CN1110754A - 大头锚杆施工方法及其使用的专用钻机 - Google Patents

Abstract

一种大头锚杆施工方法及其使用的专用锚杆钻 机，包括下列步骤：1.用钻机钻孔至设计深度；2.在钻 杆旋转时，一边提升钻杆，一边通过钻头上的喷嘴射 入纯水泥浆；3.在同样条件下使钻杆下降，复射一次； 4.使钻杆空转30秒；5.提出钻杆；6.放入一端带翅的 钢拉杆；7.注浆至少三次；8.养生；9.上锚头。本发明 的施工方法工艺简单，造价低，锚杆锚固力大，施工进 度快，适用于淤泥，软粘土，粉砂，粘性土，砂性土，卵 石层等条件下的大头锚杆施工。

Description

本发明一般地说是涉及基础工程开挖施工中锚固护壁用的装置，具体地说是涉及一种锚固挡土墙用的压力灌浆锚杆施工方法及其使用的专用钻机。

锚杆是基础工程开挖中用的一种受拉杆件，其一端与工程基坑挡土墙相连接，另一端锚固在地下土层中，以承受土层或水压力对挡土墙造成的推力，维持土层或建筑物的稳定性。

现有的锚杆施工方法的工艺步骤是：

1.用螺旋钻钻孔至设计深度;

2.放入旁边固定有塑料管或钢管的注浆管的钢拉杆;

3.通过塑料管或钢管的注浆管灌注水泥浆，一般需灌注三次并养生。

这样施工成的锚杆因锚杆与原状土之间的摩擦力小，承受的拉拔力低。为了提高锚杆抗拔力，需增加锚杆的数量与长度，给施工带来了极大的困难，增加了施工费用，延缓了工程进度。

近年来，随着高层建筑，深基础开挖工程逐步增多，基础挡土墙越来越高，用已有的施工方法制作的锚杆拉拔力较低，远远满足不了设计需求。为此，人们多采用钢铰索制作的长锚杆。这种长锚杆虽然锚固力较大，但工艺复杂，施工困难，同时由于地质土层变化较大，锚固力不会随拉杆长度的增加按比例增大，有时尽管锚杆长度增加很多，但锚固力却增加很小。

本发明目的在于克服上述缺点，提供一种锚固力大，工艺简单，造价低，施工进度快的大头锚杆施工方法及其使用的专用锚杆钻机。

本发明的大头锚杆施工方法依次包括下列步骤：

1.用本发明的大头锚杆施工方法使用的专用大头锚杆钻机钻孔至设计深度;

2.在大头锚杆钻杆转速为20～40转/分的条件下，一边以20～50厘米/分的速度提升钻杆，一边通过钻头上的喷咀以5～55兆帕的压力射入灰水比为1∶0.6～1∶1.3的纯水泥浆，直至钻头提升至锚杆大头的始端所在位置为止，以扩大孔底直径;

3.在所述大头锚杆钻机钻杆转速为20～40转/分的条件下，一边以20～50厘米/分的速度使钻机钻杆下降，一边以5～55兆帕的压力复射一次灰水比为1∶0.6～1∶1.3的纯水泥浆，直至钻头下降至孔底为止，以便使孔底直径扩大至设计孔径；

4.使大头锚杆钻杆空转30秒左右进行护壁;

5.提出钻杆;

6.将旁边固定有注浆管的一端带翅的钢拉杆插至孔底;

7.通过注浆管以2～50兆帕的压力注满水灰比为0.5～0.6的纯水泥浆至少三次，每次间隔40～60分钟左右，最后一次注浆要在初凝开始时注入;

8.自然养生;

9.在钢拉杆外露端装上锚头。

本发明大头锚杆施工方法使用的专用大头锚杆钻机，包括升降系统，液压动力和操纵系统，底盘及行走机构和由动力头，螺旋钻具组成的回转导向系统，所述动力头由电动机，变速箱组成，螺旋钻具包括导向杆、钻头和带叶片的钻杆，在所述钻杆内设有中心孔，在钻杆靠近钻头处设有至少二个对称布置的与所述中心孔相通的喷嘴，在所述钻杆上部设有注浆器，该注浆器包括一个固定在钻机机架上带有注浆孔的外壳和装在外壳内通过导向杆与钻杆相连的转子，该转子具有与所述注浆孔和钻杆中心孔相通的孔。

本发明的大头锚杆施工方法工艺简单，造价低，锚杆锚固力大，施工进度快，实用于淤泥，软粘土，粉砂，粘性土，砂性土，卵石层等。

本发明的其它细节和优点可通过阅读下文结合附图详加描述的实施例即可清楚明了。其中：

图1是本发明的锚杆锚固状态示意图;

