CN114319383B - 一种利用膨润土膨胀特性的伞状锚杆及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及利用膨润土膨胀特性的伞状锚杆，包括钻头、定位铁片、通孔、伞翼装置、伞骨、杆体、螺母；钻头与杆体螺栓相连；定位铁片焊接在杆体内部靠近钻头的一端；伞骨穿过伞骨定位铁片被限制在杆体内部中心位置；若干个伞翼装置被连接在伞骨上，填充了杆体表面的通孔；杆体在远离钻头的一端设有螺母，螺母与伞骨上的螺纹相配合，当转动螺母时，伞骨被向外拉动，伞骨带动伞翼装置顺着通孔向外延伸。本发明的利用膨润土膨胀特性的伞状锚杆制造工艺简单、成本低、施工简便、还可以回收利用，具有良好的施工效能。

Description

一种利用膨润土膨胀特性的伞状锚杆及施工方法

技术领域

本发明属于锚固支护，具体涉及一种利用膨润土膨胀特性的伞状锚杆及施工方法。

背景技术

近年来，随着我国工程建设的快速发展，支护问题成为了影响工程施工进度和安全问题的关键因素，尤其是在深基坑和隧道工程问题中。此外，在我国东南沿海地区，工程支护中所涉及的土体大多含水量较高，属于工程问题较为复杂的软土，更加需要注重工程阶段的支护问题，为后续工程的安全进行提供保障。

目前，在基坑和隧道工程支护中，锚杆支护是应用最多且最为经济实用的一种支护方式。锚杆支护是指在边坡、岩土基坑等地表工程及隧道等施工中采用的一种加固支护方式，主要用金属件、木件、聚合物件或其他材料制成杆柱，打入地表岩土体，利用其头部、杆体的特殊构造和尾部托板(亦可不用)，与周围岩土体形成整体，以达到支护的目的，是一种对岩土体扰动小、施工速度快、经济有效的加固技术。按照不同的施工方式，锚杆支护基本可分为机械式锚杆和注浆式锚杆。机械式锚杆施工速率较快，但是锚固力主要通过锚头受力膨胀产生的卡紧力和孔壁摩擦力提供，受力过于集中，容易发生破坏；注浆式锚杆的支护能力较强，是目前软土地区应用最广泛的支护方式，但是其施工速率一般较慢。此外，目前的锚杆支护多为一次永久性支护，但是实际工程存在很多的临时支护工程，如基坑开挖前期的支护，这种一次性锚杆支护难以进行锚杆的回收利用，会提高工程造价。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足，提供一种利用膨润土膨胀特性的伞状锚杆及施工方法。

这种利用膨润土膨胀特性的伞状锚杆，包括钻头、定位铁片、通孔、伞翼装置、伞骨、杆体、螺母；钻头与杆体螺栓相连；定位铁片焊接在杆体内部靠近钻头的一端；伞骨穿过伞骨定位铁片被限制在杆体内部中心位置；若干个伞翼装置被连接在伞骨上，填充了杆体表面的通孔；杆体在远离钻头的一端设有螺母，螺母与伞骨上的螺纹相配合，当转动螺母时，伞骨被向外拉动，伞骨带动伞翼装置顺着通孔向外延伸。

作为优选：伞翼装置由可开合的两块铁片与限位铰链连接而成，两铁片间夹有由膨胀性土工袋包裹着的膨润土粉末，限位铰链设有向外延伸的铰链轴，铰链轴顶端开孔与伞骨相连。

作为优选：钻头与伞骨螺栓相连。

作为优选：钻头为光滑或螺旋纹状表面。

作为优选：伞翼装置与通孔紧密配合。

这种伞状锚杆的施工方法，包括以下步骤：

a、预制伞状锚杆的各个部件；

b、用膨胀性土工袋将膨润土粉末包裹并贴在两铁片相邻处，然后将伞翼装置与伞骨连接；

c、将伞翼装置的铰链轴与伞骨连接，再穿进杆体内部，使伞翼装置的铰链轴在通孔处伸出，再安装伞翼装置的两开合铁片、膨润土粉末的膨胀性土工袋、限位铰链。再将伞骨利用定位铁片固定，最后安装旋转螺母控制伞翼装置开合，锚杆准备完毕；

d、在基坑临空面按设计位置和施设角度，开动钻机，将锚杆钻入；

e、待整根锚杆钻入后，向外转动螺母，使伞骨外拉，使带动伞翼装置从杆体通孔钻出，插入土体；

f、将所有伞翼装置全部拉出后，伞翼装置中的膨润土粉末吸收土体中的水分开始膨胀，使得铁片张开，形成伞状锚杆。

作为优选：在步骤f后，当用作临时性支护时，在完成支护后，向内旋转螺母，将伞骨顶回杆体内，伞翼装置随着伞骨的回推收回，即可抽出锚杆重复利用。

作为优选：在步骤f后，当用于永久性支护时，进一步在锚杆中进行注浆，将锚杆与周围土体形成整体。

本发明的有益效果是:

