CN113047274A - 装配式锚固键形成的大直径锚索及其锚筋回收方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了装配式锚固键形成的大直径锚索及其锚筋回收方法,其锚固键是由高强非金属材料制成，呈中空圆柱状；锚固键的两端装配有端板；端板上分布有钻杆穿越孔和锚索固定与导向孔；锚固键的两个端板之间安装有弧形壳体，装配后组成中空的园柱体；锚索安装固定在锚固键前面的端板上；锚固键与锚孔内的水泥浆液或固化土粘合在一起形成锚固体。在支护作用完成之后，能够使锚固体与锚筋脱离，将锚筋从锚固体中回收出来，锚固键结构能方便地被切割和破除，清除了留在地层中障碍物，实现锚筋材料的重复利用。该专利具有绿色、环保和安全可靠的社会效益，同时能降低基坑支护工程的造价和缩短施工工期，具有重大的经济价值。

Description

装配式锚固键形成的大直径锚索及其锚筋回收方法

技术领域

本发明涉及土木工程技术领域，特别涉及软土基坑边坡变形控制和深基坑支护工程中使用的锚固支护与锚筋体的回收。

背景技术

目前，在岩体和硬土地层的边坡及深基坑支护工程中，预应力锚索具有较高的锚固力，锚固支护结构得到了广泛应用，但对软土地层的锚固支护仍是尚未解决的难题。软土地层的摩阻力低，受力后易产生流变等大变形，从而限制了锚固技术的应用。此外，在土木工程中常采用钢绞线作为预应力锚筋，其在基坑围护结构完成使命之后，留于地下形成障碍物，这也限制了该种支护形式的推广与应用。因此，在软土地层中发挥锚固技术的优势，需要通过增加锚固体的承载力和增加锚固体与地层的接触面积，使之产生较高的摩阻力，控制其软土的变形量，并且能在支护使命完成之后，能方便地从地层中将锚筋回收出来，是工程界迫切需要解决的难题。

在软土地区，由于水位普遍较高，软土的含水量大，其摩阻力低。传统的锚固体直径只有100～150mm，与软土的接触面积较小，提供的锚拉力较低。此外，软土具有流变性能，当锚索的拉力较大时，对地层的流变变形特性就会凸显出来，锚固支护的变形就难以控制了。

在软土地层锚固支护时，采用旋喷或搅拌方式形成水泥土或加固土构成的锚固体，虽然直接大，但强度较低，当作用较大的锚拉力时，常常会导致锚固体产生较大的变形量或被拉(压)损伤，使锚索与固化土脱开，导致变形量增加。因此，也迫切需要研发具有较高强度的锚固体，以满足软土支护的要求。

为了解决在软土地层中获得较大的锚固力、有效控制变形、提高锚索的回收率和保证锚固支护安全等问题，迫切需要研制一种新型的锚固键。

发明内容

本发明解决的技术问题在于，克服现有软土地层中锚固力小、支护变形大和锚筋回收率低等缺点，提供一种用于基坑支护的具有较高承载力的锚固键。此外，锚固键的制作材料应该能在以后方便地被切割和破除，锚固键与水泥浆或固化土粘合在一起形成锚固体，其锚固体内部具有多节装配式锚固键，从而提高了锚索的抗拔力。在支护作用完成之后，能够使锚固体与锚筋脱离，将锚筋从锚固体中回收出来，实现锚筋的重复利用，达到降低工程造价的目的。同时，也清除了留在地层中障碍物。

在本专利提供了一种装配式锚固键及其锚固方法：

所述的锚固键是由高强非金属材料制成，呈中空圆柱状；锚固键的两端装配有端板；端板上分布有钻杆穿越孔和锚索固定与导向孔；锚固键的两个端板之间安装有弧形壳体，装配后组成中空的园柱体；

