CN207862941U - 一种变直径钢筋笼及锚杆或桩基 - Google Patents

Abstract

变直径钢筋笼及锚杆或桩基，变直径钢筋笼包括轴向杆、圆环或环板和若干竖筋、若干筋条、圈状固定器，圆环或环板与轴向杆垂直，若干竖筋的一端在圆环或环板在均匀固定，每根竖筋的另一端或中部均连接一根筋条的一端，若干竖筋环绕轴向杆，筋条的另一端接到圈状固定器，圈状固定器在轴向杆或桩基杆上固定或滑动；竖筋外周设有箍筋，箍筋且与竖筋或轴向杆设有固定点，箍筋为绳状、软杆或螺旋弹簧；箍筋收紧时是未使用状态，箍筋的端部或其中的位置设有释放装置；在筋条或轴向杆位置设有撑开筋条和竖筋使钢筋笼的直径变大的弹性体。

Description

一种变直径钢筋笼及锚杆或桩基

一、技术领域

本实用新型涉及一种锚杆或桩基，尤其是锚杆或桩基中的骨架——变直径钢筋笼及其扩体锚杆或桩基，主要用于建筑地下室抗浮基坑支护，边坡支护，以及加固等技术范畴。本实用新型可提供的抗拔力较大，性能稳定可靠锚杆或桩基中及骨架，对减少环境污染，加快工程进度的装置与应用技术。

二、背景技术

锚杆必须具备几个要素：一个抗拉强度高于岩土体的杆体，杆体一端可以和岩土体紧密接触形成摩擦(或粘结)阻力；锚杆杆体位于岩土体外部的另一端能够形成对岩土体的径向阻力；锚杆作为深入地层的受拉构件，它一端与工程构筑物连接，另一端深入地层中，整根锚杆分为自由段和锚固段，自由段是指将锚杆头处的拉力传至锚固体的区域，其功能是对锚杆施加预应力；锚固段是指水泥浆体将预应力筋与土层粘结的区域，其功能是将锚固体与土层的粘结摩擦作用增大，增加锚固体的承压或抗浮作用，将自由段的拉力传至土体深处。

总体而言，锚杆是岩土体加固的杆件体系结构。通过锚杆杆体的纵向拉力作用，克服岩土体抗拉能力远远低于抗压能力的缺点。从力学观点上是主要是提高了围岩体的粘聚力C和内摩擦角φ。其实质上锚杆位于岩土体内与岩土体形成一个新的复合体。这个复合体中的锚杆是解决围岩体的抗拉能力低的关键。从而使得岩土体自身的承载能力大大加强。

锚杆是当代地下开采的矿山当中巷道支护的最基本的组成部分，将巷道的围岩束缚在一起,使围岩自身支护自身；现在锚杆不仅用于矿山，也用于建筑工程技术中，对地下室、边坡，隧道，坝体等进行主动加固。

锚杆的基本型是：钢筋或钢胶线砂浆锚杆。以水泥砂浆作为锚杆与围岩的粘结剂。还包括倒楔式金属锚杆。管缝式锚杆。树脂锚杆。用树脂作为锚杆的粘结剂，成本较高。西安科技大学惠兴田发明了一种新型的螺旋式锚杆→自旋锚杆。自旋锚杆包括以下种类：自攻挤压旋进锚杆→在土层中无需钻孔直接挤压旋进安装锚固力20KN/m；自旋注浆锚杆→在钻孔中安装结束后利用自旋锚杆注浆就成为具有初锚力的自旋注浆锚杆；自旋树脂锚杆→在钻孔中安装的同时自旋锚杆将树脂药卷搅拌成为具有初锚力的自旋树脂锚杆；自钻自锚固锚杆→在自旋锚杆中空内放入钻杆使钻眼安装一次完成是具有初锚力的自钻锚杆；自旋喷浆锚杆→在土层中边喷浆边钻进安装锚注一次完成锚固力35KN/m；目前市场上常用的扩体锚杆技术有素浆体，囊式扩体锚杆技术等。

