CN114718060A - 一种带翼式充气锚管及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带翼式充气锚管及其施工方法，其中锚管包括带翼花管管体、橡胶囊和充气阀门装置，所述管体在橡胶囊段留有气孔，所述橡胶囊通过气孔进行充气或注浆形成扩大头，在充气过程中，橡胶囊会带出原本在管体内的翼；所述管体的后部通过锁定螺母与支承垫板配合且安装有充气阀门装置，充气阀门装置分为注浆口和充气阀门两部分，在充气时仅打开充气阀门，而在注浆时注浆口和充气阀门皆打开，当注浆压力增加至高于出气口压力时管体及橡胶囊内气体排出。利用本发明的充气锚管，可以将水泥浆注入至橡胶囊内并与伸出的翼一起形成扩大头，提高其抗拔性能，且可以防止水泥浆逸散污染周围土体，绿色环保。

Description

一种带翼式充气锚管及其施工方法

技术领域

本发明涉及锚固装置，特别涉及一种带翼式充气锚管及其施工方法。

背景技术

锚杆是岩土工程中最常用的加固地层的受拉构件之一，其主要作用是对边坡、隧道、坝体等进行加固，在沿海地区也常用于建筑底板抗浮。锚杆分为自由段和锚固段，自由段是将锚杆头部拉力传到锚固段的区域，与工程构筑物连接，锚固段深入地层中。但是由于软土土体的特殊性质使普通锚杆在软土土体中难以发挥作用。而传统充气锚杆作为一种端头扩大型锚杆，主要是利用填充气体使橡胶囊体扩大来挤压囊体周围软土使土体加固，从而提高抗拔性能，在软土、砂土工程的锚固工程领域具有特殊的优势，且施工周期短且方便回收。但是充气锚杆单锚抗拔力较低，且橡胶囊较易拉破。相较于传统充气锚杆，普通锚管主要是埋入土体之后通过注入浆体渗透入锚管周围土体，硬化后增大了锚管的握裹力，同时增强了抗拔性能，其缺点在于抗拔性能仍达不到最理想的效果，且会造成浆液逸散产生浪费并污染土体，不符合当前绿色环保的理念。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的缺点，提供一种工艺简单、灵活适用于各种工程、费用较低、抗拔效果好且绿色环保的带翼式充气锚管及其施工方法。它可以根据工程需求不同选择充气或注浆形成扩大头，加强其抗拔性能，且在选择注入水泥浆时，浆液与橡胶囊体内部的翼相结合，形成带翼水泥扩大头，进一步提高锚管抗拔性能。

本发明的技术方案为：

一种带翼式充气锚管，包括管体和充气阀门装置，其特征在于，所述管体的前部装有橡胶囊，所述管体在橡胶囊段留有气孔，所述橡胶囊通过气孔进行充气或/和注浆形成扩大头，可以根据工程需求不同选择；所述橡胶囊的数量为两个以上，橡胶囊的数量可以根据抗拔力的要求不同设置；同时，橡胶囊之间采取不同间距，可以根据深度不同设置；

所述橡胶囊内部设置能够伸出管体的翼，所述翼为钢制，两端构造不同，伸出管体外的一端有弱粘性胶体且与橡胶囊粘结，留在管体内的一端为箭头型且可卡住管壁；且在选择注入水泥浆时，浆液与橡胶囊体内部的翼相结合，形成带翼水泥扩大头，进一步提高锚管抗拔性能；

所述管体的后部通过锁定螺母与支承垫板配合且安装有充气阀门装置，充气阀门装置分成注浆口与充气阀门两个部分，充气时仅打开充气阀门，而注浆时注浆口和充气阀门皆打开，此时浆液进入管体及橡胶囊内，而橡胶囊内的气体通过管体从充气阀门排出，以避免锚管内部气压过高破坏橡胶囊。

进一步地，所述的橡胶囊两端分别通过钢环固定于钢管上，保证良好的气密性，所述的气孔位于橡胶囊内且在两端钢环之间。

进一步地，所述的管体内径Ф89-180且内表面设有防粘结涂层，壁厚4-8mm，所述的防粘结涂层为凡士林或甘油；所述的管体一端呈尖尾状。

进一步地，所述气孔包括供翼伸出的孔和充气注浆孔，所述供翼伸出的孔呈双螺旋状分布，对应地，所述翼呈双螺旋状分布于管体，从而，随着橡胶囊的膨胀，翼更方便于从锚管内部被带出；所述充气注浆孔呈梅花形布置，从而能够保证注浆时浆液进入橡胶囊的效率，避免浆液在管体内堆积甚至反涌进充气阀门。

