本發(fā)明屬于錨固工程技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種帶有吸水膨脹環(huán)的串式擴(kuò)體錨桿及其施工方法。
背景技術(shù)：
隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，高層建筑和城市地下工程不斷增多，由此而產(chǎn)生了大量深基坑開(kāi)挖支護(hù)工程。隨著基坑規(guī)模和深度的加大，工程事故和施工難題逐漸增多，尤其在我國(guó)沿海地區(qū)，軟土地層分布廣泛，土體含水率高、物理力學(xué)性質(zhì)差，使得深基坑穩(wěn)定性與錨固技術(shù)之間的矛盾變得非常緊迫而突出。傳統(tǒng)錨固技術(shù)所采用的注漿錨桿很難為軟土邊坡提供理想的錨固效果，而擴(kuò)大頭錨桿憑借自身高承載力的特點(diǎn)在軟土地區(qū)得到推廣應(yīng)用。目前，深基坑支護(hù)工程中采用較多的擴(kuò)大頭錨桿是高壓噴射擴(kuò)體錨桿，但在軟土地區(qū)的深基坑工程中，高壓噴射擴(kuò)體錨桿存在成孔難、錨固段注漿體抗壓強(qiáng)度不足、施工質(zhì)量可控性差等一系列問(wèn)題。然而，對(duì)于軟弱土坡的治理不應(yīng)只局限于提高支護(hù)結(jié)構(gòu)承載力，提高土體力學(xué)特性同樣值得重視，深基坑降水設(shè)計(jì)是基坑施工前重點(diǎn)考慮的關(guān)鍵問(wèn)題之一，是提高土體力學(xué)強(qiáng)度的有效措施。因此，將擴(kuò)大頭錨固技術(shù)與排水技術(shù)相結(jié)合，是一種提高深基坑工程穩(wěn)定性的較為有效的支護(hù)措施。
申請(qǐng)?zhí)枮?01420805558.2，名稱為排水復(fù)合自鉆胎串式錨桿支護(hù)結(jié)構(gòu)的專利公開(kāi)了一種將排水措施與擴(kuò)大頭錨固技術(shù)相結(jié)合的支護(hù)方法，其特征為自鉆胎串式錨桿由中空桿體、胎體和鉆桿連接而成，通過(guò)向自鉆胎串式錨桿的胎體內(nèi)充氣，使胎體膨脹形成擴(kuò)大段來(lái)為坡面提供較高承載力，依靠錨具和鋼墊板將自鉆胎串式錨桿固定于格梁，構(gòu)成空間支護(hù)結(jié)構(gòu)將軟弱土坡錨固于穩(wěn)定土體，通過(guò)在坡面施設(shè)排水板來(lái)達(dá)到基坑降水的目的，該方法能夠有效排出坡面水分，且自鉆胎串式錨桿具有較好的錨固效果，但是，相對(duì)來(lái)講自鉆胎串式錨桿的制造工藝較復(fù)雜、成本高、不便于施工，因此，需要一種制造工藝簡(jiǎn)單，成本低，便于施工的新型串式擴(kuò)體錨桿。
吸水膨脹橡膠技術(shù)是一種在橡膠的彈性基體中引入親水基團(tuán)或親水性組分的新型技術(shù)，當(dāng)與水接觸時(shí)，水分子會(huì)進(jìn)入基體中，與橡膠中的親水性基團(tuán)形成極強(qiáng)的親和力，并將橡膠中的親水性物質(zhì)溶解或溶脹，在橡膠內(nèi)外形成滲透壓差，這種壓差促進(jìn)水向橡膠內(nèi)部滲透。親水性物質(zhì)不斷吸收水分，致使橡膠發(fā)生形變。吸水膨脹橡膠遇水可膨脹至自身質(zhì)量或體積的數(shù)倍乃至數(shù)百倍，能適應(yīng)結(jié)構(gòu)變形，并產(chǎn)生較大膨脹壓力，在保持基體的彈性和強(qiáng)度的同時(shí)，還具有保水止水的能力。本發(fā)明將吸水膨脹橡膠技術(shù)引入到擴(kuò)大頭錨固技術(shù)中，并結(jié)合排水錨桿技術(shù)提出一種深基坑自排水串式擴(kuò)體錨桿支護(hù)結(jié)構(gòu)及施工方法。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種帶有吸水膨脹環(huán)的串式擴(kuò)體錨桿及其施工方法。