图2是图1的左侧视图;

图3是本发明的锚杆施工方法使用的设备示意图;

图4是本发明锚杆施工方法工艺步骤示意图;

图5是本发明使用的钢拉杆尾端的倒翅另一种结构形式;

图6是本发明锚杆施工方法使用的大头锚杆钻机螺旋钻具及与其相连的注浆器的结构示意图;

图7是图6的局部放大图，

参照图1～图2。图中1表示基坑中的档墙混凝土桩。为了防止其受土层或水压力的作用而歪斜，在混凝土桩1之间要用由工字钢或槽钢制成的横腰梁2使其拉结在一起，这些腰梁2要用大头锚杆3锚固。本发明的大头锚杆3的钢拉杆31的尾端制有倒翅32，倒翅可以为3个、4个或多个，灌浆后与水泥浆结合成一体形成锚杆大头部33。倒翅32还可制成图5所示的形状。这种锚杆装入钻孔内可用绳索从中间将倒翅捆紧，当钢拉杆31下至孔底时将绳索拉出使倒翅展开。安装锚杆头部时，在混凝土桩1和腰梁2之间装上楔块4，然后在锚杆钢拉杆的头部装上垫板5，再拧入螺母6，即可将横腰梁2固定住，使挡墙混凝土桩拉结在一起。锚杆加予应力时，可用拉拔器拉紧钢拉杆31的同时，拧入螺母6。

图3是本发明锚杆施工方法使用的设备示意图，图中7是下文将要详述的本发明专用的大头锚杆钻机。8是高压胶管，9是注浆泵车，10是储浆罐，11是水泥搅拌设备。8、9、10、11均是公知的通用设备。其中高压胶管可选用直径为19毫米的胶管，注浆泵的标称压力可为30～60兆帕，搅拌设备可选用0.6米³～1.0米³一套。

为了便于理解本发明的大头锚杆施工方法，先对该方法使用的专用大头锚杆钻机加以介绍。

参照图6～图7。本发明的大头锚杆钻机是在已知的螺旋锚杆钻机的基础上作出的改进，该锚杆钻机包括公知的升降系统，液压动力及操纵系统，底盘及行走机构和由动力头、螺旋钻具13组成的回转导向系统，动力头由电动机、变速箱、液压卡瓦组成，螺旋钻具13包括钻头14，带叶片15的钻杆16和与钻杆16的上部相连的导向杆12，导向杆12用动力头的液压卡瓦卡住由电动机驱动其旋转。在钻杆16和导向杆12内设有可通过水泥浆的中心孔17，在靠近钻头14处设有与孔17相通的喷嘴18。图中所示的喷嘴为2个，喷嘴18先压入喷嘴壳体18’内，然后拧在钻杆16上;也可将喷嘴18直接焊在钻杆16上。喷嘴实际上也可为多个。在导向杆12的上部通过具有中心孔的活接头28连接有注浆器19。该注浆器19包括一个固定在钻机机架上的外壳20，在外壳20内装有一个与活接头28用螺纹21连接在一起的转子22，在转子22和外壳20之间装有滚珠轴承23，转子22可相对外壳20转动。转子22的内部有与钻杆中心孔17相通的孔24。外壳20的上部用端盖25盖住，端盖25用螺纹与外壳20固定连接在一起。在端盖25的端部通过螺纹与卡口接头26相连，卡口接头26的入口27与图3的所示的高压胶管8相连，卡口接头26的中心孔通过端盖25上的注浆中心孔与转子22的孔相通。在端盖25和转子22之间装有密封圈30。图中29是固定轴承23用的挡块。

参照图4。图4是本发明锚杆施工方法工艺步骤示意图。

实施例1。

某工程四周均有楼房，地下室开挖到-12米，设计桩挡土墙，在-6米处设计一道锚杆，锚杆设计拉拔力为95吨/根，其地质条件为：

-10米处有地下水，0～-3.5米为回填土，-3.5米～-7.5米为粉砂，-7.5米以下为中砂、砂卵石层。

根据建筑单位提出的技术要求及地质技术资料，设计锚杆长度为21米，锚杆直径为150毫米，大头长2米，同时给定施工工艺参数。

其工艺步骤如下：

1.按图3现场安装好锚杆施工所用的设备;

2.用图6～7所示的本发明锚杆施工方法专用的钻杆直径为150毫米具有2个直径为2.5毫米的喷嘴的大头锚杆钻机钻孔至21米，如图4的4-Ⅰ所示;

