一种成盘工具及用成盘工具制备的多盘土锚的制作方法

本发明涉及土层锚索锚固领域，具体涉及一种成盘工具及用成盘工具制备的多盘土锚。

背景技术：

土锚在基坑围护及边坡治理等工程中有广泛应用。现有技术中，土层锚索施工一般先钻孔再放入钢绞线或螺纹钢，然后灌注水泥浆，待水泥浆固化后张拉钢绞线或螺纹钢。为获得较大锚固力，通常选择加大锚固直径或增加锚固长度，但增加锚固直径使得水泥浆用量激剧增大从而导致成本上升，同时锚固段的长度增加则受到限制。

现有灌注水泥浆土锚工作时，外表面受到摩阻力及粘结力作用，抗拔力较小，为此产生了扩大头土锚，扩大头土锚的迎土面受到被动土压力作用，迎土面积越大锚固力也越大；但由于扩大头腔体成形工艺复杂，且实际应用中会消耗大量水泥浆，故其经济性差，也不适于广泛应用。

因此，需要提供一种针对上述现有技术不足的改进技术方案。

技术实现要素：

本发明采用结构简单易于实现的成盘工具在土锚表面形成多个盘体，目的在于利用多盘迎土面受被动土压力作用这一特点，加之多盘累计迎土面面积更大，从而获得较高锚固力，并且盘的增加水泥浆增量较少，经济适用。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种成盘工具，包括：内衬管，设于所述成盘工具的最内层对所述成盘工具起到支撑作用；气囊，套设于所述内衬管的外层，具有弹性，沿所述内衬管径向伸缩；压板，设于所述气囊的外表面上，所述压板上设有凸块，所述压板随所述气囊沿所述内衬管径向伸缩而径向移动。

在如上所述的一种成盘工具，优选地，所述内衬管为两端部均密封，表面设有进气孔的空心圆柱体；在所述内衬管的一密封端上固定设有承力的推拉部件，所述一密封端上还设有进气短节，所述进气短节与所述推拉部件位于同一端部且二者向外延长的方向一致，所述进气短节一端与所述内衬管固定且连通，外部气源通过所述进气短节的另一端进入所述内衬管的内部。

在如上所述的一种成盘工具，优选地，所述气囊包裹在所述内衬管的外围，且通过机械密封固定件将所述气囊和所述内衬管的两端部固定密封。

在如上所述的一种成盘工具，优选地，所述进气孔为多个，以均匀或不均匀的形式分布在所述内衬管的表面。

在如上所述的一种成盘工具，优选地，所述压板为弧形薄板，所述压板的内表面与所述气囊相贴合，所述压板的外表面上设有凸块；所述凸块的数量为多个，多个所述凸块在所述压板上相对、间隔或交错排布；所述压板的个数为2-6个，环设于所述气囊的外表面。

在如上所述的一种成盘工具，优选地，所述压板的外围设有环状弹性件，所述环状弹性件的个数为多个且沿所述压板轴向分布于多个所述凸块之间。

在如上所述的一种成盘工具，优选地，在所述机械密封固定件固定的两个端部设置限位环，所述限位环为一端设有中间开孔的端面的圆筒，所述端面与所述限位环的一端形成台阶，所述端面的开孔的直径等于套在所述内衬管的外部且未充气时所述气囊的直径；所述限位环的直径大于或等于所述气囊未充气时贴合于所述气囊外表面的所述压板上的所述凸块的外直径。

在如上所述的一种成盘工具，优选地，所述压板的长度短于所述内衬管的长度；所述压板的两端卡设于所述限位环的一端与所述端面形成的台阶内；所述气囊充气时，所述压板外表面与所述台阶的内表面相贴合。

在如上所述的一种成盘工具，优选地，所述限位环的外直径小于钻孔直径，所述限位环的内表面与所述气囊的外表面之间存在空隙，所述空隙内填充固化材料。

一种采用所述的成盘工具制备的多盘土锚，所述多盘土锚包括：圆柱体，所述圆柱体内部设有钢绞线或螺纹钢，且所述钢绞线或螺纹钢延伸出所述圆柱体的一端，延伸出来的部分与外部施力物体连接；盘体，多个所述盘体间隔的环设于所述圆柱体的外表面；所述圆柱体由水泥浆或水泥砂浆固化得到，所述圆柱体的长度不大于钻孔的深度，所述圆柱体的直径等于钻孔的直径；所述盘体与所述圆柱体由所述水泥浆或水泥砂浆固化一体成型，所述盘体为全盘或非全盘。

