一種新型螺旋土釘?shù)闹谱鞣椒?br> 【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種新型螺旋土釘。螺旋土釘從頭部至尾部分依次分為鉆頭段、帶有螺紋的主抗拉段、不帶有螺紋的主抗扭段和螺帽段共四段，主抗拉段分為前后兩段，主抗拉段的前段螺紋外徑、后段螺紋外徑與主抗扭段的外徑相同，主抗拉段的前段螺紋內(nèi)徑小于后段螺紋外徑；施工使用時(shí)，主抗拉段旋入潛在滑移面以下，主抗扭段位于潛在滑移面以上；主抗拉段、主抗扭段和螺帽段采用木塑復(fù)合材料。本實(shí)用新型將木塑復(fù)合材料這種環(huán)保、經(jīng)濟(jì)的材料引入工程建設(shè)領(lǐng)域，代替鋼材作為螺旋土釘?shù)闹饕牧?，可以降低成本，促進(jìn)螺旋土釘在工程中的推廣應(yīng)用。
【專利說(shuō)明】一種新型螺旋土釘
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及土木工程領(lǐng)域的一種土釘，特別是涉及一種新型螺旋土釘，用于地層為軟土的臨時(shí)性邊坡加固工程。
【背景技術(shù)】
[0002]螺旋土釘是將土釘桿體加工成為帶有螺紋的桿體，將其直接旋入地層中，依靠螺紋將土釘與地層聯(lián)結(jié)成整體。該工藝省去鉆孔和注漿工藝，可較大提高施工效率。但是螺旋土釘桿體直徑較大，桿體材料全部采用鋼材則造價(jià)較高，沒(méi)有經(jīng)濟(jì)上的優(yōu)勢(shì)。
[0003]木塑復(fù)合材料(WPC)是當(dāng)今世界各國(guó)研究開發(fā)應(yīng)用的新材料，是“生物質(zhì)一聚合物復(fù)合材料”的俗稱，為生物質(zhì)與聚合物復(fù)合而形成的復(fù)合材料，生物質(zhì)是由生物細(xì)胞或者其代謝產(chǎn)物構(gòu)成的天然有機(jī)高分子材料，是由纖維素、半纖維素和木質(zhì)素三種主要有機(jī)高分子化合物和含量較少但種類繁多的抽提物組成，常稱為木質(zhì)纖維材料，蘊(yùn)藏量巨大，是可自然再生的基礎(chǔ)材料。用于生產(chǎn)木塑復(fù)合材料的聚合物原料來(lái)源極其廣泛，它可以利用廢舊的塑料和廢棄木質(zhì)纖維材料為原料，料包括各種合成樹脂、塑料、橡膠、合成纖維，以及這些高分子材料制品的廢棄物等。木塑復(fù)合材料這種既能發(fā)揮材料中各組分的優(yōu)點(diǎn)，克服因木材強(qiáng)度低、變異性大及有機(jī)材料彈性模量低等造成的使用局限性，又能充分利用廢棄的木材和塑料，減少環(huán)境污染?？梢哉f(shuō)，木塑復(fù)合材料(WPC)是將廢舊塑料、植物廢棄物轉(zhuǎn)化成高附加值的新材料，具有木材和塑料的雙重特性，如良好的加工性能、良好的強(qiáng)度性能、材料的微生物可降解性、材料本身優(yōu)良的可調(diào)整性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了克服鋼制螺旋土釘造價(jià)較高，從而限制其在工程中廣泛使用的不足，本實(shí)用新型提出一種新型螺旋土釘，將木塑復(fù)合材料引入工程建設(shè)領(lǐng)域，使其代替鋼材作為螺旋土釘?shù)闹饕牧?，從而降低鋼制螺旋土釘?shù)某杀荆蛊湓诠こ踢\(yùn)用中更加具備經(jīng)濟(jì)上的優(yōu)勢(shì)。
[0005]本實(shí)用新型解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是:
