CN112647497B - 孔内预应力支承构件、预应力锚杆及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种孔内预应力支承构件，所述孔内预应力支承构件为套筒，用于套在所述锚杆杆体上并置于锚孔内，所述套筒的上端位于所述锚孔的孔口，以支承预应力施力构件。本发明还提供了一种预应力锚杆，所述锚杆杆体上套设有所述孔内预应力支承构件。本发明利用套筒上端支承预应力施力构件施加预应力，节省了传统预应力锚杆所需要的地面支承梁板，也不需要在地下室底板上开孔，既避免了地下室底板漏水的隐患，又缩短了施工工期，减少施工交叉作业，而且可将预应力直接传递给孔内一定深度的注浆体，避免或减小了注浆体可能出现的拉应力，改善了注浆体受力状态。本发明还提供了上述锚杆的施工方法。

Description

孔内预应力支承构件、预应力锚杆及施工方法

技术领域

本发明涉及锚杆技术领域，尤其涉及一种孔内预应力支承构件、具有孔内预应力支承构件的预应力锚杆及施工方法。

背景技术

预应力锚杆为了施加预应力都需要在地层表面设置支承的梁或板，并对地面进行加固处理，将预应力施力构件支承在梁或板上对锚杆施加预应力。在地下室抗浮锚杆中，一般都是在地下室底板上开孔，利用地下室底板作为支承构件施加预应力。迄今，预应力支承构件都设在地层表面，但有三个方面的缺陷，一是地下室底板上开孔将预应力施加完成后需要将开孔填堵止水，存在漏水隐患； 二是锚杆预应力施工需要在地下室底板施工完成之后才能进行，存在工序交叉作业，工期长；三是施加的预应力全部是传递给地层表面，没有或者很少直接传递给锚孔内的注浆体，注浆体的受力状态得不到改善。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明首先提供了一种孔内预应力支承构件。

本发明提供的孔内预应力支承构件为套筒，用于套在锚杆杆体上并置入锚孔内，所述套筒的上端位于所述锚孔的孔口，以支承预应力施力构件。

可选地，所述套筒长度不小于所述锚孔孔口直径的三倍。

可选地，所述套筒下端设有底板，底板中心设有通孔用于所述锚杆杆体穿过。

可选地，所述套筒上端设有顶板，所述顶板中心设有通孔用于所述锚杆杆体穿过。

可选地，所述套筒为由内筒和外筒套合组成的活塞式伸缩套筒，所述内筒上端位于锚孔孔口以支承预应力施力构件，所述外筒支承所述内筒。

可选地，所述内筒外壁设有传力耳。

可选地，所述外筒设有底板，所述底板中心设有通孔，用于所述锚杆杆体穿过。

可选地，所述内筒上端从锚孔孔口向上伸出一设定高度，用于嵌固在外部结构之中。

本发明还提供了一种预应力锚杆，所述锚杆杆体上套设有上述孔内预应力支承构件。

本发明提供的孔内预应力支承构件及预应力锚杆，通过设置一套筒套在锚杆杆体上，使套筒置于锚孔内并使其上端位于锚孔孔口以支承预应力施力构件，当注浆体凝固后，即可利用套筒上端支承预应力施力构件施加预应力。这样，不再需要借助地面支承梁或板，也不需要借用地下室底板（或其他外部结构）作为支承构件施加预应力，也不需要在地下室底板上开孔，从而避免了地下室底板漏水的隐患，同时套筒安装在锚杆杆体上，不需要在地下室底板施工完成之后才能进行，既方便安装，又缩短了施工工期，减少施工交叉作业。而且，本发明孔内预应力支承构件置于锚孔内嵌固于锚孔内注浆体，预压力直接全部或主要传递给注浆体，使注浆体受压，避免或减小了注浆体可能出现的拉应力，受力条件得到改善，可使预应力被直接传递到有一定深度的注浆体，注浆体处于三维受压状态，强度提高，受力条件好，能传递的预应力大。

