CN112681280B - 一种利用磁性水泥砂浆加固地裂缝的锚固系统及加固方法 - Google Patents
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Abstract
一种利用磁性水泥砂浆加固地裂缝的锚固系统及加固方法。本发明利用磁性水泥砂浆与磁性锚具之间的相互吸引作用，对地裂缝两侧土体钻取锚孔，向内打入安装了磁性垫板的特殊锚杆并用磁性水泥砂浆锚固，且在磁性锚杆周围对整个土体截面布置全覆盖式磁性水泥砂浆网，结合在地裂缝空间内布置的吸附有钕铁硼磁铁贴片的连接套筒，最终在地裂缝间形成综合磁场环境，借助磁性垫板、水泥砂浆和连接套筒两两之间的相互作用力，与锚杆的锚固力共同作用，对地裂缝两侧施加对向的牵引力，用以抵抗地裂缝倾斜土体的自重、侧拉力和弯矩作用，达到对地裂缝进行加固，预防及限制地裂缝二次开裂及拓宽的目的。
Description
技术领域
本发明涉及一种利用磁性水泥砂浆加固地裂缝的锚固系统及加固方法，属于岩土工程技术领域。
背景技术
地裂缝是地表岩、土体在自然或人为因素作用下，产生开裂，并在地面形成一定长度和宽度的裂缝的一种地质现象。地裂缝对工程安全及人民生活具有极强的潜在危害，其会造成当地房屋开裂、建筑物破损、农田毁坏、道路变形、管道破裂等。还会导致水体渗入地裂缝带，引起地基软化变形，甚至破坏洞室的安全，还可导致已建成的天然气管道、污水管、下水道等接头处受损，泄漏易燃易爆及有毒气体。地裂缝变形带的土体裂隙多，施工时可能会造成基坑坑壁或隧道局部坍塌，还可能出现沿裂缝带的集中渗水现象，基底出现不均匀沉降。与其巨大的潜在灾害不同的是，目前工程技术上对地裂缝的修复及加固措施十分匮乏，对浅地裂缝通常只采用水泥灌缝填补的手段，而对地震裂缝和基底断裂活动裂缝，目前的技术手段难以抵抗，通常只能采取实时监控而无法进行加固及修复。因此，对于这些已产生的地裂缝，及时制定处理方案和技术措施进行预防护，以保障当地移民的生命财产安全以及工程建设的稳定性显得极为重要并且刻不容缓。
发明内容
本发明的目的在于解决上述问题，提供一种利用磁性水泥砂浆加固地裂缝的锚固技术及方法，利用磁性水泥砂浆与磁性锚具之间的相互吸引作用，通过对地裂缝两侧土体钻取锚孔，向内打入安装了磁性垫板的特殊锚杆并用磁性水泥砂浆锚固，且在磁性锚杆周围对整个土体截面布置全覆盖式磁性水泥砂浆网，结合在地裂缝空间内布置的吸附有钕铁硼磁铁贴片的连接套筒，最终在地裂缝间形成综合磁场环境，借助磁性垫板、水泥砂浆和连接套筒两两之间的相互作用力，结合锚杆的锚固力共同作用，对地裂缝两侧施加对向的牵引力，用以抵抗地裂缝倾斜土体的自重、侧拉力和弯矩作用，达到对地裂缝进行加固，预防及控制地裂缝二次开裂及拓宽的目的。
本发明为解决上述技术问题，所采用的技术方案是：一种利用磁性水泥砂浆加固地裂缝的锚固系统包括插入裂缝或土体的锚杆及设在所述锚杆前端的固定结构，所述的固定结构最大直径大于所述锚杆直径；
所述锚杆钻进过程中所述固定结构限位使所述锚杆周边形成孔洞，孔洞直径大于锚杆直径，磁性水泥砂浆从锚杆后端注入孔洞，固定结构阻止磁性水泥砂浆从锚杆前端流出。
进一步讲，所述的锚固系统还包括锚杆垫板，所述的锚杆垫板为磁铁垫板，所述锚杆垫板套设在所述锚杆尾部上。
