CN110258579A - 同步式预应力锚索施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及预应力锚索施工的技术领域，公开了同步式预应力锚索施工方法，包括钻机、多个预应力锚索以及跟锚结构，步骤如下：(1)、钻机就位，钻机包括钻杆以及钻头，钻杆形成内部空间；钻杆与钻头分别与跟锚结构呈连接布置，钻头形成出口，内部空间连通出口；(2)、各个预应力锚索的一端穿设固定跟锚结构；(3)、钻头钻进形成钻孔，加压泵时钻头钻进时，旋喷清水，直至钻进至设计孔深；(4)、钻杆反转，钻头退钻且旋喷水泥浆；(5)、钻孔包括自由段以及锚固段，锚固段时，钻头高压旋喷水泥浆，自由段时，钻头常压旋喷水泥浆；(6)、预应力锚索张拉锁定。实现成孔、预应力锚索安放以及注浆同步施工，提高施工效果以及施工速度。

Description

同步式预应力锚索施工方法

技术领域

本发明专利涉及预应力锚索施工的技术领域，具体而言，涉及同步式预应力锚索施工方法。

背景技术

为保证地下结构施工及基坑周边环境的安全，对深基坑侧壁及周边环境采用的支档、加固与保护的措施；深基坑支护预应力锚索施工，把锚索锚固在岩体内部，用于加固深基坑。

目前，常规的深基坑支护预应力锚索施工方法的具体流程为：钻机就位→成孔钻进至设计深度→逐节退出拆卸钻杆→下放预应力锚索→第一次常压注浆→间歇养护→第二次高压注浆→养护至龄期后张拉锁定。

现有技术中，预应力锚索施工过程中的成孔、下放锚索、注浆等一系列工序均需按先后次序逐步操作完成，而且注浆在一次注浆完成后需要间歇4～6小时,待浆体初凝后再进行第二次注浆，导致预应力锚索施工的时间较长，且施工效率低。

发明内容

本发明的目的在于提供同步式预应力锚索施工方法，旨在解决现有技术中，预应力锚索施工效率低的问题。

本发明是这样实现的，同步式预应力锚索施工方法，包括钻机、多个预应力锚索以及跟锚结构，施工步骤如下：

(1)、所述钻机就位，所述钻机包括动力驱动旋转的钻杆以及钻头，所述钻杆呈中空布置形成内部空间；所述钻杆与所述钻头分别与所述跟锚结构呈连接布置，所述钻头形成出口，所述内部空间连通所述出口；

(2)、各个预应力锚索的一端穿设固定所述跟锚结构；

(3)、所述钻头钻进形成钻孔，所述钻机包括加压泵，所述钻头钻进时，清水通过所述加压泵加压后，旋喷至所述钻杆的内部空间，再通过所述出口输送至所述钻孔，直至钻进至设计孔深；

(4)、所述钻杆反转，所述钻头退钻，同时，停止清水注入，更换为旋喷水泥浆，水泥浆通过所述加压泵输送至所述内部空间，再通过所述出口输送至所述钻孔，边退出所述钻杆与所述钻头，同时旋喷灌注水泥浆；

(5)、所述钻孔包括自由段以及锚固段，退钻时，所述钻头从所述锚固段退至所述自由段，再退至所述钻孔外；当所述钻头退钻处于所述锚固段时，所述加压泵采用高压旋喷水泥浆，当所述钻头退钻处于所述自由段时，所述加压泵采用常压旋喷水泥浆；

(6)、对各个预应力锚索进行张拉锁定。

进一步的，所述跟锚结构包括顶推环以及钢板垫，所述顶推环的后端固定所述钻杆，所述顶推环的前端固定所述钻头，各个预应力锚索的一端穿设固定所述钢板垫，所述钢板垫套设所述钻头。

