CN112030964B - 一种适用于工程渗透破坏防治的定位注浆锚杆及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于工程渗透破坏防治的定位注浆锚杆及其施工方法，该定位注浆锚杆包括锚杆、注浆导向管和注浆管。当工程发生渗透破坏时，可利用水泵连接排水管接口实现降排水，同时采用限位器对渗透破坏区域进行定位注浆以提高注浆加固精确性。本发明所涉及的排水通道与注浆通道相互独立互不干扰，并在保留了锚杆原有支护功能的基础上将排水与注浆功能结合在一起，以此实现高效预防和治理工程渗透破坏的目的，同时还能够节约施工成本和工期。

Description

一种适用于工程渗透破坏防治的定位注浆锚杆及其施工方法

技术领域

本发明涉及锚杆注浆支护工程技术领域，尤其涉及一种适用于工程渗透破坏防治的定位注浆锚杆及其施工方法。

背景技术

随着经济的不断发展及其国家对于基建工程的大力支持，我国的地下岩土工程得到了空前发展。在工程建设中，地下水渗流是普遍存在的现象，但复杂渗流往往会使得建筑及地基出现变形破坏而引起渗透破坏，这也成为了大部分包括基坑变形、周边建筑坍塌等工程事故的重要诱因。

目前，在边坡或其他地下工程中，为提高其围岩和土体稳定性，常用的工程处理方法是采用锚杆与地层的抗剪强度传递结构物的拉力以达到加固地层自身和土体稳定的目的。由于传统的注浆锚杆是通过中空锚杆体压力注浆来加固破碎岩体，通常只适用于地质条件中等的公路、铁路的边坡支护、隧道的超前支护、基坑支护等工程。在实际工程中常常存在复杂渗流造成渗透破坏带来锚杆加固失效的风险，主要体现在两方面：一、地下水的存在会影响支护结构的计算，导致锚杆支护结构设计不准确；二、地下水渗透破坏会造成锚杆和周围土体间的握裹力降低，最终影响整个锚杆加固体系的整体稳定性，即传统的锚杆无法直接用于复杂地下水渗流环境作用的工程。

因此，为直接预防和治理工程施工过程中的地下水渗透破坏，针对运用锚杆支护的工程出现渗透破坏的工程现状，急需一种节约成本、缩短工期、高效的用于工程渗透破坏防治的新型定位注浆锚杆及其施工方法。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种适用于工程渗透破坏防治的新型定位注浆锚杆及其施工方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

本发明一方面提供了一种适用于工程渗透破坏防治的定位注浆锚杆，包括锚杆、注浆导向管和注浆管；所述锚杆包括圆锥形锚杆端头、锚杆主体、垫片、螺母、锚杆盖板和螺杆；所述圆锥形锚杆端头、锚杆主体、锚杆盖板依次固定密封连接；所述的锚杆主体上沿轴向对称均匀设置两列反滤导水孔，对称均匀设置两列单向注浆孔，且两列反滤导水孔与两列单向注浆孔在锚杆主体的横截面上错位正交；所述反滤导水孔作为反滤导水管的预留通道孔，所述单向注浆孔作为单向注浆管的预留通道孔；所述反滤导水管为套筒结构，与锚杆主体通过弹簧装置机械连接，管口设有反滤层；

所述注浆导向管包括注浆导向管主体和单向注浆管，所述注浆导向管主体内套于锚杆主体中，与锚杆主体之间形成排水通道，并在前端面与锚杆主体固定密封连接；所述注浆导向管主体上沿轴向对称均匀设置两列单向注浆孔；所述注浆导向管主体上的单向注浆孔与锚杆主体上的单向注浆孔相对应；所述单向注浆管为套筒结构，与注浆导向管主体通过弹簧装置机械连接，单向注浆管的底部设有单向阀，单向注浆管在弹簧装置作用下能够穿过锚杆主体的单向注浆孔，并压入岩土层；