进一步地，本发明采用活塞式伸缩套筒作为孔内预应力支承构件，使活塞式伸缩套筒中的外筒嵌固于锚孔注浆体，得到注浆体支承；内筒缩回时得到外筒支承。施工预应力时，内筒缩回支承预应力施力构件并传递预应力给外筒，外筒将预应力传递给注浆体，实现了支承构件的作用；地下室底板施工时，内筒上端从锚孔孔口出露一设定高度被嵌固在地下室底板之中，两者嵌固为一整体。当地下室底板受周期性水浮力作用时而向上位移，时而向下位移，内筒可随之同步向上或向下位移，利用活塞式伸缩套筒的内筒与外筒的搭接，避免了锚杆杆体出露在地层水土之中，达到了防止锚杆杆体被地层水土腐蚀的作用。

本发明还提供了上述预应力锚杆的施工方法，包括下述步骤：

将上述孔内预应力支承构件套设在所述锚杆杆体上并定位固定；

将所述锚杆杆体放入锚孔中并使所述孔内预应力支承构件的上端位于锚孔孔口；

锚孔内注浆体凝固后，将预应力施力构件支承在所述孔内预应力支承构件的上端对所述锚杆施加预应力。

本发明在制锚时将套筒套设在锚杆上，然后直接放入锚孔内，具有装配式施工的优点，现场施工方便，省工省时。

附图说明

图1为本发明孔内预应力支承构件及预应力锚杆结构示意图；

图2为本发明孔内预应力支承构件中带有底板的套筒示意图；

图3为本发明孔内预应力支承构件中带有顶板的套筒示意图；

图4A、4B为本发明活塞式伸缩套筒及锚杆示意图；

图5为本发明孔内预应力支承构件中内筒具有传力耳的结构示意图；

图6为本发明孔内预应力支承构件中外筒具有底板的结构示意图；

图7A、7B为本发明具有底板活塞式伸缩套筒以及锚杆结构示意图；

图中：

1—套筒； 11—套筒底板； 111—套筒底板中心通孔；

12—套筒顶板； 121—套筒顶板中心通孔； 101—外筒；

1011—外筒底板； 1012—小筒； 10111—外筒底板中心通孔；

102—内筒； 1021—传力耳；

2—锚杆； 21—锚杆杆体； 22—隔离管；

23—承载体； 3—锚孔； 31—锚孔孔口；

4—施力构件； 5—外部结构； 6—注浆体；

61—套筒侧边注浆体； 62—套筒下方注浆体； 7—裂缝；

8—防护材料。

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。

本发明首先提供一种孔内预应力支承载构件，参见图1、图4和图7，所述孔内预应力支承构件为套筒1，套筒1套于锚杆杆体21且置于锚孔3内，当锚杆杆体21上套设有隔离管22时，套筒1在隔离管22外套于锚杆杆体21。套筒1的上端位于锚孔孔口31，施力构件4支承在套筒1的上端，用于对锚杆施加预应力。注浆体6将整个锚孔3完全充填，锚孔3内的注浆体6凝固后，套筒1外侧和底部均嵌固于注浆体6，注浆体6凝固后可支承套筒1的侧壁和底部，套筒1的上端支承预应力施力构件4。具体的传力路径，一是利用套筒1侧壁与注浆体6的摩阻力传递预应力，二是利用套筒1对其下方的注浆体6的正压力传递预应力，传力效果好。

作为本发明孔内预应力支承载构件的优选，套筒1的长度不小于锚孔孔口31直径的三倍，使套筒1的下端位于锚孔孔口31之下的深度大于锚孔孔口31直径的三倍，使套筒1的下端将预应力传递到锚孔内较深处的注浆体6，即可以把预应力传递到锚孔3内三倍孔径深度以下的注浆体6，利用较深土体的围压作用使注浆体6受力条件改善，强度提高，能承担更大的预应力，同时还可以克服锚孔孔口31附近注浆体6质量不稳定的缺点。

