一种三层结构扩大端锚杆系统及施工方法技术方案

本发明专利技术公开一种三层结构扩大端锚杆系统及施工方法，锚杆系统包括锚杆体、锚具、锚盘、基于地质聚合物固废制造的地质聚合物柱芯、膨胀混凝土包裹层及固化粘结界面层；锚杆扩大端部分由锚杆体向外依次是地质聚合物柱芯、膨胀混凝土包裹层和固化粘结界面层，从而形成具备三层结构的锚固扩大端。所述施方法包括地质聚合物柱芯预制与装配、锚孔成孔、浆液制备、固化剂喷涂、地质聚合物柱芯入孔、注浆成型、锚杆张拉固定。本发明专利技术通过对锚杆本身组成、锚杆系统扩大端的用料及其结构形式进行设计，以此提高锚杆承载力和抗拔力，降低工程造价，让锚杆利用更加节能环保。本发明专利技术结构原理简单，浇筑流程简单，易于操作，可行性高。可行性高。可行性高。

【技术实现步骤摘要】
一种三层结构扩大端锚杆系统及施工方法


[0001]本专利技术属于建筑施工
，涉及一种锚杆结构，特别是涉及一种基于地质聚合物固废利用的三层结构扩大端锚杆系统及施工方法。

技术介绍

[0002]为了保证施工的安全性和可靠性，锚杆锚固技术已经广泛应用于基坑工程、铁路工程、水利水电工程、边坡工程、地下室工程、抗浮工程、隧道工程以及矿山巷道工程等工程施领域。但目前使用的锚杆支护结构通常存在着力学效率较低，锚杆的抗拔力差，工程造价过高，使用过后锚杆体废弃在土中会造成地下空间“污染”等问题。为了显著提高锚杆的承载力，人们提出了荷载分散型锚杆、扩孔型锚杆等类型的锚杆，它们能改善锚杆的荷载传递机制，充分调动土体强度，能大幅度提高锚杆承载力。其中，扩孔型锚杆可在有限长度的锚固体范围内使承载力得以显著提高，它的扩大头端面可产生支承抗力，侧面可以与土体产生摩阻力，从荷载传递机制来说它属于摩擦——支承复合型锚杆。
[0003]基于此，本专利技术提出一种基于地质聚合物固废利用的三层结构扩大端锚杆系统及施工方法，以提高锚杆承载力和抗拔力，降低工程造价，让锚杆利用更加节能环保。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的之一是提供一种基于地质聚合物固废利用的三层结构扩大端锚杆系统，以提高锚杆承载力和抗拔力，降低工程造价，让锚杆利用更加节能环保。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0006]本专利技术提供一种基于地质聚合物固废利用的三层结构扩大端锚杆系统，主要包括：
[0007]锚杆体，所述锚杆体的底端用于插入土体；
[0008]地质聚合物柱芯，所述地质聚合物柱芯设置于所述锚杆体的底端，其由工业固体废弃物制作而成；
[0009]膨胀混凝土包裹层，所述膨胀混凝土包裹层形成膨大端，紧贴包覆于所述地质聚合物柱芯的外部；
[0010]固化粘结界面层，所述固化粘结界面层与所述膨大端的外形适配，粘接固定于所述膨胀混凝土包裹层的外表面与所述土体之间；所述地质聚合物柱芯、所述膨胀混凝土包裹层及所述固化粘结界面层形成锚杆系统的锚固扩大端；
[0011]锚具及锚盘，所述锚盘用于配置在所述锚杆体的底端，所述锚具用于张拉锁定所述锚杆体的顶端。
[0012]可选的，所述锚固扩大端可为球形扩大端、圆台型扩大端等。比如，当所述锚固扩大端为球形扩大端时，对应的所述膨胀混凝土包裹层及所述固化粘结界面层均呈球壳状。
[0013]可选的，所述锚具包括与锚杆体的顶部固定连接的螺母及外部固定的锚板。将所述锚具安装于锚杆体的顶部，可对其张拉锁定。
[0014]可选的，还包括外套管，所述外套管套设于所述锚杆体的外部，且所述外套管位于所述锚固扩大端的上方。
[0015]可选的，所述外套管为PVC材质外套管，后续可简称“PVC管”，其套设在所述锚杆体的外部，内径为40～60mm。
[0016]可选的，所述地质聚合物柱芯为直径为100～250mm，高度为200～500cm的圆柱体结构；其可事先在工厂将地质聚合物与锚杆体装配在一起。
[0017]可选的，所述地质聚合物柱芯与所述膨胀混凝土包裹层的接触面上，即所述地质聚合物柱芯的外表面设置凸起、凹陷(或称之为“凹槽”)、蜂窝面、突刺或倒刺中的一种或多种组合，用以加强地质聚合物柱芯与膨胀性混凝土包裹层之间的粘结力、摩擦力。
[0018]可选的，所述凸起可为半球状凸起、正方体状凸起或椎体状凸起中的一种或多种组合；所述凹陷(或称之为“凹槽”)可为半球状凹槽、正方体状凹槽或椎体状凹槽中的一种或多种组合。所述凸起可为环形连续凸起或间断式凸起；同理，所述凹陷(或称之为“凹槽”)也可以是环形连续凹陷或间断式凹陷。
[0019]可选的，所述膨胀混凝土包裹层的原材料包括硫铝酸盐型膨胀水泥、膨胀剂、缓凝剂和减水剂。其中，硫铝酸盐型膨胀水泥可采用市面上常用的硫铝酸盐型膨胀水泥，包括K型、M型、S型膨胀水泥和明矾石、硫铝酸盐膨胀水泥等；膨胀剂、缓凝剂和减水剂均适量加入。膨胀混凝土包裹层浇筑成型后体积膨胀形具体可如灯泡状，与土体产生挤压预应力，增强与土体间的摩阻力，从而提高锚杆抗拔力。