所述注浆管由注浆管主体、电磁铁注浆端头和铁制限位端头组成；所述注浆管主体伸入注浆导向管主体内部，其端部以套筒形式固定连接环向包裹第一橡胶圈的电磁铁注浆端头，在电磁铁注浆端头和注浆导向管主体前端面之间设置环向包裹第二橡胶圈的铁制限位端头；所述注浆导向管主体作为电磁铁注浆端头和铁制限位端头的活动通道，所述电磁铁注浆端头和铁制限位端头之间形成与注浆管主体连通的注浆空间，电磁铁注浆端头通电后具有磁性，从而控制铁制限位端头的位置实现工程渗透破坏注浆定位；在非工作状态时，电磁铁注浆端头和铁制限位端头可抵达锚杆最前端；

所述锚杆盖板上设有注浆管通道孔和排水管接口，所述垫片上设有注浆管通道孔；所述排水管接口与排水通道连通，以便排出渗流水；所述注浆管主体穿过注浆管通道孔，所述螺杆依次穿过螺母、垫片伸入注浆管主体内，并通过螺母锁紧，使得螺杆、螺母、垫片、锚杆盖板以及所属定位注浆锚杆杆身密封固定连接。

进一步地，所述反滤导水管管口设有反滤层能够防止在合理速度抽水时土层颗粒的流失。

进一步地，所述圆锥形锚杆端头与锚杆主体无缝焊接于锚杆前端，以便于锚杆能够更方便地顶入需要支护与抗渗透破坏的岩土层。

进一步地，所述单向注浆管为套筒结构，以便于在工作状态下可以被弹簧装置弹出并压入外部岩土层；所述单向阀保证“只出不进”，即浆液可通过单向阀经过单向注浆管进入渗透破坏区加固，但渗流水以及所带岩土层颗粒无法通过单向阀进入锚杆内。

进一步地，所述第一橡胶圈和第二橡胶圈提高了注浆限位器(电磁铁注浆端头和铁制限位端头)表面与注浆导向管内壁密封效果。

本发明另一方面提供了一种适用于工程渗透破坏防治的定位注浆锚杆的施工方法，该方法包括以下步骤：

(1)工厂预制上述定位注浆锚杆，利用钻孔工具在需要抗渗注浆处钻孔，将定位注浆锚杆压入岩土层，拉动连接弹簧装置的钢丝使得反滤导水管和单向注浆管压入岩土层。

(2)定位注浆锚杆安装好后向锚杆内加适量气压给单向注浆管和反滤导水管清孔，防止土颗粒堵塞反滤层和单向阀影响装置工作效果。

(3)钻孔处未发生渗流时，定位注浆锚杆用于支护；钻孔处发生渗流时，拧开螺杆取下螺母及其垫片，然后将水泵连接排水管接口抽水，渗流地下水分别经反滤层、反滤导水管以及锚杆主体流出岩土层，同时给注浆管上的电磁铁注浆端头通电，吸住铁制限位端头，推动注浆管主体使整个注浆管带动两端头到达渗流位置后断电，向外拉动注浆管主体使得两个端头分离，保证两端头间有足够的注浆空间进行定位注浆。

(4)利用压力注浆装置通过注浆管向内注浆，待混凝土浆液初凝后，在终凝前给单向注浆管加适量气压清孔，防止浆液堵塞管道影响装置工作效果。

(5)浆液通过注浆管注入注浆导向管后通过单向阀和单向注浆管进入岩土层中的渗流处加固。

(6)待工程完成后，推动控制弹簧装置的钢丝使反滤导水管和单向注浆管收回到锚杆内部，并回收锚杆。

进一步地，所述步骤(1)中锚杆斜插入土层，根据锚杆使用规范可知锚杆最佳倾角为 15-35°。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、与传统方法相比本发明将降排水与注浆治理功能结合成有机整体，在保持锚杆原有功能基础上直接用于预防和治理渗透破坏。

