一种伸缩式锚固与分段定压注浆的一体化加固装置及方法

本发明涉及一种伸缩式锚固与分段定压注浆的一体化加固装置及其使用方法。

背景技术：

注浆法和锚固法作为一种较为成熟的加固技术，在基坑、边坡、矿山等领域得到广泛推广应用。采用注浆法加固时，同一个钻孔整个注浆深度内只能自起始压力达到终止压力，未能实现不同深度处的注浆压力动态调节；采用锚固法加固时，浅层锚固形式单一、锚固体尺寸较小且易失效。因此，不同深度处注浆压力定量调节、锚固体系统性增强增大、注浆-锚固一体化加固成为了岩土工程领域的一项技术难题。

目前，国内学者提出了一系列装置，一定程度上推动了注浆法和锚固法的发展，对工程实践提供了指导。

(1)中国专利zl201410038390.1提出了一种定点控域孔底混合双液注浆管，它包括辅助管、注浆管外管、注浆管内管和设在注浆管外管、注浆管内管上的射浆孔，辅助管内径大于注浆管外管外径，注浆管外管除圆锥形端部外均在辅助管内，注浆管外管内径大于注浆管内管外径，注浆管内管端部安装有逆止球阀，辅助管端部与水平面的坡度为15°～30°，注浆管外管与内管尾部安装有连接端头。

(2)中国专利zl201810508992.7介绍了软弱地基注浆管及利用该注浆管的地基加固补强方法，包括管体，管体插入地基的端部封闭，管体的侧壁上固定有贯穿管体侧壁的伸缩管，伸缩管完全收缩时，伸缩管伸出的端部位于管体的侧壁内，伸缩管伸出的端部封闭，伸缩管的侧壁上开有若干注浆孔，注浆孔上设有仅允许水泥浆液向伸缩管外流动的单向阀。还提供了一种地基加固补强方法，包括：待补强处钻孔并插入注浆管、注浆、抽浆、转动注浆管并再次注浆、抽浆、取出注浆管并回填钻孔。通过浆液的液压驱动伸缩管伸出，伸缩管伸出后，水泥浆液从注浆孔注出至地基泥土中，以使得注浆范围较大、分布均匀，使得地基补强效果较佳。

(3)中国专利zl201921204095.3公开了一种预埋注浆管双向注浆装置，装置由组合注浆管和加压装置两部分组成，组合注浆管由至少两根竖直注浆管及连接在相邻两根竖直注浆管之间且与竖直注浆管垂直的若干根水平注浆管组成，水平注浆管中间设有阻隔相邻两个竖直注浆管贯通的隔板，水平注浆管和竖直注浆管上设有通孔，通孔处布置有喷浆口，喷浆口设有可将喷浆口完全包裹的橡胶套，加压装置包括与竖直注浆管匹配的活塞，活塞上部设有加荷机构，活塞可在加荷机构的作用下在竖直注浆管内向下滑动。

(4)中国专利zl201811186024.5公开一种多段锚固圈式分段锚固锚杆结构及施工方法，包括如下步骤：四等分环形慢速粥状树脂锚固圈制作，三高锚杆不同分段环形凹沟旋转开槽，三高锚杆环形凹沟逆止阀焊接与调试，三高锚杆环形凹沟松紧性锚固圈安装，三高锚杆端部密封及预紧构件的选择，钻孔、快速树脂药卷与锚杆三径匹配，多段锚固圈式分段锚固锚杆施工方法。本发明锚杆结构简单，易于操作施工，实现锚杆与锚固剂一体化组合，使得锚杆分段与锚固剂、围岩相结合，提高了锚杆的锚固范围，达到深部破碎围岩三高锚杆的分段锚固与预紧力施加。

综合分析上述已有的专利成果，存在以下不足之处：

1.装置以注浆法或锚固法等某一工法为主，如锚杆(索)中浆液仅为局部区域低压充填加固。

2.同一钻孔不同深度注浆时压力无法实现分区分段定量调控，只能从起始压力注到设计终压，无法实现浅层低压注浆、深层高压注浆的目的。

3.现有锚固形式单一，锚固体多为单一个体，且尺寸有限，极易失稳失效。

技术实现要素：

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提出了一种伸缩式锚杆提升锚固范围、锚固体分区差异化尺寸、可依据钻孔深度分段定压力注浆、装置加工与使用方法简单的伸缩式锚固与分段定压注浆的一体化加固装置及其使用方法。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