本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
一種帶有吸水膨脹環(huán)的串式擴(kuò)體錨桿，包括螺旋鉆尖、變直徑鋼管、尾端鋼管和吸水膨脹環(huán)，串式擴(kuò)體錨桿最前端為螺旋鉆尖，所述螺旋鉆尖、變直徑鋼管和尾端鋼管通過(guò)螺紋依次連接；所述吸水膨脹環(huán)套設(shè)在變直徑鋼管上，錨桿錨入基坑土體后，吸水膨脹環(huán)遇水膨脹形成擴(kuò)大段提供錨固力。
在上述技術(shù)方案中，所述變直徑鋼管由至少一個(gè)大直徑鋼管和至少一個(gè)小直徑鋼管通過(guò)螺紋連接組成，吸水膨脹環(huán)套設(shè)在變直徑鋼管的小直徑鋼管上，大直徑鋼管連接在小直徑鋼管的錨入一端作為吸水膨脹環(huán)的阻擋階梯。
在上述技術(shù)方案中，所述變直徑鋼管的大直徑鋼管、小直徑鋼管以及吸水膨脹環(huán)的安裝個(gè)數(shù)根據(jù)基坑安全等級(jí)、錨固深度等設(shè)計(jì)要求而定。
在上述技術(shù)方案中，變直徑鋼管包括兩個(gè)大直徑鋼管和兩個(gè)小直徑鋼管，連接時(shí)，所述螺旋鉆尖、一個(gè)大直徑鋼管、一個(gè)小直徑鋼管、另一個(gè)大直徑鋼管、另一個(gè)小直徑鋼管、尾端鋼管通過(guò)螺紋依次連接。
在上述技術(shù)方案中，所述螺旋鉆尖長(zhǎng)度為0.4m～0.6m，表面設(shè)置螺旋葉片，螺旋葉片最大直徑略大于或等于吸水膨脹環(huán)的初始外徑。
在上述技術(shù)方案中，尾端鋼管的鉆進(jìn)端設(shè)置螺紋，用于連接變直徑鋼管的小直徑鋼管。
在上述技術(shù)方案中，吸水膨脹環(huán)采用高強(qiáng)度高膨脹率吸水橡膠材料，膨脹率為200～400％；吸水膨脹環(huán)內(nèi)徑略大于小直徑鋼管的外徑，優(yōu)選為吸水膨脹環(huán)內(nèi)徑比小直徑鋼管的外徑大1-5mm。
應(yīng)用所述帶有吸水膨脹環(huán)的串式擴(kuò)體錨桿的錨桿支護(hù)結(jié)構(gòu)，將帶有吸水膨脹環(huán)的串式擴(kuò)體錨桿按照鉆設(shè)角度鉆進(jìn)基坑土體中，在基坑的坡面設(shè)置格構(gòu)框架和擋土板，并用錨具將串式擴(kuò)體錨桿的尾端鋼管尾端固定在格構(gòu)框架上，以形成錨桿支護(hù)結(jié)構(gòu)；吸水膨脹環(huán)遇水膨脹形成擴(kuò)大段，壓縮擠密周圍土體，為整個(gè)錨桿支護(hù)結(jié)構(gòu)提供穩(wěn)定的錨固力。
應(yīng)用所述帶有吸水膨脹環(huán)的串式擴(kuò)體錨桿的構(gòu)建錨桿支護(hù)結(jié)構(gòu)的具體施工方法如下：
①預(yù)制帶有吸水膨脹環(huán)的串式擴(kuò)體錨桿各部分構(gòu)件，用測(cè)量工具在基坑臨空面確定錨桿的施設(shè)位置與角度；
②施設(shè)帶有吸水膨脹環(huán)的串式擴(kuò)體錨桿：在基坑臨空面按設(shè)計(jì)位置和施設(shè)角度，依次將螺旋鉆尖、一根大直徑鋼管、一根小直徑鋼管連接，將吸水膨脹環(huán)套在小直徑鋼管的外圍，再將小直徑鋼管的另一端與鉆機(jī)連接；開(kāi)動(dòng)鉆機(jī)，逐步將螺旋鉆尖、大直徑鋼管、小直徑鋼管鉆入基坑坡面，直至小直徑鋼管的末端臨近坡面時(shí)停止鉆進(jìn)；之后可根據(jù)基坑安全等級(jí)、錨固深度等設(shè)計(jì)要求，繼續(xù)連接大直徑鋼管、小直徑鋼管、吸水膨脹環(huán)并實(shí)施鉆進(jìn)；當(dāng)單根帶有吸水膨脹環(huán)的串式擴(kuò)體錨桿所需的最后一根小直徑鋼管鉆進(jìn)結(jié)束時(shí)，將尾端鋼管與在小直徑鋼管通過(guò)螺紋連接，然后開(kāi)動(dòng)鉆機(jī)，直至完成一整根錨桿的安裝施工；
