一種預(yù)應(yīng)力錨桿和使用該錨桿的施工方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種預(yù)應(yīng)力錨桿和利用該預(yù)應(yīng)力錨桿的施工方法，該預(yù)應(yīng)力錨桿包括一端具有圓錐狀的擴大頭的圓柱狀圓管，以及沿該圓管軸向擴展的桿體，該桿體在圓管內(nèi)并沿圓管軸向擴展，桿體在圓管被灌入水泥漿之后插入到圓管中，桿體具有在圓管外部的外錨頭，并且在外錨頭的端部處焊接螺桿，從而可以螺桿螺帽的方式對螺桿進行預(yù)緊，并對螺桿進行張拉來施加預(yù)應(yīng)力。
【專利說明】一種預(yù)應(yīng)力描桿和使用該描桿的施工方法
[0001]本發(fā)明是2009年12月11日申請的發(fā)明專利申請200910253232.7的分案申請?！炯夹g(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明涉及土木工程領(lǐng)域，尤其涉及采用預(yù)應(yīng)力錨桿的施工方法以及在這些方法中采用的預(yù)應(yīng)力錨桿。
【背景技術(shù)】
[0003]在土木工程邊坡加固和城市深基坑支護工程中，經(jīng)常要應(yīng)用預(yù)應(yīng)力錨桿作為支護結(jié)構(gòu)的受力構(gòu)件。但由于受場地、地質(zhì)等條件的限制，不可避免要在局部不良地質(zhì)和不易成孔的土層中進行預(yù)應(yīng)力錨桿施工。在云南省以及我國部分地區(qū)，存在著許多在飽水雜填土、粉砂、流砂、圓礫、泥碳質(zhì)土、草莓土等不易成孔的特殊土層，當在這些不易成孔的特殊土層中施作預(yù)應(yīng)力錨桿時，預(yù)應(yīng)力錨桿成孔將非常困難。在目前的傳統(tǒng)技術(shù)中，常采用液壓鉆機全套管跟管鉆進成孔。但在錨桿噸位(在軟弱土層中預(yù)應(yīng)力錨桿的噸位常小于25噸)較小時，采用液壓鉆機全套管跟管鉆進成孔技術(shù)，鉆機對施工場地的要求較高且所需要的成本較大。
[0004]因此，需要一種能夠高效且成本低廉地在各種不易成孔的特殊土層中進行預(yù)應(yīng)力錨桿施工的方法和系統(tǒng)，以及適合于在這些不易成孔的特殊土層中應(yīng)用的預(yù)應(yīng)力錨桿。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]鑒于上述問題，提出了本發(fā)明以便提供一種克服上述問題或者至少部分地解決上述問題的預(yù)應(yīng)力錨桿施工方法和預(yù)應(yīng)力錨桿。
[0006]根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種預(yù)應(yīng)力錨桿，該預(yù)應(yīng)力錨桿包括:圓柱狀圓管，該圓管的一端具有圓錐狀的擴大頭，其中所述圓管靠近所述擴大頭的一側(cè)具有注漿孔段，在所述注漿孔段中分布有透漿花眼；以及桿體，在所述圓管中并沿所述圓管軸向擴展，所述桿體在圓管被灌入水泥漿之后插入到所述圓管中，所述桿體分為自由段和非自由段，所述桿體非自由段靠近所述擴大頭定位，并且與所述水泥漿直接接觸以形成所述錨桿的錨固段，所述桿體自由段不與所述水泥漿直接接觸。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種利用預(yù)應(yīng)力錨桿的施工方法，包括步驟:在土層中的特定位置處將預(yù)應(yīng)力錨桿的圓柱狀圓管擊入到土層中；在常壓下將水泥漿注入到所述圓柱狀圓管中，以使得所述水泥漿通過所述圓柱狀圓管上的透漿花眼注入到所述圓管周圍的土層中；將對自由段進行了保護的所述預(yù)應(yīng)力錨桿的桿體插入到所述圓柱狀圓管中；進一步將水泥漿加壓注入到所述圓柱狀圓管中，以使得所述水泥漿通過所述圓柱狀圓管上的透漿花眼進一步注入到所述圓管周圍的土層中；以及對漿體進行養(yǎng)護，并通過對所述預(yù)應(yīng)力錨桿的桿體進行張拉來在所述錨桿上施加預(yù)應(yīng)力。