CN203866824U - 压力分散型扩大头锚杆的结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种压力分散型扩大头锚杆的结构，属于固定建筑物的土层的钻进技术领域。该结构在土层内由外到里分别形成相接通的水压力旋喷切割钻进段和水泥浆压力旋喷切割钻进段，水泥浆压力旋喷切割钻进段内的水泥浆硬化并包裹固定锚索承载板和锚索，水泥浆压力旋喷切割钻进段的长度为2～4米，水泥浆压力旋喷切割钻进段的横截面最大内径为600～800毫米，水压力旋喷切割钻进段与水泥浆压力旋喷切割钻进段内径的比值的范围为0.2～0.4。该结构形成的泥浆压力旋喷切割钻进段的长度较短且其横截面最大内径较大以及其内保留的水泥土水泥掺量高，具有水泥土硬化的早期强度高和抗拔承载力高的优点。

Description

压力分散型扩大头锚杆的结构

技术领域

本实用新型涉及一种旋喷锚杆的结构，属于固定建筑物的土层的钻进技术领域。

背景技术

旋喷锚桩是一种有效的土体支护与加固技术，目前在国内外已经得到了广泛的应用，具有成本低、功效快等优点。但是传统旋喷锚杆设有5～10米的锚固段，锚固段的水泥掺量约12％～18％，水泥土的强度在7～30天的强度普遍较低，由于强度较低，锚杆无法做成压力型锚杆，只能做成拉力型锚杆，锚杆的抗拔力是由锚固段与土体的侧摩擦力提供，受限于锚固段的水泥土的低强度，锚杆的抗拔力也普遍偏低，尤其是软弱土层中更为明显，已不能满足工程对锚杆在较短养护期即满足张拉标准的要求。同时拉力型锚索不具备拆芯回收的条件，因此，传统旋喷锚杆又无法拆芯回收，传统旋喷锚一直以来都受到抗拔力低、不可拆芯回收的困扰，严重影响旋喷锚杆的应用。

传统旋喷锚杆施工方法如下：1)使用三页钻头进行水旋喷，孔径150～200mm，旋喷深至锚杆底，水无压力；2)退出钻杆和钻头，使用带有高压喷嘴的钻杆将杆体推入锚孔中；3)推放到位后，进行高压水泥浆旋喷，压力15～25MPa，边旋喷边退出钻杆，旋喷部分即为传统意义上的锚固段，锚固段为8～12米，在锚固的端头约0.5～1米段有时会增加一遍旋喷，锚固段每米水泥量110kg；4)锚固段旋喷结束后，退出钻杆。

见图1和图2，传统旋喷锚杆与混凝土桩墙形成基坑支护的结构，包括水压力旋喷切割钻进段1和水泥浆压力旋喷切割钻进段2，水泥浆压力旋喷切割钻进段2内的水泥浆硬化并包裹固定锚索承载板和锚索3一端，锚索3另一端穿过水压力旋喷切割钻进段1并固定在锚头上。

实际工程施工时，由于工期需要，锚杆养护期仅约7～21天，这样锚杆早期强度就是指7～21天的水泥浆压力旋喷切割钻进段2内水泥土的强度。申请人经过反复试验，发现传统旋喷锚杆，存在以下问题：

由于传统旋喷锚杆的水泥浆压力旋喷切割钻进段2的钻杆旋喷钻进速度是25～50cm/min，钻杆旋喷钻进速度快，形成的水泥浆压力旋喷切割钻进段2的横截面最大内径与水压力旋喷切割钻进段1的横截面内径差别不大，另外传统旋喷锚杆的水泥浆压力旋喷切割钻进段2内的水泥浆的水泥掺量是12％～18％，同时，传统旋喷锚杆的抗拔力是由桩体与土体间的摩阻力产生，属于拉力型锚杆，这样为了提供足够的抗拔承载力，将水泥浆压力旋喷切割钻进段2的长度做的较长，这样导致了水泥浆压力旋喷切割钻进段2内的水泥浆硬化很慢，使得传统旋喷锚杆早期强度低，不能提供足够的抗拔承载力，因此锚杆抗拔力低。

