CN109763486A - 一种置换式旋喷注浆锚杆与施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明的一种置换式旋喷注浆锚杆与施工方法，其旋喷锚杆的锚固体无侧限抗压强度大于2MPa以上；锚固体的直径为250mm～2000mm；锚固体的外径沿轴线方向是变化的；相邻锚固体的倾角和长度是不同的；锚固体内插入有锚杆和一个以上的锚盘；施工钻具由置换旋喷钻头、多孔钻杆、压力探头、喷浆和喷气嘴、抽排泥浆口等组成；多孔钻杆内布置有加固浆液与气体输送管和排浆管。通过抽排泥浆口，将旋喷切割产生的泥水抽出，转换形成高强的锚固体，解决了软土地层中锚杆的锚固力不高及施工过程对地层扰动的不利影响。发挥了地层锚固的优势，具有绿色环保的社会价值和降低锚固工程造价的重大经济效益。

Description

一种置换式旋喷注浆锚杆与施工方法

技术领域

本发明涉及土木工程技术领域，具体的来说涉及基坑、边坡支护及抗浮锚固结构及其施工方法。

背景技术

在软土地层中开挖基坑、加固边坡及地基抗浮时，可用锚杆来提供锚拉作用力。众所周知，软土地层能提供的锚拉力较小，锚杆的徐变量大，从而限制了锚杆的应用。目前，在软土地层中通过加大锚固体的直径和长度来提高锚拉力的方法，扩大了预应力锚杆的应用范围。但是，这种采用常规旋喷或搅拌方式形成的大直径锚固体，由于其锚固体的强度低、对地层扰动大、锚固体直径无法有效控制等原因，仍然无法提供持久的锚拉力以减少变形量。与内支撑结构和重力式挡土结构，以及桩基抗浮结构等比较，采用预应力锚杆结构具有许多优点，因此，提供一种有效的锚固结构是非常必要的。

目前，传统的旋喷搅拌技术形成的大直径锚固体，注入的大量固化浆液对地层产生扰动，使锚杆施工过程对周边环境产生了明显的不利影响，如旋喷过程喷浆压力和注浆体积引起了地层隆起，导致周边的管线、建筑物、路面出现裂缝、沉降等工程事故经常出现。

此外，传统高压旋喷形成的锚固体强度，在淤泥层中只能达到0.5MPa及更低的强度，当对锚杆施加预应力时，锚固体本身的徐变性能导致预应力松弛，从而使预应力锚杆控制变形的能力大大降低。在基坑和边坡支护中，这种由锚固体本身的徐变引起的水平位移，对基坑外侧的环境保护无法得到要求。

在软土地基中的抗浮锚杆，由于锚固体的徐变，将导致其承载力大幅度下降，引起了地下结构的上浮。为了从根本上降低抗浮锚的变形，必须提高锚固体的弹性模量，需要提高锚固体的强度。

基于以上情况，工程界迫切需要一种发明一种应用于软土地层中的锚固结构，既能在施工过程中对周围环境不会产生的明显影响，又具有较高强度和较小的徐变量，对变形控制能力持久可靠。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，克服现有技术中存在的问题，提供了一种置换式旋喷注浆锚杆与施工方法。

所述的一种置换式旋喷注浆锚杆与施工方法，其旋喷锚杆的锚固体为高强旋喷加固体，锚固体的无侧限抗压强度大于2MPa以上；

所述的锚固体直径为250mm～2000mm；锚固体的外径沿轴线方向能按设计要求变化；相邻锚固体的倾角和长度，按锚固要求而不同；锚固体的外形可以为圆柱体、半圆柱体、扇形截面柱体，或外径呈渐变的柱体。

所述的锚固体内插入有锚杆体和一个以上的锚盘；锚杆体为粘结性锚杆时直接与锚固体粘结在一起；

所述的锚杆为无粘结性锚杆，锚杆体外套一个塑料管，将锚固体与索体隔离；

所述的可回收锚杆的底部锚盘位置设置一个解锁装置，当锚拉力解除后，能手动解锁，将杆体或钢绞线从锚固体中取出；可回收锚杆的受力端设置锚盘，或设置一个承载结构，以分散锚盘传递的压力；

所述的施工钻具由置换旋喷钻头、多孔钻杆、压力探头及抽排泥浆口等组成；钻头呈螺旋形或三叶形；钻头中分置有喷浆嘴和喷气嘴；在喷嘴的背面设置有压力探头；在钻头上部设置一个抽排泥浆口；多孔钻杆内布置有固化浆液与气体输送管和排浆管。

