好的适应岩土体的变形，与基体的粘结强度大于混凝土，对于需要快速加固的工程更加适用。

本发明在材料应用及施工方法等方面都具有明显创新，这一独特的注浆方法具有施工快捷、锚固效果好、提高原始岩土体整体性等特点，适用于传统支护方法无法满足工期进度、紧急遇险工程和需要快速只当加固的情况，并可以应用于膨胀土、湿陷性黄土等特殊的岩土体的复杂实际工程中，显示出巨大的经济、社会效益和广阔的发展应用前景，对于推动我国支护技术的发展具有重要意义。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明的锚杆结构示意图。

具体实施方式

一种预应力锚杆支护锚固方法，包括以下步骤，

（1）确定钻孔位置，并进行标注；

（2）钻孔：采用采用回旋类钻机或风动电动小钻机进行钻孔，为保证钻孔质量，在钻具上安装反吹排渣装置进行孔内杂物清理；

（3）对锚杆进行预处理：为保证杆体居中，在锚杆上每隔1.5米焊接一组对中支架，对锚杆表面污渍进行处理，以免影响锚固效果，根据锚固长度，选择捆扎封孔布袋的位置，在锚杆上捆扎封孔布袋，锚杆穿过封孔布袋；

（4）安放锚杆：将锚杆置于钻孔中心处，锚杆与钻孔同心，锚杆安放过程中要小心谨慎，避免与孔壁发生碰撞，务必确保锚杆与钻孔同心，钻孔内封孔布袋下部为锚固段，封孔布袋上部为自由段，在钻孔内放置一次注浆管、二次注浆管和封孔注浆管，一次注浆管末端穿过封孔布袋对锚固段内进行注浆，二次注浆管的末端置于封孔布袋上方对自由段注浆，封孔注浆管末端置于布袋内，对封孔布袋进行注浆；

（5）封孔布袋注浆：注浆车通过封孔注浆管向封孔布袋内进行注浆封孔，10-15分钟反应完毕即可达到封孔的效果，对钻孔进行封孔；

（6）锚固段注浆：注浆车通过一次注浆管对锚固段进行注浆，注浆量由锚固段长度所对应的钻孔的体积决定，且略大于所对应锚固段钻孔的体积，注浆完成后，30-40分钟后抗压强度达到35-40MPa，开始施加预应力；

（7）预应力损失情况观测：通过张拉设备对锚杆施加张拉力，张拉力的大小由张拉设备显示，在锚杆上安装测力计，通过测力计监测锚杆的预应力大小，读取测力计的值，24h后再次读取，两次测力计的差值即为预应力的损失值，若24h后预应力损失超过张拉力的10%时，进行张拉力补偿，张拉力补偿至超出初始张拉力的10%，锁定补偿后的张拉力，若预应力损失在张拉力的10%范围内时，表示预应力损失在合理范围内，通过二次注浆管对自由段进行注浆。

对钻孔锚固时可采用全长高聚物锚固，即锚固段和自由段均采用高聚物锚固，也能够采用高聚物锚固与混凝土或砂浆混凝土锚固相结合的锚固方法，这种情况下为锚固段采用高聚物锚固，自由段采用混凝土或砂浆混凝土锚固。

高聚物为非水反应类双组份高聚物非发泡材料，非发泡高聚物具有快硬早强的特点，可以即时提供预应力实现锚固效果，为抢险加固夺取宝贵时间；具有一定的柔性，可以适应岩土体变形，不至于产生突发性灾害，在反应过程中高聚物锚固体微膨胀，粘结性能也强于混凝土，与孔壁粘结的同时，极大的增强了侧摩阻力。特别是对于风化后较为破碎的围岩体6，如图1中所示，高聚物可以渗入围岩体6的微小裂隙中填充裂缝，使破碎的围岩体6成为整体，在理论上作为锚固体完全可以取代传统的混凝土锚固体，且锚固效果优于混凝土锚固体，特别是对于膨胀土等对水敏感的特殊性土具有突出效果。

当遇到突发事故，需要紧急加固或工期紧张需要快速安全施工时或对水敏感的特殊性岩土体加固时，结合封孔布袋注浆封堵和导管注浆方法，应用非水反应双组分高聚物高分子作为锚固材料来承担所施加的预应力，可大大缩短工期，提高施工效率，及时提供预应力承担荷载。