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的預(yù)應(yīng)力錨桿和預(yù)應(yīng)力錨桿施工方法可以輕便快捷地在土層中成孔，并不會導(dǎo)致在成孔后孔壁塌陷等問題，從而能有效解決不易成孔土層中小噸位預(yù)應(yīng)力錨桿成孔的難題，具有錨桿成孔率高、錨桿廢孔及重復(fù)成孔率低等優(yōu)點。利用根據(jù)本發(fā)明的預(yù)應(yīng)力錨桿和施工方法，可以加快施工進度、保證質(zhì)量，并節(jié)約工程投資。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]通過閱讀下文優(yōu)選實施方式的詳細描述，各種其他的優(yōu)點和益處對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將變得清楚明了。附圖僅用于示出優(yōu)選實施方式的目的，而并不認為是對本發(fā)明的限制。而且在整個附圖中，用相同的參考符號表示相同的部件。其中在附圖中，參考數(shù)字之后的字母標記指示多個相同的部件，當泛指這些部件時，將省略其最后的字母標記。在附圖中:
[0010]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的預(yù)應(yīng)力錨桿的示意圖；
[0011]圖2A示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的預(yù)應(yīng)力錨桿中的注漿孔段的示意圖；
[0012]圖2B示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的預(yù)應(yīng)力錨桿中的擴大頭的示意圖；
[0013]圖2C示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的預(yù)應(yīng)力錨桿中的圓管的橫截面圖；
[0014]圖2D示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的預(yù)應(yīng)力錨桿中的角鋼的示意圖
[0015]圖3示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的預(yù)應(yīng)力錨桿在土層中的示意圖；以及
[0016]圖4示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的預(yù)應(yīng)力錨桿施工方法的流程圖。
具體實施例
[0017]下面結(jié)合附圖和具體的實施方式對本發(fā)明作進一步的描述。
[0018]圖1和圖2A-2D示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的預(yù)應(yīng)力錨桿100的示意圖。如圖1和圖2A-2D所示，預(yù)應(yīng)力錨桿包括圓柱體圓管110，其通常具有較薄的管壁110，管壁通常由鋼或者鋼板焊接而成。該圓管通常稱為薄壁焊管110。薄壁焊管通常具有的厚度并且直徑通常為48-89mm。錨桿的長度取決于實際工程應(yīng)用而發(fā)生變化，通?？梢杂?5m-25m長。當然上述有關(guān)錨桿的尺寸都是示意性的，可以根據(jù)實際工程應(yīng)用而進行改變。