[0006]本實(shí)用新型螺旋土釘從頭部至尾部分依次分為鉆頭段、帶有螺紋的主抗拉段、不帶有螺紋的主抗扭段和螺帽段共四段，所述的主抗拉段分為前后兩段，靠近鉆頭段的主抗拉段的前段螺紋外徑、靠近主抗扭段的主抗拉段的后段螺紋外徑與主抗扭段的外徑相同，靠近鉆頭段的主抗拉段的前段螺紋內(nèi)徑小于靠近主抗扭段的主抗拉段的后段螺紋外徑。
[0007]施工使用時(shí)，所述的主抗拉段旋入潛在滑移面以下，主抗扭段位于潛在滑移面以上。
[0008]所述的鉆頭段采用金屬材料。
[0009]所述的主抗拉段、主抗扭段和螺帽段采用木塑復(fù)合材料。
[0010]本實(shí)用新型的有益效果是:
[0011]本實(shí)用新型將木塑復(fù)合材料這種環(huán)保、經(jīng)濟(jì)的材料引入工程建設(shè)領(lǐng)域，代替鋼材作為螺旋土釘?shù)闹饕牧?，可以降低成本，促進(jìn)螺旋土釘在工程中的推廣應(yīng)用。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1為本實(shí)用新型的分段型式圖。
[0013]圖2為本實(shí)用新型主抗拉段的結(jié)構(gòu)圖。
[0014]圖3為本實(shí)用新型主抗拉段的軸向結(jié)構(gòu)圖。
[0015]圖4為本實(shí)用新型施工步驟一的示意圖。
[0016]圖5為本實(shí)用新型施工步驟二的示意圖。
[0017]圖6為本實(shí)用新型施工步驟三的示意圖。
[0018]圖7為本實(shí)用新型施工步驟四的示意圖。
[0019]圖中:1.鉆頭，2.主抗拉段，3.主抗扭段，4.螺帽，5.桿體，6.螺紋，7.加固邊坡，
8.預(yù)鉆孔，9.潛在滑移面，10.螺旋土釘，11.木模板面層，L.螺距，d.桿體直徑，D.螺紋直徑，r.桿體半徑，R.螺紋半徑。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0021]如圖1所示，本實(shí)用新型包括:螺旋土釘從頭部至尾部分依次分為鉆頭段1、帶有螺紋6的主抗拉段2、不帶有螺紋的主抗扭段3和螺帽段4共四段；所述的主抗拉段2分為前后兩段，靠近鉆頭段的主抗拉段2的前段螺紋外徑、靠近主抗扭段的主抗拉段2的的后段螺紋外徑與主抗扭段3的外徑相同，靠近鉆頭段的主抗拉段2的前段螺紋內(nèi)徑小于靠近主抗扭段的主抗拉段2的后段螺紋外徑，即主抗拉段2前段的桿體5直徑小于主抗拉段2后段的桿體5直徑。
[0022]施工使用時(shí)，主抗拉段2旋入潛在滑移面以下，主抗扭段3位于潛在滑移面以上。由于邊坡內(nèi)的潛在滑移面比坡面平緩，所以越靠近坡頂，螺旋土釘主抗扭段越長(zhǎng)。主抗拉段長(zhǎng)度與主抗扭段長(zhǎng)度均根據(jù)加固邊坡土質(zhì)及設(shè)計(jì)要求確定。主抗拉段的前后兩段長(zhǎng)度同樣根據(jù)加固邊坡土質(zhì)及設(shè)計(jì)要求確定。
[0023]鉆頭段I采用金屬材料。
[0024]主抗拉段2、主抗扭段3和螺帽段4采用木塑復(fù)合材料。
[0025]作為土釘主要材料的木塑復(fù)合材料具有微生物可降解性，隨時(shí)間可分解在土層中，特別適用于地層為軟土的臨時(shí)性邊坡加固工程。
[0026]本實(shí)用新型的螺旋土釘旋入土層施工前，需要預(yù)鉆孔進(jìn)行定位。
[0027]本實(shí)用新型螺旋土釘?shù)拈L(zhǎng)度、直徑等尺寸根據(jù)工程地質(zhì)情況和設(shè)計(jì)要求定制，施工時(shí)可直接旋入土層中，省去普通鋼筋土釘鉆孔和注漿工藝，提高施工效率。
