CN113217059A - 一种带预应力杆芯的组合锚杆 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种带预应力杆芯的组合锚杆，该组合锚杆由内侧的预应力混凝土杆芯和外侧的现浇锚固浆体组成，所述混凝土杆芯内部设置有预应力筋，通过先张法预制而成；所述锚固浆体包裹所述预应力混凝土杆芯，且所述现浇锚固浆体通过将所述预应力混凝土杆芯放置在桩孔后，经过一次注浆或两次注浆凝固后形成。本发明的组合锚杆无需现场张拉锁定预应力，既能保证预应力杆芯质量，又能大大缩短现场施工周期，可替换现有的预应力和普通非预应力锚杆。

Description

一种带预应力杆芯的组合锚杆

技术领域

本发明涉及锚杆的施工领域，具体涉及一种带预应力杆芯的组合锚杆。

背景技术

在地下水丰富地区，普遍存在地下室抗浮问题。锚杆是建筑工程地下结构抗浮的一种有效措施，其一端与工程构筑物连接，另一端深入地层中，可将拉力传至地层。此外，锚杆也用于边坡、隧道、坝体进行主体加固以及高层建筑的抗风倾覆。锚杆的运用非常广泛，并且具有非常成熟的标准化体系与施工流程。与之相关的国家及行业标准有《岩土锚杆与喷射混凝土支护工程技术规范》(GB 50086—2015)、《岩土锚杆(索)技术规程》，此外《基坑支护技术规程》以及《建筑工程抗浮技术标准》也均有专门章节涉及锚杆。

从类型上，锚杆分为注浆型和机械型预应力锚杆、拉力型和压力型预应力锚杆、荷载分散型锚杆、全长粘结型锚杆、树脂卷和快硬水泥卷锚杆、中空注浆锚杆以及摩擦型锚杆等形式，这些锚杆的共同特点是在现场成孔浇筑。

为了施工方便，地下工程抗浮锚杆往往采用非预应力锚杆，其常规施工工艺如下：锚杆制作→钻机就位成孔→清空→锚杆安装→压力灌浆→完成。上述锚杆具有承载能力高、质量可靠、工艺简单、综合造价低的显著优点。

由于锚杆直径小，抗拉承载力相对较大到特点，非预应力锚杆容易因裂缝而发生耐久性问题。特别是在场地土、水对钢筋具有腐蚀性的场地，锚杆中产生裂缝引起钢筋锈涨从而导致整体抗浮失效。根据《建筑工程抗浮技术标准》(JGJ476-2019)要求，抗浮设计等级为甲级的工程应按锚杆锚固浆体不产生拉应力进行设计；抗浮设计等级为乙级的工程应按不出现裂缝进行设计，必须采用预应力锚杆。

预应力技术能够有效控制裂缝的产生，提高锚杆耐久性，但预应力锚杆必须在地下室底板浇筑完成后方可张拉，其做法如图1所示。在底板进行张拉，施工周期长，底板内所预留的孔道极易造成地下室渗漏水。

发明内容

区别于目前所有混凝土锚杆都在现场浇筑的特点，本发明提出一种带预应力杆芯的组合锚杆，该组合锚杆包括预制的预应力混凝土杆芯和现浇锚固浆体，在杆芯部分预先留置注浆管，或在成品杆芯外侧绑扎注浆管，用于二次注浆，以提高锚杆与孔壁之间的粘结性能，从而提高锚杆抗拔能力。该锚杆可解决现有的预应力锚杆必须在底板内预留孔道从而造成地下室渗漏水的问题。

本发明的目的通过如下的技术方案来实现：

一种带预应力杆芯的组合锚杆，该组合锚杆包括：

位于内侧的预应力混凝土杆芯，所述预应力混凝土杆芯内部设置有预应力筋，由先张法预制而成；

位于外侧的现浇锚固浆体，所述锚固浆体包裹所述预应力混凝土杆芯，且所述现浇锚固浆体通过将所述预应力混凝土杆芯放置在桩孔后，经过锚固浆体一次注浆或两次注浆凝固后形成。

