伞状扩大头预应力岩土锚固结构的灌注、预应力施工方法技术

本发明专利技术公开了伞状扩大头预应力岩土锚固结构的灌注、预应力施工方法，包括内端结构、外端结构、位于内端结构与外端结构之间的岩土体、位于岩土体中的非扩孔段锚孔和非扩孔段锚孔固结体，还包括从外到内穿过外端结构、非扩孔段锚孔并插入内端结构的若干根锚筋；内端结构包括扩孔段锚孔、伞状扩大头固结体、扩孔段固结体；锚筋由伞状扩大头固结体承载，伞状扩大头固结体由伞状扩体装置灌注固化材料形成，伞状扩体装置在扩张之前的直径小于或等于非扩孔段锚孔直径，扩张之后的直径大于非扩孔段锚孔直径；外端结构包括锚具，以及垫板和/或锚墩和/或面板。本发明专利技术用以解决现有技术中伞状扩大头承载力虽然超高、变形量仍然很大的问题。题。题。

【技术实现步骤摘要】
伞状扩大头预应力岩土锚固结构的灌注、预应力施工方法


[0001]本专利技术涉及岩土工程领域，具体涉及伞状扩大头预应力岩土锚固结构的灌注、预应力施工方法。

技术介绍

[0002]现有的伞状扩大头技术研发，主要是针对锚固体灌浆施工完毕且终凝与养护完成、具备足够强度后的静态承载结构进行研究，缺乏针对施工过程动态结构或构造，与匹配的施工工艺研究，导致伞状扩大头技术在应用中，出现了与传统摩阻型(粘结型)锚杆索相同的困惑：预应力筋与普通螺纹钢筋相比，通常其受力(弹性区)变形值大幅提高；和采用了预应力筋材的摩阻型(粘结型)锚杆索一样，采用了预应力筋材的伞状扩大头的锚筋变形量没有减少，仍然比采用普通螺纹钢筋做筋材的锚筋变形量大得多；换言之，虽然伞状扩大头的承载能力比摩阻型(粘结型)锚杆索得到数倍提高，但是仍没有解决变形问题，这无论是对基坑支护还是对地下室抗浮，均导致伞状扩大头失去了应用意义。
[0003]众所周知，粘结型锚杆索的锚固力取决于锚固体与锚筋之间的粘结、锚固体与岩土孔壁之间的粘结，经过冶金建筑研究总院程良奎先生的研究成果我们知道，拉应力在粘结段全长的分布是非均匀的，在粘结段的外口部位会出现拉应力集中区(即峰值段，如附图22所示，峰值段的分布范围一般不超过3～4米)，拉应力集中使得外口部位的锚固体先行产生塑性破坏，且随时间的推移，峰值段向锚杆索深部、底部逐步推进；苏州能工的研究也发现，压力分散型锚杆索实施的多个承压型锚固体中，位于外部的锚固体先于位于深部的锚固体产生变形破坏；在此基础上，本案申请人研究发现，传统的摩阻型(粘结型)锚杆索，无论是基坑支护还是地下室抗浮，对粘结段(粘结段是指锚筋固结材料粘结、固结材料与岩土孔壁的粘结长度，通常取锚固段或锚固段连同部分或全部非锚固段；基坑锚杆索的锚固段通常为锚孔长度的1/2～2/3，即大部粘结；抗浮锚杆索的锚固段通常为锚孔全长，即全长粘结)的灌浆均是全长一次性完成，或第一次完成后再对第一次固结后的浆体、岩土体进行第二次高压劈裂灌浆，而预应力施工实质上也是将整个粘结段视为(对钢筋混凝土结构物的)固定端约束，考虑的是消除粘结段以外锚筋的工程受荷弹性变形(而并未考虑通过预应力施工还应该消除在粘结段以内锚筋的工程受荷弹性变形)，在预应力荷载和/或工程荷载施加后，虽然锚杆索的变形符合弹性变形特征且在短期内的变形量很小，但随着时间推移，锚固体的拉应力集中和锚筋与锚固体之间的粘结破坏随时间向锚杆索深部、底部(前端)逐渐发展、推进，使得越来越长的锚筋被释放、沦陷进入自由状态，即使是在工程荷载稳定的情况下，即使是在锚筋未产生任何塑性变形、孔壁岩土体未产生任何塑性变形的情况下，随着时间推移，锚筋的弹性变形值也越来越大，(在锚固体质量符合理论状态前提下)这部分变形本质上是锚固体自身的蠕变/徐变，对锚筋来讲却仅仅是弹性变形，只不过是在施加预应力时没有释放，但随时间推移释放出来而已，因此原来对钢筋混凝土结构物的固定端约束沦为随时间的线性松弛约束，面板结构向外的变形值因而越来越大，这正是实施传统摩阻型(粘结型) 抗浮锚杆索的地下室抗浮板数年或十余年后产生裂缝、漏水且一直被世人疏
