CN114575340B - 一种抗拔性能稳定的多节泡装配式锚杆及其锚固施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种抗拔性能稳定的多节泡装配式锚杆及其锚固施工方法，锚杆包括多个预制节段，每个预制节段包括空心杆体，空心杆体中部设置有透水孔段，透水孔段外胶固土工织物膜后套设土工织物囊袋，土工织物囊袋两端的安装孔与空心杆体胶固，土工织物囊袋中注入聚氨酯复合材料后封闭，预制节段上对应土工织物囊袋的两端外对称连接限位卡扣，用于限制聚氨酯复合材料的轴向膨胀；相邻预制节段之间螺纹连接形成设计长度的锚杆。用聚氨酯复合材料的化学反应代替现有技术的压密注浆形成节泡，简化了施工工序和操作难度，保证了节泡质量从而能保证锚杆锚固后的高稳定抗拔性能，可为锚杆的设计、施工和改进提供参考意义和技术指导。

Description

一种抗拔性能稳定的多节泡装配式锚杆及其锚固施工方法

技术领域

本发明属于岩土工程技术应用领域，具体涉及一种抗拔性能稳定的多节泡装配式锚杆及其锚固施工方法。

背景技术

传统锚杆的拔出阻力由土体与锚杆表面的剪切强度提供。而对于多节泡锚杆，其通过压密注浆，使覆盖在锚杆注浆孔上的土工织物形成节泡，从而提供抗拔力。一方面，由于注浆导致节泡附近土体压密，变得密实，从而对节泡起到固定作用，增加抗拔阻力；另一方面，节泡的产生使更多压缩土体堆积在节泡前，从而产生更大的反作用力，进而增加了多节泡锚杆的抗拔力。由此可见，节泡的形成在提供抗拔阻力方面起到重要作用，而压密注浆正是形成节泡的关键工序。但现场进行压密注浆时，配套设备规模大，压密注浆过程操作复杂，注浆后难以对多节泡锚杆的质量进行检查，无法确定节泡的大小和质量是否符合要求。这使多节泡锚杆往往难以达到设计的抗拔力标准，但目前未有改善多节泡锚杆质量的技术手段运用到其施工过程中。

发明内容

本发明的目的在于提供一种锚固施工操作简单，但能保证锚固质量，锚固后抗拔性能稳定的多节泡装配式锚杆。

本发明提供的这种抗拔性能稳定的多节泡装配式锚杆，包括多个预制节段，每个预制节段包括空心杆体，空心杆体中部设置有透水孔段，透水孔段外胶固土工织物膜后套设土工织物囊袋，土工织物囊袋两端的安装孔与空心杆体胶固，土工织物囊袋中注入聚氨酯复合材料后封闭，预制节段上对应土工织物囊袋的两端外对称连接限位卡扣，用于限制聚氨酯复合材料的轴向膨胀；相邻预制节段之间螺纹连接形成设计长度的锚杆。

上述技术方案的一种实施方式中，所述空心杆体为空心钢管，其前端段的外壁设置外螺纹，后端段的内壁设置匹配的内螺纹，后一节段的前端段拧入前一节段的后端段中螺纹连接。

上述技术方案的一种实施方式中，所述空心钢管的中部段为内凹段，内凹段侧壁均布透水孔、外壁胶固所述土工织物膜；所述土工织物囊袋的长度大于内凹段的长度，其两端的安装孔处与空心钢管的外壁之间胶接固定。

上述技术方案的一种实施方式中，所述限位卡扣包括对称布置的两部分，每部分包括半圆环板和其外壁均匀连接的多块轴向限位片，各轴向限位片与半圆环板的轴向面之间有夹角，它们的外端为外凸的圆弧形，两块半圆形板之间通过紧固件连接。

上述技术方案的一种实施方式中，所述限位卡扣在空心钢管上固定时，其轴向限位片的圆弧端朝向所述土工织物囊袋布置。

上述技术方案的一种实施方式中，所述土工织物膜的强度大于土工织物囊袋的强度，土工织物膜仅可透水。

上述技术方案的一种实施方式中，所述聚氨酯复合材料中包括A、B两种组分及亲水剂和增塑剂。

上述技术方案的一种实施方式中，第一个预制节段的外螺纹段侧壁均布透水孔，透水孔外胶固所述土工织物膜后套设所述土工织物囊袋，土工织物囊袋包覆外螺纹段，内端的安装孔处与空心钢管胶固，空心钢管近该土工织物囊袋处固定所述限位卡扣。