本发明人已经就变径钢筋笼的结构作了限定，但对于如何释放钢筋笼扩大变径还需要专门结构，且要求稳定可靠的释放，因为变径在地下钻孔内。

三、实用新型内容

本实用新型目的是，提出一种钢筋笼扩大变径及释放专门结构，使变径钢筋笼工作，可应用于所有扩体锚杆或桩基技术，克服素浆体扩大头的锚或桩基固承载能力和整体性差的不足。

本实用新型的技术方案是：变直径钢筋笼，其特征是包括轴向杆、圆环或环板和若干竖筋、若干筋条、圈状固定器，圆环或环板与轴向杆垂直，若干竖筋的一端在圆环或环板在均匀固定，每根竖筋的另一端或中部均连接一根筋条的一端，若干竖筋环绕轴向杆，筋条的另一端接到圈状固定器，圈状固定器在轴向杆或桩基杆上固定或滑动；竖筋外周设有箍筋，箍筋且与竖筋或轴向杆设有固定点，箍筋为绳状、软杆或螺旋弹簧；箍筋收紧时是未使用状态，箍筋的端部或其中的位置设有释放装置；在筋条或轴向杆位置设有撑开筋条和竖筋使钢筋笼的直径变大的弹性体。

第二种变直径钢筋笼，包括轴向杆、若干竖筋、两组若干筋条、起码第一和第二两个圈状固定器，第一与第二两个圈状固定器滑动在轴向杆或桩基杆上，第一和第二两个圈状固定器，并受到限位器或限位板条的限制；各固定一组与竖筋数相同的筋条，每根竖筋的上下两处分别有第一组和第二组的一根筋条与这根竖筋活络连接(根据需要也可以设置多组圈状固定器和多组活络筋条)，若干竖筋环绕轴向杆，至少有一个圈状固定器在轴向杆或桩基杆上设有定位装置，圈状固定器、筋条的规格、型号、形状、尺寸、材料及各项参数随不同项目地质条件等需要，进行优化改进调整；竖筋外周设有箍筋，箍筋且与竖筋或轴向杆设有固定点，箍筋为螺旋弹簧、绳状、软杆或柔性钢线，箍筋为柔性钢线时可为钢铰线、钢丝绳,链条结构或抗拉线材等；箍筋收紧时是未使用状态，环状箍筋的端部或适当的位置设有释放装置；在筋条或轴向杆位置设有撑开筋条和竖筋使钢筋笼的直径变大的弹性体。

所述的变直径钢筋笼，弹性体为轴向杆上设有轴向弹簧，轴向弹簧受到设有的限位器或限位板条的限制，轴向弹簧为压簧或拉簧，可根据需要设置一组或多组；环状箍筋收紧时是未使用状态时轴向杆上的压簧或拉簧处于压缩或拉开的有应力的状态；压簧释放后伸长，拉簧释放后则收缩；压簧、拉簧同时使用或择一使用。

所述的变直径钢筋笼，竖筋和环状螺旋箍筋的材料可以有多项选择，包括但不限于：钢质、玻璃纤维、树脂、玻璃纤维增强树脂、芳纶纤维、碳纤维、石墨烯、碳元素相关的材料及其复合材料、高分子、高分子聚合物材料、纳米材料、金属材料和非金属材料等。

所述的变直径钢筋笼，弹性体的结构如下，筋条为弹簧、弹力棒、弹力片或其他材料。打开方式包括但不限于：弹簧、弹簧片、弹力环、弹力球、弹力棒、压缩囊、配重、自重、振动、液压顶(杆)、气压顶(杆)、高压气体或液体冲击等外力或自然打开等各种打开方式。变直径钢筋笼，其特征是钢筋笼的直径可变。钢筋笼直径可由大变小亦可由小变大，大小自由变换。变直径钢筋笼的规格、型号、形状、尺寸、材料，各项参数随不同项目地质条件进行调整

所述的变直径钢筋笼，锚杆的底部设有锚垫板。锚垫板的规格、型号、形状、尺寸、材料，各项参数随不同项目地质条件进行调整。

变径钢筋笼的立体几何形态包括但不限于：立方体、长方体、多面体、正多面体、圆柱、圆台、棱柱、棱台、圆锥或棱锥；平面横截面的形状包括但不限于：正方形、长方形、三角形、四边形、多边形、圆、椭圆、菱形、梯形、扇形、弓形。