进一步地，所述预应力混凝土杆芯外周面设置有杆芯定位装置和注浆管预留槽。

进一步地，所述预应力混凝土杆芯内部的预应力筋为3根。

进一步地，所述预应力混凝土杆芯的半径R1为50～75mm，所述锚固浆体的厚度为30～60mm。

进一步地，所述锚固浆体为水泥浆体。

进一步地，为增强预应力混凝土杆芯与现浇锚固浆体之间的粘结性能，所述预应力混凝土桩芯外周面设置有竹节状或点状凸起或者凹入。

进一步地，所述预应力混凝土杆芯可为上小下大的锥台形。

一种带预应力杆芯的组合锚杆的施工方法，该方法包括如下步骤：

S1：工厂中用先张法进行预应力混凝土杆芯预制：预制杆芯直径控制在100mm～150mm；先在台座上张拉钢筋，后浇筑混凝土杆芯，杆芯预留注浆管道，待强度达到设计值后，释放张拉端，使杆芯形成预应力；同时，杆芯一侧保留一段钢筋以供锚固，另一侧钢筋沿杆芯端部截断；

S2：施工现场钻机成孔；

S3：清孔，绑扎注浆管，然后下放预制杆芯，保证所述预应力混凝土杆芯和钻孔共轴线；

S4：在所述预应力混凝土杆芯周围进行初次注浆，待初次注浆凝固收缩后，进行二次注浆，作为现浇锚固浆体；

S5：将杆芯内预留钢筋锚入底板，进行底板浇筑，完成地下室施工。

进一步地，S1中浇筑混凝土杆芯时，在混凝土中添加膨胀剂。

本发明的有益效果如下：

(1)在具有腐蚀性的场地中，普通锚杆通常会产生裂缝，降低其耐久性；在地下水位起伏，干湿交替环境的长期作用下，细微的裂缝也会不断扩大，使得构件内部钢筋锈蚀，强度降低，从而导致严重安全隐患。对此，新行业规范已提出对于设计等级为甲级及一级的工程采用预应力锚杆的强制性要求；对设计等级为丙级的锚杆，可节省钢筋用量60-70％以上。本发明的组合锚杆采用先张法预应力工艺，对锚杆体预加压力，组合锚杆的杆芯能够满足规范中不出现裂缝的要求，能够有效提高抗浮锚杆的耐久性和经济性。

(2)目前常规的预应力锚杆必须在地下室底板浇筑完成后方可张拉，施工工艺繁琐，对工期影响较大。区别于目前所有混凝土锚杆都在现场浇筑的特点，通过工业化先张法预制工艺，在工厂进行预制杆芯的生产，在施工现场进行下放安装，灌注锚固浆体，形成组合锚杆，成功将当前上部结构的装配式理念及做法应用到抗浮锚杆领域，使得基础工程抗浮领域出现了预制构件和装配式做法。这种创新做法，与非预应力锚杆以及常规缓粘结预应力锚杆相比，既能保证预应力杆芯质量，又能大大缩短现场施工周期，降低整体成本。

附图说明

图1为现有技术中的预应力锚杆的施工图；

图2为本发明的组合锚杆的示意图；

图3为图2中A-A剖面图；

图4为带有杆芯定位装置的组合锚杆截面示意图；

图5为当杆芯为锥台形的组合锚杆的示意图；

图中，预应力混凝土杆芯1、现浇锚固浆体2、底板3、注浆管4、杆芯定位装置5、预应力筋101、杆芯混凝土102、注浆管预留槽103、点状凸起104。

具体实施方式

下面根据附图和优选实施例详细描述本发明，本发明的目的和效果将变得更加明白，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。

本发明的带预应力杆芯的组合锚杆具有三个方面的创新：

(1)传统预应力抗浮锚杆全部在现场浇筑，本发明的组合锚杆为工厂预制与现场浇筑相结合的组合锚杆。

(2)传统锚杆只有非预应力和全部预应力两种做法，本发明的组合锚杆，其预制杆芯为预应力构件，而现场灌注的锚固浆体为非预应力构件。

(3)传统预应力抗浮锚杆必须在地下室底板面张拉，其自身不能形成完整的受力体系。本新型锚杆只在底板以下杆体建立预应力，在没有底板情况下形成自平衡体系，在后续地下室施工条件下具有更好的安全性。