实用新型内容

本实用新型要解决的第一个技术问题是，针对现有技术不足，提出水泥土硬化早期强度高以及抗拔承载力高的压力分散型扩大头锚杆的结构。

本实用新型要解决的第二个技术问题是，在解决第一个技术问题基础上，提出一种锚索可拆芯回收的压力分散型扩大头锚杆的结构。

本实用新型为解决上述第一个技术问题提出的技术方案是：一种压力分散型扩大头锚杆的结构，在土层内由外到里分别形成相接通的水压力旋喷切割钻进段和水泥浆压力旋喷切割钻进段，所述水泥浆压力旋喷切割钻进段内的水泥浆硬化并包裹固定锚索承载板和锚索，所述水泥浆压力旋喷切割钻进段的长度为2～4米，所述水泥浆压力旋喷切割钻进段的横截面最大内径为600～800毫米，水压力旋喷切割钻进段与所述水泥浆压力旋喷切割钻进段内径的比值的范围为0.2～0.4。

本实用新型的水泥浆压力旋喷切割钻进段内的保留水泥土的水泥掺量，是以在设计中规定的占水泥浆压力旋喷切割钻进段内的土体质量百分比确定的。土体每1立方米的质量一般在1600～2000kg。当土层是粘土层、粉质粘土层或粉土层时，泥浆压力旋喷切割钻进段内的保留水泥土的水泥掺量达到30％～40％，当土层是砂性土层时，水泥浆压力旋喷切割钻进段内的保留水泥土的水泥掺量达到15％～30％。

本实用新型由于采用钻杆在土层内先后顺序进行水压力旋喷切割钻进和水泥浆压力旋喷切割钻进，水泥浆压力旋喷切割钻进段是一次性钻进，当开始该一次性钻进时，控制所述钻杆的钻进速度为4～8cm/min，控制所述水泥浆压力旋喷切割钻进段的长度为2～4米，使所述水泥浆压力旋喷切割钻进段的横截面最大内径为600～800毫米，水压力旋喷切割钻进段与水泥浆压力旋喷切割钻进段内径的比值的范围为0.2～0.4，并控制在不同土层中相比传统旋喷锚杆的水泥浆压力旋喷切割钻进段内的保留水泥土的水泥掺量大幅度提高，由此带来：

1)本实用新型是一种压力型锚杆，传统旋喷锚杆是拉力型锚杆，受力机理不同，本实用新型的锚杆抗拔力取决于水泥浆压力旋喷切割钻进段内硬化水泥土的侧摩阻力与硬化水泥土的横截面产生的端承力，大大提高了抗拔能力，本技术可以选择稳定土层作锚固段，从而发挥压力型锚杆的端承力，抗拔力的离散性小；

2)本实用新型控制钻杆的钻进速度为4～8cm/min，远小于传统旋喷锚杆旋喷切割钻进速度，使得水泥浆压力旋喷切割钻进段的横截面最大内径为600～800毫米，单根锚索承载的提高，在增加安全储备的同时，可以提高锚杆的初始预应力，从而可以更好的控制支护结构的变形；

3)本实用新型的水泥浆压力旋喷切割钻进是一次性钻进，传统旋喷锚杆水泥浆压力旋喷切割钻进是二次性钻进，本实用新型减少了钻进的次数；

4)当土层是粘土层、粉质粘土层或粉土层时，使水泥浆压力旋喷切割钻进段内保留水泥土的水泥掺量达到30％～40％，当土层是砂性土层时，使水泥浆压力旋喷切割钻进段内保留水泥土的水泥掺量达到15％～30％，远高于传统旋喷锚杆结构中水泥浆的水泥掺量，相当于在没有增加水泥用量的条件下，本实用新型把水泥全部集中用在2～4米的水泥浆压力旋喷切割钻进段处进行高水泥掺量旋喷置换，好刀用在了刀刃上，使得水泥浆压力旋喷切割钻进段具有长度较短、直径较大、水泥掺量高的优点，直接提高了本实用新型锚杆锚固段水泥土强度和早期强度，在实际工程施工时，减少了水泥浆压力旋喷切割钻进段处的水泥土强度增长至设计所需强度的养护时间，彻底的解决传统旋喷锚杆水泥土强度低、早期强度低不能做成压力型锚杆的长期困扰；