参见图2，套筒1下端还可设置套筒底板11，利用套筒底板11对套筒下方注浆体62的正压力传递预应力，受力效果好。套筒底板11中心还设置有套筒底板中心通孔111，以便锚杆杆体21穿过。

参见图3，套筒1上端还可设有套筒顶板12，可以改善套筒1上端与施力构件4的支承受力条件。套筒顶板12中心设有套筒顶板中心通孔121，以使锚杆杆体21穿过。

本发明孔内预应力支承载构件不仅利用套筒1侧壁与注浆体6的粘结和摩阻作用传递预应力，还能利用套筒底板11对注浆体6的正压力传递预应力，受力状态好。同时，所述套筒1的上端侧壁和套筒顶板12都可以支承预应力部件，受力条件好。

参见图4A和4B，套筒1还可以是由内筒102和外筒101套合组成的活塞式伸缩套筒，内筒102可以在外筒101内伸缩。内筒102的上端高于外筒101并位于锚孔孔口31,以支承施力构件4。

参见图5，活塞式伸缩套筒的内筒102外壁设有传力耳1021，传力耳1021抵压外筒101的顶端实现传力。传力耳1021可以是一个凸耳，焊接于内筒102外壁上，还可以做成环状以螺纹方式或焊接方式固定连接于内筒102上。

参见图6，活塞式伸缩套筒的外筒101下端还设有底板1011，用于将预应力以正压力方式传递给套筒下方注浆体62。另外，内筒102上还可以不设传力耳1021，直接由内筒102底部抵住外筒底板1011传递预应力。外筒底板1011中心设有外筒底板中心通孔10111，以便锚杆杆体21穿过。

当内筒102上端受到施力构件4的压力时，内筒102通过外壁设置的传力耳1021抵压外筒101侧壁顶部，将压力传递给外筒101的侧壁；或者内筒102的底部抵压外筒底板1011将力传递给外筒101的下端。外筒101嵌固于锚孔3内注浆体6，外筒101的侧壁以摩阻力的方式将力传递给套筒侧边注浆体61，外筒101的下端以正压力的方式将力传递给套筒1下方注浆体62。由于外筒101是有一定长度的，外筒底板1011位于锚孔3内一定深度，因此，可利用外筒底板1011将预应力传递到锚孔3内一定深度的注浆体。该注浆体6受到锚孔3周围土体的围压作用，处于三维受力状态，其抗压强度得到提高，能承受的预应力大，效果好。

参见图4、图7，内筒102的上端（亦即整个套筒1的上端）从锚孔孔口31向上伸出一设定高度（见图4、图7中的高度h），施力构件4支承在内筒102上端对锚杆施加预应力并锁定后，浇筑外部结构5的混凝士，内筒102伸出的高度h被嵌固在外部结构5之内与外部结构5成为一体，当外部结构5位移时内筒102随之同步位移。设计活塞式套筒时，使内筒102伸入外筒101之内的长度大于外部结构5的最大位移值，内筒102位移时始终不会从外筒101中脱开，内筒102和外筒101组成的整体将始终包围着锚杆杆体21，即使外部结构5与地层交接面之间出现裂缝7，锚杆杆体21也不会暴露在地层水土之中。这样，套筒1还起到了保护锚杆杆体21防腐的作用。

参见图1、图4、图7，本发明在锚杆杆体21上套设孔内预应力支承构件（即套筒1），成为一种具有孔内预应力支承构件的锚杆。在预应力施加时，可以利用套筒1支承施力构件4，对锚杆施加预应力。这样，就不再需要在地层表面敷设梁板结构，不需要对地层进行加固处理，也不需要借助地下室底板5（或其他外部结构），可以直接利用锚杆杆体21上的孔内预应力支承构件施加预应力，省钱省事省工期，而且还能改善锚孔3内注浆体6的受力状态，使之成为压应力锚杆。