忽的重要原因之一，也正是传统锚杆索的巨大缺陷所在之一。由此原因，伞状扩大头锚杆索不能再照搬该传统的灌浆与预应力施工方法进行施工，必须另寻良方，克服传统灌浆与预应力施工方法的弊病，才能使得伞状扩大头体现优势、有用武之地。
[0004]之前的各类非伞状扩大头的各类扩大头锚杆索，因扩大头本身的刚度不足，受力特征和相关设计计算均与传统锚杆索差别不大，因此其灌浆和施加预应力也并未针对扩大头进行专门研发，而是沿用了传统锚杆索的预应力结构和预应力施工方法，例如囊式锚杆索的灌注，即是在预应力施工之前先灌注(包括旋喷注浆方式与灌浆方式在内)囊袋外的整个粘结段(锚固段或锚固段连同非锚固段)，然后实施囊袋内灌浆，其结果同样会因为粘结段锚固体的蠕变从而积少成多地释放锚筋的弹性变形，导致抗浮板逐步上浮；因此，仍无法为伞状扩大头的灌浆施工与预应力施工提供参照。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供伞状扩大头预应力岩土锚固结构的灌注、预应力施工方法，以解决现有技术中伞状扩大头虽然承载力超高、但变形量仍然很大的问题。
[0006]本专利技术通过下述技术方案实现：
[0007]伞状扩大头预应力岩土锚固结构的灌注、预应力施工方法，所述伞状扩大头预应力岩土锚固结构包括内端结构、外端结构，和位于内端结构与外端结构之间的岩土体，和位于岩土体中的非扩孔段锚孔、非扩孔段锚孔固结体，以及从外到内穿过所述外端结构、非扩孔段锚孔并插入所述内端结构的若干根锚筋；其中非扩孔段锚孔固结体由非扩孔段锚孔灌注固化材料形成，固化材料又称作固结剂；
[0008]所述内端结构包括若干个扩孔段锚孔，所述扩孔段锚孔内安设有若干个伞状扩大头固结体；所述伞状扩大头固结体内安设有若干个正向组装或反向组装的伞状扩体装置；其中锚筋由伞状扩大头固结体承载，所述伞状扩大头固结体由伞状扩体装置扩张并灌注固化材料形成；
[0009]所述外端结构包括锚具，以及垫板和/或锚墩和/或面板；
[0010]伞状扩大头预应力岩土锚固结构的灌注、预应力施工方法包括以下施工步骤：
[0011]A：灌注所述伞状扩体装置；此为本专利技术的第一道灌注程序(在本申请中也称作第一次灌注)，本道灌注程序必须满足的前提条件是：非扩孔段锚孔不被灌注，或被灌注后将浆液抽除；或除主要受力层锚孔外的非扩孔段锚孔不被灌注，或被灌注后将浆液抽除。该次灌注施工既可以在扩张伞状扩体装置之后实施，也可以在扩张伞状扩体装置的同时实施，还可以在钻孔的同时灌注非扩孔段锚孔、在扩孔的同时灌注扩孔段锚孔和/或伞状扩体装置等等，但无论如何，本专利技术在预应力施工之前，不允许非扩孔段锚孔内(至少是除开主要受力层锚孔以外的非扩孔段锚孔内)存有固结剂浆液(即不允许该段形成固结体)，如果因各种原因导致该次灌注施工之后在该段有固结剂浆液存在，也必须将其抽除。无论伞状扩体装置是否外套膜袋，扩孔段锚孔均可在本道灌注程序实施灌注；如无膜袋，伞状扩体装置可以和扩孔段锚孔同时灌注；如有膜袋，可以先灌注伞状扩体装置，后灌注扩孔段锚孔，也可以反之，当然，还可以选择对灌注扩孔段锚孔不予灌注，仅仅灌注伞笼。
[0012]B：预埋或预留第二次灌注通道和/或排气通道，和/或，制作和/或安装面板；对永久性的伞状扩大头锚杆索(例如边坡支护、地下结构物抗浮)，灌注非扩孔段锚孔是必须的，