所述钻头部位的压力探头监测旋喷加固区域的压力，当超过设计值时，打开抽排泥浆口，将旋喷置换的泥浆抽排出去；

所述的一种置换式旋喷注浆锚杆的施工方法，具体的步骤如下：

(1)先按设计要求的角度钻孔达设计标高；

(2)启动输浆泵、空气压缩机，向钻头部位输送固化浆液和压缩空气；

(3)旋转钻杆和钻头，喷射固化浆液和气体，切割地层成流体并与固化浆液混合；

(4)位于钻头部位的压力探头监测旋喷加固区域的压力，当超过设计值时，打开抽排泥浆口，将置换泥浆抽排出去，实现压力平衡，减少对地层的扰动；

(5)多孔钻杆带动钻头按一定的旋转速度和角度旋转，并按一定的步距上提，喷射气液体、切割地层，将固化浆液与地层岩土颗粒充分混合，形成旋喷加固体；

(6)控制钻杆的提升步距大小，形成直径交替变化的旋喷加固体；

(7)在刚形成的旋喷加固体中插入锚盘和锚杆，养护达设计强度。

有益效果：一种置换式旋喷注浆锚杆解决了对地层扰动、变形控制的难题，填补了在软土地层中采用锚固结构的空白，与现有技术相比，提高了软土地层锚固技术的可靠性，实现了软土地层中锚杆体回收的可能性，具有绿色环保的社会价值和降低软土基坑边坡支护、基础抗浮造价的重大经济。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式来详细说明本发明；

图1为本发明所述一种置换式旋喷注浆钻具施工锚固体过程示意图。

图2为本发明所述一种置换式旋喷注浆锚杆的圆台状锚固体示意图。

图3为本发明所述一种置换式旋喷注浆锚杆的四个串珠状锚固体示意图

图4为本发明所述一种置换式旋喷注浆锚杆的二个串珠状锚固体示意图。

图5为本发明所述一种置换式旋喷注浆锚杆的扩大端锚固体示意图。

图6为本发明所述一种置换式旋喷注浆锚杆的空间布置示意图。

图7为本发明所述一种置换式加固旋喷可回收锚杆的空间布置示意图。

图8为本发明所述一种置换式旋喷注浆锚杆抗拔与结构连接剖面图

图中：1—锚固体，2--置换式旋喷注浆钻头，21--多孔钻杆、22--压力探头，23---抽排泥浆口，24--喷浆射流，25--喷气幕，3—锚杆体(索体)，31—锚盘，32--隔离套管，33—自由段，34—锚具,35—腰梁，36—结构板。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、工作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

为了充分说明一种置换式旋喷注浆锚杆与施工方法，结合示意图进行描述。

从图1可看出，为了在锚固地层中形成高强的旋喷锚固体1，由旋喷钻杆21的底部安装有旋喷钻头2，在其上分布有喷浆嘴、喷气嘴、抽吸排泥浆口23和压力监测传感器22。

通过高压泵加压固化剂浆液达到20～40Mpa压力和空压体输出0.5MPa压力的气体，利用多孔旋喷钻杆21中的管道输送到喷浆嘴和喷气嘴，形成高压射流24和高压气流25，切割破碎岩土成流态，并与固化浆液充分混合。旋喷钻杆21一边旋转一边由内向外提拔，如图1中箭头所示。

在移动和旋转旋喷钻杆21时，喷射的高压浆液24和气体25在加固区域将使地层内的压力增加，此时，位于旋喷钻头2上的压力传感器22实时将该区域的压力测值送到控制器中，当压力大于一定值时，开启抽吸排泥口23，将旋喷切割产生的泥浆从旋喷钻杆的中孔通道中排出，并收集到废浆贮存处理罐中。

通过高压射流作用和吸排泥的置换，就形成了一个大直径的锚固体1，其直径最大可达2000mm，无侧限抗压强度达2MPa以上。

实例一，控制钻杆21的提拔速度和喷浆压力，就能控制旋喷形成的锚固体直径，按设计的锚固体直径要求，从底部向上锚固体的直径逐渐增大成圆台状1，然后插入锚杆体3，在锚杆体3中分布多个锚盘31，在自由段33中将锚杆体3外套一个隔离套管32，这就制成了一个圆台状锚固体的置换式旋喷注浆锚杆，如图2所示。