进一步进，所述锚固系统还包括套设在所述锚杆上的锚杆金属套筒，所述锚杆金属套筒内壁与所述的锚杆外壁之间有间隙，磁性水泥砂浆通过间隙注入锚杆金属套筒内壁与所述的锚杆外壁之间的间隙。
进一步讲，所述锚固系统还包括套设在所述锚杆上的磁性套环，磁性套环直接或间接套设在锚杆上，所述磁性套环外直径小于所述固定结构最大直径或所述磁性套环内壁与所述锚杆外壁之间有通过间隙。
进一步讲，所述锚固系统还包括连接套筒，所述的连接套筒二端可分别连接一个所述锚杆的后端。
进一步讲，所述的连接套筒可通过连接杆与所述的锚杆后端连接。
一种利用磁性水泥砂浆加固地裂缝的锚固系统加固方法包括以下步骤：
Step1：对地裂缝或土体一侧土体钻取锚孔；
Step2： 向锚孔内打入锚杆，固定结构使锚杆周边形成孔洞并对孔洞内壁进行压紧，然后向孔洞注入磁性水泥砂浆并用超轻黏土对孔口进行封堵；
Step3： 待磁性水泥砂浆凝固硬化及超轻黏土风干硬化后，在其表面用锚杆垫板及螺母固定；
Step4： 在地裂缝两侧土体沿截面方向，在所固定的锚杆周围凿取网格式凹槽；
Step5：在网格凹槽边部、交点及角点分别布置铆钉，将金属丝网片通过铆钉悬空挂在网格凹槽内部并与铆钉绑扎连接固定；
Step6：用超轻黏土对凹槽表面及其中一头进行封堵；
Step7：待超轻黏土风干硬化后，从凹槽另一头向凹槽内注入磁性水泥砂浆，同时监测超轻黏土表面变形情况，对产生较大变形及渗漏的部位进行修补处理；
通过Step1～Step7，完成地裂缝单侧土体的锚固施工；
Step8：对地裂缝另一侧土体，重复Step1～Step7，最终完成地裂缝双侧土体的锚固。
优选的，一种利用磁性水泥砂浆加固地裂缝的锚固系统加固方法还包括以下步骤：
Step9：完成Step8后，用连接套筒将连接杆与锚杆机械连接，并在套筒两侧安装钕铁硼磁铁贴片，注意连接套筒靠近土体一侧的磁极应与锚杆垫板背离土体一侧的磁极相异，以保证两者之间为吸引力作用；
Step10：将两侧对向的连接杆用连接套筒机械连接，并在套筒两侧安装钕铁硼磁铁贴片 ，注意中部连接套筒两端的磁极应分别与两侧连接套筒背离土体一侧的磁极相异，以保证两侧连接套筒与中部连接套筒之间为吸引力作用：
Step11：改变连接套筒两侧的钕铁硼磁铁贴片的磁力大小，能够对整个加固系统对地裂缝的磁性牵引力的大小进行调整，通过增大加固系统对地裂缝两侧土体的牵引力，最终达到对地裂缝进行加固，预防及控制地裂缝二次开裂及拓宽的目的。
本发明具有如下有益效果：
1． 磁性水泥砂浆因与磁铁锚杆垫板的吸附效果而始终停留在锚孔内凝固硬化，不会因土体内的裂缝而无限制的渗入流失
2． 磁性水泥砂浆、磁性垫板以及连接套筒间的相互吸引力为地裂缝提供了对向的牵引力，与锚杆的锚固力共同作用，增大了对地裂缝的整体加固作用。
3． 超轻黏土在湿润状态时密实且易塑性，能够很好的作为水泥砂浆凹槽以及锚孔的密封材料。
4． 超轻黏土自身的质量极轻，不会增加整个土体的自重。防止地裂缝因两侧土体自重的增大而拉裂。
5． 金属网片作为骨架置于网格式水泥砂浆内部，能够增强水泥砂浆整体稳定性以及水泥砂浆与土体的连接性能。
