CN113756300A - 一种锚固土钉及其支护结构的施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于边坡支护技术领域，具体涉及一种锚固土钉及其支护结构的施工方法；该土钉包括钉杆和钉帽，钉杆包括外钢套筒、活动套筒、注浆管，外钢套筒上设置有内螺纹接头，活动套筒从上端口滑动推入外钢套筒内，注浆管的上管段无缝内套在活动套筒中，下管段上开有第一注浆孔、管外设有翼片，注浆管的底部设置有锥头；钉帽包括帽盖，帽盖底面设置有外螺纹堵头。该方法是首先在欲加固土体表层铺设钢筋网、层状结构；将钉杆植入土体内后注浆；注浆完成后安装钉帽锁紧层状结构。该土钉通过活动钢翼片组合成的倒置伞状结构和浆液的锚固，降低边坡、基坑的坍塌风险，同时增大了土钉与浆液的接触面积，综合增强了土钉在结构中的锚固能力。

Description

一种锚固土钉及其支护结构的施工方法

技术领域

本发明属于边坡支护技术领域，具体涉及一种锚固土钉支护结构及支护结构的施工方法。

背景技术

随着我国土地资源的使用效率增加，越来越多的地下工程和超高层建筑开始涌现，随之而来的深基坑和大边坡也越来越多，在施工过程中深基坑和大边坡的安全风险较大，需要选择合适的施工方法来对其进行保护，在采用不同方法时，多数情况均采用组合式方法对其进行保护，因此在保护手段中涉及到土钉配合钢筋网支护。

土钉支护结构不涉及土体移位和开挖的情况，是一种原位土体加筋技术，与钢筋网和喷射混凝土配合使用能够达到较好的施工保护效果。其受力特点是通过斜向土钉对基坑边坡土体的加固，增加边坡的抗滑力和抗滑力矩，达到稳定基坑边坡的作用，该施工方法施工工艺简单，支护成本较低，经济效果明显。当土钉遇到土质相对较好的土体时，其锚固效果较好。但是土钉墙没有挡水能力，也不适用于高水位的基坑。

目前，在使用锚固土钉作为支护结构时存在以下问题：

1、在使用过程中对于土质的要求较高，需要满足可塑、硬塑、坚硬状态的粘性土体，存在其他土质条件不好的情况，其锚固土钉的保护效果有限；

2、虽然其施工成本低，但是在其抗拔承压能力有限，若由于施工失误，可能造成土钉出土的突发情况；

3、在挂土工布或者钢筋网时，普通挂钩类土钉的挂钩在整个过程中保证土工布或钢筋网不移位的概率较小，容易产生钢筋网脱落，造成施工安全隐患。

发明内容

本发明为了解决目前的土钉对土质要求高、抗拔承压能力有限、容易产生钢筋网脱落，造成施工安全隐患的问题。

本发明提供了如下技术方案：一种锚固土钉，包括钉杆和钉帽，钉杆中预留有注浆通道，钉帽可拆分的与钉杆连接，钉帽在钉杆的一端封堵注浆通道并形成防脱凸缘；钉杆包括外钢套筒、活动套筒、注浆管，外钢套筒的上端口设置有内螺纹接头，活动套筒从上端口滑动推入外钢套筒内，筒壁之间设置有下行程限位，注浆管的上管段无缝内套在活动套筒中，下管段上开有第一注浆孔、管外设有翼片，注浆管的底部设置有锥头；翼片聚拢在外钢套筒中并遮盖第一注浆孔、锥头的端面封闭外钢套筒；活动套筒下滑至下行程限位处锁止，注浆压力推动翼片展开拉结土体；钉帽包括帽盖，帽盖底面设置有与内螺纹接头配套的外螺纹堵头。

进一步地，翼片为与注浆管贴合的圆弧形，翼片围绕注浆管均布一周。

进一步地，帽盖与外钢套筒之间设置有弹簧垫片，弹簧垫片套在外螺纹堵头上。

进一步地，帽盖的圆周面上开有横孔、底面开有竖孔并贯通横孔，横孔中插有推杆，竖孔中插有定位钉，推杆的斜端面与定位钉的球头相抵，推杆深入将定位钉挤出。

进一步地，锥头的圆锥面上设置有数圈环绕其轴线点阵式布置的第二注浆孔，第二注浆孔连通注浆管。

进一步地，翼片铰接在锥头端面的支座上，支座上设置有将翼片与活动套筒的夹角限制在90度以内的转动限位。

进一步地，外钢套筒的内壁开有滑动导槽，活动套筒的外壁设置有与滑动导槽契合的滑块，滑动导槽下死点处的凸台与滑块卡接形成下行程限位。

本发明还提供了一种锚固土钉支护结构的施工方法，首先在欲加固土体表层铺设钢筋网、层状结构；将钉杆植入土体内、并将活动套筒推至下行程限位处后注浆；注浆完成后修整层状结构，安装钉帽锁紧层状结构。