但即使是对临时性的伞状扩大头锚杆索(例如基坑支护)，由于临时性工程的岩土层条件通常不够好，无论是粘结型或无粘结型，本专利技术均主张对非扩孔段锚孔全长灌注(包括灌浆、旋喷注浆手段在内)，形成非扩孔段锚孔固结体，以发挥非扩孔段锚孔固结体对孔壁岩土体产生的负摩阻力滞滑、抗剪切、隔离地下水渗流、消除孔壁岩土体变形临空面、提供/避免削减孔壁岩土体围压的功能。需要特别指出的是，本专利技术针对的是需要灌注(充填)非扩孔段锚孔的情形，且是针对伞状扩大头锚杆索而言，传统摩阻型锚杆索清晰的或囊式扩大头锚杆索似是本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.伞状扩大头预应力岩土锚固结构的灌注、预应力施工方法，其特征在于，所述伞状扩大头预应力岩土锚固结构包括内端结构、外端结构，和位于内端结构与外端结构之间的岩土体(87)，和位于岩土体(87)中的非扩孔段锚孔(28)、非扩孔段锚孔固结体(64)，以及从外到内穿过所述外端结构、非扩孔段锚孔(28)并插入所述内端结构的若干根锚筋(4)；所述内端结构包括若干个扩孔段锚孔(29)，所述扩孔段锚孔(29)内安设有若干个伞状扩大头固结体(91)；所述伞状扩大头固结体(91)内安设有若干个正向组装或反向组装的伞状扩体装置；所述外端结构包括锚具(92)，以及垫板(93)和/或锚墩(94)和/或面板(95)；伞状扩大头预应力岩土锚固结构的灌注、预应力施工方法包括以下施工步骤：A：灌注所述伞状扩体装置；B：预埋或预留第二次灌注通道(117)和/或排气通道(118)；和/或，制作和/或安装面板(95)；C：施加预应力；D：灌注非扩孔段锚孔(28)。2.根据权利要求1所述的伞状扩大头预应力岩土锚固结构的灌注、预应力施工方法，其特征在于，所述内端结构还包括：若干个荷载转换装置(2)；每个荷载转换装置(2)与其对应承载的伞状扩体装置固定或单向固定连接，锚筋(4)固定或可拆卸固定或活动穿设在荷载转换装置(2)上，每个伞状扩体装置均固定或单向固定或可拆卸固定在其对应承载的锚筋(4)上；每个伞状扩体装置均包括若干正向折叠或反向折叠的伞状折叠杆组，每个伞状折叠杆组包括若干折叠杆，且在伞状折叠杆组的前、后两端处，折叠杆均被集中铰接约束呈中心对称状；每根所述折叠杆包括相互铰接的长杆(6)和短杆(7)；每个所述伞状扩体装置还沿横向设置有前盘(3)和/或后盘(8)和/或纵向柱(5)；所述伞状扩体装置包括A构件，所述A构件位于荷载转换装置(2)后侧且与荷载转换装置(2)抵触；或同时还在锚筋(4)和/或纵向柱(5)上固定设置有分载体(37)；当分载体(37)位于A构件的前方时，分载体(37)与A构件不抵触；或同时还在扩孔段锚孔(29)内设置有伞外固结体(89)。3.根据权利要求2所述的伞状扩大头预应力岩土锚固结构的灌注、预应力施工方法，其特征在于，所述伞状扩体装置还包括箍筋(9)和/或膜袋(76)和/或灌注管(12)；当设置有数量为两个或两个以上的伞状扩体装置时，各伞状扩体装置串联在同一根或多根锚筋(4)上或并联在不同的锚筋(4)上。4.根据权利要求2所述的伞状扩大头预应力岩土锚固结构的灌注、预应力施工方法，其特征在于，每一根所述折叠杆的前端，与纵向柱(5)的前部或前盘(3)通过无铰接装置或前铰接装置(19)铰接；每一根所述折叠杆的后端，与纵向柱(5)的后部或后盘(8)通过无铰接装置或后铰接装置(21)铰接；所述前铰接装置(19)与纵向柱(5)的前部或前盘(3)固定连接，后铰接装置(21)与纵向