如图2所示，本发明的带预应力杆芯的组合锚杆，包括：

位于内侧的预应力混凝土杆芯1，预应力混凝土杆芯1通过先张法预制而成，内部设置有预应力筋101；

位于外侧的现浇锚固浆体2，现浇锚固浆体2包裹预应力混凝土杆芯1，且现浇锚固浆体2通过将预应力混凝土杆芯1放置在桩孔后，经过一次注浆凝固形成。当锚固浆体为水泥浆体时，一次注浆凝固后即形成锚固浆体，但当锚固浆体为混合砂浆时，一次注浆凝固后浆体会出现较大的收缩，从而使锚固浆体出现裂缝，此时还需要进行二次注浆，待二次注浆凝固后即得到整个锚固浆体。

如图3所示，由于锚杆直径较小，预应力混凝土杆芯1的半径R1为50～75mm，现浇锚固浆体2的厚度为30～60mm，预应力混凝土杆芯1中可采用一根预应力筋；考虑到运输、施工偏差等因素，亦可在杆芯中设置三根预应力筋，用以增强杆体抗弯能力。且预应力混凝土杆芯1可选用预应力钢筋或者钢绞丝。现浇锚固浆体2为水泥浆体。

如图4所示，为增强预应力混凝土杆芯1与现浇锚固浆体2之间的粘结性能，可在预应力混凝土桩芯1外周面设置有竹节状或点状凸起104。杆体一般为圆形，亦可采用方形、椭圆形或者其他截面。同时为了避免预应力混凝土杆芯放置桩孔过程发生偏置，作为优选，预应力混凝土杆芯1设置了杆芯定位装置5，该装置可为30x30xh的凸起(h为杆芯至孔壁的距离-0.5cm)，沿环向设置3个，沿纵向设置2圈。同时，预应力混凝土杆芯1设置注浆管预留槽103，用以杆芯下放桩孔前绑扎注浆管。注浆管共2根，分别进行一次和二次注浆。

如图5所示，预应力混凝土杆芯优选为上小下大的锥台形，此时，在拉力作用下，预应力混凝土桩芯1可挤压现浇锚固浆体2和孔壁，组合锚杆具有更好的承载力性能。并且，由于采用工厂预制生产，该杆芯较容易实现，而以往的现场灌注锚杆则无法实现。

为了避免杆芯放置过程发生偏置，作为优选，杆体设置了三向定位装置，该装置可为30x30xh的凸起(h为杆芯至孔壁的距离-0.5cm)，沿环向设置3个，沿纵向设置2圈。同时，杆芯设置注浆管预留槽，用以杆芯下放空洞前绑扎注浆管。注浆管共2根，分别进行一次和二次注浆。

本发明的带预应力杆芯的组合锚杆的施工方法，包括如下步骤：

S1：工厂中用先张法进行预应力混凝土杆芯1预制：预制杆芯直径控制在100mm～150mm；先在台座上张拉钢筋，后浇筑混凝土杆芯，杆芯预留注浆管道，待强度达到设计值后，释放张拉端，使杆芯形成预应力；同时，杆芯一侧保留一段钢筋以供锚固，另一侧钢筋沿杆芯端部截断；

S2：施工现场钻机成孔；

S3：清孔，绑扎注浆管4，然后下放预制的预应力混凝土杆芯1，保证预应力混凝土杆芯1和桩孔共轴线；

S4：在预应力混凝土杆芯1周围进行初次注浆，待初次注浆凝固收缩后，进行二次注浆，作为现浇锚固浆体2；

S5：将杆芯内预留预应力筋101锚入底板3，进行底板3浇筑，完成地下室施工。

有别于常规的预应力构件，由于锚杆直径一般在150～240mm，长度在4m～15m，考虑外围锚固浆体，本发明所涉及预应力混凝土杆芯1直径更小，对其进行预应力的施加必须保证预应力筋的定位精度，避免偏差引起附加弯矩,也更能体现工厂预制化生产的优势。

由于杆芯截面小，其预应力度将明显高于普通预应力构件，弹性压缩变形以及后期的收缩徐变也将进一步增大预应力损失。目前，依据现行《混凝土结构设计规范》，先张法轴心受压构件的预应力损失如表1中前四项所示。表中预应力损失未包括张拉钢筋释放导致杆体压缩而引起的损失，鉴于杆芯截面小的特点，通过分析在现有规范基础上补充了该项预应力损失σ_S。

