锚杆-球-星形构件基础及其施工方法与流程

本发明涉及土地基加固与基础形式，尤其涉及锚杆-球-星形构件基础及其施工方法。

背景技术：

目前，绝大部分基础为抗压基础，即基础主要承受上部结构施加的竖向荷载且满足变形和稳定性要求，典型的包括独立基础、条形基础、筏板基础等。而抗拔基础主要有大开挖基础、掏挖扩底基础、爆扩桩基础等；无论是大开挖基础类，还是掏挖扩底基础类、爆扩桩基础类的施工均有较大难度，而且均存在着工程量大、耗时长、成本高，对环境造成较大破坏，但能够提供的抗力有限、加固效果不够理想等问题，土地基条件下上述问题更加突出，且土地基的大变形和基础的稳定性成为必须解决的关键问题。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种减小对土地基扰动，且提高抗压、抗拔强度，并优化荷载传递机制，同时减小土地基变形的锚杆-球-星形构件基础。

本发明所要解决的另一个技术问题是提供该锚杆-球-星形构件基础的施工方法。

为解决上述问题，本发明所述的锚杆-球-星形构件基础，其特征在于：它包括一个嵌入土地基中且上表面与地面平齐的星形构件、一根或多根锚杆及与所述锚杆相配套的垫板和锚板；所述星形构件设有数个径向伸出的伸臂，其中心设有一个锚杆孔ⅰ；所述垫板中心设有一个锚杆孔ⅲ；所述锚杆包括杆体、套筒和数根支杆；所述杆体下部固连有一钢质圆形横板，其上套连有沿所述杆体上下滑动的所述套筒；数根所述支杆的一端均铰接于所述套筒周围；所述套筒之上的所述杆体周围布置有带雷管的抗水炸药，且数根所述支杆向所述杆体上端翻转捆绑在所述抗水炸药的周围；所述锚杆的底端及借助套筒与之相联系的所述支杆均被锚固，其顶端分别穿过所述星形构件对应位置的所述锚杆孔ⅰ，并穿过所述垫板的所述锚杆孔ⅲ与所述锚板连接到一起。

所述土地基为淤泥、淤泥质土、粘性土、粉土、黄土、砂土、人工填土和碎石土地基中的一种或多种。

所述星形构件上设有固定件。

所述伸臂的数量为三个及三个以上。

所述垫板上开有一注浆孔。

每个所述伸臂的外端设有一个锚杆孔ⅱ；且所述锚杆的顶端分别穿过所述星形构件对应位置的所述锚杆孔ⅱ，并穿过所述垫板的所述锚杆孔ⅲ与所述锚板连接到一起。

所述星形构件的中心设有一个锚杆孔ⅰ，且每个所述伸臂的外端设有一个锚杆孔ⅱ；所述锚杆的顶端分别穿过所述星形构件对应位置的所述锚杆孔ⅰ和所述锚杆孔ⅱ，并穿过所述垫板的所述锚杆孔ⅲ与所述锚板连接到一起。

所述圆形横板的直径为所述套筒外径的2~5倍，且所述圆形横板之下的所述杆体的长度与所述孔底空腔的半径相当。

所述支杆长度小于所述孔底空腔的半径。

如上所述的锚杆-球-星形构件基础的施工方法，包括以下步骤：

⑴平基，即将选定位置整平；

⑵对应星形构件的中心锚杆孔ⅰ及每个伸臂外端的锚杆孔ⅱ在土地基中打孔，且中心孔深，而每个所述伸臂外端的孔浅；

⑶将带有喷嘴的注浆管通过所述步骤⑵所得的孔置于处理所述土地基的预定深度，然后用水泥浆冲切所述土地基，同时旋转并提升所述注浆管，固结后形成水泥土圆柱体；

⑷以形成的所述水泥土圆柱体为所述星形构件支点，按设计要求开挖浇筑所述星形构件的凹坑；

⑸按设计要求沿形成的所述水泥土圆柱体的轴按下述三种情况设置钻孔；

ⅰ对应所述星形构件中心的锚杆孔ⅰ位置钻一个孔；

ⅱ对应所述星形构件每个伸臂外端的锚杆孔ⅱ位置钻一个孔；

ⅲ对应所述星形构件中心的锚杆孔ⅰ和每个伸臂外端的锚杆孔ⅱ位置均钻一个孔，且中心孔深和每个伸臂外端的孔浅；

⑹按第一次装药量50~700g，第二次装药量100~700g，第三次装药量200~700g，…，装药量逐次递增对每个所述水泥土圆柱体中的所述钻孔的孔底实施爆破，直至孔底扩成空腔；