本实施例提供的一种伸缩式锚固与分段定压注浆的一体化加固装置，包括一个注浆管，沿着注浆管的横截面设置多个隔板，多个隔板将注浆管内部分隔成多段，在每段注浆管的管壁上设有注浆孔或伸缩式锚杆，注浆孔和伸缩式锚杆间隔设置，且伸缩式锚杆轴线与所述的注浆管的轴线垂直；在注浆管内插装有多个内管，多个内管的长短不一，分别延伸到注浆管不同的段，向所述的伸缩式锚杆内或者注浆孔外注浆。

作为进一步的技术方案，在设置伸缩式锚杆的注浆管外壁上设有四个伸缩式锚杆(比如0点方向，3点方向，6点方向，9点方向)，所述的伸缩式锚杆沿着注浆管外壁的圆周方向均匀设置。

作为进一步的技术方案，沿注浆管轴线方向，伸缩式锚杆展开后的总长度由浅部向深部增长，且伸缩式锚杆直径增大。

作为进一步的技术方案，所述的伸缩式锚杆包括多节，相邻节之间通过密封垫密封。

作为进一步的技术方案，在注浆孔外设有套壳料，套壳料的作用是在注浆管周围形成具有一定强度的保护层，防止沙土把注浆孔堵住。

作为进一步的技术方案，每段注浆管的注浆压力大小可控。

第二方面，本发明还提供了一种伸缩式锚固与分段定压注浆的一体化加固装置的使用方法，如下：

锚固过程中，通过内管先向浅部的伸缩锚杆所在段进行注浆，使伸缩锚杆伸出，以形成刺入式锚固体；然后依次通过其他内管向位于深部的其他段伸缩式锚杆内注浆，使伸缩锚杆依次伸出，形成不同刺入深度的锚固体；

注浆过程中，通过内管向浅部的注浆管段进行注浆，待注浆压力达到设计终压时，关闭该内管；然后接通其他内管，依次向注浆管的其他段进行注浆，直到其他段的压力也达到设计终压，关闭其他内管，停止注浆。

作为进一步的技术方案，沿着注浆管的轴线方向，钻孔越深，注浆管注浆段的压力越大。

作为进一步的技术方案，沿着注浆管的轴线方向，钻孔越深，注浆管对应的伸缩锚杆的长度越长。

本发明研究了伸缩式锚固与分段定压注浆的一体化加固装置及其使用方法，解决了同一钻孔不同深度处注浆压力不可精准定量调控、浅层锚固体单一且易失效等问题，与前人研究相比，本发明具有伸缩式锚杆提升锚固范围、锚固体分区差异化尺寸、可依据钻孔深度分段定压力注浆、装置加工与使用方法简单的特点。

本发明与国内外同类装置相比，本发明的有益效果是：

1.本发明实现了注浆法与锚固法的强强联合，注浆管外的伸缩锚杆垂直于注浆管设置，伸缩锚杆不仅可以稳定浅部岩土体还可以稳定注浆管，为提高注浆压力奠定了基础。能够进行高压劈裂-挤密注浆，浆液扩散范围更广更深，最终可提升加固效果。

2.同一钻孔不同深度内可以实现不同压力注浆，可进行浅层低压注浆、深层高压注浆，达到根据工程地质、现场条件的分区分段定压力精细注浆。

3.多级不同尺寸的伸缩锚杆可依据钻孔深度而增大，安全系数和加固效果显著提高。

附图说明

图1是本发明整体结构示意图；

图2是本发明整体结构的横向截面示意图；

图3是本发明单根伸缩式锚杆截面图；

其中1.ⅰ级注浆管、2.ⅱ级注浆管、3.ⅲ级注浆管、4.ⅳ级注浆管、1-1.ⅰ级内管、2-1.ⅱ级内管、3-1.ⅲ级内管、4-1.ⅳ级内管、1-2.ⅰ级伸缩锚杆、3-2.ⅱ级伸缩锚杆、5.注浆孔、6.套壳料、7.管尖、8.隔离板。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非本发明另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合；

