挤喷双锥台型大头锚杆施工方法其及锚杆与流程

本发明涉及一种建筑物基坑支护工程和建筑物抗浮锚固工程用的锚杆及其施工方法。

背景技术：

目前城市建筑为了节约土地，充分利用地下空间，促进了深基坑支护的发展，当前深基坑支护多数采用桩、锚支护结构。当前土层锚杆的极限拉拔力，只有20～50t/根，远远满足不了深基坑设计需要，常常采用加长锚杆的方法，因为锚杆长、径比超过最佳值，摩阻力不再增加，逐渐减少，用普通锚杆制作大拉拔力锚杆，难度是非常大，当前需要解决大拉拔力锚杆是迫在眉睫的任务。深基坑一般情况下地下水深，浮力大，更需要抗浮力大的抗浮锚杆。

技术实现要素：

本发明目的在于提供一种承载力高，造价低，工艺简便，能在多种地质条件下施工的挤喷双锥台型大头锚杆施工方法其及锚杆。

为了完成本申请的发明目的，本发明采用以下技术方案：

本发明的一种挤喷双锥台型大头锚杆的施工方法，在该施工方法中所使用的钻杆包括：芯管、喷嘴和螺旋叶片，沿着芯管的轴向方向焊接有螺旋叶片，在螺旋叶片和芯管相连的芯管上开有两个沿着芯管轴向对称的喷嘴，喷嘴与芯管轴线夹角为5°～85°，其特征在于：挤喷双锥台型大头锚杆的施工方法包括以下步骤：

(a)、根据锚杆孔的位置，使用专用钻机和上述钻杆在锚杆孔的位置上进行钻孔至设计深度；然后停止钻杆转动；

(b)、调整喷嘴的水泥浆压力和钻杆的提升速度，开始提升钻杆，在钻杆提升到第二圆锥台的下端时，让钻杆上的两个对称喷嘴开始旋喷水泥浆直至钻杆提升到第一圆锥台的上端时，钻杆停止提升和喷嘴停止喷射水泥浆；

(c)、钻杆再以设定速度从第一圆锥台的上端向下运动，同时两个对称喷嘴对第一圆锥台进行复喷，直到第一圆锥台下端的位置处停止复喷；

(d)、用钻杆下压钻孔内的水泥土到第二圆锥台上端，钻杆从第二圆锥台的上端开始向下运动，同时两个对称喷嘴对第二圆锥台进行复喷，直到第二圆锥台下端的位置处停止复喷，然后钻杆再下压到设计深度；

(e)、提升钻杆，同时伴随着从喷嘴向钻孔中低压灌入水泥浆，在灌入的水泥浆高出第一圆锥台0.9-1.1m时，停止灌浆，然后将钻杆向下挤压直到钻孔底部，再提升钻杆，同时伴随着从喷嘴低压灌入水泥浆至钻孔口处；

(f)、移开钻杆，钻孔形成了锚杆体，从锚杆体的中心插入钢拉杆和补浆管，并将钢拉杆固定至设计位置；

(g)、从补浆管向锚杆体内多次补入水泥浆，最后一次的补浆必须在钻孔内的水泥浆初凝以后，压入加早强剂的水泥浆，补浆完成，拔出补浆管。

本发明的一种挤喷双锥台型大头锚杆的施工方法，其中：在步骤(c)开始时，喷嘴从第一圆锥台的上端开始复喷10s至60s后，钻杆再向下运动。

本发明的一种挤喷双锥台型大头锚杆的施工方法，其中：在步骤(c)中，钻杆以10～30cm/min速度向下运动，在步骤d中，钻杆以10～30cm/min速度向下运动。

本发明的一种挤喷双锥台型大头锚杆的施工方法，其中：所述第一圆锥台和第二圆锥台的最大直径大于圆柱形扩大头的直径，圆柱形扩大头的直径大于锚杆体的直径，第一圆锥台与锚杆体和圆柱形扩大头的连接部分别为圆锥形，第二圆锥台与锚杆体和圆柱形扩大头的连接部分别为圆锥形，第一圆锥台和第二圆锥台的锥台前端斜线与锚杆体轴线的夹角为5°～85°。