分析可知，与现有技术相比，本发明的优点和有益效果在于：

1、本发明的多盘土锚，采用多盘提高了锚固力，在所需锚固力相等的条件下，本发明可以相应缩短锚固长度，从而减少钻孔长度、钢绞线长度与水泥浆的用量，因此大幅度降低了锚固费用，经济适用。

2、本发明提供的多盘土锚以成盘工具为模具，成盘工具采用气囊充气推动压板径向膨胀，将压板表面的凸块压入钻孔的土中，并通过多次充放气、旋转和拉伸等操作形成多个盘腔，再向扩充好的钻孔内灌注水泥浆或水泥砂浆，待水泥浆或水泥砂浆固化成盘体，各盘体迎土面受到被动土压力作用，最终能够获得较高的锚固力。

3、本发明提供的多盘土锚以成盘工具为模具，成盘工具重量轻，气囊充气压力小，进排气速度快，安全易操作且施工速度快。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。其中：

图1为本发明的成盘工具的内衬管结构示意图。

图2为本发明的成盘工具的气囊结构示意图。

图3为本发明的成盘工具的压板结构示意图。

图4本发明的成盘工具的限位环结构示意图。

图5本发明的成盘工具的组装图。

图6本发明的成盘工具充气膨胀时一端部的剖面图。

图7为本发明的一实施例的多盘土锚的结构示意图。

附图标记说明：1-盘体，2-圆柱体，3-钢绞线，4-拉杆，5-进气短节，

6-进气孔，7-内衬管，8-气囊，9-卡箍，10-凸块，11-压板，12-限位环，13-弹性伸缩条，14-固化材料。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。各个示例通过本发明的解释的方式提供而非限制本发明。实际上，本领域的技术人员将清楚，在不脱离本发明的范围或精神的情况下，可在本发明中进行修改和变型。例如，示为或描述为一个实施例的一部分的特征可用于另一个实施例，以产生又一个实施例。因此，所期望的是，本发明包含归入所附权利要求及其等同物的范围内的此类修改和变型。

在本发明的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。本发明中使用的术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间部件间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

如图1至图7所示，本发明提供一种成盘工具及用成盘工具制造的多盘土锚，多盘土锚包括多个盘腔与钻孔经过灌注水泥浆或水泥砂浆固化后形成圆柱体2，多个盘体位于圆柱体2外表面，与圆柱体2形成一个整体，盘体1分为全盘、半盘、四分之一盘等，盘截面形状为梯形、半圆形等几何形状。成盘工具包括有内衬管7、气囊8、压板11、弹性伸缩条13、凸块10与限位环12，气囊8套在内衬管7的外表面，且通过机械密封固定件将气囊8和内衬管7的两端部固定密封。内衬管7两端封闭且表面开有多个进气孔6，其中一个封闭端设置具有推拉作用的拉杆4与进气短节5。本实施例中机械密封固定件优选为卡箍9。卡箍9将气囊8与内衬管7箍紧并密封，气囊8外表面装设多块长条压板11，压板11表面相对、间隔或交错分布凸块10，压板11外表面缠绕环状弹性件，本实施例优选环状弹性件为弹性伸缩条13，拉杆4焊接在内衬管7端头立面上，压板11两端各设限位环12，限位环12套在气囊8外表面，限位环12与气囊8间的空腔填充固化材料14，固化材料14可以为水泥砂浆、聚氨酯等具有一定强度的材料。本实施例优选低标号水泥砂浆作为固化材料14，待填充的低标号水泥砂浆固化后，可以固定限位环12与气囊8的相对位置。压板11可沿内衬管7的径向膨胀或收缩，限位环11直径略小于钻孔直径。