所述的锚固键的外直径大于120mm，小于500mm；一节的长度大于300mm；

所述的锚固键之间是通过分布在端板上的螺孔，由螺栓装配在一起；一个锚固体内分布有一节或多节的锚固键；

所述的锚固键的端板和柱形外壳上分布有多个溢流孔，以便于锚固键插入锚孔时孔内的浆液及流态固化土能流过，减少插入阻力。

所述的锚索为多束的钢丝编制而外，锚索的外面套有隔离软管或外侧涂有隔离剂；锚索安装固定在锚固键前面的端板上；锚固键与锚孔内的水泥浆液或固化土粘合在一起形成锚固体。

所述的锚索与锚固键之间的连接是利用锚盘上预留的锚索孔，采用机械夹紧的锁紧管实现的。

所述的锚索与锚固盘之间的连接多齿夹片锁紧，回收锚索时通过转动使多齿夹片张开解锁。

所述的锚索是固定在锚固盘上的，锚索数量为2根、3根、4根、5根和6根。

所述的一种装配式锚固键及其锚固方法，其主要施工步骤如下：

第一步：按设计的要求将孔位标高和位置定位，在地层中成孔；

第二步，采用三翼钻头或螺旋钻头成孔，清除孔内岩土残渣；

进一步，对难以成孔的地层采用旋喷搅拌成孔，将孔内破碎的岩土与水泥浆或土体固化剂混合形成流态固化土，同时置换出孔内的部分泥土和泥浆；

第三步：将承载锚固键装配成整体，并将锚索与锚固键的固定在一起；

第四步：采用台阶状钻杆从锚固键的中间插入，将钻杆前端的喷浆口从锚固键的前锚盘中伸出，钻杆的变径台阶顶紧锚固键的前端锚盘，使用钻机施加轴力推动钻杆向孔内插入，同时牵引锚固键插入到充填有流态固化土的钻孔内。

第五步：将锚固键送达到设计位置后，回抽钻杆，利用钻杆前端的喷浆口向钻孔内喷浆。

第六步：当锚固体养护达到强度后，对锚索体施工预应力，将锚索锁定在固定的冠梁或腰梁上。

第七步：当锚拉目的完成后，应释放掉锚索上的应力，将锚具移开，然后通过拧动锚索在底端位置解锁，即可回收到锚筋。

有益效果：本发明所述的一种用于控制边坡和基坑变形的锚固键，通过螺锁式锚具实现锚筋的锁定与解锁回收再利用，人力可回收锚筋，提高了锚筋的回收效率和再利用率；通过设置多个锚固键，避免锚固体受力集中，扩散了对锚固体的压力以及与被锚固体的接触应力，从而解决了软土地层中锚索支护时锚固力小和变形大的问题。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

图1、装配式锚固键结构组成示意图。

图2、装配后的锚固键结构。

图3、装配式锚固键与固化土粘结而成的锚固体结构示意图。

图4、锚索锁紧状态示意图。

图5、锚索解锁状态示意图。

图6、二根锚索的锚固结构示意图。

图7、三根锚索的锚固结构示意图。

图8、四根锚索的锚固结构示意图。

图中：1—锚固键，11—前端板，12—后端板，13—-弧形壳体，14—穿钻杆孔，15—固定锚索孔，16—溢流孔，2—地基岩土层，3—锚筋(锚索)，31—锚索锁紧固定套，4—隔离套管，5—多齿锁紧夹具，51—锥形螺管，52—弹簧，53—调节弹簧作用力的内螺纹，54—保护套，6—固化土(水泥石)。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本专利。

图1所示为锚固键1的结构，他由前端板11、后端板12、弧形壳体13所组成。在端板上分布有：穿钻杆孔14、固定锚索孔15、溢流孔16。装配后的结构如图2所示。锚固键1与固化土(水泥石)6粘合成整体，相当于加筋的固化土或加筋的混凝土体，这样制成的锚固体就具有了较高的承载力，如图3所示。