本发明的一种挤喷双锥台型大头锚杆的施工方法，其中：所述喷嘴喷出水泥浆的水灰比为0.7～1.5；在步骤(e)中喷嘴(12)向钻孔中低压灌入水泥浆的压力为0.1～1.0mpa；在步骤(g)中，从补浆管向锚杆体内补入水泥浆的水灰比为1:2，加早强剂的水泥浆为加入占水泥重量1～10％早强剂的水灰比为1:2的水泥浆，早强剂为玻美度为45度的水玻璃。

本发明的挤喷双锥台型大头锚杆，其中：挤喷双锥台型大头锚杆包括：锚杆体、钢拉杆、第一圆锥台、圆柱形扩大头和第二圆锥台，钢拉杆被包裹在锚杆体内，在靠近锚杆体的底端依次为第二圆锥台、圆柱形扩大头和第一圆锥台，圆柱形扩大头在第一圆锥台和第二圆锥台之间，圆柱形扩大头的两端分别与第一圆锥台和第二圆锥台相连，第二圆锥台的下端直径与圆柱形扩大头的直径相同，第一圆锥台上端直径与锚杆体相同，第一圆锥台和第二圆锥台的最大直径大于圆柱形扩大头的直径，第一圆锥台和第二圆锥台的锥台前端斜线与锚杆体轴线的夹角为5°～85°。

本发明的挤喷双锥台型大头锚杆，其中：所述锚杆体内的填充物为水泥浆结石体，第一圆锥台、圆柱形扩大头和第二圆锥台从内至外的填充物为水泥浆结石体和压缩水泥土，第一圆锥台、圆柱形扩大头和第二圆锥台的外部由挤密土层包裹。

专利特点说明：

a、在上述锚杆的施工方法中，步骤(b)、(c)和(d)旋喷水泥浆时高压水泥浆喷射流在地层中，把土体切削破坏，其加固范围就是喷射距离加渗透部分或压缩部分的长度为半径的圆柱体。一部分细小的土粒，被喷射的浆液所置换。其余的土粒与浆液搅拌混合，在旋喷动压、离心力和重力的共同作用下，在横断面上土粒按质量大小有规律地排列起来，小颗粒在中部位居多，大颗粒多在外侧或边缘部分，经过一定时间便凝固成渗透系数小的固结体。随着土质不同，横断面的结构有些不同，由于旋喷体不是等颗粒的单体结构，固结质量不太均匀，通常中心的强度低，边缘部分强度高。挤喷双锥台型大头锚杆极限拉拔力有时达到上百吨。主要拉拔力大都在扩大头上，因旋喷桩中心水泥土固结后的强度低，很难满足与钢拉杆的握裹力的设计要求。本发明在提升芯管时伴随着压入水泥浆，杆体中心水泥浆中经过2次(本专利发明伴随着压浆，在提升芯管同时下面空隙，被水泥浆及时填充满，锚杆孔内全是水泥浆，普通锚杆在提升芯管时下面空隙被水泥土填充满，以后补浆只是补充水泥浆中水份渗走的空隙)伴随着压入水泥浆，又经过芯管分段挤压，杆体中心固结水泥浆强度很高，是原来旋喷桩中心水泥土强度的几倍，从新形成旋喷锚杆体中心固结的水泥浆强度高于四周水泥土固结强度，满足钢拉杆握裹力要求，创新结构。