⑺测定孔底空腔的大小，具体为：

①准备好长度大于所述钻孔深度的不同长度的测绳和长度相当于设计所述孔底空腔直径的木棍；

②将两根测绳的一端分别系在木棍两端头，并在测绳上标上尺寸标记；

③提着系着木棍的两根测绳的另一端将木棍送入所述孔底空腔内并上下提动，当木棍一端卡着所述孔底空腔壁，且两测绳上的尺寸标记一致时，木棍即处于水平位置，此时的木棍长度即为所述孔底空腔直径；

⑻按设计要求浇筑所述星形构件；

⑼在套筒之上的锚杆杆体周围安装带雷管的抗水炸药，然后将与套筒铰接的数根支杆向所述杆体上端翻转捆绑在抗水炸药的周围；

⑽将所述锚杆杆体带有的所述抗水炸药通过所述星形构件的不同锚杆孔ⅰ及锚杆孔ⅱ置于对应所述水泥土圆柱体中所述钻孔孔底，即刻起爆炸药；

⑾沿钻孔壁向所述钻孔内注浆，使注浆体完全充填空腔；

⑿待所述注浆体固结后施加预应力并锁定所述锚杆顶端于锚板上；

⒀通过所述垫板上的注浆孔对所述钻孔内再次充填所述注浆体至所述注浆孔上口，同时浇铸裂隙注浆体于土地基裂隙。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、首先，本发明中炸药爆炸所产生的爆轰气体对钻孔孔底强烈地冲击压缩，致使钻孔底周围土地基被粉碎，形成大小足够的空腔，通过注浆形成带底端钢筋混凝土扩大头的锚固体，所提供的锚固力可足以达到使上部结构稳定；其二，炸药爆炸所产生的爆轰气体对钻孔孔底土地基强烈作用，使孔底周围土地基得到压缩，同时将土地基中的裂隙推开，充填注浆体后将改善和提高内部土地基（钻孔底部周围土地基）的物理力学性能；其三，通过锚杆杆体周围布置的装有雷管的抗水炸药爆炸作用，驱使套筒下滑的同时推开支杆绕铰支座转动，最终支杆以锚杆杆体为对称轴斜向下撑开，之后通过对整个孔底空腔注浆，形成钢筋混凝土球形扩大头，并施加预应力和再次注浆，构建起全方位、立体、复合锚固。

2、本发明结构简单，根本改变了施工和基础形式，显著地节约了投资，减少了弃土，使环境得到保护。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

图1为本发明过三锚杆轴的截面图。

图2为本发明的俯视图。

图3为本发明锚杆起初过锚杆轴的截面图。

图4为本发明锚杆起初装药段横截面示意图。

图中：1—土地基2—注浆体3—钻孔4—锚杆5—土地基裂隙6—星形构件7—垫板8—锚板9—裂隙注浆体10—雷管11—支杆12—抗水炸药13—注浆孔14—钻孔壁15—孔底空腔16—固定件17—地面18—水泥土圆柱体19—圆形横板20—套筒。

具体实施方式

如图1~4所示，锚杆-球-星形构件基础，它包括一个嵌入土地基1中且上表面与地面17平齐的星形构件6、一根或多根锚杆4及与锚杆4相配套的垫板7和锚板8。

星形构件6设有数个径向伸出的伸臂，其中心设有一个锚杆孔ⅰ；垫板7中心设有一个锚杆孔ⅲ；锚杆4包括杆体、套筒20和数根支杆11；杆体下部固连有一钢质圆形横板19，其上套连有沿杆体上下滑动的套筒20；数根支杆11的一端均铰接于套筒20周围；套筒20之上的杆体周围布置有带雷管10的抗水炸药12，且数根支杆11向杆体上端翻转捆绑在抗水炸药12的周围；锚杆4的底端及借助套筒20与之相联系的支杆11均被锚固，其顶端分别穿过星形构件6对应位置的锚杆孔ⅰ，并穿过垫板7的锚杆孔ⅲ与锚板8连接到一起。