本发明还提供了一种预应力锚杆的施工方法，参见图1、图4、图7，步骤如下：

a. 将孔内预应力支承构件中的套筒1套设在锚杆杆体21上（如果锚杆杆体21上有隔离管22，则套在隔离管22上），并定位固定。

b. 将锚杆杆体21放入锚孔3中，使套筒1的上端位于锚孔孔口31处。套筒1的上端，具体地，对图1是套筒1的上端，对图4A和图7A更具体地是内筒102的上端。套筒1的上端位于锚孔孔口31处，具体地，套筒1的上端可以与锚孔孔口31地层面平齐（见图1），可以比锚孔孔口31地层面高一点（见图4A、图7A高出h），在工程中可以根据设计要求以及与施力构件4的配合条件确定。锚杆杆体21可以在锚孔3注浆完成后放入，也可以先放入后注浆。

c. 锚孔3内注浆体6凝固后，将施力构件4支承在套筒1的上端，对锚杆施加预应力。施力构件4可以是螺母，也可以是穿心千斤顶的出力面。

本发明适用于各种不同的预应力施加装置。预应力施加装置通过施力构件4将预应力传递给套筒1的上端，套筒1侧壁与套筒侧边注浆体61的粘结和摩阻作用将预应力侧向传递，套筒1底板对套筒下方注浆体62的正压力将预应力竖向向下传递，传力效果好。

下面结合实施例及附图对本发明孔内预应力支承构件、预应力锚杆及施工方法做进一步详述。

实施例一：

参见图1,本实施例孔内预应力支承构件为套筒1，套筒1材料为钢材。套筒1套于锚杆杆体21上，并与锚杆杆体21一起置入锚孔3，锚孔3中的注浆体6将套筒1嵌固。套筒1的上端位于锚孔孔口31处，可以与锚孔孔口31处地层表面平齐，也可以比锚孔孔口31处地层表面高一些。套筒1的上端支承施力构件4，套筒1的下端伸入锚孔内的一定深度。优选地，套筒1的下端伸入锚孔3内的深度不小于锚孔孔口31直径的三倍。

在本实施例中，套筒1的下端还可以增设一套筒底板11，套筒底板11中心设有套筒底板中心通孔111（参见图2），锚杆杆体21从套筒底板中心通孔111中穿过。套筒底板中心通孔111的大小根据锚杆杆体21直径来设计。

施力构件4支承在套筒1的上端，施加预应力时，施力构件4向下压套筒1，套筒1通过与其套筒侧边注浆体61之间的摩阻力和套筒下方注浆体62的正压力给施力构件4提供反力。其优势在于套筒1可以将施力构件4施加的力传递给套筒下方注浆体62，以获得更大的支承反力。这是因为锚孔孔口31的注浆体6强度的可靠性较低，而锚孔3深处的注浆体6强度的可靠性较高。具体地，一是施工时锚孔3内的水泥浆（注浆体6为水泥浆或水泥砂浆）一边凝固一边沉淀，导致锚孔内水泥浆的浓度下浓上稀；二是水泥浆凝固时有一定的干缩性，难以保证锚孔孔口31水泥浆体充实饱满；三是锚孔3内的注浆体6还受到周围岩土的围压作用，锚孔孔口31越往下的地方土压力越大，对套筒下方注浆体62的围压作用越大。

进一步地，锚孔3内的锚杆杆体21上套设有隔离管22将锚杆杆体21与注浆体6之间力学隔离；锚杆杆体21的底端安装有承载体23，锚杆杆体21受拉时，拉力传递给底端的承载体23转化成向上的压力作用于注浆体6。施力构件4施加预应力时，锚孔3内套筒下方注浆体62将受到套筒1、承载体23和周围土体的三维压力作用，使套筒下方注浆体62全面处于压应力状态，不容易开裂，强度大大提高，施力构件4可以获得更大的支承力，进而可以对锚杆施加更大的预应力。

实施例二：

为了改善套筒1上端与施力构件4的受力条件，参见图3，本实施例在套筒1的上端增设有套筒顶板12，套筒顶板12的中心设有一套筒顶板中心通孔121，锚杆杆体21从套筒顶板中心通孔121中穿过。套筒顶板中心通孔121的大小根据锚杆杆体21直径来设计。套筒1通过套筒顶板12作为支承面支承施力构件4，施力构件4可以是预应力螺母也可以是穿心千斤顶的底座。

