自排水串式扩体锚杆支护结构及施工方法与流程

本发明属于锚固工程技术领域，具体涉及一种深基坑自排水串式扩体锚杆支护结构及施工方法。

背景技术：

随着我国经济的快速发展，高层建筑和城市地下工程不断增多，由此而产生了大量深基坑开挖支护工程。随着基坑规模和深度的加大，工程事故和施工难题逐渐增多，尤其在我国沿海地区，软土地层分布广泛，土体含水率高、物理力学性质差，使得深基坑稳定性与锚固技术之间的矛盾变得非常紧迫而突出。传统锚固技术所采用的注浆锚杆很难为软土边坡提供理想的锚固效果，而扩大头锚杆凭借自身高承载力的特点在软土地区得到推广应用。目前，深基坑支护工程中采用较多的扩大头锚杆是高压喷射扩体锚杆，但在软土地区的深基坑工程中，高压喷射扩体锚杆存在成孔难、锚固段注浆体抗压强度不足、施工质量可控性差等一系列问题。然而，对于软弱土坡的治理不应只局限于提高支护结构承载力，提高土体力学特性同样值得重视，深基坑降水设计是基坑施工前重点考虑的关键问题之一，是提高土体力学强度的有效措施。因此，将扩大头锚固技术与排水技术相结合，是一种提高深基坑工程稳定性的较为有效的支护措施。

申请号为201420805558.2，名称为排水复合自钻胎串式锚杆支护结构的专利公开了一种将排水措施与扩大头锚固技术相结合的支护方法，其特征为自钻胎串式锚杆由中空杆体、胎体和钻杆连接而成，通过向自钻胎串式锚杆的胎体内充气，使胎体膨胀形成扩大段来为坡面提供较高承载力，依靠锚具和钢垫板将自钻胎串式锚杆固定于格梁，构成空间支护结构将软弱土坡锚固于稳定土体，通过在坡面施设排水板来达到基坑降水的目的，该方法能够有效排出坡面水分，且自钻胎串式锚杆具有较好的锚固效果，但是，相对来讲自钻胎串式锚杆的制造工艺较复杂，且排水板在施设过程中对坡面的扰动较大，极易引起坡面土体垮塌，此外，该支护新型中所提供的排水与支护措施相互独立，加大了施工难度与投入。

吸水膨胀橡胶技术是一种在橡胶的弹性基体中引入亲水基团或亲水性组分的新型技术，当与水接触时，水分子会进入基体中，与橡胶中的亲水性基团形成极强的亲和力，并将橡胶中的亲水性物质溶解或溶胀，在橡胶内外形成渗透压差，这种压差促进水向橡胶内部渗透。亲水性物质不断吸收水分，致使橡胶发生形变。吸水膨胀橡胶遇水可膨胀至自身质量或体积的数倍乃至数百倍，能适应结构变形，并产生较大膨胀压力，在保持基体的弹性和强度的同时，还具有保水止水的能力。本发明将吸水膨胀橡胶技术引入到扩大头锚固技术中，并结合排水锚杆技术提出一种深基坑自排水串式扩体锚杆支护结构及施工方法。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种同时具有排水功能和锚固作用的自排水串式扩体锚杆支护结构及施工方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种自排水串式扩体锚杆支护结构，包括自排水串式扩体锚杆，自排水串式扩体锚杆由变直径滤水钢管、中空钢管、吸水膨胀环、螺旋钻尖和虹吸管构成，自排水串式扩体锚杆最前端为螺旋钻尖，所述螺旋钻尖、变直径滤水钢管和中空钢管通过螺纹依次连接，吸水膨胀环套装在变直径滤水钢管上，

自排水串式扩体锚杆按照钻设角度钻进基坑土体中，在基坑的坡面设置格构框架和挡土板，并将自排水串式扩体锚杆的尾端固定在格构框架上，变直径滤水钢管上设置有滤水孔，为地基土提供排水通道，吸水膨胀环遇水膨胀形成扩大段提供锚固力，虹吸管插入中空钢管中，用抽水泵给虹吸管施加初始虹吸力，实施排水。