[0019]薄壁焊管110的前端具有一個擴大頭111，其制作成封閉圓錐狀(其尺寸為Φ48mm-Φ IlOmm,長100mm-150mm),以利于減少將薄壁焊管110擊入土層時的阻力并能夠迅速將該薄壁焊管110擊進土層中。
[0020]薄壁焊管110的主體部分包括靠近擴大頭111布置的注漿孔段112和未開孔段115，該注漿孔段112的長度通常為薄壁焊管110總長度的2/3-3/4。在該注漿孔段112上，每隔一段距離分布透漿花眼113，以便在將薄壁焊管110擊入土層中之后，通過這些透漿花眼113將焊管內(nèi)的水泥漿注入到土層中。透漿花眼113沿圓柱狀圓管管壁縱向及環(huán)向布置。具體而言，透漿花眼113在焊管上圍繞焊管中心軸均勻分布，而且沿焊管軸向的間隔通常為大約50cm。透漿花眼113的形狀通常為圓形，并具有大約1mm的孔直徑?？梢杂卸喾N方式來加工這些透漿花眼113，例如采用臺式鉆機成孔來形成這些透漿花眼113。
[0021]另外，在整個薄壁焊管110上焊接多個與焊管中心軸成一定角度的角鋼114。利用在薄壁焊管110的外壁上焊接的多個角鋼，便于將薄壁焊管擊入到土層中，并可以增大錨孔的孔徑。這些角鋼通常具有L15mm*15mm*3mm(厚度)的尺寸并具有與焊管中心軸的20-30度夾角，當然根據(jù)工程實際需要，可以修改這些尺寸。
[0022]如圖3所示，預(yù)應(yīng)力錨桿100除了具有上述薄壁焊管110之外，還具有未在上述圖I中示出的、插入在焊管I1中的桿體120。桿體120 —般與錨桿的中心軸近似重合地沿軸向擴展。桿體120通常為鋼筋，并在將薄壁焊管110擊入到土層中并在焊管中進行初次常壓灌漿之后插入到薄壁焊管中。桿體120所采用的鋼筋可以采用市場中常見的二級或者三級螺紋鋼筋(直徑為20-32mm)。插入到焊管110中的桿體120具有自由段和非自由段，其中非自由段靠近焊管110的擴大頭布置，而自由段靠近焊管遠離擴大頭的一端布置。桿體的自由段具有錨桿總長度大約1/3到1/2的長度。應(yīng)當注意的是，桿體的非自由段的長度可以不同于焊管110中的注漿孔段的長度。在焊管110被擊入到土層中之后，水泥漿液通過焊管110上的透漿花眼113注入到焊管110周圍的土層中，并形成較大的擴散區(qū)和固結(jié)水泥膠結(jié)石區(qū)。由于桿體的非自由段在灌漿期間和水泥漿液直接接觸，因此桿體的非自由段會和灌漿形成的擴散區(qū)和固結(jié)水泥膠結(jié)石區(qū)一起形成預(yù)應(yīng)力錨桿的錨固段(內(nèi)錨段)。桿體的自由段在灌漿期間用例如黃油和聚乙烯塑料套管進行保護，并不與水泥漿液相接觸，因此可以在水泥漿液固結(jié)一定齡期后，通過張拉桿體即鋼筋即可對包括薄壁焊管、桿體和水泥漿液固結(jié)區(qū)的錨桿施加小噸位預(yù)應(yīng)力。這里應(yīng)當理解的是，取決于實際工程應(yīng)用，可以采用其它任何可以將桿體自由段和水泥漿液隔開的裝置和方式。
[0023]在預(yù)應(yīng)力錨桿100在土層中形成之后，為了在預(yù)應(yīng)力錨桿100上施加預(yù)應(yīng)力，需要對預(yù)應(yīng)力錨桿100進行張拉。為此，可以在桿體遠離土層一側(cè)的外錨頭端部處焊接端頭螺桿，在該螺桿上分別安裝錨梁、錨墊板與螺帽后，并對螺桿進行預(yù)緊，隨后通過將穿心千斤頂按要求套在錨桿的端頭螺桿上以便對該錨桿100進行張拉(端頭螺桿材料一般為45Mn鋼，長度一般為500mm，螺桿直徑為Φ20-Φ40πιπι。)。