3.将大头锚杆钻机钻杆转速调整为35转/分，一边以40厘米/分的速度提升钻杆，一边通过钻头上的喷嘴以20兆帕的压力射入灰水比为1∶0.8的纯水泥浆，直至钻头提升至锚杆大头设计长度的始端2米为止，如图4的4-Ⅱ所示;

4.在大头锚杆钻机钻杆转速仍保持在35转/分的条件下，一边以40厘米/分的速度使钻杆下降，一边以20兆帕的压力复射一次灰水比为1∶0.8的纯水泥浆，直至钻头下降至孔底为止，如图4的4-Ⅲ所示;

5.使大头锚杆钻机钻杆空转30秒左右进行护壁；

6.提出钻杆，如图4-Ⅳ和4-Ⅴ所示;

7.将旁边固定有注浆管的一端带翅的钢拉杆插至孔底，如图4-Ⅵ所示;

8.通过注浆管以5兆帕的压力注满水灰比为0.5的纯水泥浆三次，每次间隔50分钟，最后一次注浆要在初凝时开始注入;

9.自然养生;

10.在钢拉杆外露端装入垫板和螺母。

施工后大头进入砂卵石层6米以上，锚杆大头直径估算约为750毫米左右，经检测及拉拔试验，满足设计要求。

实施例2。

某工程地质比较复杂，一边有楼房，另一边有道路，地下有煤气管道，地下室开挖到-10米处，在帽梁处设计一道锚杆，其倾角为45°，拉拔力为60吨/根，其地质条件为：

-2米处有地下水，0～-2米为回填土，-2米～-8米为淤泥层软塑，-8米以下为淤泥质粉土。

根据建筑单位提出的技术要求及地质技术资料，设计锚杆长度为20米，锚杆直径为150毫米，锚杆大头长2.6米，并给定施工工艺参数。

其工艺步骤如下：

1.按图3现场安装好锚杆施工所用的设备;

2.用图6～7所示的本发明锚杆施工方法专用的钻杆直径为150毫米，具有2个直径为2.5毫米的喷嘴的大头锚杆钻机钻孔至20米，如图4的4-Ⅰ所示;

3.将大头锚杆钻机钻杆转速调整为30转/分，一边以50厘米/分的速度提升钻杆，一边通过钻头上的喷嘴以18兆帕的压力射入灰水比为1∶1.2的纯水泥浆，直至钻头提升至锚杆大头设计长度的始端2.6米为止，如图4的4-Ⅱ所示;

4.在大头锚杆钻机钻杆转速仍保持在30转/分的条件下，一边以50厘米/分的速度使钻杆下降，一边以18兆帕的压力复射一次灰水比为1∶1.2的纯水泥浆，直至钻头下降至孔底为止，如图4的4-Ⅲ所示;

5.使大头锚杆钻机钻杆空转30秒左右进行护壁;

6.提出钻杆，如图4-Ⅳ和4-Ⅴ所示;

7.将旁边固定有注浆管的一端带翅的钢拉杆插至孔底，如图4-Ⅵ所示;

8.通过注浆管以15兆帕的压力注满水灰比为0.5的纯水泥浆三次，每次间隔40分钟，最后一次注浆要在初凝时开始注入;

9.自然养生;

10.在钢拉杆外露端装入垫板和螺母。

施工后大头进入淤泥质粉土层8米以上，锚杆大头直径估算约为850毫米左右，经检测及拉拔试验，满足设计要求。

实施例3。

某工程地下室开挖到-15米，因结构施工限制，只有在-6米处施工一道锚杆，四周因楼房限制，锚杆长度20米，拉拔力为80吨/根，其地质条件为：

-8米处有地下水，0～-6米为回填土，-6米～-10米为粘土，-10米以下为亚粘土与粉砂交错出现。

根据建筑单位提出的技术要求及地质技术资料，设计锚杆长度为20米，锚杆直径为150毫米，锚杆大头长1.5米，并给定施工工艺参数。

其工艺步骤如下：

1.按图3现场安装好锚杆施工所用的设备;

2.用图6～7所示的本发明锚杆施工方法专用的钻杆直径为150毫米，具有2个直径为2.5毫米的喷嘴的大头锚杆钻机钻孔至20米，如图4的4-Ⅰ所示;

3.将大头锚杆钻机钻杆转速调整为20转/分，一边以25厘米/分的速度提升钻杆，一边通过钻头上的喷嘴以25兆帕的压力射入灰水比为1∶1的纯水泥浆，直至钻头提升至锚杆大头设计长度的始端1.5米为止，如图4的4-Ⅱ所示;