所述的变直径钢筋笼的材料包括但不限于：钢质、玻璃纤维、树脂、玻璃纤维增强树脂、芳纶纤维、碳纤维、石墨烯、碳元素相关的材料及其复合材料、高分子、高分子聚合物材料、纳米材料、金属材料和非金属材料等

变直径钢筋笼的制备方法：3D打印成型、注塑成型、人工机械组装焊接、人工机械组装绑扎成型等方法。

本实用新型的第一种变径钢筋笼释放撑伞状，轴向杆、圆环或环板和若干竖筋、筋条的类似伞骨状结构，但圆环或环板取代伞尖，但的箍筋的结构与箍筋弹性箍住与释放结构，竖筋可以是如伞骨的直杆。第二种变径钢筋笼是圆柱状，结构更为合理，但制备稍复杂。圆环或环板的直径与钻孔相当或略小于钻孔直径；筋条可以是直线的或是弯曲的。

第一、二种变径钢筋笼的圈状固定器均可以环形圈为基本结构，在轴向杆上进行滑动。

筋条为弹性筋条时，环状箍筋在竖筋箍住内周筋条。竖筋与箍筋在扩体端同步展开、贴紧、形成钢筋笼。箍筋弹性箍住与释放结构有多种，如箍筋端部制备成轴销或轴孔的结构最为常见，轴销时插入某固定孔，轴孔时则另有销轴固定箍筋的端部。且需要上便于释放，即变径钢筋笼在扩体孔内张开。

筋条为弹性筋条时，筋条在应力下收缩，且被箍筋限制动作的范围，箍筋释放后，则筋条应力释放后则筋条张开，且带动竖筋张开，此种结构的圈状固定器固定在杆上，无需要固定器在杆上滑动。

本实用新型的承压变径钢筋笼扩体锚杆或桩基，变径钢筋笼在置于扩体段时展开释放，在变径钢筋笼上注浆或注入混凝土成为锚杆或桩基，变径钢筋笼成为锚杆或桩基的骨架。

本实用新型的工法应用：旋喷桩机钻进至设计深度→高压旋喷施工或机械扩孔施工→下锚头→打开锚头中扩大机构，将钢筋笼打开至设计尺寸→高压注浆或灌注混凝土。

变径钢筋笼；普通钢筋经特殊加工处理后，成为弹性钢筋；用处理后的弹性钢筋加工成减小直径的箍筋(通过紧绕或收紧方式箍住整个竖筋或筋条)；即通过紧绕或收紧方式箍住整个竖筋或筋条，竖筋外周设有环状箍筋，环状箍筋且与竖筋设有固定点(钢丝捆扎最为常用)。

典型的成品中：钢筋笼箍筋直径一般≤200mm(大于200mm亦可，与实际形成的钻孔有关的参数，不同钻孔可以有不同规格的直径钢筋笼(箍筋))，置于锚杆扩体段后，打开钢筋笼中的约束机构，箍筋直径达到400mm左右的直径；

竖筋或筋条在机构作用下展开紧贴箍筋至不能展开止；在扩体段底部即锚杆的底部用锚垫板(锚垫板为环板)将锚杆的杆体与扩大头机械连接。

承压型变径钢筋笼扩大头锚杆技术参照《JGT/T282-2012高压喷射扩大头锚杆技术规程》设计、施工、验收。本实用新型运用都属于扩大头锚杆或大头桩基技术的应用。

有益效果：本实用新型方案能形成有足够摩擦力的拉力或抗力传递的锚杆，锚固力明显增大且整个锚杆的一体性好，同样也用于大头桩基的混凝土钢筋笼骨架。主要用于建筑地下室抗浮、抗拉，基坑支护，边坡支护，以及加固等技术范畴。本实用新型技术可提供的抗拔力较大，性能稳定可靠，对减少环境污染，加快工程进度方面都有良好的作用。