具体包括以下步骤：

S1、将需要进行土钉加固保护的基坑或者边坡进行人工修坡和整理；

S2、铺设钢筋网，根据使用要求设置不同的层状结构，如防火层、防渗层；

S3、对铺设的钢筋网进行焊接连接，使整个铺设结构连成整体；

S4、锚孔钻进，将钉杆插入；将活动套筒推至下行程限位处；

S5、将注浆设备软管的接头与外钢套筒的内螺纹接头相连接，调整注浆参数，进行浆液注入；在浆液注入过程中，注浆压力将翼片撑开，使其呈倒置伞状分布，同时浆液通过锥头上的第二注浆孔射出，冲散周边土体，各处的浆液将翼片包裹，待单位时间内的注浆量满足注浆实验时的参数则可停止；

S6、待层状结构整理完成之后，将弹簧垫片套在钉帽上的外螺纹堵头上，并在外螺纹堵头上缠绕防水胶带，将外螺纹堵头旋入内螺纹接头中，完成钉帽与钉杆的连接；

S7、通过敲击推杆使定位钉植入土体；并对其进行检查验收，待验收合格之后，进行混凝土面层喷射，待混凝土喷射结束之后进行养护。

与现有技术相比，本发明的优势在于：

本发明提供的一种锚固土钉，钉杆中设有可撑开的活动翼片，在注浆之后形成倒置伞状结构，为钉杆提供回拉力，防止单一钉杆与土体之间的摩擦力不足，土钉的抗拔承载能力不足，造成土钉易从土体中脱离，锚固失效的问题。钉帽将土工布或钢筋网牢牢固定在土体上，防止由于接触面积较小而出现土工布或钢筋网脱落的问题，钉帽扣在土工布上，能够将土工布或钢筋网的拉拽力整体传递给植入土体的钉杆和端部的注浆凝结体。该土钉通过活动钢翼片组合成的倒置伞状结构和浆液的锚固，降低边坡、基坑的坍塌风险，同时增大了土钉与浆液的接触面积，综合增强了土钉在结构中的锚固能力。

附图说明

图1为钉杆的结构示意图（翼片聚拢）。

图2为钉杆的结构示意图（翼片展开）。

图3为钉帽的结构示意图。

图4为土钉支护结构的示意图。

图中：1-外钢套筒；1.1-；2-活动套筒；2.1-；3-注浆管；4-内螺纹接头；5-第一注浆孔；6-翼片；7-锥头；8-帽盖；8.1-横孔；8.2-竖孔；8.3-推杆；8.4-定位钉；9-外螺纹堵头；10-弹簧垫片；11-第二注浆孔；12-支座；13-土体；14-注浆体。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

请参阅图1至图4。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

本发明提供一种技术方案：一种锚固土钉，包括钉杆和钉帽，钉杆中预留有注浆通道，钉帽可拆分的与钉杆连接，钉帽在钉杆的一端封堵注浆通道并形成防脱凸缘。

如图1、图2所示；钉杆包括外钢套筒1、活动套筒2、注浆管3，外钢套筒1的上端口设置有内螺纹接头4，活动套筒2从上端口滑动推入外钢套筒1内，筒壁之间设置有下行程限位，注浆管3的上管段无缝内套在活动套筒2中，下管段上开有第一注浆孔5、管外设有翼片6，注浆管3的底部设置有锥头7；翼片6聚拢在外钢套筒1中并遮盖第一注浆孔5、锥头7的端面封闭外钢套筒1；活动套筒2下滑至下行程限位处锁止，注浆压力推动翼片6展开拉结土体。