进一步的，所述跟锚结构包括平面轴承，所述平面轴承套设所述钻头，且所述平面轴承处于所述顶推环与所述钢板垫之间，钻进时，所述顶推环与所述钢板垫夹持所述平面轴承。

进一步的，所述钢板垫形成多个穿设孔，所述预应力锚索的一端贯穿所述穿设孔，与所述钢板垫呈焊接固定布置；退钻时，所述平面轴承与所述钢板垫滞留至所述钻孔内部。

进一步的，所述钢板垫的中部形成套设孔，所述钻头贯穿所述套设孔，各个所述穿设孔呈环绕包围所述套设孔。

进一步的，所述加压泵旋喷清水的压力为10-20MPa，当所述钻头退钻处于所述锚固段时，所述加压泵旋喷水泥浆的压力为25-30MPa。

进一步的，所述锚固段的孔径值大于所述自由段的孔径值。

进一步的，所述钻杆由多个杆体拼接形成，退钻时，所述杆体逐节退出，逐节拆卸。

进一步的，所述钻头退钻时，所述钻头具有第一旋转转速以及退钻速度，所述钻头钻进时，所述钻头具有第二旋转转速以及钻进速度，所述第一旋转转速小于所述第二旋转转速；所述退钻速度小于所述钻进速度。

进一步的，所述预应力锚索朝上呈倾斜布置。

与现有技术相比，本发明提供的同步式预应力锚索施工方法，进行施工时，通过钻机的钻杆和钻头进行钻进，且跟锚结构随钻头钻进而移动钻进，由于钻杆的内部空间连通出口，通过对钻杆的内部空间进行灌注，从出口排出进入钻孔内，实现清水成孔、水泥浆灌注；钻进时，钻头喷射清水并旋喷切割土体，钻进至设计孔深位置停钻，然后，反转钻杆，钻头反转且同步改用高压喷射水泥浆，并逐节回转退出钻杆至锚固段与自由段交界位置，改用常压喷射水泥浆，进行自由段退钻，直至钻头拔出钻孔；这样，实现成孔、预应力锚索安放以及注浆同步施工，提高施工效果以及施工速度。

附图说明

图1是本发明提供的同步式预应力锚索施工方法的施工流程示意图；

图2是本发明提供的同步式预应力锚索施工方法的钻进施工的立体示意图；

图3是本发明提供的同步式预应力锚索施工方法的钻进至设计孔深的立体示意图；

图4是本发明提供的同步式预应力锚索施工方法的退钻施工的立体示意图；

图5是本发明提供的同步式预应力锚索施工方法的施工效果示意图；

图6是本发明提供的同步式预应力锚索施工方法的跟锚结构的立体示意图；

图7是本发明提供的同步式预应力锚索施工方法的预应力锚索与钢板垫连接的立体示意图；

图8是本发明提供的同步式预应力锚索施工方法的预应力锚索与钢板垫连接的俯视示意图；

图9是本发明提供的同步式预应力锚索施工方法的4部剖面示意图；

图10是本发明提供的同步式预应力锚索施工方法的施工场地的平面示意图；

图11是本发明提供的同步式预应力锚索施工方法的预应力锚索设计参数示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

以下结合具体实施例对本发明的实现进行详细的描述。

本实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

参照图1-11所示，为本发明提供的较佳实施例。

本发明提供的同步式预应力锚索施工方法，用于解决预应力锚索200施工效率低的问题。

同步式预应力锚索200施工方法，包括钻机100、多个预应力锚索200以及跟锚结构300，施工步骤如下：

(1)、钻机100就位，钻机100包括动力驱动旋转的钻杆110以及钻头120，钻杆110呈中空布置形成内部空间；钻杆110与钻头120分别与跟锚结构300呈连接布置，钻头120形成出口121，内部空间连通出口121；

(2)、各个预应力锚索200的一端穿设固定跟锚结构300；

(3)、钻头120钻进形成钻孔400，钻机100包括加压泵，钻头120钻进时，清水通过加压泵加压后，旋喷至钻杆110的内部空间，再通过出口121输送至钻孔400，直至钻进至设计孔深；

(4)、钻杆110反转，钻头120退钻，同时，停止清水注入，更换为旋喷水泥浆，水泥浆通过加压泵输送至内部空间，再通过出口121输送至钻孔400，边退出钻杆110与钻头120，同时旋喷灌注水泥浆；