正如背景技术所介绍的，现有技术中存在不足，为了解决如上的技术问题，本发明提出了一种伸缩式锚固与分段定压注浆的一体化加固装置，包括一个注浆管，沿着注浆管的横截面设置多个隔板，多个隔板将注浆管内部分隔成多段，在每段注浆管的管壁上设有注浆孔或伸缩式锚杆，所述的注浆孔和伸缩式锚杆间隔设置，且所述的伸缩式锚杆轴线与所述的注浆管的轴线垂直；所述的注浆管内插装有多个内管，多个内管的长短不一，分别延伸到注浆管不同的段，向所述的伸缩式锚杆内或者注浆孔外注浆。

本发明的一种典型的实施方式中，如图1所示，本实施例公开的伸缩式锚固与分段定压注浆的一体化加固装置，包括四级注浆管(即四段注浆管)，分别是ⅰ级注浆管1、ⅱ级注浆管2、ⅲ级注浆管3、ⅳ级注浆管4；在其中两级安装伸缩锚杆，其中两级设置注浆孔，每一级对应的设置一个内管，具体的结构如下：

本实施例中ⅰ级注浆管1与ⅱ级注浆管2、ⅱ级注浆管2与ⅲ级注浆管3、ⅲ级注浆管3与ⅳ级注浆管4之间均通过隔离板8而焊接，形成多段注浆管，且位于头部的ⅳ级注浆管4与管尖7焊接，ⅰ级内管1-1位于ⅰ级注浆管1内、ⅰ级伸缩锚杆1-2焊接于ⅰ级注浆管1外侧，ⅱ级内管2-1位于ⅱ级注浆管2内，ⅲ级内管3-1位于ⅲ级注浆管3内、ⅱ级伸缩锚杆3-2焊接于ⅲ级注浆管3外侧，ⅳ级内管4-1位于ⅳ级注浆管4内；套壳料6包裹ⅱ级注浆管2和ⅳ级注浆管4上的注浆孔。

不难理解的，在其他实施例中，注浆管还可以是五级、六级等，具体根据锚固孔的深度进行选择，锚固孔越深，注浆管越长。

进一步优选的，本实施例中ⅰ级注浆管1、ⅱ级注浆管2、ⅲ级注浆管3、ⅳ级注浆管4均为d108*5的无缝钢管，长度1m。不难理解的，在其他实施中，注浆管4还可以采用其他尺寸的钢管。

进一步的，ⅰ级注浆管1与ⅱ级注浆管2通过隔离板8而焊接，该隔离板8上设有通过ⅱ级内管2-1、ⅲ级内管3-1、ⅳ级内管4-1的预留孔。ⅱ级注浆管2与ⅲ级注浆管3通过另一个隔离板8而焊接，该隔离板8上设有通过ⅲ级内管3-1、ⅳ级内管4-1的预留孔，ⅲ级注浆管3与ⅳ级注浆管4通过另一个隔离板8而焊接，该隔离板8上设有通过ⅳ级内管4-1的预留孔。

进一步优选的，各级内管为dn25铸铁管，ⅰ级内管1-1长度0.5m，ⅱ级内管2-1长度1.5m，ⅲ级内管3-1长度2.5m，ⅳ级内管4-1长度3.5m；即各个内管的长度不一，依次延伸到对应的不同级的注浆管内，实现注浆。需要说明的是，注浆管的个数与注浆管的段数相等。

进一步优选的，所述ⅰ级伸缩锚杆1-2和ⅱ级伸缩锚杆3-2分别外焊接于ⅰ级注浆管1和ⅲ级注浆管3，且本实施例中，每个伸缩锚杆由3节中空拉杆组成，每节拉件之间设有密封垫。ⅰ级伸缩锚杆1-2每节长度20cm，密封垫厚度3cm，伸出后总长度0.54m、底层拉杆半径0.07m；ⅱ级伸缩锚杆3-2每节长度30cm，密封垫厚度4cm，伸出后总长度0.82m、底部拉杆半径0.1m。同样不难理解的是，随着注浆管设置的增多，伸缩锚杆的每节长度逐渐增长，垫片厚度也增大，底部拉杆的半径也逐渐增大，在此就不进行赘述了，但是需要说明的是随着钻孔深度的不断增大，伸缩锚杆的尺寸也跟着进一步增大，因此锚固的安全系数和加固效果显著提高。