[0024]上面已經(jīng)描述了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的預(yù)應(yīng)力錨桿100的結(jié)構(gòu)，可以看出，由于預(yù)應(yīng)力錨桿100具有薄壁焊管110，可以保證在土層中的錨桿100不會塌陷，這提高了成孔的成功率。另外，利用附于薄壁焊管前端的擴大頭和薄壁焊管，可以便于將薄壁焊管擊入到土層中。另外，在將薄壁焊管I1擊入到土層中之后，可以通過焊管上的注漿孔段112將水泥漿注入到焊管110周圍的土層中，以形成較大的擴散區(qū)和固結(jié)水泥膠結(jié)石區(qū)。由于注漿孔段處于土層深處，因此，錨桿中的鋼筋非自由段和這些水泥漿液固結(jié)區(qū)形成的錨固段可以承受較大的預(yù)應(yīng)力。
[0025]應(yīng)當注意到的是，當錨桿較長時，單根鋼筋可能沒有辦法完全達到錨桿的長度，這時候可以采用直螺紋套筒或?qū)竵磉B接兩根或者多根鋼筋以形成達到錨桿長度要求的桿體。
[0026]此外，還應(yīng)當注意到的是，為了防止在灌漿期間，尤其是在加壓灌漿期間，水泥漿液不恰當?shù)貜腻^桿中與焊管上注漿孔段相對應(yīng)的部分流到與焊管身上未開孔段的部分，可以在灌漿期間用止?jié){袋隔離錨桿中的這些部分，以使得水泥漿正確地通過透漿花眼113注入到焊管110周圍的土層中。
[0027]根據(jù)上述可得知，根據(jù)本發(fā)明的預(yù)應(yīng)力錨桿是在采用預(yù)應(yīng)力錨桿的施工方法中逐步形成的。圖4示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的預(yù)應(yīng)力錨桿施工方法200的流程圖。
[0028]方法200始于步驟S210，其中進行施工前的各種準備工作，例如準備根據(jù)本發(fā)明的預(yù)應(yīng)力錨桿的各個部分，如準備薄壁焊管110和錨桿桿體120如鋼筋等。施工準備工作還包括完善施工場地內(nèi)抽排水系統(tǒng)、施工廢水和廢漿等污水處理系統(tǒng)，確保施工排水順暢等。在施工前準備工作完畢之后，方法200繼續(xù)到步驟S220，以在土層中定位預(yù)應(yīng)力錨桿孔的位置，土層中小噸位預(yù)應(yīng)力錨桿的埋設(shè)深度應(yīng)遵循最上層錨桿的覆土厚度不使錨桿向上垂直分力引起地面隆起的原則，根據(jù)該原理，可以采用本【技術(shù)領(lǐng)域】常用的任何錨桿孔定位方法來定位預(yù)應(yīng)力錨桿孔。
[0029]在定位了預(yù)應(yīng)力錨桿孔的位置之后，方法進入步驟S230，其中采用錨桿鉆機將薄壁焊管直接擊入土層中，根據(jù)一個實施例，錨桿鉆機通常以壓縮空氣為動力，壓縮空氣的工作壓力通常為0.4?0.6MPa,工作風(fēng)量為9?12m3/min，其中的空壓機采用12mVmin以上的空壓機。此外，可選地，在將薄壁焊管擊入土層后，驗收焊管施工質(zhì)量，檢查焊管置入土層的長度、焊管偏斜度。若置入土層的焊管長度、偏斜度不符合要求，需重新選取錨孔孔位、補充擊入薄壁焊管，并對已施工的不合格焊管進行注漿封堵加固處理。
[0030]在將薄壁焊管正確地擊入到土層中之后，在步驟S240中采用高壓水沖洗薄壁焊管，其目的是排出薄壁焊管內(nèi)可能殘留的土等雜質(zhì)，并保證薄壁焊管注漿孔暢通，便于注漿。一般而言，高壓水壓力控制在1.0MPa左右，并且在回水總體澄清時結(jié)束步驟S240中的操作，并進入步驟S250。
[0031]在步驟S250中，在常壓下將水泥漿注入到焊管內(nèi)，具體而言，將注漿管插入焊管底部，采用灌漿泵通過注漿管進行常壓灌漿，使得水泥漿可以通過焊管110上的透漿花眼113注入到焊管110周圍的土層中。在漿液充填錨孔的同時，使焊管內(nèi)渣土和泥漿在漿液作用下進一步排出。在通常的實施例中，常壓灌漿的參數(shù)如下:
[0032]注漿管:Φ18-Φ25πιπι，長度與焊管同長，每根焊管布設(shè)一根注漿管。
[0033]注漿材料:Ρ.042.5普通硅酸鹽水泥漿液；水泥漿采用二次攪拌機攪拌均勻。
