一种用于砂类土层的振动排水锚杆支护结构及其施工方法技术

本发明专利技术公开了用于砂类土层的振动排水锚杆支护结构，包括振动排水锚杆、虹吸排水装置和变频振动装置；振动排水锚杆包括螺旋钻尖、滤水管、中空钢管、尾部钢管、振动头和导线，螺旋钻尖、滤水管、中空钢管和尾部钢管通过螺纹依次连接，滤水管上设有多个滤水孔，滤水孔的表面绑扎单向透水土工布；振动排水锚杆按照钻设角度钻进坡面，以锚杆为轴心，在基坑的坡面设置格构框架和挡土板，并将振动排水锚杆的尾部钢管尾端固定在格构框架上。利用砂性土质振动易液化的特性，将振动头插装在锚杆杆体内以带动锚杆共振，实现锚杆径向一定范围内砂性土层液化而产生自由水，自由水流向锚杆排出从而达到加固砂层的目的。

A vibrating drainage bolt support structure and its construction method for sandy soil

【技术实现步骤摘要】
一种用于砂类土层的振动排水锚杆支护结构及其施工方法
本专利技术属于锚固
，尤其是涉及一种用于砂类土层的振动排水锚杆支护结构及其施工方法。
技术介绍
随着基坑工程的规模和深度加大，施工难题和工程事故也逐渐增多，尤其对于以砂性土为主的地区，土层物理力学特性极差，且土层强度和稳定性极易受含水率影响，使得深基坑施工安全质量问题变得非常紧迫而突出。边坡及深基坑开挖支护工程一直受到高度关注，传统的支护结构不能满足深基坑支护安全等级要求，近年来研究出了如注浆锚杆、自钻式锚杆、高压喷射扩体锚杆，囊式扩体锚杆等锚杆支护结构，上述锚杆支护结构虽然在施工工艺和支护效果上取得了一定成效，但在实际应用中会出现诸多问题，注浆锚杆注浆体抗压强度不足、无法回收利用，自钻式锚杆锚固力不足，高压喷射扩体锚杆存在成孔难，囊式扩体锚杆存在施工可控性差、气囊较易损坏等。目前在治理软弱边坡中，深基坑降排水是改善土体强度、提高边坡稳定性的最有效措施之一，基坑通常采用管井降水，但是对于砂类土层在抽水时，砂粒大量流失，在管井周围产生软弱带，给地基带来巨大安全隐患。近年来，技术人员开始研究将锚固技术与基坑排水相结合，以实现对软弱边坡的双重治理的方向研究，在专利申请号为201420805558.2的专利中公开了一种排水复合自钻胎串式锚杆支护结构，该结构能够有效提供锚固力，但其排水板的施工中极易扰动土层，且自钻胎串式锚杆的结构复杂，制作工艺及成本高，该支护结构中排水措施与支护结构相互独立，不仅影响施工进度，且加大了施工难度。因此，亟需设计一种能够将支护结构与排水措施相融合，在时间和空间上对软弱边坡实现同步、双重治理的支护结构。内容本专利技术的目的是提供一种结构简单、操作简单、降低土体含水量、提高坡体排水效率和稳定性的用于砂类土层的振动排水锚杆支护结构。本专利技术的技术方案如下：一种用于砂类土层的振动排水锚杆支护结构，包括振动排水锚杆、虹吸排水装置和变频振动装置；所述振动排水锚杆包括螺旋钻尖、滤水管、中空钢管和尾部钢管，所述螺旋钻尖设置在振动排水锚杆的最前端，所述螺旋钻尖、滤水管、中空钢管和尾部钢管通过螺纹依次连接，所述滤水管上设有多个滤水孔，所述滤水孔的表面绑扎单向透水土工布；所述振动排水锚杆按照钻设角度钻进坡面，以锚杆为轴心，在基坑坡面上设置格构框架和挡土板，并将振动排水锚杆的尾部钢管尾端固定在格构框架上；所述变频振动装置包括振动头和变频控制器，所述振动头插装在所述中空钢管的内部，所述振动头的尾部通过导线与外部的变频控制器电连接以用于控制锚杆在径向范围内的砂层受到振动而逐渐破坏砂类土层；所述虹吸排水装置包括虹吸管和与虹吸管连接的抽水泵。在上述技术方案中，所述虹吸管包括依次连接的吸水管、弯管接头和橡胶管，所述吸水管插装在所述中空钢管中。在上述技术方案中，所述中空钢管包括至少2个分中空钢管通过螺纹连接组成，所述滤水管包括至少2个分滤水管通过螺纹连接组成，所述分滤水管与分中空钢管间隔设置，所述振动头设置靠近螺旋钻尖的分中空钢管内部，以便于土层内振动液化的水分及时排出，所述尾端钢管的钻进端设置螺纹以用于连接分中空钢管。在上述技术方案中，所述中空钢管包括2个分中空钢管通过螺纹连接组成，所述滤水管包括2个分滤水管通过螺纹连接组成，连接时，所述螺旋钻尖、一个分滤水管、一个分中空钢管、另一个分滤水管、另一个分中空钢管、尾部钢管通过螺纹依次连接。在上述技术方案中，所述单向透水土工布通过卡箍绑扎在滤水管的外侧以用于在钻进时坡体水沿单向透水土工布进入锚杆。在上述技术方案中，所述滤水管的外径小于分中空钢管的外径以用于在锚杆钻进过程中单向透水土工布受周围土体扰动滑脱或破坏。在上述技术方案中，所述螺旋钻尖包括带有钻尖的钻杆和螺旋叶片，所述螺旋叶片螺旋安装在钻杆的外侧，所述螺旋叶片的翼缘外径大于分中空钢管的外径，所述钻杆两端的螺旋叶片翼缘小于钻杆中部安装的螺旋叶片翼缘以用于锚杆的钻进和回收。