(5)、钻孔400包括自由段420以及锚固段410，退钻时，钻头120从锚固段410退至自由段420，再退至钻孔400外；当钻头120退钻处于锚固段410时，加压泵采用高压旋喷水泥浆，当钻头120退钻处于自由段420时，加压泵采用常压旋喷水泥浆；

(6)、对各个预应力锚索200进行张拉锁定。

上述的同步式预应力锚索200施工方法，进行施工时，通过钻机100的钻杆110和钻头120进行钻进，且跟锚结构300随钻头120钻进而移动钻进，由于钻杆110的内部空间连通出口121，通过对钻杆110的内部空间进行灌注，从出口121排出进入钻孔400内，实现清水成孔、水泥浆灌注；钻进时，钻头120喷射清水并旋喷切割土体，钻进至设计孔深位置停钻，然后，反转钻杆110，钻头120反转且同步改用高压喷射水泥浆，并逐节回转退出钻杆110至锚固段410与自由段420交界位置，改用常压喷射水泥浆，进行自由段420退钻，直至钻头120拔出钻孔400；这样，实现成孔、预应力锚索200安放以及注浆同步施工，提高施工效果以及施工速度。

本实施例中，跟锚结构300包括顶推环310以及钢板垫330，顶推环310的后端固定钻杆110，顶推环310的前端固定钻头120，各个预应力锚索200的一端穿设固定钢板垫330，钢板垫330套设钻头120；这样，实现顶推环310、钢板垫330、钻头120以及钻杆110组合形成体系，实现同步钻进。

再者，跟锚结构300包括平面轴承320，平面轴承320套设钻头120，且平面轴承320处于顶推环310与钢板垫330之间，钻进时，顶推环310与钢板垫330夹持平面轴承320；在平面轴承320的作用下，避免顶推环310与钢垫板之间接触，因惯性产生的摩擦阻力，避免锚索200跟随转动而缠绕钻杆110，进而导致无法继续施工。

钻进时，通过钻机100输出的动力，钻头120、钻杆110以一定的扭矩向前推进；同时，由加压泵同步注入高压水对钻进土体进行高压旋喷切割，以实现钻进成孔。

钻机100采用液压履带式多功能深基坑锚固钻机100，型号为MDL-135D，电机功率为55Kw，扭矩为6800N·m，动力提升速度为0--2.8m/min，加压速度0--1.4m/min钻孔400深度100m钻孔400倾角0—90度。

钻杆110由无缝钢管制成，钻杆110直径50mm，单节标准钻杆110长度分为2m、2.5m、3m，可根据成孔深度自由搭配选择，钻杆110采用螺纹丝扣牢固连接；钻机100设置接驳口，用于连接高压注管体130，高压注管体130连接钻杆110且连通钻杆110的内部空间。

顶推环310起到顶推平面轴承320和钢垫板的作用，顶推环310的两端分别与钻杆110和钻头120通过螺纹丝扣紧密牢固连接成固定部分，顶推环310厚70mm、直径80mm、环壁厚20mm。

平面轴承320起到防止和消除钻进过程中，顶推环310与钢垫板之间抵触因摩擦阻力影响，导致锚索200跟随转动缠绕钻杆110的作用，保持钢垫板和锚索200始终水平方向；平面轴承320直接套入钻头120，顶到垫板顶推环310前端。

钢垫板起到携带锚索200与钻杆110同步钻进的作用，钢垫板直接套入钻头120，顶到平面轴承320的前端。

钢垫板呈圆盘状布置，便于钢垫板套设在钻头120，同时，钻进时，避免钢垫板对钻孔400造成破坏。

钻头120为自带喷嘴口的无翼钻头120，钻头120长度约230mm、直径40mm，双向设置出口121，用于喷射清水或水泥浆。

钢板垫330形成多个穿设孔331，预应力锚索200的一端贯穿穿设孔331，与钢板垫330呈焊接固定布置；退钻时，平面轴承320与钢板垫330滞留至钻孔400内部；实现钢板垫330与预应力锚索200的相对固定。