如图1-6所示，本发明的实施例，提供了一种置于基坑或边坡钻孔内且用于维护基坑或边坡稳定的成盘工具，成盘工具主要包括：内衬管7，内衬管7设于成盘工具的中心位置，内衬管7为表面设有多个进气孔6，且两端封闭的空心圆柱体，内衬管7的其中一个封闭端固定设有可承受拉拔作用力的拉拔部件。拉拔部件优选为拉杆4，拉杆4为实心的拉杆，拉杆4用于将成盘工具推入或拽出钻孔。

位于内衬管7的其中一个封闭端与拉杆4同侧设置有进气短节5，且二者向外延长的方向一致。进气短节5为空心管，其一端与内衬管7一端连接，另一端通过外接进气管与气源连接，气源工作时，通过外接进气管和进气短节5将气体通入内衬管7内部，内衬管7表面设有多个进气孔6，进气孔6将气体充入套设于内衬管7外表面的气囊8内部，气囊8套设于内衬管7外表面，两端用卡箍9将气囊8与内衬管7严格密封固定，气囊8充气后可沿内衬管7径向膨胀。

在成盘工具的气囊8外部设有如图3所示的压板11，压板11为顶部带有凸块10的弧形薄板，压板11的弧形薄板内表面与气囊8的外表面相贴合，压板11可随气囊8的充、放气动作沿内衬管7的径向移动。压板11外表面设置的凸块10在随压板11沿内衬管7径向膨胀的时候，压入钻孔的侧面，在钻孔的侧面上形成与凸块10同样的腔体，之后放气，气囊8和压板11在设于压板11外部的环状弹性部件，即弹性伸缩条13的作用下沿内衬管7径向收缩，直至气囊8完全贴合于内衬管7外表面，然后旋转成盘工具至一定角度(旋转角度范围在30°-90°之间，具体旋转角度根据所选条状压板个数而定，当选用两个压板时，旋转角度为90°；选用三个压板时，旋转角度为60°；选用四个压板时，旋转角度为45°；选用5个压板时，旋转角度为36°；选用六个压板时，旋转角度为30°；一般压板个数为2-6个)，接着向外拉拽成盘工具至一定距离处(拉拽距离为图3及图5中最左边凸块与最右边凸块中心距加上相邻两凸块的中心距)，重复上述充放气步骤，直至完成全部撑盘成腔操作。

凸块10的形状、个数，压板11的个数以及凸块10在压板11外部的排布方式等因素直接影响多盘土锚的盘体1的盘的种类以及盘体1的截面形状，故凸块10的选择可参照下述盘体1的选择进行对应性设置。

对上述凸块10和压板11的选择具体举例如下：当多盘土锚的盘体1选用全盘时，最优选择压板数量为4个，先充气膨胀成花瓣样腔，再旋转45°得到全腔，实际撑盘过程中，在形成花瓣样腔也能满足锚固力要求前提下，可省去旋转这一步骤，从而缩短施工时间，提高了施工效率，节约施工成本。参考上述例子，可根据实际应用中需要的盘体1的种类及形状对压板11和凸块10进行适应性选择，从而得到最优施工方案。

如图4所示，为成盘工具的限位环12，在本发明的实施例中为保证成盘工具充气时，压板11沿内衬管7径向在规定范围内膨胀，在内衬管7两端的卡箍9的外部设置限位环12，限位环12为一端设有中间开孔的端面的圆筒，端面与限位环12的一端形成台阶，端面的开孔的直径等于套在内衬管7的外部且未充气时候的气囊8的直径；限位环12的直径大于或等于气囊未充气时贴合于气囊8外表面的压板11上的凸块10的外直径。压板11短于内衬管7，压板11长度刚好足够与限位环12的端面相贴合，这样压板11的两端卡设于限位环12的端部与端面形成的台阶内，气囊8充气时，压板11沿内衬管7径向膨胀直至压板11与限位环12的台阶的内表面相贴合，即限位环12的台阶的间隙为压板11的最大位移。