四、附图说明

图1变径钢筋笼主要结构示意图；

图2是用于扩体锚杆结构示意图；

图3为本实用新型收紧结构示意示意图；

图4为本实用新型释放结构示意示意图。

图5为图4中B-B横截面结构示意图；

图6为图5中筋条3连接结构示意图；

图7为环状箍筋6(螺旋状)的结构示意图；

图8为第二支架的收紧结构示意示意图(放大图)；

图9第二支架的释放结构示意示意图。

图10为变径钢筋笼收紧时结构示意图；

图11为变径钢筋笼产品约束机构打开后结构示意图。

图12是变径钢筋笼中筋条为弹簧弹性体的结构示意图；其中12A是收紧图，12B是打开的图，12C是横截面示意图；图中画出了弹簧中有伸缩条，也可以不用伸缩条；

图13是变径钢筋笼中筋条为弹簧片(或者筋条侧设有弹簧片)弹性体的结构示意图；其中13A是收紧图，13B是打开的图，13C是横截面示意图；弹簧片是可以折叠的，箍筋收紧时是折叠的，箍筋释放后则弹簧片张开；

图14是变径钢筋笼中筋条处设有弹性球的结构示意图；其中14A是收紧图，14B是打开的图4。

五、具体实施方式

图中的部件所示，轴向杆(高强抗拉钢筋)4、轴向弹簧4-1套在轴向杆上，圆环或环板1、若干竖筋2、筋条3、圈状固定器5、箍筋6、箍筋端部的钢套环6-1、环状箍筋与轴向杆4的连接点7、释放机构8，环状箍筋钢套环配合的插孔8-1、钢托盘与钢管焊接9、配重10、限位器10-1、第一支架11和第二支架11-1、底盘12、钢托盘(即圈状固定器)13、筋条3可以是扁杆；销轴3-1、销轴支架(U型固定支架)3-2、缺口3-3。

本实用新型基本结构如图1-2所示：变径钢筋笼，包括轴向杆、圆环或环板和若干竖筋、筋条，圆环或环板与轴向杆垂直，若干竖筋的一端在圆环或环板在均匀固定，每根竖筋的另一端或中部均连接一根筋条的一端，筋条的一端接到一圈状固定器，圈状固定器固定在轴向杆或桩基杆上。筋条3类似于伞骨。

变径钢筋笼的竖筋外周设有环状箍筋，且为弹性材质的环状箍筋。环状箍筋可以是螺旋弹簧状。环状箍筋收紧是未使用状态(用于放入钻孔)，箍筋的端部设有释放装置。收紧且弹性约束的未使用状态，环状箍筋释放后变直径，直径扩大成环状箍筋原先松弛状态，即直径较小环状箍筋释放到锚杆或桩基的扩体端后，环状箍筋直径放大至设计要求(如典型的一款是从直径不到200mm扩大到-400mm)。

另一种更具体的实施例如图3-9。图1-2中圆环或环板类似于钢托盘13；第一支架11和第二支架11-1均设有钢托盘13，则第一支架11和第二支架11-1的两个钢托盘13即为第一和第二两个圈状固定器，类似两个在伞骨(轴向杆4)的滑动的撑伞和收伞(对应于释放与收紧)的关节。第一支架11和第二支架11-1上，每个筋条组为6-10根扁钢条，筋条的一端接到钢托盘，筋条的另一端再连接到竖筋2。第一和第二两个圈状固定器即两个钢托盘分别通过销轴3-1、销轴支架(U型固定支架，U型固定支架可以用其他铰链方式替代)3-2将筋条连接到竖筋，进行活络固定。

上下第一支架11和第二支架11-1两个圈状固定器分别伸出筋条在每根竖筋2的两个位置进行活络固定，钢托盘在轴向杆4的能够滑动，当钢托盘滑动使筋条向竖直方向时使竖筋2收起，当钢托盘滑动使筋条向横向张开方向时使竖筋2张开(释放)。底盘12固定在轴向杆4端部便于将本装置置入钻孔，筋条3可以是扁杆；钢托盘13及竖筋2上安装销轴3-1、销轴支架(U型固定支架)3-2，钢托盘13上设有缺口3-3及环状箍筋钢套环配合的插孔8-3。环状箍筋6(螺旋状并有适当弹性，可以被约束和释放，约束时直径是释放时直径的一半，或释放时能够大出收紧约束时的直径10-35cm)的结构箍筋端部设有钢套环6-1，是环状箍筋6的释放机构的部件，环状箍筋钢套环6-1与钢托盘13上环状箍筋钢套环配合的插孔8-1(可在主盘的位置)相配合，将一插销插住钢套环6-1与插孔8-1用于约束环状箍筋在收紧状态，拉开插销刚释放弹性的环状箍筋；典型的应用参数是，收紧结构状态时直径为200mm,释放结构状态时直径为400mm。其它规格的与各种钻孔和孔径和应用场合匹配即可。