本发明提供的这种上述装配式锚杆的锚固施工方法，包括以下步骤：

（1）根据锚杆应用土层、埋深及设计节泡尺寸需求，通过室内多围压条件的膨胀试验，确定符合需求的聚氨酯复合材料原料A、B及亲水剂和增塑剂的配比；

（2）将各预制节段连接形成锚杆；

（3）将确定配比的聚氨酯复合材料混合均匀并分别注入各土工织物囊袋中后将其封闭；

（4）将装配好的锚杆插入已打好的直径大于锚杆直径的孔洞内；

（5）往锚杆中注水的同时往锚杆与孔洞之间的空隙中注水；

（6）在锚杆尾部浇筑锚固板封闭锚杆及孔洞；

（7）土工织物囊袋内的聚氨酯复合材料与水反应，体积逐步增大使土工织物囊袋破裂，最终形成设定尺寸的节泡，节泡与周围土体发生相互挤压，同时部分土体与聚氨酯复合材料共同反应，这两个过程使节泡周围土体压密、强度增大，从而提供抗拔阻力。

本锚杆通过多个预制节段螺纹连接成所需长度，节段预制时设置透水孔段，透水孔段外胶固土工织物膜后胶固土工织物囊袋。节段现场组装成锚杆时，螺纹连接各节段，然后往各节段的土工织物囊袋中注入指定量的聚氨酯复合材料。组装好的锚杆置于孔洞中后，只需同时往锚杆杆体中和锚杆与孔洞的间隙中注水，即可使土工织物囊袋中的聚氨酯复合材料与水充分接触反应形成节泡，不仅通过节泡与致密土体间的相互对抗力及锚杆和周围土体的摩擦力而产生抗拔力，而且聚氨酯复合材料反应过程中能使节泡挤压周围的土体，使节泡周围的土体强度增加，进而增强节泡与其周围土体间的相互作用力，提供更大的抗拔阻力。各节段可预制生产，而且已固定好填充有聚氨酯复合材料的土工织物囊袋，所以现场组装简单。锚固过程中只有注水工艺，设备配置简单，注水量及注水压力易控制，聚氨酯复合材料的最佳配比可通过室内试验获得，注入量可根据计算准确获得，可保证节泡的强度和设计尺寸，从而保证整个锚杆的高抗拔力。简言之，本发明用聚氨酯复合材料的化学反应代替现有技术的压密注浆形成节泡，简化了施工工序和操作难度，保证了节泡质量从而能保证锚杆锚固后的高稳定抗拔性能，可为锚杆的设计、施工和改进提供参考意义和技术指导。

附图说明

图1为本发明一个实施例中除第一个预制节段外的预制节段结构示意图。

图2为图1的轴向剖视示意图（未示出限位卡扣）。

图3为图2中的A部放大示意图。

图4为图1中限位卡扣的侧视放大示意图。

图5为本实施例中第一节预制节段的结构示意图。

图6为图5的轴向剖视示意图（未示出限位卡扣）。

图7为锚杆安装完成后的示意图。

具体实施方式

本发明的目的为克服多节泡锚杆通过压密注浆形成节泡的缺陷：配套设备规模大、压密注浆过程操作复杂，注浆后难以对多节泡锚杆的质量进行检查，无法确定节泡的大小和质量是否符合要求。

为实现上述目的，本发明设计了一种多节泡装配式锚杆，采用聚氨酯复合材料膨胀形成节泡来实现锚杆的稳定锚固，锚固施工时只需往锚杆内和锚杆锚固孔洞中分别注水，设备配套简单、锚固操作简单。

下面结合后实施例来具体说明本发明的锚杆结构及其锚固施工方法。

本实施例公开的这种抗拔性能稳定的多节泡装配式锚杆，包括多个节预制节段，各预制节段之间通过螺纹连接。

如图1至图6所示，本实施例的各预制节段均包括空心钢管1、土工织物囊袋2和限位卡扣3，但为了保证锚杆头部的锚固稳定性，在第一个预制节段的前端段还胶固有土工织物囊袋2。