b、在上述锚杆施工方法中，上述步骤(c)和步骤(d)中旋喷扩径体大头时，水泥土顺芯管上升，水泥浆中多余水份渗透到锚杆孔周围的土体层中，软化土体，在提升芯管时，用芯管分段下压芯管孔内水泥浆，水泥浆挤密孔内水泥土，水泥土挤密周围土层，(使孔周围土层大小颗粒重新排列)把水泥土挤压到周围的土层中，孔中心的水泥浆外侧的水泥土和孔周围被挤密的土层，紧密的粘在一起，固化后，水泥浆体，水泥土和孔周围土层连成整体，水泥浆固化后强度大于周围水泥土，水泥土强度大于挤密的孔周围土层，在土层中水泥土层外有一层渗透的水泥浆和土层粘接，在砂层中水泥土层外侧有一层水泥浆渗透层厚10～15cm，强度都大于挤密土层，固化后锚杆受拉时，杆体内部强度高，挤密土层强度低。根据力的传导理论，只有在锚固体周围挤密土层中产生剪切破坏，在设计中，杆体阻力用挤密土层剪切强度计算，同时增加杆体周围剪切面积。

c、在上述锚杆施工方法步骤(g)中，必须在大头水泥浆初凝以后进行最后一次压力补旱强水泥浆。经过多年经验，斜锚杆施工开挖后在圆孔上边有沉落层，大约是圆直径的1/3～1/4，不单纯减少摩阻力面积，而且使整个孔拉力松驰。主要原因在旋喷的水泥浆固化的水灰比只需20％水足够水化作用，水泥浆中百分之50％的水渗透在土层中，使旋喷的圆柱体扩大头内产生空洞。为保工程质量，提高锚杆拉拔力，本发明在施工方法中，测定旋喷大头锚杆浆初凝时，根据初凝时间本发明用旱强水泥浆压力补浆。

d、在上述芯管施工方法中步骤(d)在不提芯管旋喷几秒钟，然后以20cm/min速度向下复喷，增加锥台面积1倍以上，此锥台受力可用太沙基公式计算。

“挤喷双锥台型大头锚杆”主要特点：

“挤喷双锥台型大头锚杆”自由段长，锚固段短，可以把支护结构拉拔力传到深远地层中去，锚固体大头在深远砂质地层中锚固力很大。锚固体大头与土层的摩阻力，转化为杆体和扩大头与土层的剪切力或锚杆本身的破坏承载力，作为“挤喷双锥台型大头锚杆”抗拉强度极限值。

挤喷双锥台型大头锚杆，不单纯提高锚杆的抗拔力，而且加固了土体，减弱支护桩的土压力，使桩、锚、土共同支护作用，使支护桩连续墙更加安全可靠。

旋喷扩大头时两次用芯管挤压扩大头孔内水泥浆，最后一次挤压分段振动挤压，不单纯使锚杆体内充满水泥浆，而且旋喷扩大头“压缩层”内部全充满水泥浆，水泥浆中多余水份不断渗透、散失、固化后，形成一种中间水泥浆、水泥土压缩层和挤密土层的结构，构成一种中间强度高，外围强度低合理的锚杆抗拉荷载传递结构，旋喷扩大头杆体中心压入的纯水泥浆对钢拉杆有较大的握裹力。

附图说明

图1为在本发明施工方法中，所使用的钻杆的正向剖面示意图；

图2为本发明的挤喷双锥台型大头锚杆的正向示意图；为了清楚起见，该图画出了补浆管被拔出后的示意图；

图3为本发明的挤喷双锥台型大头锚杆的正向剖面示意图，为了清楚起见，该图画出了补浆管未拔出的示意图。

在图1至图3中，标号1为锚杆体；标号2为钢拉杆；标号3为圆柱形扩大头；标号4为第一圆锥台；标号5为第二圆锥台；标号6为水泥浆结石体；标号7为压缩水泥土；标号8为挤密土层；标号9为芯管；标号10为螺旋叶片；标号11为补浆管；标号12为喷嘴。

具体实施方式

如图1所示，在该施工方法中所使用的钻杆包括：芯管9、喷嘴12和螺旋叶片10，沿着芯管9的轴向方向焊接有螺旋叶片10，在螺旋叶片10和芯管9相连的芯管9上开有两个沿着芯管9轴向对称的喷嘴12，喷嘴12与芯管9轴线夹角为5°～85°。