③施工格構(gòu)框架和擋土板：在基坑坡面上鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)，并按照設(shè)計(jì)要求噴射砂漿來(lái)完成格構(gòu)框架和擋土板的施工，并用錨具將錨桿尾端固定在格構(gòu)框架上；
④按步驟②～③的順序在下一個(gè)工作面施工帶有吸水膨脹環(huán)的串式擴(kuò)體錨桿、格構(gòu)框架和擋土板，直至坡底。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和有益效果為：
本發(fā)明在串式錨桿上設(shè)置吸水膨脹環(huán)，錨桿鉆入軟土地基后，利用軟土地基含水量高的特點(diǎn)同時(shí)結(jié)合吸水膨脹橡膠的吸水膨脹特性，吸水膨脹環(huán)會(huì)遇水膨脹形成擴(kuò)大段，并壓縮擠密周圍土體，為錨桿提供穩(wěn)定的錨固力。
本發(fā)明創(chuàng)造性地將吸水膨脹橡膠技術(shù)引入到擴(kuò)大頭錨固技術(shù)中，解決了在軟土地區(qū)的深基坑工程中，高壓噴射擴(kuò)體錨桿存在成孔難、錨固段注漿體抗壓強(qiáng)度不足、施工質(zhì)量可控性差等一系列問(wèn)題。同時(shí)，本發(fā)明的帶有吸水膨脹環(huán)的串式擴(kuò)體錨桿制造工藝簡(jiǎn)單，成本低，便于施工。
附圖說(shuō)明
圖1是本發(fā)明帶有吸水膨脹環(huán)的串式擴(kuò)體錨桿的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是圖1去掉吸水膨脹環(huán)的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是應(yīng)用所述帶有吸水膨脹環(huán)的串式擴(kuò)體錨桿的錨桿支護(hù)結(jié)構(gòu)的示意圖。
其中：1為螺旋鉆尖，2為變直徑鋼管，3為尾端鋼管，4為吸水膨脹環(huán)，5為格構(gòu)框架，6為擋土板，2-1為大直徑鋼管，2-2為小直徑鋼管，1-1為螺旋葉片。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案。
參見(jiàn)附圖1，一種帶有吸水膨脹環(huán)的串式擴(kuò)體錨桿，包括螺旋鉆尖1、變直徑鋼管2、尾端鋼管3和吸水膨脹環(huán)4，
串式擴(kuò)體錨桿最前端為螺旋鉆尖1，所述螺旋鉆尖1、變直徑鋼管2和尾端鋼管3通過(guò)螺紋依次連接，
所述變直徑鋼管2由至少一個(gè)大直徑鋼管2-1和至少一個(gè)小直徑鋼管2-2通過(guò)螺紋連接組成(大直徑鋼管2-1和小直徑鋼管2-2的兩端均設(shè)置有螺紋接口)，吸水膨脹環(huán)4套設(shè)在變直徑鋼管2的小直徑鋼管2-2上，大直徑鋼管2-1連接在小直徑鋼管2-2的錨入一側(cè)，即螺旋鉆尖1、大直徑鋼管2-1、小直徑鋼管2-2依次通過(guò)螺紋連接；錨桿錨入基坑土體后，吸水膨脹環(huán)4遇水膨脹形成擴(kuò)大段提供錨固力，變直徑鋼管2的大直徑鋼管2-1作為吸水膨脹環(huán)4的阻擋階梯，防止錨桿脫錨，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)錨桿的固定；所述變直徑鋼管2的大直徑鋼管2-1、小直徑鋼管2-2以及吸水膨脹環(huán)4的安裝個(gè)數(shù)根據(jù)基坑安全等級(jí)、錨固深度等設(shè)計(jì)要求而定，在本實(shí)施例中，如附圖所示，變直徑鋼管2包括兩個(gè)大直徑鋼管和兩個(gè)小直徑鋼管，連接時(shí)，所述螺旋鉆尖、一個(gè)大直徑鋼管、一個(gè)小直徑鋼管、另一個(gè)大直徑鋼管、另一個(gè)小直徑鋼管、尾端鋼管通過(guò)螺紋依次連接。