钢垫板用于固定预应力锚索200，其由厚度15mm的钢板制成，直径与锚索200设计成孔直径相同，一般为150mm；保证钢板垫330与预应力锚索200的固定效果。

在钢垫板环状面上，钻凿对称分布的穿设孔331，穿设孔331数量可根据下放锚索200数量确定，穿设孔331的孔径为20mm，用于穿越锚索200，为实现同步跟锚钻进并防止预应力锚索200滑脱，在其端部采用焊接方式固定螺帽与钢垫板进行定向防滑脱固定连接，其目的是在钻进过程中，钢垫板与预应力锚索200能同步跟进，并在退钻过程中，钢垫板与预应力锚索200不会被携带出。

钢板垫330的中部形成套设孔332，钻头120贯穿套设孔332，各个穿设孔331呈环绕包围套设孔332；套设孔332直径为50mm；便于钢板垫330套入钻头120。

加压泵旋喷清水的压力为10-20MPa，当钻头120退钻处于锚固段410时，加压泵旋喷水泥浆的压力为25-30MPa；使锚固段410的径值大于自由段420，起到锚固效果。

加压泵采用高压旋喷泵，型号为XPB-90D，电机功率为90Kw，最大压力为50MPa，流量为116L/min。

锚固段410的孔径值大于自由段420的孔径值；提高预应力锚索200的锚固效果。

预应力锚索200钻进过程中，在自由段420和锚固段410均采用高压旋喷注清水钻进，目的是通过高压旋喷对钻进土体进行充分、有效切割，此时压力值控制在15MPa，压力的大小由基本试验确定，需保证成孔直径满足设计孔径要求；而在钻进至设计孔深后反钻退钻杆110时，此时，下入孔内的预应力锚索200和平面轴承320留在孔内，在退钻杆110的同时采用同步高压旋喷水泥浆，退钻阶段高压注浆压力值为25～30MPa，其压力值大大超出钻进时的清水压力值，在锚固段410利用其超高压旋喷力再次切割土体，旋喷出的水泥浆体与土体结合形成水泥土锚固体，并在锚固段410形成锚固段410；在退钻至进入自由段420与锚固段410交界位置时，采用常压喷射水泥浆，直至全部钻杆110、钻头120退出钻孔400。

钻杆110由多个杆体拼接形成，退钻时，杆体逐节退出，逐节拆卸；便于钻杆110退钻以及钻杆110回收。

钻头120退钻时，钻头120具有第一旋转转速以及退钻速度，钻头120钻进时，钻头120具有第二旋转转速以及钻进速度，第一旋转转速小于第二旋转转速；退钻速度小于钻进速度；保证足够的水泥浆灌注，保证锚固效果，保证对深基坑的支护。

预应力锚索200朝上呈倾斜布置，便于预应力锚索200张拉锁定，且有助于增强预应力锚索200的锚固效果。

钻进过程中，钻头120喷射高压水并切割土体向前钻进，为达到使预应力锚索200同步跟进的目的，将携带预应力锚索200的钢垫板套在钻头120上，通过增大面积将携带锚索200的钢垫板定向顶推住，以起到钻杆110、顶推环310、平面轴承320、钢垫板之间的相互依次顶推作用，确保钻杆110与钢垫板固定的预应力锚索200同步钻进、下锚。

因在旋喷钻进顶推过程中，顶推环310与钻头120、钻杆110为固定组合，其将同步旋转，钻进时，平面轴承320进行自由旋转，起到消除顶推环310与钢垫板因接触而引起的旋转，以实现钻进过程中携带锚索200的圆盘钢垫板不跟随转动，保持锚索200始终平顺钻进，保障锚索200不会缠绕钻杆110的目的，避免会发生锚索200缠绕钻杆110的情况，进而导致无法继续施工。

再者，平面轴承320外环直径65mm、内环直径45mm、环壁厚10mm、厚15mm。

钻机100就位前需将场地进行平整、压实，以确保行走和施工安全，开挖集水沟500收集成孔过程中产生的泥浆水，以防其四处溢流。

场地等条件满足要求后钻机100就位，根据锚索200孔位调整机身高度及倾角，反复测试无误后开始钻进施工。

预应力锚索200严格按设计图纸制作，预应力锚索200制作时，采用切割机机械切割，严禁电焊烧断；预应力锚索200截断时至少预留800mm长钢绞线，以备后期张拉。

锚索200穿过钢垫板焊接固定螺帽时采用电弧焊，为确保焊接质量及避免焊接时对锚索200和螺帽造成损伤，选用502型焊条，焊接电流控制在160～200A范围，焊接部位残留的焊渣应及时敲掉处理。