2、本发明能够实现定位注浆，限位器通电后，可拉动注浆管、电磁铁注浆端头与铁制限位端头在注浆导向管内自由移动并定位，两端头间可形成充足的注浆空间，实现定位注浆的目的，提高了注浆治理渗透破坏的精确性。

3、本发明是对传统锚杆的改造创新，反滤导水管和单向注浆管分别与反滤导水孔和单向注浆孔一一对应分布在装置内，且排水通道与注浆通道完全独立互不影响，可实现边排水边注浆的目的，提高了工程预防治理的效率。

4、本发明使用过程中，内部的结构不会影响锚杆原有功能，在未发生渗流时可以发挥支护和预防功能。而发生渗流时，内部结构发挥附加功能，使得渗流水被抽出的同时进行定位注浆，防止渗透破坏导致基坑内部岩层变形。

5、本发明使用的材料价格实惠，制作工艺简单，施工便捷，在满足其功能效应的前提下能够降低传统抗渗的成本，避免工期延后。

6、本发明采用的用于工程渗透破坏防治的新型定位注浆锚杆及其施工方法，其结构改造和工作原理可为井下巷道、边坡工程、隧道工程等领域的排水注浆抗渗透破坏提供一定的参考和指导。

7、与传统施工预防不治理、治理不预防工作模式相比，本发明能够将排水预防与注浆治理结合起来，一旦渗漏即可治理，避免基坑因地下水渗流携带土层颗粒流失而导致基坑坍塌变形。

附图说明

图1是本发明定位注浆锚杆的侧面图；

图2是本发明定位注浆锚杆的俯视图；

图3是图2所示A-A剖面；

图4是图2所示B-B剖面；

图5是本发明定位注浆锚杆抽水过程剖面图；

图6是本发明定位注浆锚杆注浆过程剖面图；

其中：锚杆1、反滤导水管1-1、反滤层1-1-1、圆锥形锚杆端头1-2、锚杆主体1-3、垫片 1-4、螺母1-5、反滤导水孔1-6、锚杆盖板1-7、注浆管通道孔1-7-1、排水管接口1-7-2、螺杆 1-8、注浆导向管2、单向注浆管2-1、单向阀2-1-1、注浆导向管主体2-2、注浆管3、注浆管主体3-1、电磁铁注浆端头3-2、第一橡胶圈3-2-1、铁制限位端头3-3、第二橡胶圈3-3-1。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步详细说明。

如图1-4所示，本实施例提供的一种适用于工程渗透破坏防治的新型定位注浆锚杆，该定位注浆锚杆包括锚杆1、注浆导向管2和注浆管3；所述锚杆1包括圆锥形锚杆端头1-2、锚杆主体1-3、垫片1-4、螺母1-5、锚杆盖板1-7和螺杆1-8；所述圆锥形锚杆端头1-2、锚杆主体1-3、锚杆盖板1-7依次固定密封连接；所述的锚杆主体1-3上沿轴向对称均匀设置两列反滤导水孔1-6，对称均匀设置两列单向注浆孔2-3，且两列反滤导水孔1-6与两列单向注浆孔2-3在锚杆主体1-3的横截面上错位正交；所述反滤导水孔1-6作为反滤导水管1-1的预留通道孔，所述单向注浆孔2-3作为单向注浆管2-1的预留通道孔；所述反滤导水管1-1为套筒结构，与锚杆主体1-3通过弹簧装置机械连接，管口设有反滤层1-1-1；

所述注浆导向管2包括注浆导向管主体2-2和单向注浆管2-1，所述注浆导向管主体2-2 内套于锚杆主体1-3中，与锚杆主体1-3之间形成排水通道，并在前端面与锚杆主体1-3固定密封连接；所述注浆导向管主体2-2上沿轴向对称均匀设置两列单向注浆孔2-3；所述注浆导向管主体2-2上的单向注浆孔2-3与锚杆主体1-3上的单向注浆孔2-3相对应；所述单向注浆管2-1为套筒结构，与注浆导向管主体2-2通过弹簧装置机械连接，单向注浆管2-1的底部设有单向阀2-1-1，单向注浆管2-1在弹簧装置作用下能够穿过锚杆主体1-3的单向注浆孔2-3，并压入岩土层；