在上述技术方案中，所述变直径滤水钢管由至少一个大直径滤水钢管和至少一个小直径滤水钢管通过螺纹连接组成，吸水膨胀环套设在变直径滤水钢管的小直径滤水钢管上，大直径滤水钢管连接在小直径滤水钢管的锚入一侧作为吸水膨胀环的阻挡阶梯。

在上述技术方案中，变直径滤水钢管包括两个大直径滤水钢管和两个小直径滤水钢管，连接时，所述螺旋钻尖、一个大直径滤水钢管、一个小直径滤水钢管、另一个大直径滤水钢管、另一个小直径滤水钢管、中空钢管通过螺纹依次连接。

在上述技术方案中，所述螺旋钻尖长度为0.4m～0.6m，表面设置螺旋叶片，螺旋叶片最大直径略大于或等于吸水膨胀环的初始外径。

在上述技术方案中，所述大直径滤水钢管表面均匀开设滤水孔直径为5～10mm；土工滤布采用高强度合成纤维材料；小直径滤水钢管表面均匀开设的滤水孔直径为4～6mm。

在上述技术方案中，中空钢管的钻进端设置螺纹。

在上述技术方案中，吸水膨胀环采用高强度高膨胀率吸水橡胶材料，膨胀率为200～400％；吸水膨胀环内径略大于小直径滤水钢管的外径。

在上述技术方案中，所述虹吸管由吸水管、弯管接头和橡胶管依次连接组成，直径为10～25mm，吸水管插入在中空钢管中，吸水管长度与中空钢管长度相等；弯管接头的设计角度可根据基坑坡面设计角度而定。进一步的，所述吸水管采用硬聚氯乙烯材料。

自排水串式扩体锚杆支护结构的具体施工方法如下：

①用测量工具在基坑临空面确定自排水串式扩体锚杆的施设位置与角度，通常将自排水串式扩体锚杆的施设角度设为10°～15°；

②施设自排水串式扩体锚杆：在基坑临空面按设计位置和施设角度，依次将螺旋钻尖、一根大直径滤水钢管、一根小直径滤水钢管连接，将吸水膨胀环套在小直径滤水钢管的外围，再将小直径滤水钢管的另一端与钻机连接，开动钻机，逐步将螺旋钻尖、大直径滤水钢管、小直径滤水钢管钻入基坑坡面，直至小直径滤水钢管的末端临近坡面时停止钻进；之后可根据基坑安全等级、锚固深度等设计要求，继续连接大直径滤水钢管、小直径滤水钢管、吸水膨胀环并实施钻进，所述大直径滤水钢管、小直径滤水钢管、吸水膨胀环所需安装的个数根据基坑安全等级、锚固深度等设计要求而定；当单根自排水串式扩体锚杆所需的最后一根小直径滤水钢管钻进结束时，将中空钢管与在小直径滤水钢管通过螺纹连接，然后开动钻机，直至完成一根自排水串式扩体锚杆的安装施工；

③施工格构框架和挡土板：在基坑坡面上铺设钢筋网，并按照设计要求喷射砂浆来完成格构框架和挡土板的施工，在喷射砂浆过程中应将自排水串式扩体锚杆穿过格构框架，并用锚具将自排水串式扩体锚杆的尾端固定在格构框架上；

④实施排水：将虹吸管的吸水管插入中空钢管，将弯管接头与吸水管连接，并将橡胶管连接至弯管接头的另一端；将橡胶管与抽水泵连接，启动抽水泵给虹吸管施加初始虹吸力，当有水流至橡胶管时，关闭抽水泵并移除，坡面内水分在虹吸作用下逐渐排出；

⑤按步骤②～④的顺序在下一个工作面施工自排水串式扩体锚杆、格构框架和挡土板，并进行坡面排水，直至坡底。

本发明的优点和有益效果为：

本发明在自排水串式扩体锚杆上设置吸水膨胀环，锚杆钻入软土地基后，利用软土地基含水量高的特点同时结合吸水膨胀橡胶的吸水膨胀特性，吸水膨胀环会遇水膨胀形成扩大段，并压缩挤密周围土体，为锚杆提供稳定的锚固力。