[0028]結(jié)合木塑復(fù)合材料的螺旋土釘是一種高效、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)的新型土釘，本實(shí)用新型土釘按照功能分為四個(gè)部分:
[0029]第一部分為鉆頭，由于鉆入過(guò)程中鉆頭易損壞，所以本實(shí)用新型螺旋土釘鉆頭采用金屬材料。
[0030]第二部分為主抗拉段，包括前段和后段土釘，如圖2、圖3所示，為增加抗扭剛度，后段的桿體半徑r比前段的桿體半徑r有所增大，兩段土釘螺紋半徑R保持不變。[0031]第三部分為主抗扭段，沒(méi)有螺紋。
[0032]第四部分為螺帽，施工機(jī)械通過(guò)螺帽對(duì)螺旋土釘施加扭矩和壓力。根據(jù)木塑復(fù)合材料螺旋土釘?shù)奶匦裕貏e適合用于地層為軟土的臨時(shí)性邊坡加固工程中。
[0033]為了便于理解木塑復(fù)合材料螺旋土釘性能，本實(shí)用新型列舉實(shí)施例如下。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明了，所述實(shí)施例僅僅是幫助了解木塑復(fù)合材料螺旋土釘性能，不應(yīng)視為對(duì)本實(shí)用新型的具體限制。
[0034]在圖1中，螺旋土釘從頭至尾分為鉆頭、主抗拉段、主抗扭段和螺帽4個(gè)部分。目前市場(chǎng)上木塑復(fù)合材料的抗拉強(qiáng)度能達(dá)到30Mpa以上，抗剪強(qiáng)度能達(dá)到SMpa以上，把上述強(qiáng)度作為控制指標(biāo)，經(jīng)過(guò)理論計(jì)算，螺旋土釘桿體的最大工作拉應(yīng)力σ _均未超過(guò)木塑復(fù)合材料的許用抗拉強(qiáng)度30Mpa，說(shuō)明木塑復(fù)合材料螺旋土釘?shù)目估瓘?qiáng)度滿足一般工程的要求。但是木塑復(fù)合材料抗剪強(qiáng)度略微不足，由于增大螺旋土釘圓柱形桿體半徑r可顯著增大桿體抗扭截面模量WP，從而滿足木塑復(fù)合材料抗剪強(qiáng)度，但是增大半徑r會(huì)同時(shí)增大土釘體積，增加木塑復(fù)合材料用量，導(dǎo)致成本增加。由于土釘成孔扭矩隨鉆入深度的增加近似線性增大，因此可將土釘按照長(zhǎng)度進(jìn)行分段，每段的半徑r不同且隨長(zhǎng)度的增加逐步增大，類似螺絲釘形狀，該型式土釘由于成孔扭矩隨鉆入深度增加的同時(shí)桿體抗扭截面模量Wp也隨之增大，因此各段土釘?shù)淖畲笈まD(zhuǎn)工作切應(yīng)力也隨之減小。因此本實(shí)用新型螺旋土釘主抗拉段為帶有螺紋的桿體，按照桿體入土的先后順序分為2段，如圖2、圖3所示，每段的螺紋直徑D相同但桿體直徑d不同且隨入土的先后順序逐步增大，直到主抗扭段，螺紋直徑D和桿體直徑d相同，因此沒(méi)有螺紋，為圓柱體。由于螺距L的長(zhǎng)度在螺紋直徑D附近時(shí)扭矩最小，為盡量減小扭矩，螺旋土釘定型設(shè)計(jì)時(shí)螺距L與螺紋直徑D相等。
[0035]在圖2中，螺旋土釘主抗拉段通過(guò)沿土釘桿體形成的螺紋，使桿體和土之間力的作用形式由普通鉆孔注漿土釘?shù)哪Σ亮ψ優(yōu)槁菪玲數(shù)臋C(jī)械咬合力，改變了土釘抗拔的受力機(jī)理，極大地改善了土釘側(cè)阻力作用。雖然土中膠體與土釘表面的粘聚力和土與土釘接觸面間的摩擦力仍然存在，但螺旋土釘?shù)膫?cè)阻力主要為螺紋與土的機(jī)械咬合作用力，從而提高了土釘?shù)目拱瘟?。被加固土體滑動(dòng)破壞時(shí)螺旋土釘?shù)穆菁y與土的機(jī)械咬合作用力構(gòu)成滑動(dòng)阻力，滑動(dòng)產(chǎn)生的主要原因?yàn)槁菁y根部土的局部擠壓變形。