5)水泥浆压力旋喷切割钻进段内的水泥浆外溢填充了水压力旋喷切割钻进段内的一部分，水压力旋喷切割钻进段内的一部分的水泥掺量为(5﹪～10﹪)，强度高于原状土。

本实用新型为解决上述第二个技术问题，对上述技术方案的改进之一是：所述锚索承载板是沿所述水泥浆压力旋喷切割钻进段长度方向间隔固定在水泥浆压力旋喷切割钻进段内的硬化水泥土中的至少两个承载板，所述锚索是设有隔膜层的锚索，所述锚索承载板是合页夹式承载板，锚索呈U型绕过合页夹式承载板。

本实用新型为解决上述第二个技术问题，对上述技术方案的改进之二是：所述锚索承载板是沿所述水泥浆压力旋喷切割钻进段长度方向间隔固定在水泥浆压力旋喷切割钻进段内的硬化水泥土中的至少两个承载板，所述锚索是设有隔膜层的锚索；所述锚索承载板是平板式承载板，每个平板式承载板均固定有用于夹持锚索一端的热熔锚具。

由于1)锚索承载板是沿水泥浆压力旋喷切割钻进段长度方向间隔固定在水泥浆压力旋喷切割钻进段内的硬化水泥土中的至少两个承载板，锚索承载板是合页夹式承载板或平板式承载板，与原有的单个锚索承载板固定多个锚索相比，当采用至少两个锚索承载板时，分散了受力，属于荷载分散型锚杆；2)当锚索承载板是合页夹式承载板时，锚索呈U型绕过合页夹式承载板，可以在工程施工结束后，通过合页夹式承载板，松开锚索一端，将锚索进行回收，当锚索承载板是平板式承载板时，每个平板式承载板均固定有用于夹持锚索一端的热熔锚具，可以在工程施工结束后，通过热熔锚具松开锚索一端，将锚索进行回收，即本实用新型具有可拆芯回收性，传统旋喷锚杆不具备拆芯回收性；3)由于锚索设有隔膜层，锚索是无粘结锚索，锚索承载板前端均是自由段，可以提高对本实用新型锚杆初始预应力值的要求(设计值的1.1倍，高于规范要求的1.0倍)，从而实现根根检验，降低基坑位移，达到比支撑安全的效果。

上述技术方案的变化之一是：所述锚索承载板是固定在水泥浆压力旋喷切割钻进段内的硬化水泥土中的一个锚索承载板，所述锚索是设有隔膜层的锚索，所述锚索承载板是合页夹式承载板，锚索呈U型绕过合页夹式承载板。

上述技术方案的变化之二是：所述锚索承载板是固定在水泥浆压力旋喷切割钻进段内的硬化水泥土中的一个锚索承载板，所述锚索是设有隔膜层的锚索，所述锚索承载板是平板式承载板，平板式承载板均固定有用于夹持锚索一端的热熔锚具。