进一步地，所述翼的长度等于管体半径，伸出管体外的一端有弱粘性胶体且与橡胶囊粘结，留在管体内的一端为箭头型，安装时易于进入管体内，当充气时，橡胶囊膨胀粘出翼，随着气囊不断增大，当橡胶距管体距离大于翼的长度时，箭头型卡口卡住管壁，翼与橡胶分开。

进一步地，所述的充气阀门包括两个阀门和一个活塞，活塞不与管体内气体接触的一侧留出一段距离作为稳定室，稳定室安装有气压计，通过充气设定气压，在注浆时起到稳定气压，防止气压过高破坏橡胶囊的作用。在注浆时，向稳定室充气设定好气压后，活塞会被推动至封闭充气阀门，只有当充气锚管内气压高于稳定室内设定的气压时，活塞才会被推回原位，保证气体能从充气阀门的排出，排出气体后充气锚管内气压下降，充气阀门再次被封闭直至充气锚管内气压高于设定气压。所述的注浆口有气密性较好的盖形螺帽封闭，注浆时打开并连接施工设备，注浆完成脱离施工设备后再次封闭。

本发明还提供了一种带翼式充气锚管的施工方法，包括以下步骤：

(1)定位并利用锚固钻机钻孔，孔洞大小较锚管直径大8～10mm；

(2)组装锚管，将橡胶囊通过钢环固定在管体上，安放锚管，采用20-50r/min较小转速的方式进行锚管钻进，防止锚管的钻头跑偏，影响锚管定位；

(3)连接充气阀门与空压机，打开充气阀门，当充气时利用空压机保持恒定压力进行充气，气压为0.1-0.2Mpa，橡胶囊在充气过程中带出原本收缩于管体内部的钢筋翼，待橡胶囊膨胀挤压周围土体至设定大小后关闭充气阀门。施工设备与锚管脱离，且在关闭阀门后静置5-10min直至气压稳定；

(4)打开注浆口，连接注浆口与注浆泵，当注浆时首先打开稳定室阀门，向稳定室充气至至比设计气压低0.005-0.02MPa，设计气压为0.1-0.2Mpa，关闭稳定室阀门，打开充气阀门，然后通过注浆口采用注浆泵通过管体向橡胶囊注浆，浆液由水泥、水、速凝剂组成，水灰比为0.4-0.5，注浆压力为0.5-0.8Mpa，直至橡胶囊注浆饱满，关闭注浆口和充气阀门；

(5)封闭注浆口，施工设备与锚管脱离，待静置后形成充气锚管扩大头锚固体，施工完成。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1，本发明装置的锚管在前部安装橡胶囊，安装好锚管后可通过充气形成气囊挤压土体，提高充气锚管的抗拔力，同时还可以根据需要对气囊注浆形成浆体扩大头，进一步提高充气锚管抗拔性能，可灵活适用于各种工程；

2，专门锚管带翼设置，使注浆液与钢筋翼、锚管形成整体，提高了注浆体的抗拉、抗弯强度，进而提高了注浆体扩大头的抗拔性能；

3，水泥浆注入至橡胶囊内部，避免了水泥浆逸散而产生浪费；

4，水泥浆注入至橡胶囊内部，避免了水泥浆逸散到周围土体，不会对土体产生任何污染，绿色环保。

5，可以根据实际需要，将本发明装置组合成充气锚管群，大大提高充气锚管抗拔性能。

附图说明

图1为本发明中充气阀门装置的结构示意图；

图2为本发明中供翼伸出的孔和充气注浆孔的布局示意图；

图3为本发明中翼的结构示意图；

图4为本发明橡胶囊不同状态示意图；

图5为本发明的单锚管建筑底板抗浮领域管施工原理图；

图6为本发明的群锚系统系泊锚固领域施工原理图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细描述。需要说明的是，“前”和“后”是以孔口朝向孔底的方向为参考，“后部”指的是锚管更接近锚管孔口的一段；“前部”指的是锚管更接近土体内部的一段。