1.本发明在传统圆柱形光滑锚杆上加设伞翼装置，在锚杆钻入土层后，利用伞翼装置的展开扩大了锚杆的挡土面积，增加受阻面积，还能挤密周围土体，为锚杆提供稳定的锚固力；

2.本发明创造性地将膨润土粉末遇水膨胀的特性应用于锚杆支护中，膨润土粉末的膨胀能很好地填补在锚杆钻入土体以及伞翼装置展开过程中产生的空隙，使锚杆与土体更好结合在一起，提高了锚杆周围锚固体的密实性，并且充分利用其膨胀时产生的张力，将两铁片展开，最大程度地增强锚固的锚固力；

3.同时也可作为注浆锚杆，使锚杆的锚固力最大化。此外，抗拔力的提高以及伞翼展开带来的受阻面积增加，可以使得在进行工程加固时单位面积内的锚杆数量减少，降低工程预算，在完成支护后，还可以回收利用，带来更高的经济效益；

4.本发明的利用膨润土膨胀特性的伞状锚杆制造工艺简单、成本低、施工简便、还可以回收利用，具有良好的施工效能。

附图说明

图1为利用膨润土膨胀特性的伞状锚杆示意图；

图2为伞翼伸出后锚杆示意图；

图3为伞翼装置结构内部示意图；

图4为锚杆施工示意图；

附图标记说明：钻头1、定位铁片2、通孔3、伞翼装置4、伞骨5、杆体6、螺母7、铁片8、膨润土粉末9、限位铰链10、铰链轴11、膨胀性土工袋12、开孔13、土层14。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步描述。下述实施例的说明只是用于帮助理解本发明。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

参照图1至图3所示，作为一种实施例，这种利用膨润土膨胀特性的伞状锚杆主要由钻头1、杆体6、伞翼装置4、伞骨5、通孔3、限位铰链10、铁片8、膨胀性土工袋12、膨润土粉末9，螺栓7组成。

本实施例采用的各部分构件均可按照实际工况加工制造，构件制作完成后进行相应地组装。

钻头1可采用普通锥形钻头或螺旋钻尖，直径与杆体6相同或略大，底端与杆体6通过螺纹连接。杆体6为具有一定厚度的长圆柱形铁杆，内部为空腔，靠近钻头1一端有定位铁片2，孔径比伞骨5略大，底端为可开合的门式结构，中心也有一个直径比伞骨5略大的圆孔。表面留有通孔3，长和宽比伞翼装置4略大。伞骨5底端刻有螺纹与螺栓7配套，伞骨5与伞翼装置4相连。

伞翼装置4的铰链轴11与伞骨5连接，再穿进杆体6内部，使伞翼装置4的铰链轴11在通孔3处伸出，再安装伞翼装置4的两开合铁片8、膨润土粉末9的膨胀性土工袋12、限位铰链10。再将伞骨5利用定位铁片2固定，最后安装旋转螺母7控制伞翼装置4开合，锚杆准备完毕，准备将锚杆打入土体。

施工时，如图4所示。将锚杆按照预设的位置与角度钻进基坑土体中，钻入完成后，用锚具固定锚杆。然后转动伞骨5上的螺母7，在伞骨5外拉的过程中，伞翼装置4随着伞骨5的移动从通孔3中向土体切削展开。

伞翼装置4中的膨润土粉末9遇到土体中的水分后，吸水膨胀，导致两铁片8展开，并填充锚杆钻入及伞翼装置4展开时产生的空隙，挤密周围土体，提供稳定的锚固力。

在完成支护后，将伞骨5上的螺母7回转，伞骨5推回，伞翼装置4随着伞骨5的回推从通孔3处缩回杆体6内部。然后拔出锚杆，打开杆体6底端，取出伞骨5与伞翼装置4，清洗锚杆各处，即可重复利用。