6． 连接套筒、锚杆垫板均带有磁性，并在水平方向及竖直方向分段安置，能够形成间距短，分布密的综合磁场环境，极大的提高了磁场强度和牵引力，避免了因磁间距过大导致吸引力不足的境况。
7． 磁性水泥砂浆既在侧面土体截面上呈网格式分布，又在径向锚孔内均匀分布，使得其三维坐标内具有立体牵引力，对侧面土体的对向牵引效果更明显。
8.钕铁硼磁铁的磁积能和自重都相当巨大，自重增大锚杆的锚固力，强磁性增大对水泥砂浆和锚杆垫板的吸引力，从而可达到双重加固的效果。
9.在灌注水泥砂浆时，水泥砂浆流动至金属套筒内，能迅速的被锚杆中部的棒状磁芯吸住包裹住锚杆杆身并将套筒内部填实，使得三者牢固、紧密的结合在一起，大幅提高粘结力从而增大整个锚固系统的锚固力。
10.在灌注水泥砂浆时，磁性套环能迅速吸附住水泥砂浆，使其紧密包裹住锚杆和套环，同样能大幅提高粘结力从而增大整个锚固系统的锚固力。
11.由于其采用棒状磁芯和磁性套环，避免了整根锚杆采用磁性材料，不仅简化了锚杆的制作难度和工序，还可以大幅降低成本，可广泛运用于工程实践中。
12. 所述的固定结构最大直径大于所述锚杆直径，不仅可以在锚杆周边形成孔洞利用磁性水泥砂浆进入孔洞中对锚杆进行包裹，同时也可以对锚杆周边的土体进行压紧，防止水泥流失，另还因孔洞的存在可以减少锚杆周边土体对磁性水泥砂浆流动阻力，能防止磁性水泥砂浆与因磁性作用阻碍磁性水泥砂浆的流动。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：
图1为本发明地裂缝加固的整体剖面图。
图2为图1的局部放大图。
图3为地裂缝侧面土体的加固截面图。
图4为锚杆的构造图。
图5为锚杆的第一种构造图。
图6为锚杆的第二种构造图。
图7为锚杆的第三种构造图。
图8为连接套筒的构造图。
图9为连接套筒优选构造图。
图10沿两侧土体开挖的凹槽截面图。
图中：磁性水泥砂浆1、锚杆2、锚杆垫板3、超轻黏土4、连接套筒5、连接杆6、金属丝网片7、钕铁硼磁铁贴片8、锚杆金属套筒9、磁性套环11、固定结构12。
具体实施方式
如图4中，一种利用磁性水泥砂浆加固地裂缝的锚固系统包括插入裂缝或土体的锚杆2及设在所述锚杆2前端的固定结构12，所述的固定结构12最大直径大于所述锚杆2直径；
所述锚杆2钻进过程中所述固定结构12限位使所述锚杆12周边形成孔洞，孔洞直径大于锚杆直径，磁性水泥砂浆1从锚杆2后端注入孔洞，固定结构12阻止磁性水泥砂浆1从锚杆12前端流出，所述的磁性水泥砂浆1通过将水泥、水、沙及磁粉按比例混合配置形成。
如图5所示，一种利用磁性水泥砂浆加固地裂缝的锚固系统还包括锚杆垫板3，所述的锚杆垫板3为磁铁垫板，所述锚杆垫板3套设在所述锚杆2尾部的上，锚杆垫板3是通过螺母固定在锚杆2上的。
如图6，所述锚固系统还包括套设在所述锚杆2上的锚杆金属套筒9，所述锚杆金属套筒9内壁与所述的锚杆2外壁之间有间隙，磁性水泥砂浆1通过间隙注入锚杆金属套筒9内壁与所述的锚杆2外壁之间的间隙。
如图7，所述锚固系统还包括套设在所述锚杆2上的磁性套环11，磁性套环11直接或间接套设在锚杆2上，所述磁性套环11外直径小于所述固定结构12最大直径或所述磁性套环11内壁与所述锚杆2外壁之间有通过间隙，如果所述磁性套环11外直径小于所述固定结构12最大直径则磁性水泥砂浆1通过磁性套环11外壁与孔洞内壁之间的间隙穿过套性套环11，利用磁性套环11局部增加锚件2的磁性吸附力，可在锚杆2上形成多个磁性水泥砂浆1聚集区，聚集区的磁性水泥砂浆1包裹体积更大，可进一步增强对锚件1的固定作用。