[0020]可选的，所述膨胀混凝土包裹层浇筑前外径为400～600mm，高度为200～500cm。
[0021]可选的，所述固化粘结界面层通过在所述膨胀混凝土包裹层和所述土体之间喷涂土壤固化剂而形成。
[0022]可选的，所述固化粘结界面层具体为土
‑
砼固化粘结界面层，由膨胀混凝土包裹层和土体经施工过程中喷涂的土壤固化剂作用共同形成，具体可形如灯泡。所述固化剂根据土壤性质选取，如可采用无机土壤固化剂，适用于几乎所有类型的土壤；在黏性土况下选用有机土壤固化剂或离子土壤固化剂，或将不同类型土壤固化剂配合使用等。土
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砼固化粘结界面层的存在提高了锚杆周围土体的力学强度，增大了土体与膨胀混凝土包裹层表面的粘结力或摩阻力，从而实现锚固力的提高。
[0023]可选的，所述锚盘为厚度为6mm～15mm，直径为15cm～30cm的金属圆盘。
[0024]同时，本专利技术的另一目的是提出一种基于上述三层结构扩大端锚杆系统的施工方法，主要包括：
[0025]预制地质聚合物柱芯，并将预制好的地质聚合物柱芯与锚杆体的底端装配在一起；
[0026]进行锚孔成孔施工，并在所述锚孔底端施工形成扩大孔径段；
[0027]将装配了地质聚合物柱芯的锚杆体插入所述锚孔，并在所述扩大孔径段喷涂土壤固化剂；
[0028]将制备好的所述混凝土浆体混合膨胀剂注入所述扩大孔径段，待所述混凝土浆体膨胀并凝固后，形成锚杆体的锚固扩大端；
[0029]按照设计张拉锁定并将锚具固定于锚杆体的顶端。
[0030]可选的，利用高压旋喷钻机钻孔，以形成所述锚孔。
[0031]可选的，所述地质聚合物柱芯以工业固体废弃物钢渣和矿粉为原材料，并在碱激发剂与外加剂共同作用下制备而成；所述钢渣为中高碱度转炉钢渣，所述矿粉为S95级粒化高炉矿粉，所述钢渣与所述矿粉的比表面积为450m2/kg，所述碱激发剂采用由长石与纯碱按照质量比Na2O：SiO2＝1:1.2～1.5配置而成的玻璃体碱性激发剂，所述外加剂包括耐碱玻璃纤维、氧化石墨烯和硫酸钠；
[0032]其中，所述钢渣的质量分数为30％～60％，所述矿渣的质量分数为40％～70％，所述碱激发剂的质量分数为所述钢渣与所述矿渣质量之和的3％～7％，水胶比为0.25～0.45，所述耐碱玻璃纤维的质量分数为0.1％～0.3％，所述氧化石墨烯的质量分数为0.01～0.03％，所述硫酸钠的质量分数为1～1.5％；所述碱激发剂为所述钢渣、所述矿渣反应提供碱性条件，经所述硫酸钠激活活性的所述钢渣、所述矿渣更容易发生反应，加之所述耐碱玻璃纤维抑制所述钢渣的膨胀、所述氧化石墨烯填充粒子间的缝隙，使得整个结构体积不变的同时更加紧密，保证了地质聚合物的强度并提高了其对钢筋，即锚杆体的握裹力。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种三层结构扩大端锚杆系统，其特征在于，包括：锚杆体(1)，所述锚杆体(1)的底端用于插入土体(9)；地质聚合物柱芯(4)，所述地质聚合物柱芯(4)设置于所述锚杆体(1)的底端，其由工业固体废弃物制作而成；膨胀混凝土包裹层(5)，所述膨胀混凝土包裹层(5)形成膨大端，紧贴包覆于所述地质聚合物柱芯(4)的外部；固化粘结界面层(8)，所述固化粘结界面层(8)与所述膨大端的外形适配，粘接固定于所述膨胀混凝土包裹层(5)的外表面与所述土体(9)之间；所述地质聚合物柱芯(4)、所述膨胀混凝土包裹层(5)及所述固化粘结界面层(8)形成锚杆系统的锚固扩大端；锚具(2)及锚盘(7)，所述锚盘(7)用于配置在所述锚杆体(1)的底端，所述锚具(2)用于张拉锁定所述锚杆体(1)的顶端。2.根据权利要求1所述的三层结构扩大端锚杆系统，其特征在于，还包括外套管(3)，所述外套管(3)套设于所述锚杆体(1)的外部，且所述外套管(3)位于所述锚固扩大端的上方。3.根据权利要求1或2所述的三层结构扩大端锚杆系统，其特征在于，所述地质聚合物柱芯(4)与所述膨胀混凝土包裹层(5)的接触面上设置凸起、凹陷、蜂窝面、突刺或倒刺中的一种或多种组合。4.根据权利要求3所述的三层结构扩大端锚杆系统，其特征在于，所述凸起为半球状凸起、正方体状凸起或椎体状凸起中的一种或多种组合；所述凹槽为半球状凹槽、正方体状凹槽或椎体状凹槽中的一种或多种组合。5.根据权利要求1或2所述的三层结构扩大端锚杆系统，其特征在于，所述膨胀混凝土包裹层(5)的原材料包括硫铝酸盐型膨胀水泥、膨胀剂、缓凝剂和减水剂。6.根据权利要求1或2所述的三层结构扩大端锚杆系统，其特征在于，所述固化粘结界面层(8)通过在所述膨胀混...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹海莹，张军钊，李雪倩，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：