在软土地层2中，要为锚索3提供较高的拉力，必须便锚固体具有较高的承载力。传统的锚固体只是由注浆的水泥石或水泥土(固化土)6组成，这种水泥石6制成的锚固体直径较小(小于150mm)，且受拉或受压的承载力虽然较高，便与软土层2的接触面较小，提供的摩阻力很小，他们之间在较小的作用力下即发生滑移，无法提供较多的锚拉力。当只有固化土(水泥土)6作为锚固体时，他们的直径可以达到500mm左右，但由于他们本身的强度低，承载力就低，受到预应力锚索3的作用力时，易在锚索3的接触面之间产生相互滑移或局部损伤，导致锚索的自由段不断增加，从而使预应力锚索3的预应力降低而位移量增大，从而导致基坑的边坡产生较大的变形，引起地面开裂，造成工程事故。

针对预应力锚索3受力过程中的预应力和自由段变化的主要因素，我们发明的装配式锚固键1，能实现锚固体强度的提高和承载力的增加，具体通过实例来说明。

实例一、软土地层中设置装配式锚固键形成锚固体的方法

在软土层中，如图3所示，装配式锚固键1与固化土6粘结而成的锚固体，与软土地层2之间的接触周长最大可以达到1800mm以上，当锚固体的长度达15m时，则锚固体与软土地层2之间的接触面积可达27m²，按地层平均摩阻系数25KPa计算，在软土地层中这样的锚固体可提供的极限锚拉力能达675KN。软土地层2中形成的大直径固化土6，其抗压强度一般按0.8MPa计算，则抗剪强度只有0.27MPa。对于直径为15.2的钢绞线(锚索)3来说，固化土6提供每根锚索的握裹力要求达到167KN锚拉力，在这样的锚拉力作用下，将发生锚固体与锚索3脱开的现象，使锚索3的自由段增长和作用在锚索3上的预应力减少，从而导致基坑边坡的变形增加。

为了使预应力锚索3在锚拉过程中不出现自由段的增加现象，我们采用无粘结方法使锚索3与锚固体的固化土6之间不直接粘接，采用锚固键1与锚索3直接连接，锚索3用锁紧固定套31连接在端板11上，锚索3外套上隔离4套管与固化土6隔离，通过装配式锚固健1能按需接长，如图3所示，将锚固体变成加筋的固化土结构，笼状的锚固键1与固化土6之间完全结合在一起，能牢牢地粘结形成一个复合的承载体。当锚索3的根数增加需要提供更大的锚拉力时，则锚固健1的装配节数也要相应增加，如图6、图7、图8所示。

实例二、软土地层中锚固体中锚索的回收方法

当需要回收锚索3时，需要先使用如图4所示的多齿锁紧夹具5将锚索3锁紧；多齿锁紧夹具5位于锥形螺管51中，并用弹簧52顶紧密封在保护套54中。锚索3受力拉紧时，则多齿锁紧夹具5会紧紧咬住锚索3，并通过保护套54把锚拉力直接作用到端板11上，再传递到锚固键1上，扩散到整个锚固体中。

施工步骤如下：

第一步：按设计的要求对孔位标高和位置定位，在地层中倾斜成孔；

第二步，采用三翼钻头或螺旋钻头成孔，清除孔内岩土残渣；

进一步，对不易成孔的地层采用旋喷搅拌成孔，将孔内的破碎的岩土2与水泥浆或土体固化剂混合形成流态固化土6，同时置换出孔内的部分泥土和泥浆；

第三步：将承载锚固键1装配成一体，并将锚索3与锚固键的固定在一起；

第四步：采用台阶状钻杆5从锚固键1的中间孔插入，将钻杆前端的喷浆口从锚固键1的前锚盘11中伸出，钻杆的变径台阶顶紧锚固键1的前端锚盘11，使用钻机施加轴力推动钻杆向孔内插入，同时牵引锚固键1进入到钻孔内。