與普通土釘不同，螺旋土釘旋入土層的過(guò)程中，鑲嵌在土釘螺紋中間的土體和螺紋之外的土體之間的抗剪強(qiáng)度基本沒(méi)有被破壞。當(dāng)螺旋土釘達(dá)到抗拔承載力極限時(shí)，其破壞特征是以螺紋外的土體剪切強(qiáng)度耗盡及達(dá)到了土的抗剪強(qiáng)度為特征，螺旋土釘與周圍土體沿螺紋外徑圓柱面上發(fā)生剪切滑移。施工中扭轉(zhuǎn)螺旋土釘?shù)耐瑫r(shí)，阻擋土釘扭進(jìn)土層的土體被土釘桿體強(qiáng)制擠向周圍的土中，使土釘周圍一定范圍內(nèi)的土體受到擠壓和固結(jié)，使周圍土孔隙比減小，土體的密實(shí)度增大，壓縮性降低，根據(jù)土的“密度-有效應(yīng)力-抗剪強(qiáng)度的唯一性關(guān)系”，土釘周圍一定范圍內(nèi)的土體力學(xué)性質(zhì)得到改善，土釘周圍形成“硬殼”，改善了被加固土體的工程性能。
[0036]本實(shí)用新型的使用施工時(shí)的步驟按照如圖4?圖7所示的順序:首先如圖4所示在加固邊坡7坡面進(jìn)行預(yù)鉆孔8 ;其次如圖5所示螺旋土釘準(zhǔn)備就位；再次如圖6所示將螺旋土釘旋入土層；最后如圖7所示，按照潛在滑移面9特點(diǎn)，在不同高程選擇不同長(zhǎng)度主抗扭段的螺旋土釘10加固邊坡，重復(fù)圖4?圖6步驟施工其余螺旋土釘，土釘施工完成后在螺帽上釘入木模板面層11。
[0037]螺旋土釘旋入土層施工前，需要預(yù)鉆孔進(jìn)行定位，由于在直徑、鉆深相同的情況下，螺旋段越小，所需成孔扭矩越小，因此預(yù)鉆孔還可以有效減小螺旋土釘旋入土層過(guò)程中的阻力。施工過(guò)程中，根據(jù)不同高程和土質(zhì)，選擇不同形式的螺旋土釘。施工完成后，可采用木模板面層保護(hù)坡面，木模板可直接釘在螺帽上，安裝方便、快捷。
【權(quán)利要求】
1.一種新型螺旋土釘，其特征在于:螺旋土釘從頭部至尾部分依次分為鉆頭段(I)、帶有螺紋的主抗拉段(2)、不帶有螺紋的主抗扭段(3)和螺帽段(4)共四段，所述的主抗拉段(2)分為前后兩段，靠近鉆頭段的主抗拉段(2)的前段螺紋外徑、靠近主抗扭段的主抗拉段(2)的后段螺紋外徑與主抗扭段(3)的外徑相同，靠近鉆頭段的主抗拉段(2)的前段螺紋內(nèi)徑小于靠近主抗扭段的主抗拉段(2)的后段螺紋外徑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型螺旋土釘，其特征是:施工使用時(shí)，所述的主抗拉段(2 )旋入潛在滑移面以下，主抗扭段(3 )位于潛在滑移面以上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型螺旋土釘，其特征是:所述的鉆頭段(I)采用金屬材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型螺旋土釘，其特征是:所述的主抗拉段(2)、主抗扭段(3)和螺帽段(4)采用木塑復(fù)合材料。
【文檔編號(hào)】E02D17/20GK203808068SQ201420102565
【公開日】2014年9月3日 申請(qǐng)日期:2014年3月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月7日
【發(fā)明者】李智寧, 韓同春, 豆紅強(qiáng), 邱子義, 謝靈翔, 張 杰 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)