CN111691415A - 一种多股玻璃纤维预应力锚杆及其施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种多股玻璃纤维预应力锚杆及其施工方法。锚杆结构由玻璃纤维杆体、定位支架、导向帽、固定楔、钢垫板、锚具、锁紧螺母、锚杆外护套组成。多股玻璃纤维杆体共同安装于一根锚杆结构中，形成主要传力构件，其前端由固定楔压紧固定在导向帽上；锚杆外护套包裹保护锚杆自由段，多个定位支架支撑锚杆锚固段；锚杆张拉后，采用锁紧螺母、锚具和钢垫板牢固固定在锚桩上。本发明的施工方法主要步骤包括：锚孔定位、锚孔钻制、锚孔清理、锚杆安装、锚孔注浆、张拉封锚。本发明采用多股玻璃纤维杆体组合形成锚杆结构，具有易挖除、抗变形能力高、锚固性能好、强度高、重量轻、安全性好等优点，可广泛应用于边坡工程和基坑工程中。
Description
技术领域
本发明属于边坡工程与基坑工程技术领域，涉及一种多股玻璃纤维预应力锚杆及其施工方法。
背景技术
预应力结构构件因其良好的受力特性和稳定性在各类工程中广受欢迎。目前边坡工程与基坑工程中采用的预应力锚杆种类很多，根据锚杆的材质不同，主要有钢丝绳预应力锚杆、钢筋预应力锚杆、螺纹钢预应力锚杆、玻璃纤维预应力锚杆等。在城市综合管廊等边坡工程与基坑工程项目中，采用的预应力锚杆长度达到10～20米，这么长的预应力锚杆结构会对周围建筑的打桩或基础施工产生不利影响，同时传统钢质预应力锚杆不易破除，且破除后会释放较大的预应力，对支护结构的稳定产生不利影响。玻璃纤维预应力锚杆的抗拉强度优于同直径的螺纹钢，即使玻璃纤维发生屈服变形破坏时不会发生拉断破坏，具有较高的安全性，破除相对简易，此外还有防爆防静电的特点，有利于施工安全。然而，单根玻璃纤维预应力锚杆的弹性模量较低，在荷载作用下易产生较大变形，难以满足工程要求。因此，亟需研制一种可提供较大弹性模量的玻璃纤维预应力锚杆结构，本发明采用多股玻璃纤维杆体组合形成锚杆结构，提供了有效解决方案。
发明内容
本发明的目的在于针对边坡加固和基坑支护的工程需求，克服现有技术的不足，提供一种多股玻璃纤维预应力锚杆及其施工方法。
为了实现上述目标，本发明提供了如下技术方案：
一种多股玻璃纤维预应力锚杆的锚杆结构由玻璃纤维杆体1、定位支架、导向帽4、固定楔、钢垫板7、锚具、锁紧螺母10、锚杆外护套11组成；
本发明所述玻璃纤维杆体1是锚杆结构的主要传力构件，采用玻璃纤维增强体与聚乙烯基体复合而成，其外表面带有螺纹；玻璃纤维杆体1的前端由固定楔夹紧固定于导向帽4中，后端采用锁紧螺母10固定在锚具上；在锚固前采用张拉设备张拉玻璃纤维杆体1，从而使玻璃纤维杆体1具有一定的预应力；多股玻璃纤维杆体1共同安装于一根锚杆结构中，多股玻璃纤维杆体1靠近锚具部分采用锚杆外护套11包裹保护，称为锚杆自由段；多股玻璃纤维杆体1靠近导向帽4部分采用定位支架支撑，称为锚杆锚固段；
本发明所述导向帽4为带有尖端的筒帽形钢制构件，位于整个锚杆结构的最前端，在锚杆打入时起导向作用；
本发明所述固定楔为留有固定孔的圆柱形钢制构件，其外径与导向帽4的内径相等，固定楔上的固定孔的直径与玻璃纤维杆体1的直径相等，多股玻璃纤维杆体1穿过固定楔上的固定孔，将带有多股玻璃纤维杆体1的固定楔压入导向帽4内，可夹紧固定玻璃纤维杆体1；固定楔按锚杆结构所采用的玻璃纤维杆体1的数量，分为三孔固定楔5和四孔固定楔6两种规格；
本发明所述锚具为多孔圆盘形钢制构件，用于固定玻璃纤维杆体1，锚具上留有的锚固孔的直径等于玻璃纤维杆体1的外径；在施工过程中，玻璃纤维杆体1的后端通过锚具的锚固孔，采用张拉设备张拉玻璃纤维杆体1后，采用锁紧螺母10将其后端固定在锚具上；锚具按锚杆结构所采用的玻璃纤维杆体1的数量，分为三孔锚具8和四孔锚具9两种规格；