无论采用压力植入或钻孔植入的方式，设置锥头7均可减少钉杆植入土体的过程中的摩擦力。锥头7的圆周外围与外钢套筒1的外圆周重合，在施工压入过程中，其大型圆周为翼片6提供可开展的空间，在浆液注入时，随着浆液注入压力的增大，翼片6的顶点可超过外钢套筒1的外圆周轮廓，刺入土体内。锥头7的圆锥面上设置有数圈环绕其轴线点阵式布置的第二注浆孔11，第二注浆孔11连通注浆管3。

如图3所示；钉帽包括帽盖8，帽盖8长方体实心块，帽盖8底面设置有与内螺纹接头4配套的外螺纹堵头9。外螺纹堵头9位于帽盖8的几何中心处，外螺纹堵头9与帽盖8通过嵌入式焊接连接而成。钉帽和钉杆共同作用提高土钉支护结构的锚固能力。

具体的，翼片6为与注浆管3贴合的圆弧形，翼片6围绕注浆管3均布一周；翼片6为具有一定厚度的弧形钢片，注浆管3外共有四个翼片6，每个翼片6涉及的范围为围绕注浆管3外围90°。翼片6铰接在锥头端面的支座12上，支座12上设置有将翼片6与活动套筒2的夹角限制在90度以内的转动限位，转动限位是支座12上在翼片6的展开方向前设置的支撑台，翼片6展开后背靠支撑台。

为了防止钉帽脱落，一个措施是，帽盖8与外钢套筒1之间设置有弹簧垫片10，弹簧垫片10套在外螺纹堵头9上。另一个措施是，帽盖8的圆周面上开有横孔8.1、底面开有竖孔8.2并贯通横孔8.1，横孔8.1中插有推杆8.3，竖孔8.2中插有定位钉8.4，推杆8.3的斜端面与定位钉8.4的球头相抵，推杆8.3深入将定位钉8.4挤出。推杆8.3与横孔8.1过盈配合，竖孔8.2与定位钉8.4过盈配合，无外力撞击推杆8.3时，推杆8.3和定位钉8.4嵌在孔中。在施工过程中，待钉帽与钉杆连接结束后，通过撞击推杆8.3，将定位钉8.4压入土体内，一方面定位钉8.4刺穿土工布等层状结构内，防止层状结构拖移，另一方面定位钉8.4插入土体内，防止层状结构起伏波动时钉帽随之旋转、脱落。

外钢套筒1的内壁开有滑动导槽1.1，活动套筒2的外壁设置有与滑动导槽1.1契合的滑块2.1，滑动导槽1.1下死点处的凸台与滑块2.1卡接形成下行程限位。下行程限位是活动套筒2下探过程中的阻隔，防止由于下探距离过大导致活动套筒2从外钢套筒1上脱落；同时也是将注浆体、翼片的锚固力传递给外钢套筒1上桥梁。

如图4所示；一种锚固土钉支护结构的施工方法，具体包括以下步骤：

S1、将需要进行土钉加固保护的基坑或者边坡进行人工修坡和整理，使其达到铺设的相关要求之后可进行结构的铺设；

S2、铺设钢筋网，由于使用要求不同可在此处设置不同的层状结构，如防火层、防渗层等，铺设完成之后需要检查其钢筋网铺设之后的质量是否满足相关要求；

S3、对铺设的钢筋网进行焊接连接，使整个铺设结构连成整体；

S4、锚孔钻进，将钉杆插入；或通过压力注入设备将钉杆压入土层中；将活动套筒2推至下行程限位处；

S5、将注浆设备软管的接头与外钢套筒1的内螺纹接头4相连接，调整注浆参数，进行浆液注入；其注入的浆液坍落度需要满足泵送混凝土的坍落度要求；在浆液注入过程中，注浆压力将翼片6撑开，使其呈倒置伞状分布，同时浆液通过锥头7上的第二注浆孔11射出，冲散周边土体，各处的浆液将翼片6包裹，待注浆量在固定时间内压入满足注浆实验时的参数则可停止；

S6、待层状结构整理完成之后，将弹簧垫片10套在钉帽上的外螺纹堵头9上，并在外螺纹堵头9上缠绕防水胶带，将外螺纹堵头9旋入内螺纹接头4中，完成钉帽与钉杆的连接。

S7、通过敲击推杆8.3使定位钉8.4植入土体；并对其进行检查验收，待验收合格之后，进行混凝土面层喷射，待混凝土喷射结束之后进行养护。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (9)

