一种钻扩一体囊式岩土锚杆装置及土层加固的施工方法与流程

本发明属于岩土加固，具体涉及一种钻扩一体囊式岩土锚杆装置及土层加固的施工方法。

背景技术：

1、传统普通拉力型锚杆，应用范围广，属于等直径单纯摩擦型锚杆，但承载能力有限，多为受拉剪切型破坏，易出现拉裂缝，防腐性能差。

2、为满足现代土木工程建设对岩土工程抗拉构件高承载力的要求，以及在软土地基和深基坑适用的要求，锚杆的创新和发展主要聚焦在抗拉承载力上。锚杆的极限承载力与锚杆的锚固长度、锚固段直径和锚固段与地基土的摩擦力指标成正比，而实际施工过程中由于场地红线的控制，锚杆长度受到限制，同时地基土力学性质的固有特征也难以改变，因此通过改变锚固段直径的扩体锚杆在近几十年来得到了快速的发展。如图1所示(图1中，d为普通锚固段直径；d为扩体锚固段直径；h为扩体锚杆埋深，也即普通锚固段长度；l为扩体锚固段长度；qsd为普通锚固段侧阻力；qsd为扩体锚固段侧阻力；qc为扩体锚杆的端阻力)，通过局部扩大锚杆锚固段直径的方法不仅增加了扩体锚固段的侧摩擦面积，而且局部扩体段的出现带来了扩体锚杆承载机理的根本性变化，即扩体锚固段的端部通过挤压土体发挥了端部承载作用，从而彻底改变了传统等直径锚杆单纯摩擦的锚固机理。

3、特别地，囊式扩体锚杆由于囊式扩体锚固段的囊体结构存在，其防腐蚀能力和承载能力以及抗变形能力大幅度提高，并且相对于传统锚杆，这种囊式扩体锚杆采用了全锚筋与注浆体无粘结的压力型锚杆形式，受力机理更加合理有效，其防漏浆能力也进一步提高。囊式扩体锚杆从本质上将扩体锚固段注浆体与周围土体及钻孔、扩孔形成的土屑完全隔绝，能够保证扩体锚固段的结构强度有效发挥，从而确保锚杆的锚固体不会先于地基土发生破坏，而且，施工前期钻机的机械气压展开式扩孔或者高压喷射注浆法扩孔等方式，使囊体在注浆膨胀过程中不会对周围的原状土造成影响。

4、但是，如图2所示，传统囊式扩体锚杆施工过程中需要先钻机成孔扩孔，然后清孔、孔深检验，最后再下锚插入囊体灌浆等多序施工，而且灌浆后存在多次高压补浆流程，过程复杂繁琐。

5、综上，传统等直径锚杆锚固机理简单，侧摩擦面积较小；囊式扩体锚杆的钻孔、扩孔、插入锚头、注浆等流程繁琐。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种钻扩一体囊式岩土锚杆装置，该钻扩一体囊式岩土锚杆装置能够一次性完成钻孔(包括扩孔)和扩囊，解决了传统等直径锚杆锚固机理简单，侧摩擦面积较小，以及传统囊式扩体锚杆中钻孔、扩孔、插入锚头、注浆等繁琐流程的问题。

2、该钻扩一体囊式岩土锚杆装置采用以下技术方案：

3、一种钻扩一体囊式岩土锚杆装置，包括锚杆、囊体、注浆管接口和排气管接口；

4、所述锚杆为空心杆，一端的侧壁上设置有与中心孔连通的侧壁孔，所述锚杆穿过所述囊体，另一端能够通过连接件与高压射流钻头连接；

5、所述注浆管接口设置于所述囊体上，且所述注浆管接口能够与外注浆管连接，用于向所述囊体内注入水泥浆料；

6、所述排气管接口设置于所述囊体上，且所述排气管接口能够与排气溢浆管连接，用于所述囊体在注入水泥浆料过程的排气。

7、进一步地，所述囊体注浆膨胀后的长度在0.5m以内，直径在0.2m以内。

8、进一步地，所述囊体的结构包括反渗透膜。

9、进一步地，所述反渗透膜的材料为醋酸纤维素。

10、进一步地，所述囊体上设置有上锚杆穿孔结构和下锚杆穿孔结构；

11、所述锚杆一端先从所述上锚杆穿孔伸入所述囊体内部，再从所述下锚杆穿孔穿出所述囊体，且所述囊体通过所述上锚杆穿孔结构和所述下锚杆穿孔结构可拆卸地安装在所述锚杆上。

12、进一步地，所述锚杆为中空的精轧螺纹杆。

13、此外，本发明还提供了一种土层加固的施工方法，该方法利用上述的一种钻扩一体囊袋型岩土锚杆装置，包括：

14、步骤一：将中空的锚杆的钻头连接端与钻注一体机上的高压射流钻头连接；

15、步骤二：向锚杆注入高压水，锚杆的高压摆喷端实现高压水射流的出射对土层进行钻孔，钻孔到设定深度时增大水压进行扩孔，扩孔到设定深度时，向锚杆注入水泥浆料形成高压旋喷注浆结石体，并通过注浆管接口向囊体内注浆使囊体膨胀，并形成囊内结石体；