本发明所述钢垫板7为钢制构件，中间留有穿过锚杆结构的孔洞，位于锚梁12侧面，用于固定锚具，钢垫板7将锚杆结构的拉力传递给锚梁12结构；
本发明所述锚杆外护套11安装于锚杆自由段，为硬质PVC塑料管，两端用细钢丝扎紧并密封，锚杆外护套11的底端一定长度范围内采用膨胀剂填充并封堵，外绕工程胶布固定；在锚杆灌注施工过程中，锚杆外护套11外侧与土层之间的空隙用水泥浆注满；
本发明所述定位支架安装于锚杆锚固段，多个定位支架沿锚杆结构的轴线等距分布；定位支架是固定支撑多股玻璃纤维杆体1的异形薄壁筒状构件，采用玻璃纤维增强体与聚乙烯基体复合材料材质，定位支架的中间留有一定尺寸的管孔，用于穿过注浆管，定位支架的外侧留有“凹”形定位槽和定位翼板，“凹”形定位槽的作用是支撑定位玻璃纤维杆体1，定位翼板的作用是使定位支架能够始终固定于锚孔中央，采用细钢丝将多股玻璃纤维杆体1绑扎固定在定位支架上；定位支架按其所支撑的玻璃纤维杆体1数量有两种规格，分别为三孔定位支架2和四孔定位支架3，三孔定位支架2的侧面有三条“凹”形定位槽和三组定位翼板，四孔定位支架3的侧面有四条“凹”形定位槽和四组定位翼板；
本发明所述的多股玻璃纤维预应力锚杆，其施工方法的主要施工步骤如下：
1)锚孔定位：在边坡或基坑的开挖作业完成后，立即设置锚梁12，随后将锚孔位置准确放在锚梁12上的设计位置上；
2)锚孔钻制：根据锚固地层的类型、锚孔孔径、锚孔深度以及施工场地条件等来选择合适的钻孔设备，根据工程地质条件采用干钻法或水钻法，以保证孔壁的粘结性；搭设满足承载力和稳定性要求的脚手架，根据锚孔位置安装并固定钻机，开展锚孔钻进施工，将锚孔钻进至设计深度；
3)锚孔清理：锚孔钻进至设计深度后，继续以稳定转速钻孔1～2分钟，充分清理锚孔内的渣土，防止孔底产生尖灭等现象；
4)锚杆安装：锚孔钻制结束后，必须经过检验，才能进行锚杆安装；将注浆管插入多股玻璃纤维预应力锚杆结构中，使多股玻璃纤维杆体1围绕在注浆管外侧，注浆管依次穿过定位支架中间的管孔，插入至邻近导向帽4的位置；将内插有注浆管的多股玻璃纤维预应力锚杆结构放入锚孔中，并伸入设计长度；
5)锚孔注浆：按照设计要求，通过注浆管向锚孔内灌入标准标号的水泥浆；
6)张拉封锚：待灌注水泥浆形成一定设计强度后，在锚梁12上安装钢垫板7和锚具，将玻璃纤维杆体1穿过锚具上的锚固孔；通过现场张拉试验，确定张拉锁定工艺，采用张拉设备分级张拉玻璃纤维杆体1，张拉完成后立即使用锁紧螺母10牢固固定玻璃纤维杆体1，实现封锚，完成多股玻璃纤维预应力锚杆结构的施工。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
(1)锚杆结构易挖除：地下工程施工时，在采用多股玻璃纤维预应力锚杆加固的区域，开挖机械(盾构机、单臂挖进机、铣挖机等)可直接将多股玻璃纤维预应力锚杆结构挖除，不破坏刀具，为地下工程的高效机械化施工提供了可靠保证；
(2)抗变形能力较高：多股玻璃纤维预应力锚杆采用多股玻璃纤维杆体组合结构，相较于单股玻璃纤维预应力锚杆，其弹性模量更大，抗变形能力更强，可以充分满足边坡工程和基坑工程的设计要求；
(3)锚固性能好：多股玻璃纤维预应力锚杆采用分段注浆管进行注浆，不但可以为杆体提供足够锚固力，同时还加固了杆周的岩土体；
(4)强度高、重量轻：高性能的玻璃纤维锚杆的抗拉强度可达到钢质锚杆的1.5倍，而其重量仅为同种规格钢质锚杆的1/4～1/5，多股玻璃纤维预应力锚杆具有跟高的强度，同时减轻了结构重量；