实施例三：

参见图4A和图4B，本实施例孔内预应力支承构件是由外筒101和内筒102组成的活塞式伸缩套筒，内筒102的下端伸入外筒101的内腔并可以上下移动。外筒101的下端伸入锚孔3内，上端位于锚孔孔口31处。内筒102上端比外筒101的上端高出h（预应力施力时）,内筒102的上端支承施力构件4。

施加预应力时，施力构件4向下压内筒102的上端，内筒102向下压外筒101，外筒101再将压力传递给注浆体6。

参见图5，在内筒102的筒身外壁还增设有传力耳1021，传力耳1021可以是由数个铁块焊接在内筒102的筒身上同一高度位置，也可以是有一定厚度的铁环套在内筒102的筒身上并用焊接或螺纹连接固定。施加预应力时，外筒101的上端顶住内筒102的传力耳1021，内筒102的上端支承施力构件4并通过传力耳1021将压力传递给外筒101。

实施例四：

参见图4A和图4B，本实施例孔内预应力支承构件是由外筒101和内筒102组成的活塞式伸缩套筒，内筒102的下端伸入外筒101的内腔并可以上下移动。外筒101的下端伸入锚孔3内，上端位于锚孔孔口31处。内筒102上端比外筒101的上端高出h（预应力施力时）,内筒102的上端支承施力构件4。

施加预应力时，施力构件4向下压内筒102的上端，内筒102向下压外筒101，外筒101再将压力传递给注浆体6。

参见图6，本实施例外筒101下端还增设有外筒底板1011（此时，不设传力耳1021）。外筒底板中心通孔10111直径小于内筒102的外径。施加预应力时，施力构件4向下压内筒102的上端使内筒102向下抵住外筒底板1011，内筒102将施力构件4施加的力传递给外筒底板1011，外筒101再将力传递给注浆体6。

可以理解地，内筒102可以设置有上顶板和下底板（未图示），上顶板和下底板中心根据锚杆杆体21直径的大小设置有通孔（未图示），使锚杆杆体21从通孔中穿过。

套筒1采用这种结构设置的好处在于其不仅可以给锚杆施加预应力还可以通过可伸缩的活塞式套筒保护锚杆颈部（外部结构5与锚孔孔口31交接处）的杆体，使锚杆颈部的杆体在外部结构5位移与锚孔孔口31处的地层面之间产生裂缝7时不直接暴露在该裂缝7的地下水土之中。

实施例五：

参见图4A和图4B,套筒1是由外筒101和内筒102组成的活塞式伸缩套筒。外筒101的上端与锚孔孔口31平齐，内筒102的上端比锚孔孔口31高出h。预应力施加完成后， 内筒102的上端随外部结构5混凝土浇筑而嵌固在所述外部结构5中，内筒102的下端伸入外筒101的内腔并可以上下活塞式移动。

内筒102的上端嵌固于底板（外部结构5）之中并可随底板（外部结构5）同步位移。丰水期时，地下室底板所受的浮力荷载变大，底板（外部结构5）产生向上的位移，底板（外部结构5）与锚孔孔口31地层脱开出现裂缝7，地下水将渗入其脱开的裂缝7之中(参见图4B)。由于有内筒102将锚杆杆体21包围，使锚杆杆体21与地下水土隔离，避免锚杆颈部（外部结构5与锚孔孔口31交接处）的杆体直接暴露在地下水土之中。

实施例六：

参见图7A、图7B，套筒1是由外筒101和内筒102组成的活塞式伸缩套筒。外筒101的上端与锚孔孔口31平齐或略低，内筒102的上端比外筒101的上端高出h, 并随外部结构5混凝土浇筑嵌固入所述外部结构5中，内筒102的下端伸入外筒101的内腔并可以上下活塞式移动。