上述技术方案的变化之三是：所述水泥浆压力旋喷切割钻进段长度与水压力旋喷切割钻进段长度之比为：0.06～0.3。

上述技术方案的变化之四是：所述水压力旋喷切割钻进段的横截面内径为150～200毫米。

附图说明

下面结合附图对本实用新型作进一步说明：

图1是传统旋喷锚杆的结构的示意图。

图2是传统旋喷锚杆与混凝土桩墙形成基坑支护的结构示意图。

图3是本实用新型实施例压力分散型扩大头锚杆的结构的示意图。

图4是本实用新型的压力分散型扩大头锚杆与混凝土桩墙形成基坑支护的结构示意图。

图5是传统旋喷锚杆的水压力旋喷切割钻进段和水泥浆压力旋喷切割钻进段的结构示意图。

图6是本实用新型的压力分散型扩大头锚杆的水压力旋喷切割钻进段和水泥浆压力旋喷切割钻进段的结构示意图。

图7是本实用新型的压力分散型扩大头锚杆的结构与传统旋喷锚杆的结构的水泥土强度龄期增长比较图。

具体实施方式

实施例

本实施例的压力分散型扩大头锚杆的施工方法，如图3和图4所示，采用钻杆在土层内先后顺序进行水压力旋喷切割钻进和水泥浆压力旋喷切割钻进，由外到里分别形成相接通的水压力旋喷切割钻进段1和水泥浆压力旋喷切割钻进段2，钻杆到达水泥浆压力旋喷切割钻进段2最末端时，结束水泥浆压力旋喷切割钻进并退出钻杆：

水泥浆压力旋喷切割钻进段2是一次性钻进，当开始该一次性钻进时，控制钻杆的钻进速度为4～8cm/min，控制水泥浆压力旋喷切割钻进段2的长度为2～4米，使水泥浆压力旋喷切割钻进段2的横截面最大内径为600～800毫米，水压力旋喷切割钻进段1与水泥浆压力旋喷切割钻进段2内径的比值的范围为0.2～0.4；

当土层是粘土层、粉质粘土层或粉土层时，控制水泥浆的用量范围为1.0～2吨，使水泥浆压力旋喷切割钻进段2内的保留水泥土的水泥掺量达到30％～40％，

当土层是砂性土层时，控制水泥浆的用量范围为1～1.5吨，使水泥浆压力旋喷切割钻进段2内的保留水泥土的水泥掺量达到15％～30％，

水泥浆压力旋喷切割钻进段2内的水泥土硬化并固定锚索承载板和锚索3，当水泥土的硬化强度达到压力型锚杆张拉锁定抗压强度条件时，水泥土的养护期不超过20天。

本实用新型的压力型锚杆是指中国工程建设标准化协会标准中《岩土锚杆(索)技术规程》中定义的压力型锚杆。

本实用新型的锚索3可以采用钢绞线等。锚索3带有隔膜层，设有隔膜层的锚索3可以采用包覆有塑料外皮的钢绞线。

如图5和图6所示，传统旋喷锚杆的水泥浆压力旋喷切割钻进段2的钻杆进尺速度20～40cm/min，水泥浆压力旋喷切割钻进段2的长度为8～12米，在水泥浆压力旋喷切割钻进段2的端头约0.5～1米段有时会增加一遍旋喷，水泥浆压力旋喷切割钻进段2的横截面内径为200～300毫米，水泥浆压力旋喷切割钻进段2内的保留水泥土的水泥掺量为12％～18％；本实用新型的压力分散型扩大头锚杆的水泥浆压力旋喷切割钻进段2的钻杆进尺速度4～8cm/min，水泥浆压力旋喷切割钻进段2的横截面最大内径为600～800毫米，当土层是粘土层、粉质粘土层或粉土层时，使水泥浆压力旋喷切割钻进段2内的保留水泥土的水泥掺量达到30％～40％，当土层是砂性土层时，使水泥浆压力旋喷切割钻进段2内的保留水泥土的水泥掺量达到15％～30％。

本实施例的压力分散型扩大头锚杆的施工方法：锚索承载板是沿水泥浆压力旋喷切割钻进段2长度方向间隔固定在水泥浆压力旋喷切割钻进段2内的硬化水泥土中的至少两个承载板，锚索3是设有隔膜层的锚索；锚索承载板是合页夹式承载板或平板式承载板，当锚索承载板是合页夹式承载板时，锚索3呈U型绕过合页夹式承载板，当锚索承载板是平板式承载板时，每个平板式承载板均固定有用于夹持锚索3一端的热熔锚具。锚索承载板可以两个，三个或更多个承载板。