同时，本发明将自排水串式扩体锚杆做成空心锚杆，并在空心锚杆上开设滤水孔，为地基土提供排水通道，在空心锚杆虹吸管插入中空钢管中，用抽水泵给虹吸管施加初始虹吸力，实施排水。

本发明创造性地将吸水膨胀橡胶技术引入到扩大头锚固技术中，解决了在软土地区的深基坑工程中，高压喷射扩体锚杆存在成孔难、锚固段注浆体抗压强度不足、施工质量可控性差等一系列问题；同时，本发明的自排水串式扩体锚杆具有自排水功能，能够有效降低土体含水量，提高软土的力学特性；通过扩大头锚固技术与排水技术相结合，能够提高深基坑支护工程的稳定性。

与申请号为201420805558.2的专利相比，本发明的锚杆同时具有扩大头锚固和自排水功能，其制造工艺简单、容易施工，且无需另外打设排水板进行排水，从而避免了施设过程中对坡面的扰动大，容易引起坡面土体垮塌的问题。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是图1的A向剖视图。

图3是图2所示的自排水串式扩体锚杆的放大视图。

其中：1为格构框架，2为挡土板，3为自排水串式扩体锚杆，4为变直径滤水钢管，5为中空钢管，6为吸水膨胀环，7为螺旋钻尖，8为虹吸管，9为大直径滤水钢管，10为小直径滤水钢管，11为滤水孔，12为抱箍，13为滤布，14为锚具，15为螺旋叶片，16为吸水管，17为弯管接头，18为橡胶管。

具体实施方式

下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案。

参见附图1，自排水串式扩体锚杆支护结构，包括自排水串式扩体锚杆3，将自排水串式扩体锚杆3锚入深基坑中，并在自排水串式扩体锚杆3末端设置格构框架1和挡土板2以形成深基坑支护结构；

参见附图2-3，所述自排水串式扩体锚杆3包括变直径滤水钢管4、中空钢管5、吸水膨胀环6、螺旋钻尖7和虹吸管8，

自排水串式扩体锚杆3最前端为螺旋钻尖7，所述螺旋钻尖7、变直径滤水钢管4和中空钢管5通过螺纹依次连接，虹吸管8插入在中空钢管5中，

所述变直径滤水钢管4由至少一个大直径滤水钢管9和至少一个小直径滤水钢管10通过螺纹连接组成(大直径滤水钢管9和小直径滤水钢管10的两端均设置有螺纹接口)，吸水膨胀环6套设在变直径滤水钢管4的小直径滤水钢管10上，大直径滤水钢管9连接在小直径滤水钢管10的锚入一侧，即螺旋钻尖7、大直径滤水钢管9、小直径滤水钢管10依次通过螺纹连接；锚杆锚入基坑土体后，吸水膨胀环6遇水膨胀形成扩大段提供锚固力，变直径滤水钢管4的大直径滤水钢管9作为吸水膨胀环6的阻挡阶梯，防止锚杆脱锚，从而实现整个锚杆的固定；所述变直径滤水钢管4的大直径滤水钢管9、小直径滤水钢管10以及吸水膨胀环6的安装个数根据基坑安全等级、锚固深度等设计要求而定，在本实施例中，如附图所示，变直径滤水钢管4包括两个大直径滤水钢管9和两个小直径滤水钢管10，连接时，所述螺旋钻尖7、一个大直径滤水钢管9、一个小直径滤水钢管10、另一个大直径滤水钢管、另一个小直径滤水钢管、中空钢管5通过螺纹依次连接。在大直径滤水钢管9和小直径滤水钢管10上设置有滤水孔11，并在大直径滤水钢管9外围用抱箍12绑扎土工滤布13。