限位环12的圆筒直径大于气囊8直径，故限位环12与气囊8之间存在空隙，为了限制此段气囊膨胀，在空隙内部填充固化材料14，固化材料14可以为水泥砂浆、聚氨酯等具有一定强度的材料。本实施例中优选水泥砂浆作为固化材料14，水泥砂浆固化后可以实现两个功能，第一可以固定限位环12的位置，第二可以限制此段气囊8膨胀。同时限位环12的直径略小于钻孔直径，这样整个成盘工具在未充气的情况下可以轻松的通过拉杆4推入或拽出钻孔，而不破坏钻孔内侧面的土层状态。

以上述成盘工具为模具，浇注水泥浆或水泥砂浆形成多盘土锚，如图7所示，为本实施例具体实施方式形成的一种多盘土锚，本实施例的多盘土锚主要由圆柱体2和环设于圆柱体2外表面的盘体1组成，圆柱体2和盘体1由灌注于钻孔内的水泥浆或水泥砂浆固化后一体成型，本实施例优选固化材料为水泥浆，为加快水泥浆固化成型还可在水泥浆里添加速凝剂等。圆柱体2内部设置有可承力的拉拔部件，此处拉拔部件可以为钢绞线或螺纹钢等，本实施例优选钢绞线3作为多盘土锚承力的拉拔部件，钢绞线3设于圆柱体2中心并由内向外延伸出圆柱体2的一端，延伸出圆柱体2一端的钢绞线3长度根据实际应用调整，此处不做限定。

本实施例的多盘土锚采用向钻孔内灌注水泥浆固化成型，灌注水泥浆时先将钢绞线3套在对中支架上置于钻孔内部，再向钻孔内灌注水泥浆，待水泥浆固化后，钢绞线3就固定于圆柱体2内部。

此外，为更好的保证钢绞线3与圆柱体2之间的握裹力，延长钢绞线3的耐久性，优选钢绞线3外部选镀或选涂其他金属、非金属，例如镀锌或涂环氧树脂等，上述操作可根据实际情况进行适应性选择，本实施例中不做具体限定。

本实施例的多盘土锚的盘体1环设于圆柱体2的表面，盘体1可以为全盘或非全盘，盘体1为非全盘时，分为两瓣、三瓣和四瓣等多种，盘的种类的选择可以根据所需锚固的基坑的深度或边坡的坡度以及施工速度进行选择。本实例中优选盘体1为全盘，在所需锚固力一定时，盘体1选用全盘可以缩短锚固长度，同时节约施工成本，提高施工效率。当盘体1为非全盘时，盘体1在圆柱体2表面设置的方式可以为间隔、相对设置或间隔交错成角度设置，盘体1的截面形状可以为圆形、梯形等适于受力的几何形状，本实施例中不做具体限定。

本实施例的多盘土锚采用向钻孔及成腔内灌注水泥浆，待水泥浆固化后一体成型。因此需要在钻孔内撑盘，撑盘操作采用成盘工具完成。本实施例中选用的成盘工具是通过多次旋转、拉伸和向气囊内充放气的方式，在钻孔内形成多个盘腔，最终在钻孔内形成多盘土锚的模型。

本实施例的一具体实施方式如下：一种多盘土锚包括有多盘锚固体与成盘工具，多盘锚固体由水泥浆固化而来的盘体1与圆柱体2组成，水泥固化得到的圆柱体2包裹钢绞线3，盘体1分为全盘、两瓣、四瓣等，盘体1截面形状为梯形、半圆形等形状；成盘工具包括有内衬管7、气囊8、卡箍9、压板11、弹性伸缩条12、凸块10与限位环12，气囊8套在内衬管7的外表面，内衬管7两端封闭且表面开有多个进气孔6，其中一个封闭端设有拉杆4与进气短节5，卡箍9将气囊8与内衬管7箍紧并密封，气囊8外表面装设多块长条压板11，压板11表面间隔分布凸块10，压板11外表面缠绕弹性伸缩条13，推拉杆4焊接在内衬管7端头立面，压板11两端各设限位环12，限位环12套在气囊8外表面，限位环12与气囊8间的空腔充填固化材料14。压板11沿径向膨胀或收缩，限位环12直径略小于钻孔的直径。