本实施例的压力分散型扩大头锚杆的施工方法：钻杆钻进时将锚索承载板和锚索3同时带进。

本实施例的压力分散型扩大头锚杆的施工方法：所述压力型锚杆张拉锁定抗压强度大于2Mpa。

本实施例的压力分散型扩大头锚杆的施工方法：水压力旋喷切割钻进段1的横截面内径为150～200毫米。

本实施例的压力分散型扩大头锚杆的施工方法：水压力旋喷钻进中的水压力是2～15MPa，水泥浆压力旋喷钻进中的水泥浆压力是15～30MPa，水泥浆水灰比是1.0～1.5。

本实施例的压力分散型扩大头锚杆的施工方法：水泥浆压力旋喷切割钻进段2到达其最末端时，结束水泥浆压力旋喷并退出钻杆时，在水泥浆压力旋喷切割钻进段2内低压力补浆，当锚杆具有止水帷幕时，在锚杆的止水帷幕交界处以水泥浆压力为0.5～2MPa进行压力注浆。

本实施例的压力分散型扩大头锚杆的施工方法：水泥浆压力旋喷切割钻进段2长度与水压力旋喷切割钻进段1长度之比为：0.06～0.3。

本实施例的压力分散型扩大头锚杆的结构，采用上述压力分散型扩大头锚杆的施工方法，在土层内由外到里分别形成相接通的水压力旋喷切割钻进段1和水泥浆压力旋喷切割钻进段2，水泥浆压力旋喷切割钻进段2内的水泥浆硬化并包裹固定锚索承载板和锚索3，水泥浆压力旋喷切割钻进段2的长度为2～4米，水泥浆压力旋喷切割钻进段2的横截面最大内径为600～800毫米，水压力旋喷切割钻进段1与水泥浆压力旋喷切割钻进段2内径的比值的范围为0.2～0.4；。

本实施例的压力分散型扩大头锚杆的结构，当土层是粘土层、粉质粘土层或粉土层时，水泥浆压力旋喷切割钻进段2内的保留水泥土的水泥掺量为30％～40％；

本实施例的压力分散型扩大头锚杆的结构，当土层是砂性土层时，泥浆压力旋喷切割钻进段内的保留水泥土的水泥掺量为15％～30％。

本实施例的锚索承载板是沿水泥浆压力旋喷切割钻进段2长度方向间隔固定在水泥浆压力旋喷切割钻进段2内的硬化水泥土中的至少两个承载板，锚索3是设有隔膜层的锚索；锚索承载板是合页夹式承载板或平板式承载板，当锚索承载板是合页夹式承载板时，锚索3呈U型绕过合页夹式承载板，当锚索承载板是平板式承载板时，每个平板式承载板均固定有用于夹持锚索3一端的热熔锚具。锚索承载板可以两个，三个或更多个承载板。

本实施例的水泥浆压力旋喷切割钻进段2长度与水压力旋喷切割钻进段1长度之比为：0.06～0.3。

将本实施例的压力分散型扩大头锚杆的结构与传统旋喷锚杆的结构进行对比分析，如表1所示：

表1

可见，本实施例的压力分散型扩大头锚杆的结构将水泥浆压力旋喷切割钻进段2长度做的较短，直径较大，水泥掺量高，水泥硬化快，直接提高了压力分散型扩大头锚杆的结构的强度和压力分散型扩大头锚杆的结构的早期强度，特别是提高了压力分散型扩大头锚杆的早期抗拔能力，在实际工程施工时，减少了水泥浆压力旋喷切割钻进段2处的水泥土强度增长至设计所需强度的养护时间。

将本实施例的压力分散型扩大头锚杆的结构用于粉质粘土层时，粉质粘土水泥土强度龄期增长，如图7所示，本实用新型的压力分散型扩大头锚杆的结构，7～15天时水泥土的强度能够达到设计要求，相当于传统旋喷锚杆28～50天的强度，且在相同养护龄期时，本实用新型的压力分散型扩大头锚杆的结构的水泥土的强度远高于传统旋喷锚杆的水泥土强度。