即第一个预制节段的前端段和中部段分别胶固有土工织物囊袋2，如图5所示，而其它预制节段只在中部胶固一个土工织物囊袋，如图1所示。

结合图1至图4可以看出：

其它预制节段的空心钢管1前端段外壁设置外螺纹，后端段内壁设置内螺纹，中部段为内凹段。内凹段的侧壁均布透水孔，内凹段外通过强力胶粘附一层土工织物膜4。

土工织物囊袋2的长度大于空心钢管1内凹段的长度，将内凹段包覆，其两端中心位置处对称设置有安装孔，安装孔处与空心钢管之间通过强力胶固定。

土工织物囊袋2上设置有注料口卡扣21，用于向土工织物囊袋内注入聚氨酯复合材料，及注料完成后进行封闭。

空心钢管1安装土工织物囊袋2的中部段设置为弧形的内凹段，可增加囊袋中注入聚氨酯复合材料5的量。

土工织物膜4选择仅能透水、强度较大的材料，防止聚氨酯复合材料通过土工织物膜进入空心钢管内引起堵塞。

土工织物囊袋2选择强度较小的材料，在聚氨酯复合材料5与水反应膨胀时，土工织物囊袋破裂。

空心钢管1内凹段的两端外对称设置限位卡扣3用于限制聚氨酯复合材料5的轴向膨胀。

限位卡扣3包括对称布置的两部分，每部分包括半圆环板31和其外壁均匀连接的多块轴向限位片32，各轴向限位片32与半圆环板31的轴向面之间有夹角，各轴向限位片之间为轴向重叠区域，它们的外端为外凸的圆弧形。两块半圆形板之间通过紧固件连接。

限位卡扣3在空心钢管1上安装时，其轴向限位片32的圆弧端朝向土工织物囊袋2，两块半圆环板31对称抱紧空心钢管1后通过紧固件连接固定。

即从第二节开始的各预制节段制作完成后，土工织物膜4、土工织物囊袋2及限位卡扣3均已固定于空心钢管1上的设计位置。

结合图5和图6可以看出：

第一个预制节段与其后方各预制节段的结构差别为：在空心钢管1的头部设置小径空心杆6，小径空心杆6的侧壁均布透水孔，透水孔外胶固土工织物膜4，然后在小径空心杆6外套上土工织物囊袋2，土工织物囊袋的内端包覆小径空心杆，内端的安装孔与空心钢管1之间胶固，并且在空心钢管1上设置限制土工织物囊袋2中聚氨酯复合材料5向后膨胀的限位卡扣3，限位卡扣的结构和安装固定方式同上。

现场将各预制节段之间通过螺纹连接成设计长度形成装配式锚杆。

本装配式锚杆的锚固施工步骤如下：

（1）根据装配式锚杆应用土层、埋深、设计节泡尺寸需求，通过室内多围压条件的膨胀试验，确定符合需求的最优高分子原料A、B及亲水剂、增塑剂等外加剂的配比。

聚氨酯复合材料由A、B两种组分与亲水剂、增塑剂等外加剂混合而成，组分的配比、周围土层、埋深等应用条件影响材料的膨胀特性，使节泡提供的抗拔力有所差异。因此，使用前需根据设计使用条件，进行一定的配比试验，确定不同埋深、土质、设计节泡直径等条件下的最佳配比；使用的聚氨酯复合材料发生化学反应需要有水参与，且材料与水接触面积越大、混合越均匀，反应越充分、产物性能越好。