本实施例中的多盘土锚应用于基坑围护与土层边坡围护。施工时，先钻孔，将成盘工具通过拉杆4送至钻孔底部，此时要求限位环12的外径稍小于钻孔的直径，确保成盘工具可以自如的推进到钻孔底部，进气短节5外接进气管并与气源连接，通过进气管与进气短节5向气囊8充气，气囊8充气膨胀，推动位于气囊8表面的压力板11及凸块10沿径向移动，使得凸块10挤压入土体内部，当凸块10完全压入土体后，压板11紧贴到钻孔内表面，压板11径向移动量立即减小，气囊8膨胀量急剧减小，气囊8内充气压力升高，气源停止充气，然后通过进气短节5及位于外接进气管上的排气阀门放气，气囊8收缩，并且压板11在位于其表面的弹性伸缩条13的作用下回缩，使得气囊8、压板11、凸块10及弹性伸缩条13回复原位，钻孔内壁形成与凸块10形状一致的凹陷，原位转动推拉杆4一定角度，使得凸块10对准钻孔壁尚未形成凹陷的位置，重新充气压缩土体形成凹陷，两次形成的凹陷联通成一个盘状空腔，向外拉动推拉杆4一定距离，在新的位置继续充气压缩土体成盘腔，直至整个锚固段完全成腔为止。

向钻孔内放入固定于对中支架的钢绞线3及注浆管，灌注水泥浆，浆体固化形成多盘锚，待水泥浆固化达到一定强度后，张拉钢绞线3，施加预紧力，锚固土体。

具体实施过程中，对于长15m直径200mm的土锚，锚固段长度取12m，每米设3道盘，共设36道盘，成盘外径取290mm、盘厚度取60mm。成盘工具中的内衬管7选取长度为1500mm、外径为89mm、壁厚度为3mm的钢管，钢管的两端封堵立板厚度取为3mm，内衬管7中部钻直径为6mm的孔进气6，立板一端焊接外径为25mm的钢管及外径为15mm，内径为10mm的进气短节5，进气短节5外接进气管至气源，并于进气管上装设排气阀门，内衬管7外套长度为1500mm，外径为98mm，内径为90mm的橡胶气囊8，并由卡箍9将气囊8密封，限位环12取外径为198mm、内径为100mm、长度为150mm的钢管，环套在气囊8外，四块弧形长条压板11铺在气囊8外侧，压板11长度为1200mm，厚度为3mm；每块压板11的弧长为80mm，沿每块压板11表面间隔分布着四个凸块10，凸块10的间距为300mm、高度为45mm、厚度为60mm，压板11外侧缠绕2mm厚度的橡胶条即弹性伸缩条13，限位环12与气囊8间充填水泥浆，砂浆固化后使得限位环12与卡箍9胶结成一体，限位环12控制压板11径向移动量，气囊8限制在限位环12与压板11围成的空间内。气囊8充气压力控制在0.5兆帕内，每个截面的四个凸块10在气压作用下压土形成四个分隔的凹陷，原位转动推拉杆45°，继续充气压土形成凹陷，原位两次形成的凹陷组成盘状腔体，向外拉动推拉杆至新的位置，继续充气压土成腔，整个锚固段12m长度内，共形成盘腔36个。向钻孔内放入固定于对中支架的钢绞线及注浆管，与现有水泥浆握裹钢绞线土锚施工方法一致，然后灌注水泥浆，浆体固化形成多盘锚，待水泥浆固化达到一定强度后，张拉钢绞线，施加预紧力，锚固土体。

接下来，说明本发明的有益效果。

1、本发明的多盘土锚，采用多盘提高锚固力，在所需锚固力相等的条件下，本发明可以相应缩短锚固长度，从而减少钻孔长度、钢绞线长度与水泥浆的用量，因此大幅度降低了锚固费用，经济适用。

2、本发明提供的多盘土锚以成盘工具为模具，成盘工具采用气囊充气推动压板径向膨胀，将压板表面的凸块压入钻孔的土中，并通过多次充放气、旋转和拉伸等操作形成多个盘腔，再向扩充好的钻孔内灌注水泥浆，待水泥浆固化成盘体，各盘体迎土面受到被动土的压力作用，最终能够获得较高的锚固力。

3、本发明提供的多盘土锚以成盘工具为模具，成盘工具重量轻，气囊充气压力小，进排气速度快，安全易操作且施工速度快。

由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。