如图1-2中所示，一种预应力锚杆支护锚固装置，包括设置在钻孔4内的锚杆1和注浆管，锚杆1上捆扎有封孔布袋7，封孔布袋7下方为锚固段8，封孔布袋7上方为自由段9，锚杆1的底端穿过封孔布袋7后伸入钻孔4底部，注浆管包括一次注浆管2、二次注浆管5和封孔注浆3管，一次注浆管2的底端穿过封孔布袋7对锚固段进行注浆，二次注浆管5的底端位于封孔布袋7的上方对自由段9进行注浆，封孔注浆管3的底端位于封孔布袋7中对封孔布袋7进行注浆。

钻孔内锚固段8为高聚物锚固，自由段9为高聚物锚固或混凝土、砂浆混凝土锚固，高聚物为非水反应类双组份高聚物非发泡材料，材料无毒，固化时间快、可控，大大提高锚固速度，降低劳动力，缩短工期，能够用于相对复杂的环境，高聚物材料抵抗化学溶剂和油脂腐蚀的性能非常完好，在地基环境下一般的含盐、酸、或者洗涤剂的水溶液中，高聚物的稳定性良好。

锚杆1上等间距焊接有对中支架10，间隔距离为1.5m，对中支架10以锚杆1的中心轴为轴辐射状分布，锚杆1的底部设置有承载板11，承载板11位于锚固段8的底部，锚固段8注入浆料锚固后，通过承载板11增加锚杆1与锚固体之间的作用力，防止锚杆脱离锚固体。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明整体构思前提下，还可以作出若干改变和改进，这些也应该视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种预应力锚杆支护锚固方法，其特征在于：包括以下步骤，

（1）确定钻孔位置，并进行标注；

（2）钻孔：采用钻机进行钻孔，在钻具上安装反吹排渣装置进行孔内杂物清理；

（3）对锚杆进行预处理：在锚杆上焊接对中支架，对锚杆表面污渍进行处理，在锚杆上捆扎封孔布袋，锚杆穿过封孔布袋；

（4）安放锚杆：将锚杆置于钻孔中心处，锚杆与钻孔同心，在钻孔内放置一次注浆管、二次注浆管和封孔注浆管，一次注浆管末端穿过封孔布袋，二次注浆管的末端置于封孔布袋上方，封孔注浆管末端置于布袋内，钻孔内封孔布袋下部为锚固段，封孔布袋上部为自由段；

（5）封孔布袋注浆：注浆车通过封孔注浆管向封孔布袋内进行注浆封孔，10-15分钟反应完毕，对钻孔进行封孔；

（6）锚固段注浆：注浆车通过一次注浆管对锚固段进行注浆，注浆完成后，30-40分钟后施加预应力；

（7）预应力损失情况观测：通过张拉设备对锚杆施加张拉力，在锚杆上安装测力计，通过测力计监测锚杆的预应力，若24h后预应力损失超过张拉力的10%，则补偿张拉力至超出原张拉力的10%，锁定补偿后的张拉力，若预应力损失在张拉力的10%的范围内时，通过二次注浆管对自由段进行注浆。

2.如权利要求1所述的预应力锚杆支护锚固方法，其特征在于：所述锚固段和自由段内均为高聚物锚固体。

3.如权利要求1所述的预应力锚杆支护锚固方法，其特征在于：所述锚固段内为高聚物锚固体，自由段内为混凝土或砂浆混凝土锚固。

4.如权利要求2或3所述的预应力锚杆支护锚固方法，其特征在于：所述高聚物为非水反应类双组份高聚物非发泡材料。

5.用于如权利要求1所述的预应力锚杆支护锚固方法中的锚固装置，其特征在于：包括设置在钻孔（4）内的锚杆（1）和注浆管，锚杆（1）上捆扎有封孔布袋（7），钻孔内封孔布袋（7）下方为锚固段（8），封孔布袋（7）上方为自由段（9），锚杆（1）的底端穿过封孔布袋（7）后伸入钻孔（4）底部，注浆管包括一次注浆管（2）、二次注浆管（5）和封孔注浆管（3），一次注浆管（2）的底端穿过封孔布袋（7）后伸向钻孔（4）底部，二次注浆管（5）的底端位于封孔布袋（7）的上方，封孔注浆管（3）的底端位于封孔布袋（7）中。

6.如权利要求5所述的预应力锚杆支护锚固装置，其特征在于：所述钻孔（4）内锚固段（8）为高聚物锚固，自由段（9）为混凝土或砂浆混凝土锚固。

7.如权利要求5所述的预应力锚杆支护锚固装置，其特征在于：所述锚杆（1）上等间距焊接有对中支架（10），对中支架（10）以锚杆（1）的中心轴为轴辐射状分布，锚杆（1）的底部设置有承载板（11）。