(5)安全性好：玻璃纤维材料具有防静电、阻燃、高强度抗腐蚀、耐酸碱、耐低温等优点，多股玻璃纤维预应力锚杆充分满足安全生产的要求。
附图说明
图1为本发明所述多股玻璃纤维预应力锚杆的示意图。
图2为本发明所述多股玻璃纤维预应力锚杆的正视图。
图3为三股玻璃纤维预应力锚杆的端部示意图。
图4为三股玻璃纤维预应力锚杆的端部正视图。
图5为四股玻璃纤维预应力锚杆的端部示意图。
图6为四股玻璃纤维预应力锚杆的端部正视图。
图7为三股玻璃纤维预应力锚杆的锚固示意图。
图8为三股玻璃纤维预应力锚杆的锚固俯视图。
图9为四股玻璃纤维预应力锚杆的锚固示意图。
图10为四股玻璃纤维预应力锚杆的锚固俯视图。
图11为三股玻璃纤维预应力锚杆的三孔定位支架安装示意图。
图12为三股玻璃纤维预应力锚杆的三孔定位支架安装俯视图。
图13为四股玻璃纤维预应力锚杆的四孔定位支架安装示意图。
图14为四股玻璃纤维预应力锚杆的四孔定位支架安装俯视图。
附图标记说明
1为玻璃纤维杆体，2为三孔定位支架，3为四孔定位支架，4为导向帽，5为三孔固定楔，6为四孔固定楔，7为钢垫板，8为三孔锚具，9为四孔锚具，10为锁紧螺母，11为锚杆外护套，12为锚梁。
具体实施方式
下面将结合具体实施例及其附图对本发明提供的一种多股玻璃纤维预应力锚杆及其施工方法的技术方案作进一步说明。结合下面说明，本发明的优点和特征将更加清楚。需要说明的是，本发明的实施例有较佳的实施性，并非是对本发明任何形式的限定。本发明的附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的，并非是限定本发明可实施的限定条件。
本发明提供一种多股玻璃纤维预应力锚杆及其施工方法。本实施例以三股玻璃纤维预应力锚杆及其施工方法为例。如图1～图14所示，一种三股玻璃纤维预应力锚杆的锚杆结构由玻璃纤维杆体1、三孔定位支架2、导向帽4、三孔固定楔5、钢垫板7、三孔锚具8、锁紧螺母10、锚杆外护套11组成。
玻璃纤维杆体1采用玻璃纤维增强体与聚乙烯基体复合材料，其外表面带有螺纹，锚杆结构的长度为20m，采用玻璃纤维杆体1的长度为22m，外径为2cm，螺纹高度为1.5cm；玻璃纤维杆体1的前端由固定楔夹紧固定于导向帽4中，后端采用锁紧螺母10固定在锚具上；多股玻璃纤维杆体1共同安装于一根锚杆结构中，多股玻璃纤维杆体1靠近锚具部分采用锚杆外护套11包裹保护，称为锚杆自由段，长度为5m；多股玻璃纤维杆体1靠近导向帽4部分采用定位支架支撑，称为锚杆锚固段，长度为14.5m。
导向帽4为带有尖端的筒帽形钢制构件，长度为0.5m，内径为10cm，壁厚5mm，位于整个锚杆结构的最前端，在锚杆打入时起导向作用。
三孔固定楔5为留有三个固定孔的圆柱形钢制构件，其外径为10cm，三孔固定楔5上的固定孔的直径为2cm，三股玻璃纤维杆体1的前端穿过固定孔，将带有三股玻璃纤维杆体1的三孔固定楔5压入导向帽4内，可夹紧固定玻璃纤维杆体1。
三孔锚具8为三孔圆盘形钢制构件，三孔锚具8上留有的锚固孔的直径为2cm；三股玻璃纤维杆体1的后端通过三孔锚具8的锚固孔，采用张拉设备张拉玻璃纤维杆体1后，采用锁紧螺母10将其后端固定在三孔锚具8上。
钢垫板7为方形钢板，厚度为1cm，中间留有穿过锚杆结构的孔洞，位于锚梁12侧面，用于固定三孔锚具8，钢垫板7将锚杆结构的拉力传递给锚梁12结构；
锚杆外护套11安装于锚杆自由段，为硬质PVC塑料管，长度为5m，内径为10cm，壁厚0.5cm，两端用细钢丝扎紧并密封，锚杆外护套11的底端20cm内采用膨胀剂填充并封堵，外绕工程胶布固定。