（2）将各预制节段的空心钢管通过螺纹连接至长度满足设计要求。

（3）将确定配比的聚氨酯复合材料材料组分A、B及外加剂混合均匀，打开土工织物囊袋上的注料口卡扣，往土工织物囊袋2中注入指定量的聚氨酯复合材料后重新扣上卡扣密封。

（4）将装配好的锚杆放入已打好的孔洞内，孔洞的直径大于锚杆直径，如图7所示。

（5）往锚杆杆体中注水，同时往锚杆杆体与孔洞之间的空隙注水，使得聚氨酯复合材料能与水充分接触反应。

（6）注水完成后，在锚杆杆体尾部浇筑一块锚板，固定锚杆和封闭孔洞，锚固板也可起到一定的抗拔作用，进一步提高锚杆的抗拔力。

（7）等待一段时间后，聚氨酯复合材料与水发生反应体积逐渐增大形成节泡，此过程中土工织物囊袋破裂，聚氨酯复合材料与周围土体发生相互挤压，同时部分土体与聚氨酯复合材料共同反应，这两个过程使节泡周围土体压密、强度增大，从而提供抗拔阻力。

土工织物囊袋中的聚氨酯复合材料与水反应膨胀时，通过限位卡扣控制其轴向膨胀：限位卡扣的半圆环板与空心钢管固连，半圆环板外壁连接的轴向限位片由于与半圆环板的轴向面有一定的夹角，所以聚氨酯复合材料膨胀会推动轴向限位片转动一定角度后卡住固定不动，从而限制聚氨酯复合材料的轴向膨胀，形成更大直径的节泡，提高抗拔力。

很明显，本发明提出的这种装配式锚杆，简化了多节泡锚杆的施工步骤，降低了锚杆的施工难度和施工成本，避免了现有技术压密注浆工序可能导致的锚杆质量问题，提高了锚杆的抗拔性能稳定性，使锚杆能够更好地达到设计的抗拔力要求。

Claims (5)

1.一种锚杆锚固施工方法，锚杆采用抗拔性能稳定的多节泡装配式锚杆，包括多个预制节段，每个预制节段包括空心杆体，空心杆体中部设置有透水孔段，透水孔段外胶固土工织物膜后套设土工织物囊袋，土工织物囊袋两端的安装孔与空心杆体胶固，土工织物囊袋中注入聚氨酯复合材料后封闭，预制节段上对应土工织物囊袋的两端外对称连接限位卡扣，用于限制聚氨酯复合材料的轴向膨胀；相邻预制节段之间螺纹连接形成设计长度的锚杆；

土工织物膜的强度大于土工织物囊袋的强度，土工织物膜仅可透水；聚氨酯复合材料包括A、B两种组分及亲水剂和增塑剂；

锚固施工包括以下步骤：

（1）根据锚杆应用土层、埋深及设计节泡尺寸需求，通过室内多围压条件的膨胀试验，确定符合需求的聚氨酯复合材料原料A、B及亲水剂和增塑剂的配比；

（2）将各预制节段螺纹连接形成锚杆；

（3）将确定配比的聚氨酯复合材料混合均匀并分别注入各土工织物囊袋中后将其封闭；

（4）将装配好的锚杆插入已打好的直径大于锚杆直径的孔洞内；

（5）往锚杆中注水的同时往锚杆与孔洞之间的空隙中注水；

（6）在锚杆尾部浇筑锚固板封闭锚杆及孔洞；

（7）土工织物囊袋内的聚氨酯复合材料与水反应，体积逐步增大使土工织物囊袋破裂，最终形成设定尺寸的节泡，节泡与周围土体发生相互挤压，同时部分土体与聚氨酯复合材料共同反应，这两个过程使节泡周围土体压密、强度增大，从而提供抗拔阻力。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述空心杆体为空心钢管，其前端段的外壁设置外螺纹，后端段的内壁设置匹配的内螺纹，后一节段的前端段拧入前一节段的后端段中螺纹连接。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于：所述空心钢管的中部段为内凹段，内凹段侧壁均布透水孔、外壁胶固所述土工织物膜；所述土工织物囊袋的长度大于内凹段的长度，其两端的安装孔处与空心钢管的外壁之间胶接固定。

4.如权利要求2所述的方法，其特征在于：所述限位卡扣包括对称布置的两部分，每部分包括半圆环板和其外壁均匀连接的多块轴向限位片，各轴向限位片与半圆环板的轴向面之间有夹角，各轴向限位片的外端为外凸的圆弧形，两块半圆形板之间通过紧固件连接。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于：所述限位卡扣在空心钢管上固定时，其轴向限位片的圆弧端朝向所述土工织物囊袋布置。

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