[0034]漿液配比:水泥漿:三乙醇胺(早強劑):1:0.5%o
[0035]水泥漿水灰比:1:0.5
[0036]水泥漿體強度:M30。
[0037]注漿壓力:0.2?0.4MPa,可注性差時取大值。
[0038]孔內(nèi)水泥漿的充盈系數(shù):達1.2以上。
[0039]當在常壓灌漿期間，水泥純漿流出焊管管口，并達到設(shè)計注漿量或達到設(shè)計壓力保持20分鐘以上時，可以結(jié)束常壓灌漿，并進入下一步步驟S260。
[0040]在步驟S260中，將自由段用例如黃油和聚乙烯塑料套管進行了保護的桿體插入(植入)薄壁焊管中。其中為保證植入焊管內(nèi)的錨桿桿體的質(zhì)量，要確保桿體植入至焊管端部，同時要控制好桿體與焊管內(nèi)壁的間隙。在將桿體插入到薄壁焊管之后，該方法進入步驟S270，其中對錨孔封口并進行加壓二次注漿。具體而言，在步驟S270中，在將桿體植入薄壁焊管后，立即采用止?jié){袋封閉錨孔(焊管)孔口，并采用灌漿泵通過注漿管對錨孔進行加壓二次注漿(此時注漿管直接套在焊管外壁上)，以使得通過焊管上的注漿孔段112將水泥漿進一步注入到焊管110周圍的土層中，以形成較大的擴散區(qū)和固結(jié)水泥膠結(jié)石區(qū)。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，加壓二次注漿的參數(shù)如下:
[0041 ] 注漿材料:P.042.5普通硅酸鹽水泥漿液；水泥漿采用二次攪拌機攪拌均勻。
[0042]漿液配比:水泥漿:三乙醇胺(早強劑):1:0.5%o
[0043]水泥漿水灰比:1:0.55
[0044]水泥漿體強度:M30。
[0045]注漿壓力:0.6?0.8MPa,可注性差時取大值。[0046]注漿結(jié)束標準:水泥漿在持續(xù)壓力作用下擴散進入錨孔內(nèi)并滲入周邊土層中，達到設(shè)計注漿量或達到設(shè)計壓力保持20分鐘。
[0047]在加壓二次注漿完成之后，在步驟S280中，對加壓二次注漿后的漿體進行充分養(yǎng)護，此后，在桿體外錨頭的端部處焊接螺桿。并隨后在步驟S290中，進行錨梁施工并安裝錨墊板，具體而言，將螺桿穿過錨梁、錨墊板，并利用螺帽將錨墊板安裝在錨梁上，隨后對螺桿進行預(yù)緊。
[0048]到步驟S290為止，已經(jīng)在土層中的某個位置形成了根據(jù)本發(fā)明的預(yù)應(yīng)力錨桿。隨后，在步驟S300中，通過對錨桿的桿體進行張拉來在錨桿上施加預(yù)應(yīng)力。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，在錨桿上施加預(yù)應(yīng)力的方法包括步驟:將張拉設(shè)備(例如油壓表、千斤頂、測力器)按要求套在錨桿的端頭螺桿上；采用分級加載方式將荷載加載到錨桿上；
[0049]在錨桿桿體張拉到位后可通過螺桿上的螺帽鎖定桿體，并采用冷切割工藝切除張拉鎖定段外多余的桿體。除了上述張拉方法之外，還可以采用本領(lǐng)域常用的其他方法來對錨桿進行張拉以施加預(yù)應(yīng)力。在張拉完成之后，方法200結(jié)束。
[0050]本發(fā)明的施工方法可以在不易成孔的特殊土層中采用，本方法所使用的成孔設(shè)備輕便、在復(fù)雜施工場地中便于移動和操作，而且預(yù)應(yīng)力錨桿成孔快捷，能有效解決不易成孔土層中小噸位預(yù)應(yīng)力錨桿成孔難、成孔后孔壁塌陷等難題。根據(jù)本發(fā)明的施工方法，施工安全可靠性高、施工進度快、施工質(zhì)量有保證，從而節(jié)約了投資。