变径钢筋笼的制备方法：3D打印成型、注塑成型、人工机械组装焊接、人工机械组装绑扎成型等方法。竖筋外周设有环状箍筋，环状箍筋且与竖筋设有固定点，且为弹性材质的环状箍筋；环状箍筋收紧是未使用状态，箍筋的端部设有释放装置；环状箍筋是螺旋弹簧或普通绳子均可。

所述释放装置的结构为：箍筋端部制备成轴销或轴孔的结构，当箍筋端部为轴销时插入一固定孔，当箍筋端部为轴孔时则另有销轴固定箍筋的端部。

图12中筋条为弹簧是一种选择，也可以是弹簧钢片(图13)，被折叠变形后受到应力，在箍筋的约束下整个一束竖筋均被收起，箍筋放开后弹簧钢片折叠变形应力释放撑开竖筋；取代弹簧钢片的还可以是各种材质的弹力棒(图14)，包括橡胶棒、碳纤弹力棒等。图中，12-1螺母，4-5弹力球、弹力环，4-3弹簧片、4-4弹簧。4-4-1伸缩杆(在弹簧内，也可以不用伸缩杆)。

轴向杆4、圆环或环板1、若干竖筋2、筋条3、圈状固定器5、环状箍筋6、箍筋端部的钢套环6-1、环状箍筋与轴向杆4的连接点7、释放机构8，环状箍筋钢套环配合的插孔8-1、钢托盘与钢管焊接9、配重10、限位器10-1、第一支架11和第二支架11-1、底盘12、钢托盘13、筋条3可以是扁杆；销轴3-1、销轴支架(U型固定支架)3-2、缺口3-3。环状箍筋6(螺旋状)的结构箍筋端部设有钢套环6-1，是环状箍筋6的释放机构的部件，环状箍筋钢套环6-1与钢托盘13上环状箍筋钢套环配合的插孔8-1相配合，将一插销插住钢套环6-1与插孔8-1用于约束环状箍筋在收紧状态，拉开插销刚释放弹性的环状箍筋；典型的应用参数是，收紧结构状态时直径为200mm,释放结构状态时直径为400mm或略低于400mm均可。

变径钢筋笼，核心是在筋条或轴向杆位置设有撑开筋条和竖筋使钢筋笼的直径变大的弹性体。变径钢筋笼、竖筋、箍筋、旋箍筋的材质包括但不限于：钢、玻璃纤维、树脂、玻璃纤维增强树脂、芳纶纤维、碳纤维、石墨烯、碳元素相关的材料及其复合材料、高分子、高分子聚合物材料、纳米材料、金属材料和非金属材料等。

弹性体为轴向杆上设有轴向弹簧，轴向弹簧受到设有的限位器或限位板条的限制，轴向弹簧为压簧或拉簧，可根据需要设置一组或多组；环状箍筋收紧时是未使用状态时轴向杆上的压簧或拉簧处于压缩或拉开的有应力的状态。压簧释放后伸长，拉簧释放后则收缩。压簧、拉簧可以同时使用，也可以选择其中一项使用。箍筋的端部设有释放装置；箍筋也可以是螺旋弹簧状。

箍筋为环状箍筋或多道绕制在竖筋外围的紧箍绳索，环状箍筋收紧时是未使用状态时轴向杆上的轴向弹簧是压簧或拉簧。压簧释放后伸长，拉簧释放后则收缩。

压簧或拉簧限位装置是限位器或限位板条；环状箍筋打开后，即约束打开，轴向弹簧是压簧或拉簧本来的应力状态释放，并受到限位器或限位板条的限制；即四周竖筋水平侧向打开：比自动伞的在主轴上限位器的打开方式结构简单且使用，环状箍筋采用软钢绳或较硬弹簧均可，亦可作为钢筋笼的一个部件。