如图8，所述锚固系统还包括连接套筒5，所述的连接套筒5两端可分别连接一个所述锚杆2的后端，连接套筒5两端各分设一个钕铁硼磁铁贴片8。
如图9，所述的连接套筒5可通过连接杆6与所述的锚杆2后端连接。
如图1-3所示，一种利用磁性水泥砂浆加固地裂缝的锚固系统加固方法：
Step1：对地裂缝或土体一侧土体钻取锚孔；
Step2： 向锚孔内打入锚杆2，固定结构12使锚杆2周边形成孔洞并对孔洞内壁进行压紧，然后向孔洞注入磁性水泥砂浆1并用超轻黏土4对孔口进行封堵；
Step3： 待磁性水泥砂浆1凝固硬化及超轻黏土4风干硬化后，在其表面用锚杆垫板3及螺母固定；
Step4： 在地裂缝两侧土体沿截面方向，在所固定的锚杆2周围凿取网格式凹槽；
Step5：在网格凹槽边部、交点及角点分别布置铆钉，将金属丝网片7通过铆钉悬空挂在网格凹槽内部并与铆钉绑扎连接固定；
Step6：用超轻黏土4对凹槽表面及其中一头进行封堵，如图10所示；
Step7：待超轻黏土4风干硬化后，从凹槽另一头向凹槽内注入磁性水泥砂浆1，同时监测超轻黏土表面变形情况，对产生较大变形及渗漏的部位进行修补处理。
通过Step1～Step7,完成地裂缝单侧土体的锚固施工。
Step8：对地裂缝另一侧土体，重复Step1～Step7，最终完成地裂缝双侧土体的锚固；
Step9：完成Step8后，用连接套筒5将连接杆6与锚杆2机械连接，并在连接套筒5两侧安装钕铁硼磁铁贴片8，注意连接套筒5靠近土体一侧的磁极应与锚杆垫板3背离土体一侧的磁极相异，以保证两者之间为吸引力作用；
Step10：将两侧对向的连接杆6用连接套筒5机械连接，并在连接套筒5两侧安装钕铁硼磁铁贴片8，注意中部连接套筒两端的磁极应分别与两侧连接套筒5背离土体一侧的磁极相异，以保证两侧连接套筒5与中部连接套筒5之间为吸引力作用：
Step11：改变连接套筒5两侧的钕铁硼磁铁贴片8的磁力大小，能够对整个加固系统对地裂缝的磁性牵引力的大小进行调整，通过增大加固系统对地裂缝两侧土体的牵引力，最终达到对地裂缝进行加固，预防及控制地裂缝二次开裂及拓宽的目的。
上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种利用磁性水泥砂浆加固地裂缝的锚固系统加固方法，其特征在于：所述锚固系统包括插入裂缝或土体的锚杆（2）及设在所述锚杆（2）前端的固定结构（12），所述的固定结构（12）最大直径大于所述锚杆（2）直径；
所述锚杆（2）钻进过程中所述固定结构（12）限位使所述锚杆（2）周边形成孔洞，孔洞直径大于锚杆直径，磁性水泥砂浆（1）从锚杆（2）后端注入孔洞，固定结构（12）阻止磁性水泥砂浆（1）从锚杆（2）前端流出；
加固方法包括以下步骤：
Step1：对地裂缝或土体一侧土体钻取锚孔；
Step2： 向锚孔内打入锚杆（2），固定结构（12）使锚杆（2）周边形成孔洞并对孔洞内壁进行压紧，然后向孔洞注入磁性水泥砂浆（1）并用超轻黏土（4）对孔口进行封堵；