所述注浆管3由注浆管主体3-1、电磁铁注浆端头3-2和铁制限位端头3-3组成；所述注浆管主体3-1伸入注浆导向管主体2-2内部，其端部以套筒形式固定连接环向包裹第一橡胶圈3-2-1的电磁铁注浆端头3-2，在电磁铁注浆端头3-2和注浆导向管主体2-2前端面之间设置环向包裹第二橡胶圈3-3-1的铁制限位端头3-3；所述注浆导向管主体2-2作为电磁铁注浆端头3-2和铁制限位端头3-3的活动通道，所述电磁铁注浆端头3-2和铁制限位端头3-3之间形成与注浆管主体3-1连通的注浆空间，电磁铁注浆端头3-2通电后具有磁性，从而控制铁制限位端头3-3的位置实现工程渗透破坏注浆定位；所述电磁铁注浆端头3-2和铁制限位端头3-3构成了注浆限位器；在非工作状态时，电磁铁注浆端头3-2和铁制限位端头3-3可抵达锚杆最前端；

所述锚杆盖板1-7上设有注浆管通道孔1-7-1和排水管接口1-7-2，所述垫片1-4上设有注浆管通道孔1-7-1；所述排水管接口1-7-2与排水通道连通，以便排出渗流水；所述注浆管主体3-1穿过注浆管通道孔1-7-1，所述螺杆1-8依次穿过螺母1-5、垫片1-4伸入注浆管主体 3-1内，并通过螺母1-5锁紧，使得螺杆1-8、螺母1-5、垫片1-4、锚杆盖板1-7以及所属定位注浆锚杆杆身密封固定连接。

具体地，所述反滤导水管1-1管口设有反滤层1-1-1能够防止在合理速度抽水时土层颗粒的流失降低土颗粒间的抗剪强度从而造成基坑变形塌陷；反滤导水管1-1和单向注浆管2-1 分别与反滤导水孔和单向注浆孔一一对应分布在装置内，且排水通道与注浆通道完全独立互不影响，可实现边排水边注浆的目的，提高了工程预防治理的效率。

具体地，所述圆锥形锚杆端头1-2与锚杆主体1-3无缝焊接于锚杆前端，以便于锚杆能够更方便地顶入需要支护与抗渗透破坏的岩土层。

具体地，所述单向注浆管2-1为套筒结构，以便于在工作状态下可以被弹簧装置弹出并压入外部岩土层；所述单向阀2-1-1保证“只出不进”，即浆液可通过单向阀经过单向注浆管 2-1进入渗透破坏区加固，但渗流水以及所带岩土层颗粒无法通过单向阀进入锚杆内。

本实施例提供的一种适用于工程渗透破坏防治的定位注浆锚杆的施工方法，该方法包括以下步骤：

首先根据锚杆使用规范可知锚杆最佳倾角为15-35°，利用钻孔工具在需要支护和注浆处按最佳倾角钻孔，将工厂预制的上述定位注浆锚杆压入岩土层，钢丝与弹簧装置机械连接且贯通全管，拉动钢丝触动弹簧装置将套筒结构的反滤导水管1-1和单向注浆管2-1压入岩土层。待锚杆安装好后向锚杆内加适量气压给单向注浆管2-1和反滤导水管1-1吹气清孔，防止岩土层土颗粒堵塞反滤层和单向阀影响装置工作效果。

当钻孔处未发生渗流时，定位注浆锚杆用于工程支护以及预防渗透破坏。如图5所示，当钻孔处发生渗流时，拧开螺杆1-8取下螺母1-5及其垫片1-4，利用水泵连接排水管接口1-7-2抽水，渗流地下水沿图5箭头方向分别经反滤层1-1-1、反滤导水管1-1以及锚杆主体1-3流出岩土层。