筋条与竖筋活络连接的方式：圈状固定器分别通过销轴3-1、销轴支架(U型固定支架)3-2将筋条连接到竖筋。竖筋筋条的根数不必多，一般5-12根即可，或根据需要设定，U型固定支架可以用铰链方式替代。

以上所述仅为本发明的实施案例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则和原理之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均已经包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.变直径钢筋笼，其特征是包括轴向杆、圆环或环板和若干竖筋、若干筋条、圈状固定器，圆环或环板与轴向杆垂直，若干竖筋的一端在圆环或环板在均匀固定，每根竖筋的另一端或中部均连接一根筋条的一端，若干竖筋环绕轴向杆，筋条的另一端接到圈状固定器，圈状固定器在轴向杆或桩基杆上固定或滑动；竖筋外周设有箍筋，箍筋且与竖筋或轴向杆设有固定点，箍筋为绳状、软杆或螺旋弹簧；箍筋收紧时是未使用状态，箍筋的端部或其中的位置设有释放装置；在筋条或轴向杆位置设有撑开筋条和竖筋使钢筋笼的直径变大的弹性体。

2.变直径钢筋笼，其特征是包括轴向杆、若干竖筋、两组若干筋条、起码第一和第二两个圈状固定器，第一与第二两个圈状固定器滑动在轴向杆或桩基杆上，第一和第二两个圈状固定器，并受到限位器或限位板条的限制；各固定一组与竖筋数相同的筋条，每根竖筋的上下两处分别有第一组和第二组的一根筋条与这根竖筋活络连接，若干竖筋环绕轴向杆，至少有一个圈状固定器在轴向杆或桩基杆上设有定位装置，竖筋外周设有箍筋，箍筋且与竖筋或轴向杆设有固定点，箍筋为螺旋弹簧、绳状、软杆或柔性钢线，箍筋为柔性钢线时为钢铰线、钢丝绳、链条结构或抗拉线材；箍筋收紧时是未使用状态，环状箍筋的端部或适当的位置设有释放装置；在筋条或轴向杆位置设有撑开筋条和竖筋使钢筋笼的直径变大的弹性体。

3.根据权利要求1或2所述的变直径钢筋笼，其特征是弹性体为轴向杆上设有轴向弹簧，轴向弹簧受到设有的限位器或限位板条的限制，轴向弹簧为压簧或拉簧，并设置一组或多组；环状箍筋收紧时是未使用状态时轴向杆上的压簧或拉簧处于压缩或拉开的有应力的状态；压簧释放后伸长，拉簧释放后则收缩；压簧、拉簧同时使用或择一使用。

4.根据权利要求1或2所述的变直径钢筋笼，其特征是竖筋和环状螺旋箍筋的材料为钢质、玻璃纤维增强树脂、碳纤维及其复合材料、高分子聚合物材料。

5.根据权利要求1或2所述的变直径钢筋笼，其特征是弹性体的结构如下，筋条为弹簧、弹力棒、弹力片、弹力环、弹力球、压缩囊、液压顶杆、气压顶杆。

6.根据权利要求1或2所述的变直径钢筋笼，其特征是锚杆的底部设有锚垫板。

7.根据权利要求1或2所述的变直径钢筋笼，其特征是钢筋笼立体几何形态包括：立方体、长方体、多面体、正多面体、圆柱、圆台、棱柱、棱台、圆锥或棱锥；钢筋笼平面横截面的形状包括：正方形、长方形、三角形、四边形、多边形、圆、椭圆、菱形、梯形、扇形、弓形。

8.根据权利要求1或2所述的变直径钢筋笼制备的承压变直径钢筋笼扩体锚杆或桩基，其特征是变直径钢筋笼在置于钻孔的扩体段时释放，在变直径钢筋笼上注浆或注入混凝土成为锚杆或桩基，变直径钢筋笼为锚杆或桩基的骨架。