制作好的预应力锚索200应整齐排列摆放，避免堆叠，以便于取用。

对深基坑开孔前，需对同步进行钻进的跟锚结构300进行安装。

跟锚结构300安装：先将顶推环310的前端与钻头120尾部通过螺纹丝扣进行紧密固定连接，后将钻杆110固定在钻机100钻进旋转驱动轴上，借助驱动轴旋转力将钻杆110与顶推环310的尾部同样通过螺纹丝扣紧密固定连接，此时钻杆110、钻头120、顶推环310三者形成整体的独立体系；将平面轴承320直接套入钻头120，活动顶推在顶推环310的前端；将携带锚索200的钢垫板直接套入钻头120，活动顶推在之前套入的平面轴承320的前端，此时，平面轴承320与携带锚索200的圆盘钢垫板形成独立体系，该体系最后将留在孔内。

钻进时，采用清水辅助旋喷钻进，清水通过高压变频注浆泵加压后经高压输送胶管输送至钻机100，高压输送胶管与钻机100的接驳口相连，水压控制在15MPa左右，转速控制在20r/min，钻进速度控制在25cm/min左右，水流量控制在30～60L/min，钻进至设计孔深后停钻。

钻进过程中应保持好钻进角度并控制好钻进速度，同时观察锚索200跟进情况，如发现卡钻或预应力锚索200有缠绕钻杆110的迹象，应立即停止钻进并采取相应调整措施，必要时应将钻杆110、锚索200全部退出重新安放钻进。

钻孔400清水钻至设计孔深后停止钻进，反转钻杆110逐节退出并拆卸钻杆110。

反转退钻的同时，关闭清水改换水泥浆，水泥浆通过高压变频注浆泵加压后经同一条高压输送胶管输送至钻机100，在锚固段410实现边退出钻杆110，边进行高压旋喷注浆。

水泥浆配制：采用P.O 42.5R早强型普通硅酸盐水泥；制备水泥浆时，严格控制水灰比，水灰比为1:0.7，水泥浆采用高速搅浆机制浆，搅拌时间不小于30S；水泥浆拌好在放置到储浆桶前过筛，防止杂物进入浆管堵塞喷嘴；为使水泥浆不发生离析，储浆桶内设慢速搅动装置，且水泥浆液存置不得超过4h，否则作为废浆处理；为确保注浆效果，水泥浆制作后台距离锚索200施工作业区域小于50m，以确保注浆压力。

旋喷水泥浆喷浆压力控制在超高压25～30MPa，以达到旋喷时，更强的切割、注浆效果；为保障锚固段410孔径尺寸和锚固强度，转速和后退速度与钻进时相比均适当降低，其转速控制在15r/min左右，退钻速度控制在15cm/min左右，水泥浆流量控制在50～70L/min，以依靠高压喷射的水泥浆对土体进行切割将锚固段410孔径扩大，从而提高锚固效果。

退钻至锚固段410与自由段420界面位置时，改换常压1.0～1.2MPa进行补浆，直至钻杆110完全退出，严禁喷水以免稀释浆液。

注浆过程中泛出的浆液应及时处理，避免凝固后再处理而发生额外费用，待钻杆110完全退出后停止注浆，至此完成该条锚索200施工。

待锚固段410浆体强度达到设计强度的75％或15MPa后进行预应力张拉锁定工作，张拉到设计值的110～115％后锁定荷载。

自上而下，最上方的锚索200为普通预应力锚索200，设计锚固力为500KN，锁定值为300KN，孔径为200mm，倾角15度；在普通锚索200下放的各个锚索200为旋喷预应力锚索200，各个旋喷预应力锚索200的设计锚固力分别为12800KN，自由段420的孔径分别为150mm，锚固段410的孔径分别为450mm，倾角分别15度；自上而下，各个旋喷预应力锚索200分为上部以及下部，上部处于下部的上方，自上而下，上部的各个旋喷预应力锚索200的锁定值为逐渐增加，例如400KN、500KN、600KN，依次增加；自上而下，下部的各个旋喷预应力锚索200的锁定值为逐渐减小，例如600KN、500KN、400KN。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.同步式预应力锚索施工方法，其特征在于，包括钻机、多个预应力锚索以及跟锚结构，施工步骤如下：

