CN110700760B - 一种多支盘锚固体系扩孔设备及施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种多支盘锚固体系扩孔设备及施工方法，包括用以固定在土体锚孔处的固定板，所述固定板上连接有用以伸入锚孔中的空心管，固定板后侧通过液压缸连接有电机，所述电机的主轴上连接有穿过空心管的螺旋清土杆，所述空心管前端设置有由螺旋清土杆带动旋转并通过螺旋清土杆轴向移动控制伸缩的扩孔头。本发明多支盘锚固体系扩孔设备采用施压‑削土‑运渣的方法进行扩孔，使用方便快捷，扩孔效果好，可针对不同条件的岩土体，无论是软土还是高密实土体，都能利用该设备进行扩孔且扩孔效果显著；结构设计紧凑合理，不占用有限的锚孔空间，使扩孔效率最大化。
Description
技术领域
本发明涉及一种多支盘锚固体系扩孔设备及施工方法，属于岩土锚固工程技术领域。
背景技术
近年来, 国内外岩土工程领域针对注浆锚杆锚固段存在有效长度问题，通过加大锚固段的长度已不能有效增加锚固力，故对传统锚杆的改进开展了大量的研究，例如充气锚杆、圆锥型锚杆、螺旋叶片锚杆以及扩大头锚杆等。因此通过扩大锚杆内端以增加受力面积是一种提高锚杆承载力的重要措施。
扩孔型锚杆支护技术已经成熟运用于软土基坑工程中，并且取得了较好的支护效果。其扩孔是在钻孔成孔后，根据设计要求进行定位定量扩孔，形成一个有局部扩大体的锚杆孔。注浆后，扩大体增加了土体与锚固体的接触面积，锚杆内端承载作用与摩擦作用的结合使锚杆锚固力有了较大提高。
但是现有技术提供的锚杆扩孔设备主要是针对软弱土地区，利用前置液压缸推动伸缩臂挤压土体形成局部扩大体，但针对高密实的土层扩孔效果不理想，不能形成多支盘的锚固体，而且前置液压缸的油管容易挤占有限的锚孔空间。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种结构紧凑，使用方便快捷，扩孔效果好的多支盘锚固体系扩孔设备，同时，本发明还提供一种可提高锚杆的抗拔能力的多支盘锚固体系的施工方法。
本发明采用以下方案实现：一种多支盘锚固体系扩孔设备，包括用以固定在土体锚孔处的固定板，所述固定板上连接有用以伸入锚孔中的空心管，固定板后侧通过液压缸连接有电机，所述电机的主轴上连接有穿过空心管的螺旋清土杆，所述空心管前端设置有由螺旋清土杆带动旋转并通过螺旋清土杆轴向移动控制伸缩的扩孔头。
进一步的，所述扩孔头包括位于螺旋清土杆前端并与螺旋清土杆同步转动的前连接环以及转动安装于空心管前端的后连接环，所述前连接环和后连接环之间连接有多个沿周向均布的伸缩臂，所述伸缩臂包括铰接在一起的前臂和后臂，前臂和后臂朝外一侧设置有削土刀片，前臂前端铰接于前连接环上，后臂后端铰接于后连接环上。
进一步的，所述空心管前端固定连接有缓冲块，所述前连接环通过轴承转动安装于一底盘上，所述螺旋清土杆前端连接于底盘的轴承上；所述后连接环通过轴承转动安装于所述缓冲块上。
进一步的，所述螺旋清土杆由至少两段螺旋杆连接而成，螺旋杆一端具有内螺纹部，另一端具有外螺纹部；所述空心管由至少两段管体连接而成，管体的一端具有内螺纹部，另一端具有外螺纹部，每段管体和螺旋杆的长度相同。
进一步的，所述固定板开设有多个用以穿设土锚杆的通孔。
本发明另一技术方案：一种多支盘锚固体系的施工方法，采用如上所述的多支盘锚固体系扩孔设备，包括以下步骤：
（1）预成孔：采用锚杆钻机预成锚孔，锚孔的孔径为d，成孔后进行孔径及孔深的检测；
（2）扩孔：采用多支盘锚固体系的扩孔设备，将扩孔设备的固定板固定在锚孔处，空心管伸入锚孔中，电机带动螺旋清土杆和扩孔头转动，利用液压缸使电机带动螺旋清土杆向外移动，从而使扩孔头逐渐向外伸展开，然后实现削土并将土渣运输到锚孔外，在锚孔内形成直径大于锚孔直径的盘状空腔；