同时，如图6所示，给注浆管3上的电磁铁注浆端头3-2通电，吸住铁制限位端头3-3，推动注浆管主体3-1使整个注浆管3带动电磁铁注浆端头3-2和铁制限位端头3-3到达渗流位置后断电，向外拉动注浆管主体3-1使得两个端头分离，并保证两端头间有足够的注浆空间进行定位注浆。接着利用压力注浆装置通过注浆管3向内沿图6箭头所示方向注浆，待混凝土浆液初凝后，在终凝前给单向注浆管2-1加适量气压清孔，防止浆液堵塞管道影响装置工作效果。浆液通过注浆管3注入注浆导向管2后通过单向阀2-1-1和单向注浆管2-1进入岩土层中的渗流处加固，待渗流处充满浆液施工完成。待工程完成后，推动控制弹簧装置的钢丝使反滤导水管 1-1和单向注浆管2-1收回到锚杆内部，并回收锚杆。

以上描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种适用于工程渗透破坏防治的定位注浆锚杆，其特征在于，包括锚杆(1)、注浆导向管(2)和注浆管(3)；

所述锚杆(1)包括圆锥形锚杆端头(1-2)、锚杆主体(1-3)、垫片(1-4)、螺母(1-5)、锚杆盖板(1-7)和螺杆(1-8)；所述圆锥形锚杆端头(1-2)、锚杆主体(1-3)、锚杆盖板(1-7)依次固定密封连接；所述锚杆主体(1-3)上沿轴向对称均匀设置两列反滤导水孔(1-6)，对称均匀设置两列单向注浆孔(2-3)，且两列反滤导水孔(1-6)与两列单向注浆孔(2-3)在锚杆主体(1-3)的横截面上错位正交；所述反滤导水孔(1-6)作为反滤导水管(1-1)的预留通道孔，所述单向注浆孔(2-3)作为单向注浆管(2-1)的预留通道孔；所述反滤导水管(1-1)为套筒结构，与锚杆主体(1-3)通过弹簧装置机械连接，管口设有反滤层(1-1-1)；

所述注浆导向管(2)包括注浆导向管主体(2-2)和单向注浆管(2-1)，所述注浆导向管主体(2-2)内套于锚杆主体(1-3)中，与锚杆主体(1-3)之间形成排水通道，并在前端面与锚杆主体(1-3)固定密封连接；所述注浆导向管主体(2-2)上沿轴向对称均匀设置两列单向注浆孔(2-3)；所述注浆导向管主体(2-2)上的单向注浆孔(2-3)与锚杆主体(1-3)上的单向注浆孔(2-3)相对应；所述单向注浆管(2-1)为套筒结构，与注浆导向管主体(2-2)通过弹簧装置机械连接，单向注浆管(2-1)的底部设有单向阀(2-1-1)，单向注浆管(2-1)在弹簧装置作用下能够穿过锚杆主体(1-3)的单向注浆孔(2-3)，并压入岩土层；

所述注浆管(3)由注浆管主体(3-1)、电磁铁注浆端头(3-2)和铁制限位端头(3-3)组成；所述注浆管主体(3-1)伸入注浆导向管主体(2-2)内部，其端部以套筒形式固定连接环向包裹第一橡胶圈(3-2-1)的电磁铁注浆端头(3-2)，在电磁铁注浆端头(3-2)和注浆导向管主体(2-2)前端面之间设置环向包裹第二橡胶圈(3-3-1)的铁制限位端头(3-3)；所述注浆导向管主体(2-2)作为电磁铁注浆端头(3-2)和铁制限位端头(3-3)的活动通道，所述电磁铁注浆端头(3-2)和铁制限位端头(3-3)之间形成与注浆管主体(3-1)连通的注浆空间，电磁铁注浆端头(3-2)通电后具有磁性，从而控制铁制限位端头(3-3)的位置实现工程渗透破坏注浆定位；在非工作状态时，电磁铁注浆端头(3-2)和铁制限位端头(3-3)可抵达锚杆最前端；