实例二，控制钻杆21的提拔速度和喷浆压力，在锚固段上形成多个分段的大直径锚固体1，然后插入锚杆体3，在锚杆体3中分布多个锚盘31，在自由段33中将锚杆体3外套一个隔离套管32，这就制成了有四个分段大直径锚固体的置换式旋喷注浆锚杆，如图3所示。

进一步，按上述方法，即可制成有二个分段的大直径锚固体的置换式旋喷注浆锚杆，如图4所示。

进一步，按上述方法，也可制成有一个扩大直径锚固体的置换式旋喷注浆锚杆，如图5所示。

实例三，为了减少大直径锚固体之间的相互影响，将分段的大直径锚固体相互错开布置，其角度和长度均不相同，其空间的分布如图6所示。锚杆体3通过锚具34锁定在腰梁35上。这样可以消除群锚效应及相邻锚固体之间的影响。

实例四，为了实现锚杆(索)体可回收，按压力分散式布置锚杆体，每个受力单元连接一个大直径锚固体，如图7所示。这样每个受力单元均能提供稳定的锚固力，而锚固体的受力后产生的徐变量较小，从而可有效控制锚杆支护结构的变形量。

实例五，采用置换式旋喷注浆锚杆作为结构的抗拔或抗浮受力体，与结构连接剖面图如图8所示。从图8中可看出，置换式旋喷锚固体1中的锚杆体3与结构板36的连接是用锚具34锁定在一起的，并锚杆受力前施加了预应力，以消除锚杆体本身的变形量，从而解决了锚杆体及锚具的防腐和结构板的防渗难题。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实例的限制，上述实例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (8)

1.一种置换式旋喷注浆锚杆与施工方法，其特征是，旋喷锚杆的锚固体无侧限抗压强度大于2MPa以上；锚固体的直径为250mm～2000mm；锚固体的外径沿轴线方向是变化的；相邻锚固体的倾角和长度不相同；锚固体内插入锚杆体和一个以上的锚盘；施工钻具由置换旋喷钻头、多孔钻杆、压力探头、喷浆和喷气嘴、抽排泥浆口等组成；多孔钻杆内布置有固化浆液与气体输送管和抽排浆管。

2.根据权利要求1所述的一种置换式旋喷注浆锚杆，其特征是锚固体的外形为圆柱体，半圆柱体、扇形截面柱体，或外径呈大小交替变化的柱体。

3.根据权利要求1所述的一种置换式旋喷注浆锚杆，其特征是锚杆体为粘结性锚杆体，直接与锚固体粘结在一起。

4.根据权利要求1所述的一种置换式旋喷注浆锚杆，其特征是锚杆体为无粘结性锚杆，锚杆体外套一个塑料管，将锚固体与杆体隔离。

5.根据权利要求1所述的一种置换式旋喷注浆锚杆，其特征是可回收锚杆的底部设置一个解锁装置，当锚拉力解除后，能手动解锁，将杆体或钢绞线从锚固体中取出。

6.根据权利要求1所述的一种置换式旋喷注浆锚杆，其特征是可回收锚杆的受力端设置锚盘，或设置一个承载结构，以分散锚盘传递的压力。

7.根据权利要求1所述的一种置换式旋喷注浆锚杆的施工钻具，其特征是钻头部位的压力探头监测旋喷加固区域的压力，当超过设计值时，打开抽排泥浆口，将旋喷置换的泥浆抽排出去。

8.根据权利要求1所述的一种置换式旋喷注浆锚杆的施工方法，其特征是，具体的步骤如下：

(1)先按设计要求的角度钻孔达设计标高；

(2)启动高压注浆泵、空气压缩机，向钻头部位输送固化浆液和压缩空气；

(3)旋转钻杆和钻头，喷射固化浆液和气体，切割地层成流体并与固化浆液混合；

(4)位于钻头部位的压力探头监测旋喷加固区域的压力，当超过设计值时，打开抽排泥浆口，将置换泥浆抽排出去，实现压力平衡，减少对地层的扰动；

(5)多孔钻杆带动钻头按一定的旋转速度和角度旋转，并按一定的步距上提，喷射气流和液体射流、切割破碎锚固区地层，并将固化浆液与地层岩土颗粒充分混合，形成锚固体；

(6)控制钻杆的提升步距大小，形成外径变化的锚固体；

(7)在刚形成的锚固体中插入锚盘和锚杆体，养护达设计强度。