Step3： 待磁性水泥砂浆（1）凝固硬化及超轻黏土（4）风干硬化后，在其表面用锚杆垫板（3）及螺母固定；
Step4： 在地裂缝两侧土体沿截面方向，在所固定的锚杆（2）周围凿取网格式凹槽；
Step5：在网格凹槽边部、交点及角点分别布置铆钉，将金属丝网片（7）通过铆钉悬空挂在网格凹槽内部并与铆钉绑扎连接固定；
Step6：用超轻黏土（4）对凹槽表面及其中一头进行封堵；
Step7： 待超轻黏土（4）风干硬化后，从凹槽另一头向凹槽内注入磁性水泥砂浆（1），同时监测超轻黏土表面变形情况，对产生较大变形及渗漏的部位进行修补处理；
通过Step1～Step7,完成地裂缝单侧土体的锚固施工；
Step8：对地裂缝另一侧土体，重复Step1～Step7，最终完成地裂缝双侧土体的锚固。
2.根据权利要求1所述的一种利用磁性水泥砂浆加固地裂缝的锚固系统加固方法，其特征在于：所述的锚固系统还包括锚杆垫板（3），所述的锚杆垫板（3）为磁铁垫板，所述锚杆垫板（3）套设在所述锚杆（2）尾部上。
3.根据权利要求1所述的一种利用磁性水泥砂浆加固地裂缝的锚固系统加固方法，其特征在于：所述锚固系统还包括套设在所述锚杆（2）上的锚杆金属套筒（9），所述锚杆金属套筒（9）内壁与所述的锚杆（2）外壁之间有间隙，磁性水泥砂浆（1）通过间隙注入锚杆金属套筒（9）内壁与所述的锚杆（2）外壁之间的间隙。
4.根据权利要求1所述的一种利用磁性水泥砂浆加固地裂缝的锚固系统加固方法，其特征在于：所述锚固系统还包括套设在所述锚杆（2）上的磁性套环（11），磁性套环（11）直接或间接套设在锚杆（2）上，所述磁性套环（11）外直径小于所述固定结构（12）最大直径或所述磁性套环（11）内壁与所述锚杆（2）外壁之间有通过间隙。
5.根据权利要求1所述的一种利用磁性水泥砂浆加固地裂缝的锚固系统加固方法，其特征在于：所述锚固系统还包括连接套筒（5），所述的连接套筒（5）二端分别连接一个所述锚杆（2）的后端。
6.根据权利要求5所述的一种利用磁性水泥砂浆加固地裂缝的锚固系统加固方法，其特征在于：所述的连接套筒（5）通过连接杆（6）与所述的锚杆（2）后端连接。
7.根据权利要求1所述的一种利用磁性水泥砂浆加固地裂缝的锚固系统加固方法，其特征是在于：它还包括以下步骤：
Step9：完成Step8后，用连接套筒（5）将连接杆（6）与锚杆（2）机械连接，并在套筒两侧安装钕铁硼磁铁贴片（8），注意连接套筒（5）靠近土体一侧的磁极应与锚杆垫板（3）背离土体一侧的磁极相异，以保证两者之间为吸引力作用；
Step10：将两侧对向的连接杆（6）用连接套筒（5）机械连接，并在套筒两侧安装钕铁硼磁铁贴片 （8），注意中部连接套筒（5）两端的磁极应分别与两侧连接套筒（5）背离土体一侧的磁极相异，以保证两侧连接套筒（5）与中部连接套筒（5）之间为吸引力作用；
Step11：改变连接套筒（5）两侧的钕铁硼磁铁贴片（8）的磁力大小，能够对整个加固系统对地裂缝的磁性牵引力的大小进行调整，通过增大加固系统对地裂缝两侧土体的牵引力，最终达到对地裂缝进行加固，预防及控制地裂缝二次开裂及拓宽的目的。
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