柱(5)的后部或后盘(8)固定连接；在锚筋(4)和/或纵向柱(5)上设置有限位装置，和/或止退装置，和/或顶推装置(32)和/或反拉装置(74)，和/或固定装置(18)/单向固定装置(20)，或以磁吸装置代替止退装置。5.根据权利要求2所述的伞状扩大头预应力岩土锚固结构的灌注、预应力施工方法，其特征在于，还设置有：纵向的刚性销(65)，若干个套环Ⅰ(90)或套环Ⅱ或束环或绕环；刚性销(65)前端活动穿设在套环Ⅰ(90)或套环Ⅱ或束环或绕环上，套环Ⅰ(90)或套环Ⅱ或束环或绕环将折叠杆组拉拢靠近刚性销(65)；套环Ⅰ(90)与辐条(88)同时设置，每个套环Ⅰ(90)均通过一根辐条(88)与一根折叠杆对应连接，辐条(88)沿径向设置；其中，每根辐条(88)的内端与对应的套环Ⅰ(90)连接，外端与对应的折叠杆连接；或，沿纵向设置有拉绳(71)和/或刚性杆(38)；拉绳(71)的前端、刚性杆(38)的前端均与后盘(8)连接，或均活动穿过后盘(8)并与前盘(3)连接，拉绳(71)的后端、刚性杆(38)的后端均向后延伸至锚孔外；或，设置有先导板(68)或前碇板，和/或后托板(44)或后碇板(105)；或，设置有先导板(68)或前碇板，和/或后托板(44)或后碇板(105)；且在伞状扩体装置的前端之前，和/或前端与后端之间，和/或后端之后，设置有复位装置；所述复位装置为复位弹簧(23)和/或活塞缸和/或磁力装置；或，设置有先导板(68)或前碇板，和/或后托板(44)或后碇板(105)；且沿纵向设置有抵撞杵(47)，所述抵撞杵(47)的前端设置在伞状扩体装置的前侧；当伞状折叠杆组正向折叠时，所述抵撞杵(47)的后端与伞状折叠杆组的前端固定连接或单向固定连接；当伞状折叠杆组反向折叠时，所述抵撞杵(47)的后端活动穿过伞状折叠杆组的前端并与伞状折叠杆组的后端固定连接或单向固定连接；或纵向柱(5)与抵撞杵(47)合并设置；或，设置有螺杆、螺母；所述螺杆、螺母其中之一者与前盘(3)或后盘(8)固定连接，另一者与后盘(8)或前盘(3)转动连接；所述螺杆与螺母之间螺纹连接；螺杆的后端或螺母的后端向钻孔外侧方向延伸；锚筋(4)独立设置，或锚筋(4)与螺杆和/或螺母合并设置。6.根据权利要求5所述的伞状扩大头预应力岩土锚固结构的灌注、预应力施工方法，其特征在于，刚性销(65)沿纵向设置并活动穿过后盘(8)，且刚性销(65)前端可拆卸固定连接在前盘(3)上；或在后盘(8)上设置有供拉绳(71)连接的提钮，或供刚性杆(38)连接的螺孔(60)；或在后盘(8)上设置有供拉绳(71)或刚性杆(38)穿过的穿孔；或在伞状扩体装置的前端之前，和/或前端与后端之间，和/或后端之后，还设置有用于对伞状扩体装置的预收缩状态锁定及解锁的装置；或设置有缓冲装置；所述缓冲装置为缓冲弹簧(41)和/或活塞缸和/或磁力装置；和/或设置有送杆(77)或吊绳或吊杆；送杆(77)、吊绳、吊杆均沿纵向设置。7.根据权利要求2～6中任一所述的伞状扩大头预应力岩土锚固结构的灌注、预应力施工方法，其特征在于，还包括以下任意一种或多种结构：结构一：设置有长杆延长部(6
‑
1)和/或短杆延长部(7
‑
1)，长杆延长部(6
‑
1)与长杆(6)在中铰链(24)处固定连接，短杆延长部(7
‑
1)与短杆(7)在中铰链(24)处固定连接；
或，设置有船形件(40)，船形件(40)通过连接部(84)连接在中铰链(24)的销轴(83)上，并以销轴(83)为转轴、在中铰链(24)的外侧自由转动；结构二：还包括测具(13)，测具(13)的后部标记有刻度线；测具(13)的前端与伞状折叠杆组的后端/后盘(8)连接，或与伞状折叠杆组的前端/前盘(3)连接，测具的后端向后延伸至钻孔外；和/或...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘晓理，
申请(专利权)人：刘晓理，
类型：发明
国别省市：