（3）分序扩孔；拆下扩孔设备，取下螺旋清土杆上的一段螺旋杆和空心管体上的一段管体，重复步骤（2）直至在锚孔内形成多个沿轴向按一定间距间隔分布的盘状空腔，扩孔完成后进行孔型检测；
（4）锚杆安放：分序扩孔后，将锚杆匀速向锚孔内下放，直至设计深度，整体保持居中，锚杆外露长度应满足设计要求；
（5）注浆：锚杆安放到位后即进行注浆，在锚孔内的多个盘状空腔处形成多个支盘锚固体；
（6）紧固锚杆：装上托板、锚具，张拉锁定达到设计锚固力。
进一步的，步骤（1）中锚孔孔径d为100～150mm，锚孔的钻孔角度与水平面夹角为0～90°，锚孔成孔后进行孔径及孔深的检测，孔位允许误差不超过50mm，钻头直径比设计钻孔直径大3mm以上，钻孔角度允许偏差不超过3°，成孔深度比设计深度大0.2～0.5m。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
（1）本发明多支盘锚固体系扩孔设备采用施压-削土-运渣的方法进行扩孔，使用方便快捷，扩孔效果好，可针对不同条件的岩土体，无论是软土还是高密实土体，都能利用该设备进行扩孔且扩孔效果显著；结构设计紧凑合理，不占用有限的锚孔空间，使扩孔效率最大化；
（2）本发明形成的多支盘锚固体系的锚杆单杆抗拔承载能力大幅度提高，在满足设计要求的前提下，在布置形式上可增大锚杆间距，避免锚杆穿过不利地层，减少锚杆超红线问题，改善施工条件，节约工程造价。
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下将通过具体实施例和相关附图，对本发明作进一步详细说明。
附图说明
图1是本发明实施例扩孔设备构造示意图；
图2是本发明实施例中扩孔设备的扩孔头构造示意图；
图3是本发明实施例中扩孔设备的螺旋杆构造示意图；
图4是本发明实施例中扩孔设备的管体构造示意图；
图5是本发明实施例施工方法步骤（1）示意图；
图6是本发明实施例施工方法步骤（2）中扩孔设备安装示意图；
图7是本发明实施例施工方法步骤（2）中扩孔设备工作状态示意图；
图8是本发明多支盘锚固体系中不同支盘直径的锚杆拉拔实验荷载-位移曲线；
图9是本发明多支盘锚固体系中不同盘数的锚杆拉拔实验荷载-位移曲线；
图中标号说明：1-空心管、11-管体、2-固定板、21-土锚杆、22-螺母、3-液压缸、4-内螺纹部、5-外螺纹部、6-螺旋清土杆、61-螺旋杆、7-电机、8-扩孔头、81-底盘、82-伸缩臂、821-削土刀、822-后臂、823-后连接环、824-销轴、825-前臂、826-前连接环、83-缓冲块、84-轴承、9锚孔。
具体实施方式
如图1~4所示，一种多支盘锚固体系扩孔设备，包括用以固定在土体锚孔9处的固定板2，所述固定板2上连接有用以伸入锚孔中的空心管1，固定板2后侧通过液压缸3连接有电机7，所述电机7的主轴上连接有穿过空心管1的螺旋清土杆6，螺旋清土杆6前端从空心管前端伸出，所述空心管1前端设置有由螺旋清土杆6带动旋转并通过螺旋清土杆6轴向移动控制伸缩的扩孔头8。本发明扩孔设备通过液压缸驱动螺旋清土杆6轴向移动，继而实现扩孔头的伸缩，同时螺旋清土杆6转动将扩孔切削下来的土渣向外排出，采用施压-削土-运渣的方法进行扩孔，使用方便快捷，扩孔效果好，可针对不同条件的岩土体，无论是软土还是高密实土体，都能利用该设备进行扩孔且扩孔效果显著；结构设计紧凑合理，不占用有限的锚孔空间，使扩孔效率最大化。
在本实施例中，所述扩孔头8包括位于螺旋清土杆6前端并与螺旋清土杆6同步转动的前连接环826以及转动安装于空心管1前端的后连接环823，所述前连接环826和后连接环823之间连接有多个沿周向均布的伸缩臂82，所述伸缩臂包括铰接在一起的前臂825和后臂822，前臂和后臂朝外一侧设置有削土刀片821，前臂825前端铰接于前连接环826上，后臂822后端铰接于后连接环823上，前臂825和后臂822铰接成V形结构，在向外拉动螺旋清土杆6时，能够使前连接环826向后连接环823移动，使得前、后臂之间的夹角变小，进而伸缩臂向外伸展开直径变大。