4.在大头锚杆钻机钻杆转速仍保持在20转/分的条件下，一边以25厘米/分的速度使钻杆下降，一边以25兆帕的压力复射一次灰水比为1∶1的纯水泥浆，直至钻头下降至孔底为止，如图4的4-Ⅲ所示;

5.使大头锚杆钻机钻杆空转30秒左右进行一次护壁;

6.提出钻杆，如图4-Ⅳ和4-Ⅴ所示;

7.将旁边固定有注浆管的一端带翅的钢拉杆插至孔底，如图4-Ⅵ所示;

8.通过注浆管以4兆帕的压力注满水灰比为0.5的纯水泥浆三次，每次间隔60分钟，最后一次注浆要在初凝时开始注入;

9.自然养生;

10.在钢拉杆外露端装入垫板和螺母。

施工后大头进入粉砂层6米以上，锚杆大头直径估算约为650毫米左右，经检测及拉拔试验，满足设计要求。

本发明的大头锚杆施工方法使用的大头锚杆钻机的钻杆直径可在130～150毫米之间选择，喷嘴直径根据地质条件在1.5～3毫米之间选择，砂性大的土直径大些，粘性大的土直径小些;射浆时钻杆转速可在20～40转/分之间，钻杆提升和下降速度在20～50厘米/分之间选择，坚硬土提升速度慢些，软土和砂性土提升速度快些;射浆压力为5～55兆帕，根据土质确定，土质硬，应取大值，常用射浆压力为15～25兆帕；压浆用的水泥浆水灰比可在0.5～0.6之间，射浆砼强度，砂土类8～22兆帕，粘性土4～12兆帕，锚杆大头部直径在0.3～1米之间，扩大头的长度是直径的2～4倍。扩大头部位尽量选择好土层。

Claims (7)

1、一种大头锚杆施工方法，依次包括下列步骤：

(1)用本发明专用的大头锚杆钻机钻孔至设计深度；

(2)在大头锚杆钻杆转速为20～40转/分的条件下；一边以20～50厘米/分的速度提升钻杆，一边通过钻头上的喷咀以5～55兆帕的压力射入灰水比为1∶0.6～1∶1.3的纯水泥浆，直至钻头提升至锚杆大头的始端所在位置为止，以扩大孔底直径；

(3)在大头锚杆钻机钻杆转速为20～40转/分的条件下，一边以20～50厘米/分的速度使钻机钻杆下降，一边以5～55兆帕的压力复射一次灰水比为1∶0.6～1∶1.3的纯水泥浆，直至钻头下降至孔底为止，以便使孔底直径扩大至设计孔径；

(4)使大头锚杆钻机钻杆空转30秒左右进行护壁；

(5)提出钻杆；

(6)将旁边固定有注浆管的一端带翅的钢拉杆插至孔底；

(7)通过注浆管以2～50兆帕的压力注满水灰比为0.5～0.6的纯水泥浆至少三次，每次间隔40～60分钟左右，最后一次注浆要在初凝开始时注入；

(8)自然养生；

(9)在钢拉杆外露端装上锚头。

2、按照权利要求1所述的大头锚杆施工方法，其特征在于步骤（2）和步骤（3）中射浆压力为15～25兆帕，射入的纯水泥浆的灰水比为1∶1，步骤（7）中的注浆压力为4～5兆帕。

3、一种如权利要求1所述的大头锚杆施工方法使用的大头锚杆钻机，包括升降系统，液压动力和操纵系统，底盘及行走机构和由动力头，螺旋钻具组成的回转导向系统，所述动力头由电动机，变速箱组成，螺旋钻具包括导向杆、钻头和带叶片的钻杆，其特征在于在所述钻杆内设有中心孔，在钻杆靠近钻头处设有至少二个对称布置的与所述中心孔相通的喷嘴，在所述钻杆上部设有注浆器，该注浆器包括一个固定在钻机机架上带有注浆孔的外壳和装在外壳内通过导向杆与钻杆相连的转子，该转子具有与所述注浆孔和钻杆中心孔相通的孔。

4、按照权利要求3所述的大头锚杆钻机，其特征在于在所述导向杆和注浆器之间装有活接头。

5、按照权利要求3或4所述的大头锚杆钻机，其特征在于所述喷嘴为2个焊在钻杆上的喷嘴。

6、按照权利要求5所述的大头锚杆钻机，其特征在于所述的外壳和转子之间装有滚珠轴承。

7、按照权利要求6所述的大头锚杆钻机，其特征在于所述外壳的上部装有端盖，端盖的端部通过螺纹与卡口接头相连。

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