预制预应力混凝土空心土钉及施工方法
【技术领域】
[0001]本发明属于建筑工程技术领域，具体涉及一种预制预应力混凝土空心土钉及施工方法。
【背景技术】
[0002]在地下工程大踏步发展的今天，围护结构有待进一步创新发展。目前围护结构主要采用锚杆、土钉等支撑体系，即将土体作用于围护结构的侧压力通过锚杆、土钉传递给深层稳定土体。土钉施工主要采用机械成孔，插入钢筋、灌入浆液形成土钉，工艺简单，存在对土体扰动大、土钉质量难保证、承载力低、变形大等缺陷。土钉施工也常旋入空心螺旋钢钉，经注浆后形成土钉支护，浪费钢材。通常土钉施工过程中，易扰动周围土体，一定程度降低了土体对土钉的握裹作用，不利于土钉作用的充分发挥。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于提供一种对土体扰动小、抗裂性能好、承载力大、节约钢材的预制预应力混凝土空心土钉以及施工方法。
[0004]本发明的技术方案为:
一种预制预应力混凝土空心土钉，其特征在于，包括土钉帽、土钉本体、端头；该土钉本体为空心结构，由土钉侧壁围绕形成土钉空心，该土钉侧壁内设有土钉纵筋，所述的土钉纵筋施加预应力，所述的土钉帽与土钉本体为一体成型结构，在土钉帽上设有通孔与与土钉空心相通；所述的端头嵌入土钉空心；所述的土钉侧壁上预留注浆孔，在土钉侧壁的外侧面还设有土钉螺旋叶片或楔形棱。
[0005]对于本发明的预制预应力混凝土空心土钉，在制作过程中，土钉混凝土浇筑前，对土钉纵筋施加预应力，待混凝土完成浇筑并达到设计强度的85%时释放预应力钢筋。
[0006]作为优选，土钉直径为150mm~250mm。
[0007]在土钉侧壁上每隔1.0m~l.5m预留2~3个注浆孔，便于进行土钉侧壁注浆。并在土钉侧壁上预制土钉螺旋叶片或楔形棱。
[0008]所述的土钉帽与土钉本体采用普通混凝土、细石混凝土、水泥复合材料或PVC材料整体制作，并在混凝土或水泥复合材料中掺加碳纤维、钢纤维等纤维材料。
[0009]所述的端头单独预制。
[0010]作为优选，所述的土钉帽厚度不小于100mm。
[0011]作为优选，所述的土钉空心直径不大于100mm。
[0012]本发明还提供一种预制预应力混凝土空心土钉的施工方法，步骤如下:
第一步:直接压入或旋入预制预应力混凝土空心土钉，当土钉压入或旋入困难时，机械引孔，要求孔径不大于土钉直径的60% ;
第二步:将预制预应力混凝土空心土钉压入或旋入引孔，土钉倾角5-25度斜向下； 第三步:用芯杆将端头推离土钉Im以上，抽掉芯杆，插入钢筋直抵端头； 第四步:进行土钉底部及侧壁注浆；
第五步:用素混凝土或土体填充土钉空心。
[0013]本发明还提供一种预制预应力混凝土空心土钉的施工方法，步骤如下:
第一步:直接压入或旋入土钉，当土钉压入或旋入困难时，机械引孔，要求孔径不大于土钉直径的60% ；
第二步:将预制预应力混凝土空心土钉压入或旋入引孔，土钉倾角5-25度斜向下； 第三步:固定端头，进行土钉侧壁注浆；
第四步:用芯杆将端头推离土钉Im以上，抽掉芯杆，插入钢筋直抵端头，进行土钉底部注浆；
第五步:用素混凝土或土体填充土钉空心。
[0014]作为优选，土钉直径为150mm~250mm。
[0015]作为优选，所述的土钉帽厚度不小于100mm。
[0016]作为优选，所述的土钉空心直径不大于100mm。
[0017]本发明的有益效果为:
1.对土体扰动小。土钉压入或旋入土体，对周围土体扰动小。即便土钉压入前引孔，但因孔径小于土钉直径，且土钉采用压入或旋入的方式进入引孔，对周围土体有较强挤密作用，大大降低施工对周围土体的扰动。
[0018]2.抗裂性能好。混凝土中掺加纤维材料，提高了混凝土的抗拉强度及韧性。因预应力钢筋对混凝土施加了预应力，提高了土钉的抗裂性能。
[0019]3.承载力大。因土钉本身螺旋叶片或楔形棱的存在加强了土钉与周围土体的咬合作用，进而加强了周围土体对土钉的握裹作用。又因土钉端部及侧壁注浆体的存在，进一步增强了深层稳定土体对土钉的握裹作用，使土钉的抗压及抗拔承载力相比传统土钉都有增大。
[0020]4.节约钢材。因土钉采用预制混凝土制作，相比传统钢管土钉，节约了钢材。
[0021]【附图说明】:
图1为施工流程图；
图2为引孔完成后的剖面示意图；
图3为预制预应力混凝土空心土钉旋入土体后的剖面示意图；
图4为推下端头、抽掉芯杆、插入钢筋后的剖面示意图；
图5为图4中A-A剖面图；
图6为土钉端头及侧壁注浆完成后的的剖面示意图；
图7为土钉芯部填充完成后的剖面示意图；
图8为带楔形棱的预制预应力混凝土空心土钉推下端头、抽掉芯杆、插入钢筋后的剖面示意图；
图9为图8中B-B剖面图；
图10带楔形棱预制预应力混凝土空心土钉施工完成后的剖面示意图；
图11为固定端头、抽掉芯杆、土钉侧壁注浆完成后的剖面示意图；
图12为推下端头、插入钢筋、土钉底部注浆完成后的剖面示意图。
[0022]1.引孔；2.围护结构；3.土钉帽；4.土钉侧壁；5.预制土钉螺旋叶片；6.端头；7.预留注浆孔；8.芯杆；9.钢筋；10.土钉纵筋；11.土钉箍筋；12.楔形棱；13.土钉底部注浆体；14.土钉侧壁注浆体；15.土钉芯部填充体。
【具体实施方式】
[0023]下面结合附图对本发明的技术方案进行详细的说明。
[0024]一种预制预应力混凝土空心土钉，包括土钉帽3、土钉本体、端头6 ;该土钉本体为空心结构，由土钉侧壁4围绕形成土钉空心，该土钉侧壁4内设有土钉纵筋10，所述的土钉纵筋10施加预应力，所述的土钉帽3与土钉本体为一体成型结构，在土钉帽上设有通孔与与土钉空心相通；所述的端头嵌入土钉空心；所述的土钉侧壁上预留注浆孔7，在土钉侧壁的外侧面还设有土钉螺旋叶片5