表1 预应力损失分析

下面以一个实施例，证明本发明的组合锚杆的优越性并计算其预应力损失。

某8m组合抗拔桩进行了预应力损失分析，计算结果如表2所示。其中，混凝土的强度等级为C40，桩芯的直径为150mm；预应力筋的直径为12.6mm，数量为3根，张拉控制应力为994Mpa。

表2 某15m组合抗拔桩预应力损失分析

预应力损失类型	计算结果/(N/mm<sup>2</sup>)	备注
			σ<sub>l1</sub>	75	取a＝3mm
σ<sub>l3</sub>	40	取Δt＝20℃
			σ<sub>l4</sub>	29.8	—
σ<sub>s</sub>	164.0	—
			σ<sub>l5</sub>	99.7	—

实例表明，弹性收缩变形损失占总损失的24.4％。为了减少这部分预应力损失，作为优选，可在杆体能添加适量膨胀剂。通过混凝土后期膨胀保证杆体内的压应力，同时还可以提高组合桩与岩土间的压力从而增强组合锚杆的抗拔承载力。与非预应力锚杆相比，用钢量为原来的20～30％。

本领域普通技术人员可以理解，以上所述仅为发明的优选实例而已，并不用于限制发明，尽管参照前述实例对发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实例记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在发明的精神和原则之内，所做的修改、等同替换等均应包含在发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种带预应力杆芯的组合锚杆，其特征在于，该组合锚杆包括：

位于内侧的预应力混凝土杆芯，所述预应力混凝土杆芯内部设置有预应力筋，由先张法预制而成；

位于外侧的现浇锚固浆体，所述锚固浆体包裹所述预应力混凝土杆芯，且所述现浇锚固浆体通过将所述预应力混凝土杆芯放置在桩孔后，经过锚固浆体一次注浆或两次注浆凝固后形成。

2.根据权利要求1所述的带预应力杆芯的组合锚杆，其特征在于，所述预应力混凝土杆芯外周面设置有杆芯定位装置和注浆管预留槽。

3.根据权利要求1所述的带预应力杆芯的组合锚杆，其特征在于，所述预应力混凝土杆芯内部的预应力筋为3根。

4.根据权利要求1所述的带预应力杆芯的组合锚杆，其特征在于，所述预应力混凝土杆芯的半径R1为50～75mm，所述锚固浆体的厚度为30～60mm。

5.根据权利要求1所述的带预应力杆芯的组合锚杆，其特征在于，所述锚固浆体为水泥浆体。

6.根据权利要求1所述的带预应力杆芯的组合锚杆，其特征在于，为增强预应力混凝土杆芯与现浇锚固浆体之间的粘结性能，所述预应力混凝土桩芯外周面设置有竹节状或点状凸起或者凹入。

7.根据权利要求1所述的带预应力杆芯的组合锚杆，其特征在于，所述预应力混凝土杆芯可为上小下大的锥台形。

8.一种带预应力杆芯的组合锚杆的施工方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

S1：工厂中用先张法进行预应力混凝土杆芯预制：预制杆芯直径控制在100mm～150mm；先在台座上张拉钢筋，后浇筑混凝土杆芯，杆芯预留注浆管道，待强度达到设计值后，释放张拉端，使杆芯形成预应力；同时，杆芯一侧保留一段钢筋以供锚固，另一侧钢筋沿杆芯端部截断；

S2：施工现场钻机成孔；

S3：清孔，绑扎注浆管，然后下放预制杆芯，保证所述预应力混凝土杆芯和钻孔共轴线；

S4：在所述预应力混凝土杆芯周围进行初次注浆，待初次注浆凝固收缩后，进行二次注浆，作为现浇锚固浆体。

S5：将杆芯内预留钢筋锚入底板，进行底板浇筑，完成地下室施工。

9.根据权利要求8所述的带预应力杆芯的组合锚杆的施工方法，其特征在于，S1中浇筑混凝土杆芯时，在混凝土中添加膨胀剂。

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