1.一种锚固土钉，包括钉杆和钉帽，钉杆中预留有注浆通道，钉帽可拆分的与钉杆连接，钉帽在钉杆的一端封堵注浆通道并形成防脱凸缘；其特征在于：所述钉杆包括外钢套筒（1）、活动套筒（2）、注浆管（3），外钢套筒（1）的上端口设置有内螺纹接头（4），活动套筒（2）从上端口滑动推入外钢套筒（1）内，筒壁之间设置有下行程限位，注浆管（3）的上管段无缝内套在活动套筒（2）中，下管段上开有第一注浆孔（5）、管外设有翼片（6），注浆管（3）的底部设置有锥头（7）；翼片（6）聚拢在外钢套筒（1）中并遮盖第一注浆孔（5）、锥头（7）的端面封闭外钢套筒（1）；活动套筒（2）下滑至下行程限位处锁止，注浆压力推动翼片（6）展开拉结土体；所述钉帽包括帽盖（8），帽盖（8）底面设置有与内螺纹接头（4）配套的外螺纹堵头（9）。

2.根据权利要求1所述的一种锚固土钉，其特征在于：所述翼片（6）为与注浆管（3）贴合的圆弧形，翼片（6）围绕注浆管（3）均布一周。

3.根据权利要求2所述的一种锚固土钉，其特征在于：所述帽盖（8）与外钢套筒（1）之间设置有弹簧垫片（10），弹簧垫片（10）套在外螺纹堵头（9）上。

4.根据权利要求3所述的一种锚固土钉，其特征在于：所述帽盖（8）的圆周面上开有横孔（8.1）、底面开有竖孔（8.2）并贯通横孔（8.1），横孔（8.1）中插有推杆（8.3），竖孔（8.2）中插有定位钉（8.4），推杆（8.3）的斜端面与定位钉（8.4）的球头相抵，推杆（8.3）深入将定位钉（8.4）挤出。

5.根据权利要求4所述的一种锚固土钉，其特征在于：所述锥头（7）的圆锥面上设置有数圈环绕其轴线点阵式布置的第二注浆孔（11），第二注浆孔（11）连通注浆管（3）。

6.根据权利要求2所述的一种锚固土钉，其特征在于：所述翼片（6）铰接在锥头端面的支座（12）上，支座（12）上设置有将翼片（6）与活动套筒（2）的夹角限制在90度以内的转动限位。

7.根据权利要求1所述的一种锚固土钉，其特征在于：所述外钢套筒（1）的内壁开有滑动导槽（1.1），活动套筒（2）的外壁设置有与滑动导槽（1.1）契合的滑块（2.1），滑动导槽（1.1）下死点处的凸台与滑块（2.1）卡接形成下行程限位。

8.一种权利要求1-7任一项所述的锚固土钉的支护结构的施工方法，其特征在于：首先在欲加固土体表层铺设钢筋网、层状结构；将所述钉杆植入土体内、并将活动套筒（2）推至下行程限位处后注浆；注浆完成后修整层状结构，安装钉帽锁紧层状结构。

9.根据权利要求8所述的一种锚固土钉支护结构的施工方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

S1、将需要进行土钉加固保护的基坑或者边坡进行人工修坡和整理；

S2、铺设钢筋网，根据使用要求设置不同的层状结构，如防火层、防渗层；

S3、对铺设的钢筋网进行焊接连接，使整个铺设结构连成整体；

S4、锚孔钻进，将钉杆插入；将活动套筒（2）推至下行程限位处；

S5、将注浆设备软管的接头与外钢套筒（1）的内螺纹接头（4）相连接，调整注浆参数，进行浆液注入；在浆液注入过程中，注浆压力将翼片（6）撑开，使其呈倒置伞状分布，同时浆液通过锥头（7）上的第二注浆孔（11）射出，冲散周边土体，各处的浆液将翼片（6）包裹，待单位时间内的注浆量满足注浆实验时的参数则可停止；

S6、待层状结构整理完成之后，将弹簧垫片（10）套在钉帽上的外螺纹堵头（9）上，并在外螺纹堵头（9）上缠绕防水胶带，将外螺纹堵头（9）旋入内螺纹接头（4）中，完成钉帽与钉杆的连接；

S7、通过敲击推杆（8.3）使定位钉（8.4）植入土体；并对其进行检查验收，待验收合格之后，进行混凝土面层喷射，待混凝土喷射结束之后进行养护。

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