三孔定位支架2安装于锚杆锚固段，7个三孔定位支架2沿锚杆结构的轴线每隔2m等距分布；三孔定位支架2是固定支撑多股玻璃纤维杆体1的异形薄壁筒状构件，采用玻璃纤维增强体与聚乙烯基体复合材料材质，长度为120mm，壁厚5mm，三孔定位支架2的中间留有内径为6cm的管孔，用于穿过注浆管，定位支架的外侧留有三个“凹”形定位槽和三组定位翼板，“凹”形定位槽的作用是支撑定位玻璃纤维杆体1，定位翼板的作用是使定位支架能够始终固定于锚孔中央，采用细钢丝将多股玻璃纤维杆体1绑扎固定在定位支架上。
本发明所述的多股玻璃纤维预应力锚杆，其施工方法的主要施工步骤如下：
1)锚孔定位：在边坡或基坑的开挖作业完成后，立即设置锚梁12，随后将锚孔位置准确放在锚梁12上的设计位置上；
2)锚孔钻制：搭设脚手架，根据锚孔位置安装并固定钻机，采用干钻法钻制锚孔，锚孔设计深度为20m，倾角为15°，孔径为10cm；
3)锚孔清理：锚孔钻进至设计深度后，继续钻进0.5m，随后以稳定转速保持2分钟，在钻孔完成后使用高压空气(风压0.2～0.4MPa)将孔内渣土及水体全部清除出孔外；
4)锚杆安装：锚孔钻制结束后，经检验后进行锚杆安装；将注浆管插入三股玻璃纤维预应力锚杆结构中，使三股玻璃纤维杆体1围绕在注浆管外侧，注浆管依次穿过7个三孔定位支架2中间的管孔，插入至邻近导向帽4的位置；将内插有注浆管的三股玻璃纤维预应力锚杆结构放入锚孔中，并伸入20m；
5)锚孔注浆：采用二次高压注浆工艺进行锚孔注浆，第一次注浆自孔底向外压浆，至孔口冒浓浆后完成；待第一次注浆体初凝之后，开展第二次注浆为高压注浆，利用注浆管进行压力注浆，初始注浆压力为2.5MPa，稳定压力为1.0MPa，注浆量按水泥用量控制为50kg/m；
6)张拉封锚：待灌注水泥浆锚固体强度达到设计强度的80％后进行张拉锁定，在锚梁12上安装钢垫板7和锚具，使多股玻璃纤维杆体1穿过锚具上的锚固孔；采用张拉设备分级张拉玻璃纤维杆体1，按设计拉力的1.1倍进行预张拉，设计轴向拉力值为400KN，锁定值为230KN，张拉完成6～10d后再进行一次补偿张拉，立即使用锁紧螺母10牢固固定玻璃纤维杆体1，实现封锚，在锚具外留长约6～10cm的玻璃纤维杆体1，用C30号砼将锚具及外露锚杆结构封死，完成多股玻璃纤维预应力锚杆结构的施工。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非是对本发明范围的任何限定。任何熟悉该领域的普通技术人员根据上述揭示的技术内容做出的任何变更或修饰均应当视为等同的有效实施例，均属于本发明技术方案保护的范围。
Claims (2)
1.一种多股玻璃纤维预应力锚杆，其特征在于：所述锚杆结构由玻璃纤维杆体(1)、定位支架、导向帽(4)、固定楔、钢垫板(7)、锚具、锁紧螺母(10)、锚杆外护套(11)组成；
所述玻璃纤维杆体(1)是锚杆结构的主要传力构件，采用玻璃纤维增强体与聚乙烯基体复合材料，其外表面带有螺纹；玻璃纤维杆体(1)的前端由固定楔夹紧固定于导向帽(4)中，后端采用锁紧螺母(10)固定在锚具上；在锚固前采用张拉设备张拉玻璃纤维杆体(1)，从而使玻璃纤维杆体(1)具有一定的预应力；多股玻璃纤维杆体(1)共同安装于一根锚杆结构中，多股玻璃纤维杆体(1)靠近锚具部分采用锚杆外护套(11)包裹保护，称为锚杆自由段；多股玻璃纤维杆体(1)靠近导向帽(4)部分采用定位支架支撑，称为锚杆锚固段；
所述导向帽(4)为带有尖端的筒帽形钢制构件，位于整个锚杆结构的最前端，在锚杆打入时起导向作用；