本发明的挤喷双锥台型大头锚杆的施工方法包括以下步骤：

(a)、根据锚杆孔的位置，使用专用钻机和上述钻杆在锚杆孔的位置上进行钻孔至设计深度；然后停止钻杆转动；

(b)、调整喷嘴12的水泥浆压力和钻杆的提升速度，开始提升钻杆，在钻杆提升到第二圆锥台5的下端时，让钻杆上的两个对称喷嘴12开始旋喷水泥浆直至钻杆提升到第一圆锥台4的上端时，钻杆停止提升和喷嘴12停止喷射水泥浆；

(c)、喷嘴12从第一圆锥台4的上端开始复喷40s至60s后，钻杆再以20cm/min的速度向从第一圆锥台4的上端向下运动直到第一圆锥台4下端的位置处，喷嘴12停止复喷；

(d)、用钻杆下压钻孔内的水泥土到第二圆锥台5上端，钻杆以20cm/min的速度从第二圆锥台5的上端开始向下运动，同时两个对称喷嘴12对第二圆锥台5进行复喷，直到第二圆锥台5下端的位置处停止复喷，然后钻杆再下压到设计深度；

(e)、提升钻杆，同时伴随着从喷嘴12向钻孔中低压灌入水泥浆，在灌入的水泥浆高出第一圆锥台40.9-1.1m时，停止灌浆，然后将钻杆向下挤压直到钻孔底部，再提升钻杆，同时伴随着从喷嘴12低压灌入水泥浆至钻孔口处；

(f)、移开钻杆，钻孔形成了锚杆体1，从锚杆体1的中心插入钢拉杆2和补浆管11，并将钢拉杆2固定至设计位置；

(g)、从补浆管11向锚杆体1内多次补入水泥浆，最后一次的补浆必须在钻孔内的水泥浆初凝以后，压入加早强剂的水泥浆，补浆完成，拔出补浆管。

第一圆锥台4和第二圆锥台5的最大直径大于圆柱形扩大头3的直径，圆柱形扩大头3的直径大于锚杆体1的直径，第一圆锥台4与锚杆体1和圆柱形扩大头3的连接部分别为圆锥形，第二圆锥台5与锚杆体1和圆柱形扩大头3的连接部分别为圆锥形，第一圆锥台4和第二圆锥台5的锥台前端斜线与锚杆体1轴线的夹角为5°～85°。

喷嘴12喷出水泥浆的水灰比为0.7～1.5；在步骤(e)中喷嘴12向钻孔中低压灌入水泥浆的压力为0.1～1.0mpa；在步骤(c)和步骤(d)中喷嘴12旋喷出的水泥浆的压力视地层的坚硬程度而定；在步骤(g)中，从补浆管11向锚杆体1内补入水泥浆的水灰比为1:2，加早强剂的水泥浆为加入占水泥重量1～10％早强剂的水灰比为1:2的水泥浆，早强剂为玻美度为45度的水玻璃。

如图2所示，挤喷双锥台型大头锚杆包括：锚杆体1、钢拉杆2、第一圆锥台4、圆柱形扩大头3和第二圆锥台5，钢拉杆2被包裹在锚杆体1内，在靠近锚杆体1的底端依次为第二圆锥台5、圆柱形扩大头3和第一圆锥台4，圆柱形扩大头3在第一圆锥台4和第二圆锥台5之间，圆柱形扩大头3的两端分别与第一圆锥台4和第二圆锥台5相连，第二圆锥台5的下端直径与圆柱形扩大头3的直径相同，第一圆锥台4上端直径与锚杆体1相同，第一圆锥台4和第二圆锥台5的最大直径大于圆柱形扩大头3的直径，第一圆锥台4和第二圆锥台5的锥台前端斜线与锚杆体1轴线的夹角为5°～85°。

如图3所示，锚杆体1内的填充物为水泥浆结石体6，第一圆锥台4、圆柱形扩大头3和第二圆锥台5从内至外的填充物为水泥浆结石体6和压缩水泥土7，第一圆锥台4、圆柱形扩大头3和第二圆锥台5的外部由挤密土层8包裹。

以上所述实施例仅仅是对本发明优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神前提下，本领域普通技术人员对本发明技术方案做出各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定保护范围内。