16、步骤三：将锚杆和高压水射流钻头的连接断开。

17、进一步地，对溶洞/土洞加固时，上述施工方法简化为：向溶洞/土洞中放入囊体，并且通过囊体上设置的注浆管接口向囊体内注入水泥浆料。

18、有益效果：

19、1、锚杆为空心杆，一端的侧壁上设置有与中心孔连通的侧壁孔，且锚杆穿过囊体，另一端能够通过连接件与高压射流钻头连接；注浆管接口设置于囊体上，且注浆管接口通过活接头能够与外注浆管连接，用于向囊体内注入水泥浆料；排气管接口设置于囊体上，且排气管接口能够与排气溢浆管连接，用于囊体在注入水泥浆料过程的排气。

20、如此，可以将中空的锚杆的一端与高压射流钻头连接，另一端实现高压水射流的出射，进而通过高压水射流进行钻孔，钻孔到一定深度时可以通过增加水压进行扩孔，扩孔到一定深度时，可以通过中空的锚杆在囊体外进行注浆形成高压旋喷注浆结石体，并通过注浆接口(接上外注浆管)向囊体内注浆使囊体膨胀，并形成囊内结石体，从而一次性完成钻孔(包括扩孔)和扩囊，解决了传统等直径锚杆锚固机理简单，侧摩擦面积较小的问题，并且克服了传统扩体锚杆先成孔后下锚杆杆体的多序施工弊端。

21、2、囊体注浆膨胀后的长度在0.5m以内，直径在0.2m以内，相比传统囊体浆膨胀后的长度在1.5m左右，直径在0.2m左右，长度更小，进而使囊体实现了小体积，使囊体更加微型化和轻量化，避免了传统囊体结构重量和尺寸大带来的难运输和施工、易损等弊病，而且，因为囊式扩体锚杆主要通过端部承载对岩土进行锚固，所以单独只减小囊体的长度并不会显著降低囊式扩体锚杆锚固作用，相反地，减小囊体的长度后，在向该小型化的囊体内注浆时，水泥浆料能够快速充满囊体并快速固结，提高囊内结石体的密实度，增加囊内结石体的强度，提高锚固作用。

22、3、囊体的结构包括反渗透膜，如此，在向囊体内注入水泥浆料时，一部分水和气体可以通过反渗透膜排出囊体，并防止囊外水灰比更大的水泥浆料进入囊体内部，进而提高了囊内结石体的强度，从而增强了锚固作用。

23、4、囊体通过上锚杆穿孔结构和下锚杆穿孔结构可拆卸地安装在锚杆上，如此，可以实现工厂生产、现场组装的装配式施工工艺，集约化程度高。

24、5、加固溶洞/土洞时，只需向溶洞/土洞中放入不带锚杆的囊体，并且通过囊体上设置的注浆接口向囊体内注入水泥浆料，避免了传统溶洞或土洞直接灌浆造成大量浆液流失和难以实现真正封堵等问题，节约了建筑材料，并避免了浆液污染岩土环境问题，能够实现地基处理的绿色施工目标。

技术特征：

1.一种钻扩一体囊式岩土锚杆装置，其特征在于，包括锚杆、囊体、注浆管接口和排气管接口；

2.根据权利要求1所述的一种钻扩一体囊袋型岩土锚杆装置，其特征在于，所述囊体注浆膨胀后的长度在0.5m以内，直径在0.2m以内。

3.根据权利要求1或2所述的一种钻扩一体囊袋型岩土锚杆装置，其特征在于，所述囊体的结构包括反渗透膜。

4.根据权利要求3所述的一种钻扩一体囊袋型岩土锚杆装置，其特征在于，所述反渗透膜的材料为醋酸纤维素。

5.根据权利要求1所述的一种钻扩一体囊袋型岩土锚杆装置，其特征在于，所述囊体上设置有上锚杆穿孔结构和下锚杆穿孔结构；

6.根据权利要求1、2、4、5任意一项所述的一种钻扩一体囊袋型岩土锚杆装置，其特征在于，所述锚杆为中空的精轧螺纹杆。

7.一种土层加固的施工方法，其特征在于，利用权利要求1～6任意一项所述的一种钻扩一体囊袋型岩土锚杆装置，包括：

8.根据权利要求7所述的一种土层加固的施工方法，其特征在于，对溶洞/土洞加固时，上述施工方法简化为：向溶洞/土洞中放入囊体，并且通过囊体上设置的注浆管接口向囊体内注入水泥浆料。

技术总结
本发明公开了一种钻扩一体囊式岩土锚杆装置及土层加固的施工方法，属于岩土加固技术领域，该装置包括锚杆、囊体、注浆管接口和排气管接口；锚杆为空心杆，一端的侧壁上设置有与中心孔连通的侧壁孔，锚杆穿过囊体，另一端能够通过连接件与高压射流钻头连接；注浆管接口设置于囊体上，且注浆管接口能够与外注浆管连接，用于向囊体内注入水泥浆料；排气管接口设置于囊体上，且排气管接口能够与排气溢浆管连接，用于囊体在注入水泥浆料过程的排气。该钻扩一体囊式岩土锚杆装置解决了传统等直径锚杆锚固机理简单，侧摩擦面积较小的问题，并且克服了传统扩体锚杆先成孔后下锚杆杆体的多序施工弊端。

技术研发人员：丛顺,董艺,季永新,桂峥嵘
受保护的技术使用者：中国建筑第四工程局有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/5