所述锚杆盖板(1-7)上设有注浆管通道孔(1-7-1)和排水管接口(1-7-2)，所述垫片(1-4)上设有注浆管通道孔(1-7-1)；所述排水管接口(1-7-2)与排水通道连通，以便排出渗流水；所述注浆管主体(3-1)穿过注浆管通道孔(1-7-1)，所述螺杆(1-8)依次穿过螺母(1-5)、垫片(1-4)伸入注浆管主体(3-1)内，并通过螺母(1-5)锁紧，使得螺杆(1-8)、螺母(1-5)、垫片(1-4)、锚杆盖板(1-7)以及定位注浆锚杆杆身密封固定连接。

2.根据权利要求1所述的一种适用于工程渗透破坏防治的定位注浆锚杆，其特征在于：所述反滤导水管(1-1)管口设有反滤层(1-1-1)，能够防止在合理速度抽水时土层颗粒的流失。

3.根据权利要求1所述的一种适用于工程渗透破坏防治的定位注浆锚杆，其特征在于：所述圆锥形锚杆端头(1-2)与锚杆主体(1-3)无缝焊接于锚杆前端，便于锚杆能够更方便地顶入需要支护与抗渗透破坏的岩土层。

4.根据权利要求1所述的一种适用于工程渗透破坏防治的定位注浆锚杆，其特征在于：所述单向注浆管(2-1)为套筒结构，以便于在工作状态下可以被弹簧装置弹出并压入外部岩土层；所述单向阀(2-1-1)保证“只出不进”，即浆液可通过单向阀经过单向注浆管(2-1)进入渗透破坏区加固，但渗流水以及所带岩土层颗粒无法通过单向阀进入锚杆内。

5.根据权利要求1所述的一种适用于工程渗透破坏防治的定位注浆锚杆，其特征在于：所述第一橡胶圈(3-2-1)和第二橡胶圈(3-3-1)提高了电磁铁注浆端头和铁制限位端头表面与注浆导向管内壁的密封效果。

6.一种如权利要求1所述定位注浆锚杆的施工方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

(1)工厂预制定位注浆锚杆，利用钻孔工具在需要抗渗注浆处钻孔，将定位注浆锚杆压入岩土层，拉动连接弹簧装置的钢丝使得反滤导水管(1-1)和单向注浆管(2-1)压入岩土层；

(2)定位注浆锚杆安装好后向锚杆内加适量气压给单向注浆管(2-1)和反滤导水管(1-1)清孔，防止土颗粒堵塞反滤层和单向阀；

(3)钻孔处未发生渗流时，定位注浆锚杆用于支护；钻孔处发生渗流时，拧开螺杆(1-8)，取下螺母(1-5)及垫片(1-4)，然后将水泵连接排水管接口(1-7-2)抽水，渗流地下水分别经反滤层(1-1-1)、反滤导水管(1-1)以及锚杆主体(1-3)流出岩土层，同时给注浆管(3)上的电磁铁注浆端头(3-2)通电，吸住铁制限位端头(3-3)，推动注浆管主体(3-1)使整个注浆管(3)带动两端头到达渗流位置后断电，向外拉动注浆管主体(3-1)使得两个端头分离，保证两端头间有足够的注浆空间进行定位注浆；

(4)利用压力注浆装置通过注浆管(3)向内注浆，待混凝土浆液初凝后，在终凝前给单向注浆管(2-1)加适量气压清孔，防止浆液堵塞管道；

(5)浆液通过注浆管(3)注入注浆导向管(2)后通过单向阀(2-1-1)和单向注浆管(2-1)进入岩土层中的渗流处加固；

(6)待工程完成后，推动控制弹簧装置的钢丝使反滤导水管(1-1)和单向注浆管(2-1)收回到锚杆内部，并回收锚杆。

7.根据权利要求6所述的施工方法，其特征在于：所述步骤(1)中，锚杆斜插入土层，锚杆倾角为15-35°。

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