施工時(shí)，參見(jiàn)附圖3，將帶有吸水膨脹環(huán)的串式擴(kuò)體錨桿按照鉆設(shè)角度鉆進(jìn)基坑土體中，在基坑的坡面設(shè)置格構(gòu)框架5和擋土板6，并用錨具將串式擴(kuò)體錨桿的尾端鋼管3尾端固定在格構(gòu)框架5上，以形成錨桿支護(hù)結(jié)構(gòu)；吸水膨脹環(huán)6遇水膨脹形成擴(kuò)大段，壓縮擠密周圍土體，為整個(gè)錨桿支護(hù)結(jié)構(gòu)提供穩(wěn)定的錨固力。
在本實(shí)施例中所述螺旋鉆尖1長(zhǎng)度為0.4m～0.6m，表面設(shè)置螺旋葉片1-1，螺旋葉片1-1最大直徑略大于或等于吸水膨脹環(huán)4的初始外徑。尾端鋼管3的鉆進(jìn)端設(shè)置螺紋，用于連接變直徑鋼管2的小直徑鋼管。吸水膨脹環(huán)4采用高強(qiáng)度高膨脹率吸水橡膠材料，膨脹率為200～400％；吸水膨脹環(huán)內(nèi)徑略大于小直徑鋼管2-2的外徑(吸水膨脹環(huán)內(nèi)徑比小直徑鋼管的外徑大1-5mm，以使吸水膨脹環(huán)能夠套入小直徑鋼管)。
本發(fā)明的帶有吸水膨脹環(huán)的串式擴(kuò)體錨桿支護(hù)結(jié)構(gòu)的具體施工方法如下：
①預(yù)制帶有吸水膨脹環(huán)的串式擴(kuò)體錨桿各部分構(gòu)件，用測(cè)量工具在基坑臨空面確定錨桿的施設(shè)位置與角度，通常將錨桿的施設(shè)角度設(shè)為10°～15°；
②施設(shè)帶有吸水膨脹環(huán)的串式擴(kuò)體錨桿：在基坑臨空面按設(shè)計(jì)位置和施設(shè)角度，依次將螺旋鉆尖、一根大直徑鋼管、一根小直徑鋼管連接，將吸水膨脹環(huán)套在小直徑鋼管的外圍，再將小直徑鋼管的另一端與鉆機(jī)連接；開(kāi)動(dòng)鉆機(jī)，逐步將螺旋鉆尖、大直徑鋼管、小直徑鋼管鉆入基坑坡面，直至小直徑鋼管的末端臨近坡面時(shí)停止鉆進(jìn)；之后可根據(jù)基坑安全等級(jí)、錨固深度等設(shè)計(jì)要求，繼續(xù)連接大直徑鋼管、小直徑鋼管、吸水膨脹環(huán)并實(shí)施鉆進(jìn)；當(dāng)單根帶有吸水膨脹環(huán)的串式擴(kuò)體錨桿所需的最后一根小直徑鋼管鉆進(jìn)結(jié)束時(shí)，將尾端鋼管與在小直徑鋼管通過(guò)螺紋連接，然后開(kāi)動(dòng)鉆機(jī)，直至完成一整根錨桿的安裝施工；
③施工格構(gòu)框架和擋土板：在基坑坡面上鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)，并按照設(shè)計(jì)要求噴射砂漿來(lái)完成格構(gòu)框架和擋土板的施工，并用錨具將錨桿尾端固定在格構(gòu)框架上；
④按步驟②～③的順序在下一個(gè)工作面施工帶有吸水膨脹環(huán)的串式擴(kuò)體錨桿、格構(gòu)框架和擋土板，直至坡底。
以上所述只是用圖解解釋本發(fā)明，并非用于將本發(fā)明限制在所示和所述的結(jié)構(gòu)和使用范圍內(nèi)，故凡是在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的相應(yīng)修改以及等同物，均屬于本發(fā)明所申請(qǐng)的專利范圍。