(1)、所述钻机就位，所述钻机包括动力驱动旋转的钻杆以及钻头，所述钻杆呈中空布置形成内部空间；所述钻杆与所述钻头分别与所述跟锚结构呈连接布置，所述钻头形成出口，所述内部空间连通所述出口；

(2)、各个预应力锚索的一端穿设固定所述跟锚结构；

(3)、所述钻头钻进形成钻孔，所述钻机包括加压泵，所述钻头钻进时，清水通过所述加压泵加压后，旋喷至所述钻杆的内部空间，再通过所述出口输送至所述钻孔，直至钻进至设计孔深；

(4)、所述钻杆反转，所述钻头退钻，同时，停止清水注入，更换为旋喷水泥浆，水泥浆通过所述加压泵输送至所述内部空间，再通过所述出口输送至所述钻孔，边退出所述钻杆与所述钻头，同时旋喷灌注水泥浆；

(5)、所述钻孔包括自由段以及锚固段，退钻时，所述钻头从所述锚固段退至所述自由段，再退至所述钻孔外；当所述钻头退钻处于所述锚固段时，所述加压泵采用高压旋喷水泥浆，当所述钻头退钻处于所述自由段时，所述加压泵采用常压旋喷水泥浆；

(6)、对各个预应力锚索进行张拉锁定。

2.如权利要求1所述的同步式预应力锚索施工方法，其特征在于，所述跟锚结构包括顶推环以及钢板垫，所述顶推环的后端固定所述钻杆，所述顶推环的前端固定所述钻头，各个预应力锚索的一端穿设固定所述钢板垫，所述钢板垫套设所述钻头。

3.如权利要求2所述的同步式预应力锚索施工方法，其特征在于，所述跟锚结构包括平面轴承，所述平面轴承套设所述钻头，且所述平面轴承处于所述顶推环与所述钢板垫之间，钻进时，所述顶推环与所述钢板垫夹持所述平面轴承。

4.如权利要求3所述的同步式预应力锚索施工方法，其特征在于，所述钢板垫形成多个穿设孔，所述预应力锚索的一端贯穿所述穿设孔，与所述钢板垫呈焊接固定布置；退钻时，所述平面轴承与所述钢板垫滞留至所述钻孔内部。

5.如权利要求3所述的同步式预应力锚索施工方法，其特征在于，所述钢板垫的中部形成套设孔，所述钻头贯穿所述套设孔，各个所述穿设孔呈环绕包围所述套设孔。

6.如权利要求1-5任意一项所述的同步式预应力锚索施工方法，其特征在于，所述加压泵旋喷清水的压力为10-20MPa，当所述钻头退钻处于所述锚固段时，所述加压泵旋喷水泥浆的压力为25-30MPa。

7.如权利要求1-5任意一项所述的同步式预应力锚索施工方法，其特征在于，所述锚固段的孔径值大于所述自由段的孔径值。

8.如权利要求1-5任意一项所述的同步式预应力锚索施工方法，其特征在于，所述钻杆由多个杆体拼接形成，退钻时，所述杆体逐节退出，逐节拆卸。

9.如权利要求1-5任意一项所述的同步式预应力锚索施工方法，其特征在于，所述钻头退钻时，所述钻头具有第一旋转转速以及退钻速度，所述钻头钻进时，所述钻头具有第二旋转转速以及钻进速度，所述第一旋转转速小于所述第二旋转转速；所述退钻速度小于所述钻进速度。

10.如权利要求1-5任意一项所述的同步式预应力锚索施工方法，其特征在于，所述预应力锚索朝上呈倾斜布置。