进一步需要说明的是，本实施例中的各个伸缩锚杆由3节中空拉杆组成，但是在其他实施例中，各个锚杆还可以采用4节/5节等中空拉杆组成。

进一步需要说明的是，在设置伸缩式锚杆的注浆管外壁上设有至少两个伸缩锚杆，且两个伸缩锚杆的轴线在同一条直线上；当然在有些情况下，还可以设置三个、四个或者更多个伸缩锚杆，但是当设置多个伸缩杆时，多个伸缩杆沿着注浆管的圆周方向均匀设置，实现锚固力的均匀，优选的设置四个伸缩锚杆，且四个伸缩锚杆沿注浆管轴线方向，伸缩式锚杆展开后的总长度由浅部向深部增长，且伸缩式锚杆直径增大。

进一步的，本实施例中，ⅱ级注浆管2和ⅳ级注浆管4上有梅花形分布直径4mm的注浆孔5，管尖7上也设有注浆孔，所有注浆孔5外设有套壳料6，套壳料的作用是在注浆管周围形成具有一定强度的保护层，防止沙土把注浆孔堵住。

进一步的，本实施例中每段注浆管的注浆压力大小可控，同一钻孔不同深度内可以实现不同压力注浆，可进行浅层低压注浆、深层高压注浆，达到根据工程地质、现场条件的分区分段定压力精细注浆。

本装置实现了注浆法与锚固法的强强联合，注浆管外的伸缩锚杆垂直于注浆管设置，伸缩锚杆不仅可以稳定浅部岩土体还可以稳定注浆管，为提高注浆压力奠定了基础。能够进行高压劈裂-挤密注浆，浆液扩散范围更广更深，最终可提升加固效果。

基于上述的伸缩式锚固与分段定压注浆的一体化加固装置，本实施例还公开了一种加固装置的加工方法及使用方法，包括以下步骤：

a.ⅱ级注浆管2和ⅳ级注浆管4的末端长度0.6m段上开设直径4mm、梅花形分布的注浆孔6。

b.通过隔离板8将ⅰ级注浆管1和ⅱ级注浆管2、ⅱ级注浆管2和ⅲ级注浆管3、ⅲ级注浆管3和ⅳ级注浆管4焊接为一体，各个隔离板8上相应预留通过ⅱ级内管2-1、ⅲ级内管3-1、ⅳ级内管4-1的预留孔，ⅱ级内管2-1、ⅲ级内管3-1、ⅳ级内管4-1均穿过相应隔离板8，然后对各级内管与隔离板8间的空隙进行密封。

c.将ⅳ级注浆管4与管尖7焊接。

d.在成型的注浆管上，ⅰ级注浆管1和ⅲ级注浆管3的末端开设直径0.14m和0.2m的圆孔，对应外焊接ⅰ级伸缩锚杆1-2和ⅱ级伸缩锚杆3-2。

e.最后安装法兰盘，于各级注浆管的注浆孔5部分安装套壳料6。

f.锚固过程中，首先通过ⅰ级内管1-1注浆，使其伸出ⅰ级伸缩锚杆1-2，以形成最大半径0.54m的刺入式锚固体；其次通过ⅲ级内管3-1注浆，使其伸出ⅱ级伸缩锚杆3-2，以形成最大半径0.82m的刺入式锚固体。

g.注浆过程中，首先接通ⅱ级内管2-1，其注浆压力区间为0.5-1.0mpa，待达到设计终压1.0mpa时，关闭ⅱ级内管2-1；然后接通ⅳ级内管4-1，其注浆压力区间为1.0-1.5mpa，待达到设计终压1.5mpa时，关闭ⅳ级内管4-1，停止注浆。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

最后还需要说明的是，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。