第四步：将锚固键1送达到设计位置后，回抽钻杆，利用钻杆前端的喷浆口向钻孔内喷浆，同时回抽钻杆。

第五步：当满足回收锚索3的条件时，先解除锚具，释放预应力。然后对锚索3施加顺时针的旋转力，使锚索3底端的锥形螺管51在内螺纹54中转动，压紧弹簧52解除对多齿锁紧夹具5的作用力，使多齿锁紧夹具5张开，如图5所示。这样就轻松将锚索3从锚固体中解锁并回收出来。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (10)

1.装配式锚固键形成的大直径锚索及其锚筋回收方法，其特征是，锚固键是由高强非金属材料制成，呈中空圆柱状；锚固键的两端装配有端板；端板上分布有钻杆穿越孔和锚索固定与导向孔；锚固键的两个端板之间安装有弧形壳体，装配后组成中空的园柱体；锚索安装固定在锚固键前面的端板上；锚固键与锚孔内的水泥浆液或固化土粘合在一起形成锚固体。

2.根据权利要求1所述的装配式锚固键形成的大直径锚索及其锚筋回收方法，其特征是，锚固键的外直径大于120mm，小于500mm；一节的长度大于300mm。

3.根据权利要求1所述的装配式锚固键形成的大直径锚索及其锚筋回收方法，其特征是，锚索为多束的钢丝编制而外，锚索的外面套有隔离软管或外侧涂有隔离剂。

4.根据权利要求1所述的装配式锚固键形成的大直径锚索及其锚筋回收方法，其特征是，锚固键之间是通过分布在端板上的螺孔，由螺栓装配在一起；一个锚固体内设置有一节以上的锚固键。

5.根据权利要求1所述的装配式锚固键形成的大直径锚索及其锚筋回收方法，其特征是，锚索与锚固键之间的连接是利用锚盘上预留的锚索孔，采用机械夹紧的锁紧管实现的。

6.根据权利要求1所述的装配式锚固键形成的大直径锚索及其锚筋回收方法，其特征是，锚索与锚固键之间的连接采用多齿夹片锁紧，回收锚索时通过转动使多齿夹片张开解锁。

7.根据权利要求1所述的装配式锚固键形成的大直径锚索及其锚筋回收方法，其特征是，固定在锚固键上的锚索数量为2根、3根、4根、5根和6根。

8.根据权利要求1所述的装配式锚固键形成的大直径锚索及其锚筋回收方法，其特征是，固化土是由钻孔内的破碎岩土颗粒与固化剂混合后凝结形成的。

9.根据权利要求1所述的装配式锚固键形成的大直径锚索及其锚筋回收方法，其特征是，锚固键的端板和柱形外壳上分布有多个溢流孔，以便于锚固键插入锚孔时孔内的浆液及流态固化土能流过，减少插入阻力。

10.装配式锚固键形成的大直径锚索的锚筋回收方法，其特征是，包括如下步骤：

第一步：按设计的要求将孔位标高和位置定位，在地层中成孔；

第二步，采用三翼钻头或螺旋钻头成孔，清除孔内岩土残渣；

进一步，对难以成孔的地层采用旋喷搅拌成孔，将孔内破碎的岩土与水泥浆或土体固化剂混合形成流态固化土，同时置换出孔内的部分泥土和泥浆；

第三步：将承载锚固键装配成整体，并将锚索与锚固键的固定在一起；

第四步：采用台阶状钻杆从锚固键的中间插入，将钻杆前端的喷浆口从锚固键的前锚盘中伸出，钻杆的变径台阶顶紧锚固键的前端锚盘，使用钻机施加轴力推动钻杆向孔内插入，同时牵引锚固键插入到充填有流态固化土的钻孔内。

第五步：将锚固键送达到设计位置后，回抽钻杆，利用钻杆前端的喷浆口向钻孔内喷浆。

第六步：当锚固体养护达到强度后，对锚索体施工预应力，将锚索锁定在固定的冠梁或腰梁上。

第七步：当锚拉目的完成后，应释放掉锚索上的应力，将锚具移开，然后通过拧动锚索在底端位置解锁，即可回收到锚筋。

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