所述固定楔为留有固定孔的圆柱形钢制构件，其外径与导向帽(4)的内径相等，固定楔上的固定孔的直径与玻璃纤维杆体(1)的直径相等，多股玻璃纤维杆体(1)穿过固定楔上的固定孔，将带有多股玻璃纤维杆体(1)的固定楔压入导向帽(4)内，可夹紧固定玻璃纤维杆体(1)；固定楔按锚杆结构所采用的玻璃纤维杆体(1)的数量，分为三孔固定楔(5)和四孔固定楔(6)两种规格；
所述锚具为多孔圆盘形钢制构件，用于固定玻璃纤维杆体(1)，锚具上留有的锚固孔的直径等于玻璃纤维杆体(1)的外径；在施工过程中，玻璃纤维杆体(1)的后端通过锚具的锚固孔，采用张拉设备张拉玻璃纤维杆体(1)后，采用锁紧螺母(10)将其后端固定在锚具上；锚具按锚杆结构所采用的玻璃纤维杆体(1)的数量，分为三孔锚具(8)和四孔锚具(9)两种规格；
所述钢垫板(7)为钢制构件，中间留有穿过锚杆结构的孔洞，位于锚梁(12)侧面，用于固定锚具，钢垫板(7)将锚杆结构的拉力传递给锚梁(12)结构；
所述锚杆外护套(11)安装于锚杆自由段，为硬质PVC塑料管，两端用细钢丝扎紧并密封，锚杆外护套(11)的底端一定长度范围内采用膨胀剂填充并封堵，外绕工程胶布固定；在锚杆灌注施工过程中，锚杆外护套(11)外侧与土层之间的空隙用水泥浆注满；
所述定位支架安装于锚杆锚固段，多个定位支架沿锚杆结构的轴线等距分布；定位支架是固定支撑多股玻璃纤维杆体(1)的异形薄壁筒状构件，采用玻璃纤维增强体与聚乙烯基体复合材料材质，定位支架的中间留有一定尺寸的管孔，用于穿过注浆管，定位支架的外侧留有“凹”形定位槽和定位翼板，“凹”形定位槽的作用是支撑定位玻璃纤维杆体(1)，定位翼板的作用是使定位支架能够始终固定于锚孔中央，采用细钢丝将多股玻璃纤维杆体(1)绑扎固定在定位支架上；所述定位支架按其所支撑的玻璃纤维杆体(1)数量有两种规格，分别为三孔定位支架(2)和四孔定位支架(3)，三孔定位支架(2)的侧面有三条“凹”形定位槽和三组定位翼板，四孔定位支架(3)的侧面有四条“凹”形定位槽和四组定位翼板。
2.根据权利要求1所述的多股玻璃纤维预应力锚杆，其施工方法的特征在于：主要施工步骤如下：
1)锚孔定位：在边坡或基坑的开挖作业完成后，立即设置锚梁(12)，随后将锚孔位置准确放在锚梁(12)上的设计位置上；
2)锚孔钻制：根据锚固地层的类型、锚孔孔径、锚孔深度以及施工场地条件等来选择合适的钻孔设备，根据工程地质条件采用干钻法或水钻法，以保证孔壁的粘结性；搭设满足承载力和稳定性要求的脚手架，根据锚孔位置安装并固定钻机，开展锚孔钻进施工，将锚孔钻进至设计深度；
3)锚孔清理：锚孔钻进至设计深度后，继续以稳定转速钻孔1～2分钟，充分清理锚孔内的渣土，防止孔底产生尖灭等现象；
4)锚杆安装：锚孔钻制结束后，必须经过检验，才能进行锚杆安装；将注浆管插入多股玻璃纤维预应力锚杆结构中，使多股玻璃纤维杆体(1)围绕在注浆管外侧，注浆管依次穿过定位支架中间的管孔，插入至邻近导向帽(4)的位置；将内插有注浆管的多股玻璃纤维预应力锚杆结构放入锚孔中，并伸入设计长度；
5)锚孔注浆：按照设计要求，通过注浆管向锚孔内灌入标准标号的水泥浆；
6)张拉封锚：待灌注水泥浆形成一定设计强度后，在锚梁(12)上安装钢垫板(7)和锚具，将玻璃纤维杆体(1)穿过锚具上的锚固孔；通过现场张拉试验，确定张拉锁定工艺，采用张拉设备分级张拉玻璃纤维杆体(1)，张拉完成后立即使用锁紧螺母(10)牢固固定玻璃纤维杆体(1)，实现封锚，完成多股玻璃纤维预应力锚杆结构的施工。
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