本实用新型不局限于上述实施例，例如：1)当然，在本实施例的压力分散型扩大头锚杆的施工方法采用一个锚索承载板时，锚索承载板是固定在水泥浆压力旋喷切割钻进段2内的硬化水泥土中的一个锚索承载板，锚索3是设有隔膜层的锚索，锚索承载板是合页夹式承载板或平板式承载板；当锚索承载板是合页夹式承载板时，锚索3呈U型绕过合页夹式承载板，当锚索承载板是平板式承载板时，平板式承载板均固定有用于夹持锚索3一端的热熔锚具；2)本实施例的压力分散型扩大头锚杆的施工方法在结束水泥浆压力旋喷切割钻进并退出钻杆后，无旋喷状态下将锚索承载板和锚索3带进到水泥浆压力旋喷切割钻进段2内，可以结合套管技术将锚索承载板和锚索3带进到水泥浆压力旋喷切割钻进段2内，也可以使用钻杆将锚索承载板和锚索3带进到水泥浆压力旋喷切割钻进段2内，等等；3)本实施例的锚索承载板是固定在水泥浆压力旋喷切割钻进段2内的硬化水泥土中的一个锚索承载板，锚索3是设有隔膜层的锚索，锚索承载板是合页夹式承载板或平板式承载板；当锚索承载板是合页夹式承载板时，锚索3呈U型绕过合页夹式承载板，当锚索承载板是平板式承载板时，平板式承载板均固定有用于夹持锚索3一端的热熔锚具。凡采用等同替换形成的技术方案，均落在本实用新型要求的保护范围。

Claims (7)

1.一种压力分散型扩大头锚杆的结构，在土层内由外到里分别形成相接通的水压力旋喷切割钻进段和水泥浆压力旋喷切割钻进段，所述水泥浆压力旋喷切割钻进段内的水泥浆硬化并包裹固定锚索承载板和锚索，其特征在于: 所述水泥浆压力旋喷切割钻进段的长度为2～4米，所述水泥浆压力旋喷切割钻进段的横截面最大内径为600～800毫米，水压力旋喷切割钻进段与所述水泥浆压力旋喷切割钻进段内径的比值的范围为0.2～0.4。

2.如权利要求1所述的压力分散型扩大头锚杆的结构，其特征在于：所述锚索承载板是沿所述水泥浆压力旋喷切割钻进段长度方向间隔固定在水泥浆压力旋喷切割钻进段内的硬化水泥土中的至少两个承载板，所述锚索是设有隔膜层的锚索，所述锚索承载板是合页夹式承载板，锚索呈U型绕过合页夹式承载板。

3.如权利要求1所述的压力分散型扩大头锚杆的结构，其特征在于：所述锚索承载板是沿所述水泥浆压力旋喷切割钻进段长度方向间隔固定在水泥浆压力旋喷切割钻进段内的硬化水泥土中的至少两个承载板，所述锚索是设有隔膜层的锚索；所述锚索承载板是平板式承载板，每个平板式承载板均固定有用于夹持锚索一端的热熔锚具。

4.如权利要求1所述的压力分散型扩大头锚杆的结构，其特征在于：所述锚索承载板是固定在水泥浆压力旋喷切割钻进段内的硬化水泥土中的一个锚索承载板，所述锚索是设有隔膜层的锚索，所述锚索承载板是合页夹式承载板，锚索呈U型绕过合页夹式承载板。

5.如权利要求1所述的压力分散型扩大头锚杆的结构，其特征在于：所述锚索承载板是固定在水泥浆压力旋喷切割钻进段内的硬化水泥土中的一个锚索承载板，所述锚索是设有隔膜层的锚索，所述锚索承载板是平板式承载板，平板式承载板均固定有用于夹持锚索一端的热熔锚具。

6.如权利要求1至5之任一所述的压力分散型扩大头锚杆的结构，其特征在于：所述水泥浆压力旋喷切割钻进段长度与水压力旋喷切割钻进段长度之比为：0.06～0.3。

7.如权利要求1至5之任一所述的压力分散型扩大头锚杆的结构，其特征在于：所述水压力旋喷切割钻进段的横截面内径为150～200毫米。