如图1所示，充气阀门装置分成注浆口7与充气阀门8两个部分，所述的充气阀门8包括两个阀门和一个活塞9，活塞9不与管体内气体接触的一侧留出一段距离作为稳定室10，稳定室10安装有气压计11，可充气设定气压，在注浆时起到稳定气压，防止气压过高破坏橡胶囊5的作用。在注浆时，向稳定室10充气设定好气压后，活塞9会被推动至封闭充气阀门8，只有当充气锚管内气压高于稳定室10内设定的气压时，活塞9才会被推回原位，保证气体能从充气阀门8排出，排出气体后充气锚管内气压下降，充气阀门8再次被封闭直至充气锚管内气压高于设定气压。所述的注浆口7以盖形螺帽封闭，注浆时打开并连接施工设备，注浆完成脱离施工设备后再次封闭。在注浆口7与充气阀门8连接处有小挡板12，作用是在注入水泥浆时不让浆液直接进入充气阀门8并堵塞阀门。

如图2所示，橡胶囊内部管体共包括供翼伸出的孔13和充气注浆孔14两种孔洞，其中供翼伸出的孔半径为2mm，呈双螺旋状分布在这段管体，共计绕管体三周；充气注浆孔半径为5mm，呈梅花状分布。

如图3所示，能够伸出管体的翼15，其长度等于管体半径，为钢制的两端构造不同的一种结构，伸出管体外的一端有弱粘性胶体16且与橡胶囊5粘结，留在管体内的一端为箭头型，当管体充气时，橡胶囊5膨胀粘出翼15，随着橡胶囊5不断增大，当橡胶距管体1距离大于翼15的长度时，翼15的箭头型端部卡住管壁，翼15与橡胶囊5分开。

如图4所示，橡胶囊5包括橡胶膜18、固定钢环17，其中橡胶膜18长度在0.25-0.3m范围内选择，橡胶膜18套在锚管外部，两端采用固定钢环17固定。所述的两端固定钢环17，其宽度为2cm，厚度为0.5mm，其松紧程度可通过螺栓进行调节，且当钢环收紧时橡胶囊5整体气密性良好。

如图5所示，一种带翼式充气锚管，包括管体1、充气阀门装置2、锁定螺母3、支承垫板4、橡胶囊5、系泊缆固定结构6。本实施例中，管体1为气密性好的钢管，且在充气阀门装置2、橡胶囊5与管体1连接处均具有良好气密性。所述的橡胶囊5根据抗拔力要求不同设置不同个数，至少为两个，长度为25cm～30cm，每段间隔为10cm。锚管的后部通过锁定螺母3与支承垫板4配合，锁定螺母3与管体螺纹配合并传力于支承垫板4。

如图6所示，一种带翼式充气锚管，包括管体1、充气阀门装置2、橡胶囊5、系泊缆固定结构6。本实施例中，管体1为气密性好的钢管，且在充气阀门装置2、橡胶囊5与管体1连接处均具有良好气密性。所述的橡胶囊5根据抗拔力要求设置不同个数，至少为三个，长度为25cm～30cm，每段的间隔为10cm。充气锚管的后部通过系泊缆固定结构与系泊缆配合，将浮泊物所受力通过系泊缆传递至锚管。管体1前端呈尖尾状，用来保证锚管安装时可较为轻易地挤入海底砂土中。在海底施工时，可先打开注浆口7安装施工设备并设定好气压后直接进行注浆，通过将连接锚管和注浆泵的管体内的气体压入橡胶囊5，使橡胶囊5充气到饱满，多余气体由于气压上升会通过充气阀门8排出。在注浆完成后直接封闭注浆口7，无需再单独充气，降低了海底施工的难度。在固定浮泊物时，至少采用三根充气锚管，安装于浮泊物设计位置距离相同的三个不同方向，保证浮泊物位移范围较小的同时利用群锚效应进一步提高了抗拔力。

带翼式充气锚管的施工方法包括以下步骤：

(1)定位并利用锚固钻机钻孔，孔洞大小较锚管直径大10mm左右；

(2)组装锚管，将橡胶囊5通过钢环固定在管体1上，安放锚管，采用较小转速20-50r/min的方式进行锚管钻进防锚管的钻头跑偏，影响锚管定位；

(3)连接充气阀门8与空压机，打开充气阀门8，当充气时利用空压机保持恒定压力进行充气，气压采用0.1-0.2Mpa，橡胶囊5在充气过程中带出原本收缩于管体1内部的钢筋翼15，待橡胶囊5膨胀挤压周围土体至设定大小后关闭充气阀门8。施工设备与锚管脱离，且在关闭阀门后静置5-10min直至气压稳定；