内筒102和外筒101的空腔和缝隙内填充有塑态的防护材料8（如半固态的沥青），当内筒102随外部结构5向上位移时(参见图7B)，由于防护材料8是塑态形态，不会因为外筒101与内筒102的相对位移而产生缝隙，防止了地下水土通过内筒102与外筒101之间缝隙渗入侵蚀套筒内锚杆杆体21。

外筒101底板1011上还可以沿外筒底板中心通孔10111的轴线方向增设延伸出一段小筒1012，小筒1012与锚杆杆体21之间的间隙用柔性防水材料填堵密封（未图示），防止或减少防护材料8通过外筒101的底板1011上的外筒底板中心通孔10111向外流失。

实施例七：

参见图1、图4A、图7A，具有上述孔内预应力支承构件的锚杆预应力施工方法如下：

a. 将孔内预应力构件（即图1、图4A和图7B中的套筒1）套设在锚杆杆体21的设计位置上并定位固定；

b. 把带有孔套筒1的锚杆杆体21放入锚孔3中；

c.注浆体6凝固后，将施力构件4支承在套筒1的上端，启动预应力施加装置通过施力构件4对锚杆施加预应力。

在上述步骤b中，带有套筒1的锚杆杆体21，根据总体施工工艺安排，可以先下锚后注浆，也可以先注浆后下锚。套筒1的上端位于锚孔孔口31，具体地，套筒1的上端可以与锚孔孔口31平齐，也可以高出一设计高度，根据设计要求和施工条件布置。

以上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、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种孔内预应力支承构件，其特征在于，所述孔内预应力支承构件为套筒，用于套在锚杆杆体上并置于锚孔内，当所述锚杆杆体套设有隔离管时，所述套筒在所述隔离管外套于所述锚杆杆体；所述孔内预应力支承构件置于所述锚孔内嵌固于该锚孔内注浆体；所述套筒的上端位于所述锚孔的孔口，以支承预应力施力构件；所述预应力施力构件支承在所述套筒的上端，施加预应力时，所述施力构件向下压所述套筒，所述套筒通过与该套筒侧边的注浆体之间的摩阻力和所述套筒下方的注浆体的正压力给所述施力构件提供反力；所述套筒为由内筒和外筒套合组成的活塞式伸缩套筒，所述内筒的上端位于所述锚孔孔口以支承所述预应力施力构件，所述外筒支承所述内筒；所述内筒的上端从所述锚孔的孔口向上伸出一设定高度，用于嵌固在外部结构之中。

2.依权利要求1所述的孔内预应力支承构件，其特征在于，所述套筒的长度不小于所述锚孔孔口直径的三倍。

3.依权利要求1所述的孔内预应力支承构件，其特征在于，所述套筒的下端设有底板，所述底板中心设有通孔用于所述锚杆杆体穿过。

4.依权利要求1所述的孔内预应力支承构件，其特征在于，所述套筒的上端设有顶板，所述顶板中心设有通孔用于所述锚杆杆体穿过。

5.依权利要求1所述的孔内预应力支承构件，其特征在于，所述内筒外壁设有传力耳。

6.依权利要求1所述的孔内预应力支承构件，其特征在于，所述外筒设有底板，所述底板中心有通孔，用于所述锚杆杆体穿过。

7.一种预应力锚杆，其特征在于，所述锚杆杆体上套设有如权利要求1~6任一项所述的孔内预应力支承构件，所述孔内预应力支承构件置于锚孔内嵌固于锚孔内注浆体，使所述孔内预应力支承构件的上端位于锚孔孔口，用于将预应力施力构件支承在所述孔内预应力支承构件的上端，对所述锚杆施加预应力。

8.一种权利要求7所述的预应力锚杆的施工方法，其特征在于，包括下述步骤：

将所述孔内预应力支承构件套设在所述锚杆杆体上并定位固定；

将所述锚杆杆体放入锚孔中并使所述孔内预应力支承构件的上端位于锚孔孔口；

所述锚孔内注浆体凝固后，将预应力施力构件支承在所述孔内预应力支承构件的上端对所述锚杆施加预应力。