其中：土地基1为淤泥、淤泥质土、粘性土、粉土、黄土、砂土、人工填土和碎石土地基中的一种或多种。

星形构件6上设有用于与上部结构连接的固定件16。

伸臂的数量为三个及三个以上。

垫板7上开有一注浆孔13。

每个伸臂的外端设有一个锚杆孔ⅱ；且锚杆4的顶端分别穿过星形构件6对应位置的锚杆孔ⅱ，并穿过垫板7的锚杆孔ⅲ与锚板8连接到一起。

星形构件6的中心设有一个锚杆孔ⅰ，且每个伸臂的外端设有一个锚杆孔ⅱ；锚杆4的顶端分别穿过星形构件6对应位置的锚杆孔ⅰ和锚杆孔ⅱ，并穿过垫板7的锚杆孔ⅲ与锚板8连接到一起。

圆形横板19的直径为套筒20外径的2~5倍，且圆形横板19之下的杆体的长度与孔底空腔15的半径相当。

支杆11长度小于孔底空腔15的半径。

该锚杆-球-星形构件基础的施工方法，包括以下步骤：

⑴平基，即将选定位置整平；

⑵对应星形构件6的中心锚杆孔ⅰ及每个伸臂外端的锚杆孔ⅱ在土地基1中打孔，且中心孔深，而每个伸臂外端的孔浅；

⑶将带有喷嘴的注浆管通过步骤⑵所得的孔置于处理土地基1的预定深度，然后用水泥浆冲切土地基1，同时旋转并提升注浆管，固结后形成水泥土圆柱体18；

⑷以形成的水泥土圆柱体18为星形构件6支点，按设计要求开挖浇筑星形构件6的凹坑；

⑸按设计要求沿形成的水泥土圆柱体18的轴按下述三种情况设置钻孔3；

ⅰ对应星形构件6中心的锚杆孔ⅰ位置钻一个孔；

ⅱ对应星形构件6每个伸臂外端的锚杆孔ⅱ位置钻一个孔；

ⅲ对应星形构件6中心的锚杆孔ⅰ和每个伸臂外端的锚杆孔ⅱ位置均钻一个孔，且中心孔深和每个伸臂外端的孔浅；

⑹按第一次装药量50~700g，第二次装药量100~700g，第三次装药量200~700g，…，装药量逐次递增对每个水泥土圆柱体18中的钻孔3的孔底实施爆破，直至孔底扩成空腔；

⑺测定孔底空腔15的大小，具体为：

①准备好长度大于钻孔3深度的不同长度的测绳和长度相当于设计孔底空腔15直径的木棍；

②将两根测绳的一端分别系在木棍两端头，并在测绳上标上尺寸标记；

③提着系着木棍的两根测绳的另一端将木棍送入孔底空腔15内并上下提动，当木棍一端卡着孔底空腔15壁，且两测绳上的尺寸标记一致时，木棍即处于水平位置，此时的木棍长度即为孔底空腔15直径；

⑻按设计要求浇筑星形构件6；

⑼在套筒20之上的锚杆4杆体周围安装带雷管10的抗水炸药12，然后将与套筒20铰接的数根支杆11向杆体上端翻转捆绑在抗水炸药12的周围；

⑽将锚杆4杆体带有的抗水炸药12通过星形构件6的不同锚杆孔ⅰ及锚杆孔ⅱ置于对应水泥土圆柱体18中钻孔3孔底，即刻起爆炸药；

⑾沿钻孔壁14向钻孔3内注浆，使注浆体2完全充填空腔；

⑿待注浆体2固结后施加预应力并锁定锚杆4顶端于锚板8上；

⒀通过垫板7上的注浆孔13对钻孔3内再次充填注浆体2至注浆孔13上口，同时浇铸裂隙注浆体9于土地基裂隙5。

本发明适用于土地基，但不限于土地基，可对其方法和步骤稍做调整即可用于岩石和坚硬土地基。