当用于临时性支护时，一种上述伞状锚杆的施工方法，具体如下步骤：

a、预制伞状锚杆的各个部件；

b、用膨胀性土工袋12将膨润土粉末9包裹并贴在两铁片8相邻处，然后将伞翼装置4与伞骨5连接；

c、将伞骨5穿进杆体6内部，穿过定位铁片2固定伞骨5，然后将伞翼装置4卡在通孔3上，锚杆准备完毕，如图1所示；

d、在基坑临空面按设计位置和施设角度，开动钻机，将锚杆钻入，如图4(a)所示；

e、待整根锚杆钻入后，向外转动螺母7，使伞骨5外拉，使带动伞翼装置4从杆体通孔3钻出，切削土体，如图4(b)所示；

f、将所有伞翼装置4全部拉出后，伞翼装置4中的膨润土粉末9吸收土体中的水分开始膨胀，使得铁片8张开，形成伞状锚杆；

g、在完成支护后，向内旋转螺母7，将伞骨5顶回杆体6内，伞翼装置4随着伞骨5的回推收回，即可抽出锚杆重复利用。

当用于永久性支护时，另一种上述伞状锚杆的施工方法，具体如下步骤：

a、预制伞状锚杆的各个部件；

b、用膨胀性土工袋12将膨润土粉末9包裹并贴在两铁片8相邻处，然后将伞翼装置4与伞骨5连接；

c、将伞骨5穿进杆体6内部，穿过定位铁片2固定伞骨5，然后将伞翼装置4卡在通孔3上，锚杆准备完毕，如图1所示；

d、在基坑临空面按设计位置和施设角度，开动钻机，将锚杆钻入，如图4(a)所示；

e、待整根锚杆钻入后，向外转动螺母7，使伞骨5外拉，使带动伞翼装置4从杆体通孔3钻出，切削土体，如图4(b)所示；

f、将所有伞翼装置4全部拉出后，伞翼装置4中的膨润土粉末9吸收土体中的水分开始膨胀，使得铁片8张开，形成伞状锚杆；

g、进一步在锚杆中进行注浆，更好地将锚杆与周围土体形成整体，提高支护能力。

Claims (7)

1.一种利用膨润土膨胀特性的伞状锚杆，其特征在于：包括钻头(1)、定位铁片(2)、通孔(3)、伞翼装置(4)、伞骨(5)、杆体(6)、螺母(7)；钻头(1)与杆体(6)螺栓相连；定位铁片(2)焊接在杆体(6)内部靠近钻头(1)的一端；伞骨(5)穿过伞骨定位铁片(2)被限制在杆体(6)内部中心位置；若干个伞翼装置(4)被连接在伞骨(5)上，填充了杆体(6)表面的通孔(3)；杆体(6)在远离钻头(1)的一端设有螺母(7)，螺母(7)与伞骨(5)上的螺纹相配合，当转动螺母(7)时，伞骨(5)被向外拉动，伞骨(5)带动伞翼装置(4)顺着通孔(3)向外延伸；伞翼装置(4)由可开合的两块铁片(8)与限位铰链(10)连接而成，两铁片(8)间夹有由膨胀性土工袋(12)包裹着的膨润土粉末(9)，限位铰链(10)设有向外延伸的铰链轴(11)，铰链轴(11)顶端开孔(13)与伞骨(5)相连。

2.根据权利要求1所述的利用膨润土膨胀特性的伞状锚杆，其特征在于：钻头(1)与伞骨(5)螺栓相连。

3.根据权利要求1所述的利用膨润土膨胀特性的伞状锚杆，其特征在于：钻头(1)为光滑或螺旋纹状表面。

4.根据权利要求1所述的利用膨润土膨胀特性的伞状锚杆，其特征在于：伞翼装置(4)与通孔(3)紧密配合。

5.如权利要求1所述伞状锚杆的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

a、预制伞状锚杆的各个部件；

b、用膨胀性土工袋(12)将膨润土粉末(9)包裹并贴在两铁片(8)相邻处，然后将伞翼装置(4)与伞骨(5)连接；

c、将伞翼装置(4)的铰链轴(11)与伞骨(5)连接，再穿进杆体(6)内部，使伞翼装置(4)的铰链轴(11)在通孔(3)处伸出，再安装伞翼装置(4)的两开合铁片(8)、膨润土粉末(9)的膨胀性土工袋(12)、限位铰链(10)，再将伞骨(5)利用定位铁片(2)固定，最后安装旋转螺母(7)控制伞翼装置(4)开合，锚杆准备完毕；

d、在基坑临空面按设计位置和施设角度，开动钻机，将锚杆钻入；

e、待整根锚杆钻入后，向外转动螺母(7)，使伞骨(5)外拉，使带动伞翼装置(4)从杆体通孔(3)钻出，插入土体；

f、将所有伞翼装置(4)全部拉出后，伞翼装置(4)中的膨润土粉末(9)吸收土体中的水分开始膨胀，使得铁片(8)张开，形成伞状锚杆。

6.根据权利要求5所述的施工方法，其特征在于：在步骤f后，当用作临时性支护时，在完成支护后，向内旋转螺母(7)，将伞骨(5)顶回杆体(6)内，伞翼装置(4)随着伞骨(5)的回推收回，即可抽出锚杆重复利用。

7.根据权利要求5所述的施工方法，其特征在于：在步骤f后，当用于永久性支护时，进一步在锚杆中进行注浆，将锚杆与周围土体形成整体。

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