本专利技术的另一个目的是提供一种基于所述的振动排水锚杆支护结构的施工方法，包括以下步骤：(1)测量放线：用测量工具在基坑按照设计要求确定振动排水锚杆的施设位置与角度；(2)锚杆钻进施工：依次将所述螺旋钻头、一个分滤水管、一个分中空钢管、另一个分滤水管、另一个分中空钢管、尾部钢管连接，滤水管的段数根据坡内土体含水率大小和排水要求供气适当增减，启动钻机将连接好的所述振动排水锚杆按设计要求的钻孔倾角和方向钻进坡面；(3)开挖基槽：在基坑的坡面放线位置开挖格构框架的基槽；(4)施工格构框架和挡土板：在所述基槽内绑扎钢筋，并在所述振动排水锚杆的尾部通过锚具与钢筋相接成一整体，所述振动排水锚杆的尾端部分设置在钢筋外部，且尾端伸出的距离至少为10cm，而后支模板，浇筑混凝土，完成格构框架和挡土板的施工；(5)安装变频振动装置：导线将振动头插装至锚杆的2个相邻滤水管之间，启动变频控制器，使振动头振动而带动锚杆共振；(6)坡面排水：在锚杆径向范围内的砂层由于振动而逐渐破坏，砂颗粒重新排列，孔压增大，饱和砂层液化形成流态区，自由水透过滤水管；将振动头从锚杆内抽出，再插入虹吸管，启动抽水泵为虹吸管施加初始虹吸力，而后关闭水泵使坡内水分依靠虹吸力向外排出；(7)按所述步骤(5)-(6)的顺序在下一个坡体工作面施工振动排水锚杆、格构框架和挡土板，并进行振动、排水，直至坡后土层达到预期的强度和稳定。本专利技术的另一个目的是提供一种用于砂类土层的振动排水锚杆支护结构，包括所述振动排水锚杆、变频振动装置和负压装置；所述振动排水锚杆包括螺旋钻尖、滤水管、中空钢管和尾部钢管，所述螺旋钻尖设置在振动排水锚杆的最前端，所述螺旋钻尖、滤水管、中空钢管和尾部钢管通过螺纹依次连接，所述滤水管上设有多个滤水孔，所述滤水孔的表面绑扎单向透水土工布；所述振动排水锚杆按照钻设角度钻进坡面，以锚杆为轴心，在基坑坡面上设置格构框架和挡土板，并将振动排水锚杆的尾部钢管尾端固定在格构框架上；所述变频振动装置包括振动头和变频控制器，所述振动头插装在所述中空钢管的内部，所述振动头的尾部通过导线与外部的变频控制器电连接以用于控制锚杆在径向范围内的砂层受到振动而逐渐破坏砂类土层；所述负压装置包括射流泵和与射流泵连接的连接管，所述连接管插装在所述中空钢管中以用于在锚杆中形成负压并向外排水。本专利技术的另一个目的是提供一种基于上述振动排水锚杆支护结构的施工方法，包括以下步骤：(1)测量放线：用测量工具在基坑按照设计要求确定振动排水锚杆的施设位置与角度；(2)锚杆钻进施工：依次将所述螺旋钻头、一个分滤水管、一个分中空钢管、另一个分滤水管、另一个分中空钢管、尾部钢管连接，所述射流泵连接的连接管插装在所述分中空钢管中，滤水管的段数根据坡内土体含水率大小和排水要求供气适当增减，启动钻机将连接好的所述振动排水锚杆按设计要求的钻孔倾角和方向钻进坡面；(3)开挖基槽：在基坑的坡本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于砂类土层的振动排水锚杆支护结构，其特征在于：包括振动排水锚杆、虹吸排水装置和变频振动装置；/n所述振动排水锚杆包括螺旋钻尖、滤水管、中空钢管和尾部钢管，所述螺旋钻尖设置在振动排水锚杆的最前端，所述螺旋钻尖、滤水管、中空钢管和尾部钢管通过螺纹依次连接，所述滤水管上设有多个滤水孔，所述滤水孔的表面绑扎单向透水土工布；/n所述振动排水锚杆按照钻设角度钻进坡面，以锚杆为轴心，在基坑坡面上设置格构框架和挡土板，并将振动排水锚杆的尾部钢管尾端固定在格构框架上；/n所述变频振动装置包括振动头和变频控制器，所述振动头插装在所述中空钢管的内部，所述振动头的尾部通过导线与外部的变频控制器电连接以用于控制锚杆在径向范围内的砂层受到振动而逐渐破坏砂类土层；/n所述虹吸排水装置包括虹吸管和与虹吸管连接的抽水泵。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于砂类土层的振动排水锚杆支护结构，其特征在于：包括振动排水锚杆、虹吸排水装置和变频振动装置；
所述振动排水锚杆包括螺旋钻尖、滤水管、中空钢管和尾部钢管，所述螺旋钻尖设置在振动排水锚杆的最前端，所述螺旋钻尖、滤水管、中空钢管和尾部钢管通过螺纹依次连接，所述滤水管上设有多个滤水孔，所述滤水孔的表面绑扎单向透水土工布；
所述振动排水锚杆按照钻设角度钻进坡面，以锚杆为轴心，在基坑坡面上设置格构框架和挡土板，并将振动排水锚杆的尾部钢管尾端固定在格构框架上；
所述变频振动装置包括振动头和变频控制器，所述振动头插装在所述中空钢管的内部，所述振动头的尾部通过导线与外部的变频控制器电连接以用于控制锚杆在径向范围内的砂层受到振动而逐渐破坏砂类土层；
所述虹吸排水装置包括虹吸管和与虹吸管连接的抽水泵。