[0051]應(yīng)該注意的是，上述實施例對本發(fā)明進行說明而不是對本發(fā)明進行限制，并且本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離所附權(quán)利要求的范圍的情況下可設(shè)計出替換實施例。在權(quán)利要求中，不應(yīng)將位于括號之間的任何參考符號構(gòu)造成對權(quán)利要求的限制。單詞“包含”不排除存在未列在權(quán)利要求中的元件或步驟。位于元件之前的單詞“一”或“一個”不排除存在多個這樣的元件。單詞第一、第二、以及第三等的使用不表示任何順序。
【權(quán)利要求】
1.一種預(yù)應(yīng)力錨桿，其特征在于該預(yù)應(yīng)力錨桿包括: 圓柱狀圓管，該圓管的一端具有圓錐狀的擴大頭，其中所述圓管靠近所述擴大頭的一側(cè)具有注漿孔段，在所述注漿孔段中分布有透漿花眼；以及 桿體，在所述圓管內(nèi)并沿所述圓管軸向擴展，所述桿體在所述圓管被灌入水泥漿之后插入到所述圓管中，所述桿體具有在圓管外部的外錨頭，并且在外錨頭的端部處焊接螺桿，從而可以螺桿螺帽的方式對所述螺桿進行預(yù)緊，并對所述螺桿進行張拉來施加預(yù)應(yīng)力。
2.如權(quán)利要求1所述的預(yù)應(yīng)力錨桿，其中所述桿體分為自由段和非自由段，所述桿體非自由段靠近所述擴大頭定位，并且與所述水泥漿直接接觸以形成所述錨桿的錨固段，所述桿體自由段不與所述水泥漿直接接觸，并且通過對所述桿體進行張拉來在所述預(yù)應(yīng)力錨桿上施加預(yù)應(yīng)力。
3.如權(quán)利要求1所述的預(yù)應(yīng)力錨桿，其特征在于所述圓管狀圓管的管壁上還布置有多個與所述圓管中心軸成一定角度的角鋼。
4.如權(quán)利要求1所述的預(yù)應(yīng)力錨桿，其中所述注漿孔段的長度為所述圓柱狀圓管總長度的2/3到3/4。
5.如權(quán)利要求1-4中的任一個所述的預(yù)應(yīng)力錨桿，其中所述桿體的自由段的長度為所述錨桿總長度的1/3到1/2。
6.如權(quán)利要求1-4中的任一個所述的預(yù)應(yīng)力錨桿，其中所述桿體的自由段用黃油和聚乙烯塑料套管進行保護。
7.一種預(yù)應(yīng)力錨桿的施工方法，包括步驟: 在土層中的特定位置處將預(yù)應(yīng)力錨桿的圓柱狀圓管擊入到土層中； 在常壓下將水泥漿注入到所述圓柱狀圓管中，以使得所述水泥漿通過所述圓柱狀圓管上的透漿花眼注入到所述圓管周圍的土層中； 將所述預(yù)應(yīng)力錨桿的桿體插入到所述圓柱狀圓管中； 進一步將水泥漿加壓注入到所述圓柱狀圓管中，以使得所述水泥漿通過所述圓柱狀圓管上的透漿花眼進一步注入到所述圓管周圍的土層中；以及 對漿體進行養(yǎng)護，并通過對所述預(yù)應(yīng)力錨桿的桿體進行張拉來在所述錨桿上施加預(yù)應(yīng)力。
8.如權(quán)利要求7所述的施工方法，還包括步驟: 在所述將預(yù)應(yīng)力錨桿的圓柱狀圓管擊入到土層中的步驟之后，利用高壓水沖洗所述圓柱狀圓管，以排出所述圓柱狀圓管內(nèi)可能殘留的雜質(zhì)。
9.如權(quán)利要求7所述的施工方法，其中對所述預(yù)應(yīng)力錨桿的桿體進行張拉還包括步驟: 桿體外錨頭的端部處焊接螺桿； 將所述螺桿穿過錨梁、錨墊板，并利用螺帽將錨墊板安裝在所述錨梁上，隨后對所述螺桿進行預(yù)緊；以及 利用張拉設(shè)備對所述螺桿進行張拉。
【文檔編號】E02D5/74GK104032738SQ201410298838
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2009年12月11日 優(yōu)先權(quán)日:2009年12月11日
【發(fā)明者】胡井友, 李偉, 謝建斌, 黃望來, 李海鵬, 普如李, 田俊, 程勇斌 申請人:昆明軍龍巖土工程有限公司