在本实施例中，所述空心管1前端固定连接有缓冲块83，所述前连接环826通过轴承84转动安装于一底盘81上，所述螺旋清土杆6前端连接于底盘81的轴承上；所述后连接环823通过轴承84转动安装于所述缓冲块83上，前连接管826和螺旋清土杆均连接于底盘上的轴承84内圈上，后连接环823也是固定连接于缓冲块上的轴承84内圈上，缓冲块为环形，螺旋清土杆从缓冲块中间穿过。
在本实施例中，所述螺旋清土杆6由至少两段螺旋杆61连接而成，螺旋杆一端具有内螺纹部4，另一端具有外螺纹部5；所述空心管1由至少两段管体11连接而成，管体的一端具有内螺纹部4，另一端具有外螺纹部5，每段管体和螺旋杆的长度相同，所述固定板前侧中部固定连接有用以连接空心管的螺母22，空心管前端的外螺纹部螺纹连接于螺母中；通过拼接空心管与螺旋管清土杆的方式达到在锚孔的不同孔深处进行扩孔，实现在锚孔内形成多个以一定间距间隔排布的多盘状空腔，通过注浆形成多支盘锚固体系。
在本实施例中，所述固定板开设有多个用以穿设土锚杆21的通孔，固定板通过土锚杆固定在土体上。
本发明多支盘锚固体系扩孔设备的工作方法：利用锚杆钻机预成孔后，将扩孔设备安装在锚孔处，扩孔设备的空心管伸入锚孔中，启动电机，在螺旋清土杆旋转过程中，带动了扩孔头上削土刀片的旋转，然后通过液压油缸施加一定液压力使扩孔头的伸缩臂伸展至与锚孔内壁接触，把与之接触的岩土体削落，同时削落的土渣通过螺旋管清土杆排出锚孔，待不再出土渣时液压缸再施加压力使扩孔头的伸缩器再次向外伸展一定角度与锚孔内壁接触；重复上述操作直到扩径位置形成盘状空腔后液压缸停止继续施加压力，液压缸回压，电机关闭，扩孔头的伸缩臂向内收缩；拆下扩孔设备，缩短空心管与螺旋管清土杆长度，再重复上述步骤，直至在锚孔内形成多个沿轴向按一定间距间隔分布的盘状空腔。
如图5~7所示，一种多支盘锚固体系的施工方法，采用如上所述的多支盘锚固体系扩孔设备，包括以下步骤：
（1）预成孔：采用锚杆钻机预成锚孔，锚孔的孔径为d，成孔后进行孔径及孔深的检测，如图1所示；
（2）扩孔：采用多支盘锚固体系的扩孔设备，将扩孔设备的固定板固定在锚孔处，空心管伸入锚孔中，如图2所示；电机带动螺旋清土杆和扩孔头转动，利用液压缸使电机带动螺旋清土杆向外移动，从而使扩孔头逐渐向外伸展开，然后实现削土并将土渣运输到锚孔外，在锚孔内形成直径大于锚孔直径的盘状空腔，如图3所示；
（3）分序扩孔；拆下扩孔设备，取下螺旋清土杆上的一段螺旋杆和空心管体上的一段管体，重复步骤（2）直至在锚孔内形成多个沿轴向按一定间距间隔分布的盘状空腔，扩孔完成后进行孔型检测；
（4）锚杆安放：分序扩孔后，将锚杆匀速向锚孔内下放，直至设计深度，整体保持居中，锚杆外露长度应满足设计要求；
（5）注浆：锚杆安放到位后即进行注浆，在锚孔内的多个盘状空腔处形成多个支盘锚固体；
（6）紧固锚杆：装上托板、锚具，张拉锁定达到设计锚固力。
在本实施例中，步骤（1）中锚孔孔径d为100～150mm，锚孔的钻孔角度与水平面夹角为0～90°，锚孔成孔后进行孔径及孔深的检测，孔位允许误差不超过50mm，钻头直径比设计钻孔直径大3mm以上，钻孔角度允许偏差不超过3°，成孔深度比设计深度大0.2～0.5m。
锚孔内的锚杆注浆后，标准锚固段、支盘段与主筋紧密胶结成为一个整体，支盘段直径增大，扩体表面积增大，其侧摩阻力随之增大；同时分段扩孔后形成的多支盘嵌入土层内，又提供了盘端阻力，改善了常规等直径锚杆单一的受力模式，综合作用下大幅度提高了锚杆的抗拔能力，达到提高岩土体强度的目的。本发明形成的多支盘锚固体系的锚杆单杆抗拔承载能力大幅度提高，在满足设计要求的前提下，在布置形式上可增大锚杆间距，避免锚杆穿过不利地层，减少锚杆超红线问题，改善施工条件，节约工程造价。