(4)打开注浆口7，连接注浆口7与注浆泵，当注浆时首先打开稳定室10的阀门，向稳定室10充气至比设计气压低0.005-0.02MPa，设计气压采用0.1-0.2Mpa，关闭稳定室10的阀门，打开充气阀门8，然后通过注浆口7采用注浆泵通过管体1向橡胶囊5注浆，浆液由水泥、水、速凝剂组成，水灰比为0.4-0.5，注浆压力为0.5-0.8Mpa，直至橡胶囊5注浆饱满，关闭注浆口7和充气阀门8；

(5)封闭注浆口7，施工设备与锚管脱离，待静置后形成充气锚管扩大头锚固体，施工完成。

Claims (7)

1.一种带翼式充气锚管，包括管体和充气阀门装置，其特征在于，所述管体的前部装有橡胶囊，所述管体在橡胶囊段留有气孔，所述橡胶囊通过气孔进行充气或注浆形成扩大头；所述橡胶囊的数量为两个以上；

所述橡胶囊内部设置能够伸出管体的翼，所述翼为钢制，两端构造不同，伸出管体外的一端有弱粘性胶体与橡胶囊粘结，留在管体内的一端为箭头型且卡住管壁；

所述管体的后部通过锁定螺母与支承垫板配合，且安装有充气阀门装置，充气阀门装置分为注浆口和充气阀门两部分，充气时仅打开充气阀门，而注浆时注浆口和充气阀门皆打开。

2.根据权利要求1所述的带翼式充气锚管，其特征在于，所述的橡胶囊两端分别通过钢环固定于管体上。

3.根据权利要求1所述的带翼式充气锚管，其特征在于，所述翼的长度等于管体半径，当管体充气时，橡胶囊膨胀，翼随橡胶囊伸出管体，随着气囊不断增大，当橡胶距管体距离大于翼的长度时，翼在管体内的一端卡住洞口，翼与橡胶囊分开；在选择注浆时，水泥浆液与橡胶囊体内部的翼相结合，形成带翼水泥扩大头。

4.根据权利要求1所述的带翼式充气锚管，其特征在于，所述的管体内径Ф89-180且内表面设有防粘结涂层，壁厚4-8mm，所述的防粘结涂层为凡士林或甘油；所述的管体一端呈尖尾状。

5.根据权利要求1所述的带翼式充气锚管，其特征在于，所述气孔包括供翼伸出的孔和充气注浆孔，所述供翼伸出的孔呈双螺旋状分布，对应地，所述翼呈双螺旋状分布于管体；所述充气注浆孔呈梅花形布置。

6.根据权利要求1所述的带翼式充气锚管，其特征在于，所述的充气阀门包括两个阀门和一个活塞，活塞不与管体内气体接触的一侧留出一段距离作为稳定室，稳定室安装有气压计，通过充气设定气压，在注浆时起到稳定气压，防止气压过高破坏橡胶囊的作用；所述的注浆口以盖形螺帽封闭，注浆时打开并连接施工设备，注浆完成脱离施工设备后再次封闭；所述的注浆口与充气阀门连接处有小挡板。

7.权利要求1至6任一项所述的带翼式充气锚管的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)定位并利用锚固钻机钻孔，孔洞大小较锚管直径大8～10mm；

(2)组装锚管，将橡胶囊通过钢环固定在管体上，安放并钻进锚管；

(3)连接充气阀门与空压机，打开充气阀门，当充气时利用空压机保持恒定压力进行充气，气压为0.1-0.2Mpa，橡胶囊在充气过程中带出原本收缩于管体内部的钢筋翼，待橡胶囊膨胀挤压周围土体至设定大小后关闭充气阀门，施工设备与锚管脱离，且在关闭阀门后静置5-10min直至气压稳定；

(4)打开注浆口，连接注浆口与注浆泵，当注浆时首先打开稳定室阀门，向稳定室充气至比设计气压低0.005-0.02MPa，设计气压为0.1-0.2Mpa，关闭稳定室阀门，打开充气阀门，然后通过注浆口采用注浆泵通过管体向橡胶囊注浆，浆液由水泥、水、速凝剂组成，水灰比为0.4-0.5，注浆压力为0.5-0.8Mpa，直至橡胶囊注浆饱满，关闭注浆口和充气阀门；

(5)封闭注浆口，施工设备与锚管脱离，待静置后形成充气锚管扩大头锚固体，施工完成。

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