2.根据权利要求1所述的振动排水锚杆支护结构，其特征在于：所述虹吸管包括依次连接的吸水管、弯管接头和橡胶管，所述吸水管插装在所述中空钢管中。


3.根据权利要求1所述的振动排水锚杆支护结构，其特征在于：所述中空钢管包括至少2个分中空钢管通过螺纹连接组成，所述滤水管包括至少2个分滤水管通过螺纹连接组成，所述分滤水管与分中空钢管间隔设置，所述振动头设置靠近螺旋钻尖的分中空钢管内部，以便于土层内振动液化的水分及时排出，所述尾端钢管的钻进端设置螺纹以用于连接分中空钢管。


4.根据权利要求3所述的振动排水锚杆支护结构，其特征在于：所述中空钢管包括2个分中空钢管通过螺纹连接组成，所述滤水管包括2个分滤水管通过螺纹连接组成，连接时，所述螺旋钻尖、一个分滤水管、一个分中空钢管、另一个分滤水管、另一个分中空钢管、尾部钢管通过螺纹依次连接。


5.根据权利要求4所述的振动排水锚杆支护结构，其特征在于：所述单向透水土工布通过卡箍绑扎在滤水管的外侧以用于在钻进时坡体水沿单向透水土工布进入锚杆。


6.根据权利要求5所述的振动排水锚杆支护结构，其特征在于：所述滤水管的外径小于分中空钢管的外径以用于在锚杆钻进过程中单向透水土工布受周围土体扰动滑脱或破坏。


7.根据权利要求6所述的振动排水锚杆支护结构，其特征在于：所述螺旋钻尖包括带有钻尖的钻杆和螺旋叶片，所述螺旋叶片螺旋安装在钻杆的外侧，所述螺旋叶片的翼缘外径大于分中空钢管的外径，所述钻杆两端的螺旋叶片翼缘小于钻杆中部安装的螺旋叶片翼缘以用于锚杆的钻进和回收。


8.根据权利要求7所述的振动排水锚杆支护结构的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)测量放线：用测量工具在基坑按照设计要求确定振动排水锚杆的施设位置与角度；
(2)锚杆钻进施工：依次将所述螺旋钻头、一个分滤水管、一个分中空钢管、另一个分滤水管、另一个分中空钢管、尾部钢管连接，滤水管的段数根据坡内土体含水率大小和排水要求供气适当增减，启动钻机将连接好的所述振动排水锚杆按设计要求的钻孔倾角和方向钻进坡面；
(3)开挖基槽：在基坑的坡面放线位置开挖格构框架的基槽；
(4)施工格构框架和挡土板：在所述基槽内绑扎钢筋，并在所述振动排水锚杆...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁方龙，李斌，陈运涛，
申请(专利权)人：中交天津港湾工程研究院有限公司，中交第一航务工程局有限公司，天津港湾工程质量检测中心有限公司，
类型：发明
国别省市：天津;12