施工时，将自排水串式扩体锚杆3按照钻设角度钻进基坑土体中，在基坑的坡面设置格构框架1和挡土板2，并用锚具14将自排水串式扩体锚杆3的中空钢管5尾端固定在格构框架1上，变直径滤水钢管4为地基土提供排水通道，吸水膨胀环6遇水膨胀形成扩大段提供锚固力，并压缩挤密周围土体，虹吸管8插入中空钢管5中，用抽水泵给虹吸管8施加初始虹吸力，实施排水。

在本实施例中所述螺旋钻尖7长度为0.4m～0.6m，表面设置螺旋叶片15，螺旋叶片15最大直径略大于或等于吸水膨胀环6的初始外径。所述大直径滤水钢管9表面均匀开设滤水孔11直径为5～10mm；土工滤布13采用高强度合成纤维材料；小直径滤水钢管10表面均匀开设的滤水孔11直径为4～6mm。中空钢管5的钻进端设置螺纹。吸水膨胀环6采用高强度高膨胀率吸水橡胶材料，膨胀率为200～400％；吸水膨胀环6内径略大于小直径滤水钢管10的外径(吸水膨胀环6内径比小直径滤水钢管10的外径大1-5mm)。如图3所示，所述虹吸管8由吸水管16、弯管接头17和橡胶管18依次连接组成；吸水管16采用硬聚氯乙烯材料，直径为10～25mm，吸水管16插入在中空钢管5中，吸水管长度与中空钢管5长度相等；弯管接头17的设计角度可根据基坑坡面设计角度而定。

本发明的自排水串式扩体锚杆支护结构的具体施工方法如下：

①预制自排水串式扩体锚杆各部分构件，用测量工具在基坑临空面确定自排水串式扩体锚杆的施设位置与角度，通常将自排水串式扩体锚杆的施设角度设为10°～15°。

②施设自排水串式扩体锚杆：在基坑临空面按设计位置和施设角度，依次将螺旋钻尖7、一根大直径滤水钢管9、一根小直径滤水钢管10连接，将吸水膨胀环6套在小直径滤水钢管10的外围，再将小直径滤水钢管10的另一端与钻机连接，开动钻机，逐步将螺旋钻尖7、大直径滤水钢管9、小直径滤水钢管10钻入基坑坡面，直至小直径滤水钢管10的末端临近坡面时停止钻进；之后可根据基坑安全等级、锚固深度等设计要求，继续连接大直径滤水钢管9、小直径滤水钢管10、吸水膨胀环6并实施钻进(所述大直径滤水钢管9、小直径滤水钢管10、吸水膨胀环6所需安装的个数根据基坑安全等级、锚固深度等设计要求而定)；当单根自排水串式扩体锚杆所需的最后一根小直径滤水钢管10钻进结束时，将中空钢管5与在小直径滤水钢管10通过螺纹连接，然后开动钻机，直至完成一根自排水串式扩体锚杆的安装施工。

③施工格构框架1和挡土板2：在基坑坡面上铺设钢筋网，并按照设计要求喷射砂浆来完成格构框架1和挡土板2的施工，在喷射砂浆过程中应将自排水串式扩体锚杆3穿过格构框架1，并用锚具14将自排水串式扩体锚杆3的尾端固定在格构框架1上。

④实施排水：将虹吸管8的吸水管16插入中空钢管5，将弯管接头17与吸水管16连接，并将橡胶管18连接至弯管接头17的另一端；将橡胶管18与抽水泵连接，启动抽水泵给虹吸管8施加初始虹吸力，当有水流至橡胶管18时，关闭抽水泵并移除，坡面内水分在虹吸作用下逐渐排出。

⑤按步骤②～④的顺序在下一个工作面施工自排水串式扩体锚杆3、格构框架1和挡土板2，并进行坡面排水，直至坡底。

以上所述只是用图解解释本发明，并非用于将本发明限制在所示和所述的结构和使用范围内，故凡是在本发明的精神和原则之内所作的相应修改以及等同物，均属于本发明所申请的专利范围。