上述本发明所公开的任一技术方案除另有声明外，如果其公开了数值范围，那么公开的数值范围均为优选的数值范围，任何本领域的技术人员应该理解：优选的数值范围仅仅是诸多可实施的数值中技术效果比较明显或具有代表性的数值。由于数值较多，无法穷举，所以本发明才公开部分数值以举例说明本发明的技术方案，并且，上述列举的数值不应构成对本发明创造保护范围的限制。
本发明如果公开或涉及了互相固定连接的零部件或结构件，那么，除另有声明外，固定连接可以理解为：能够拆卸地固定连接( 例如使用螺栓或螺钉连接)，也可以理解为：不可拆卸的固定连接(例如铆接、焊接)，当然，互相固定连接也可以为一体式结构( 例如使用铸造工艺一体成形制造出来) 所取代(明显无法采用一体成形工艺除外)。
另外，上述本发明公开的任一技术方案中所应用的用于表示位置关系或形状的术语除另有声明外其含义包括与其近似、类似或接近的状态或形状。
本发明提供的任一部件既可以是由多个单独的组成部分组装而成，也可以为一体成形工艺制造出来的单独部件。
最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。
Claims (4)
1.一种多支盘锚固体系的施工方法，采用多支盘锚固体系扩孔设备，其特征在于：多支盘锚固体系扩孔设备包括用以固定在土体锚孔处的固定板，所述固定板开设有多个用以穿设土锚杆的通孔；所述固定板上连接有用以伸入锚孔中的空心管，固定板后侧通过液压缸连接有电机，所述电机的主轴上连接有穿过空心管的螺旋清土杆，所述空心管前端设置有由螺旋清土杆带动旋转并通过螺旋清土杆轴向移动控制伸缩的扩孔头；所述螺旋清土杆由至少两段螺旋杆连接而成，螺旋杆一端具有内螺纹部，另一端具有外螺纹部；所述空心管由至少两段管体连接而成，管体的一端具有内螺纹部，另一端具有外螺纹部，每段管体和螺旋杆的长度相同；施工方法包括以下步骤：
（1）预成孔：采用锚杆钻机预成锚孔，锚孔的孔径为d，成孔后进行孔径及孔深的检测；
（2）扩孔：采用多支盘锚固体系的扩孔设备，将扩孔设备的固定板固定在锚孔处，空心管伸入锚孔中，电机带动螺旋清土杆和扩孔头转动，利用液压缸使电机带动螺旋清土杆向外移动，从而使扩孔头逐渐向外伸展开，然后实现削土并将土渣运输到锚孔外，在锚孔内形成直径大于锚孔直径的盘状空腔；
（3）分序扩孔；拆下扩孔设备，取下螺旋清土杆上的一段螺旋杆和空心管体上的一段管体，重复步骤（2）直至在锚孔内形成多个沿轴向按一定间距间隔分布的盘状空腔，扩孔完成后进行孔型检测；
（4）锚杆安放：分序扩孔后，将锚杆匀速向锚孔内下放，直至设计深度，整体保持居中，锚杆外露长度应满足设计要求；
注浆：锚杆安放到位后即进行注浆，在锚孔内的多个盘状空腔处形成多个支盘锚固体；
（6）紧固锚杆：装上托板、锚具，张拉锁定达到设计锚固力。
2.根据权利要求1所述的多支盘锚固体系的施工方法，其特征在于：所述扩孔头包括位于螺旋清土杆前端并与螺旋清土杆同步转动的前连接环以及转动安装于空心管前端的后连接环，所述前连接环和后连接环之间连接有多个沿周向均布的伸缩臂，所述伸缩臂包括铰接在一起的前臂和后臂，前臂和后臂朝外一侧设置有削土刀片，前臂前端铰接于前连接环上，后臂后端铰接于后连接环上。
3.根据权利要求2所述的多支盘锚固体系的施工方法，其特征在于：所述空心管前端固定连接有缓冲块，所述前连接环通过轴承转动安装于一底盘上，所述螺旋清土杆前端连接于底盘的轴承上；所述后连接环通过轴承转动安装于所述缓冲块上。
4.根据权利要求1所述的多支盘锚固体系的施工方法，其特征在于：步骤（1）中锚孔孔径d为100～150mm，锚孔的钻孔角度与水平面夹角为0～90°，锚孔成孔后进行孔径及孔深的检测，孔位允许误差不超过50mm，钻头直径比设计钻孔直径大3mm以上，钻孔角度允许偏差不超过3°，成孔深度比设计深度大0.2～0.5m。
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