一种不排土成孔预应力锚杆、锚孔防漏结构及其施工方法与流程

本发明属于基坑与边坡支护工程、地基基础工程，具体涉及一种不排土锚杆、锚孔防漏结构及其施工方法。

背景技术：

基坑边坡支护、基础抗浮或抗拔结构中使用的取土成孔锚杆，一般具有下列缺陷：一、锚杆孔口低于地下水位时，锚杆钻穿基坑截水帷幕出现水土流失，从而导致基坑外地基变形影响基坑周边环境，此缺陷轻则导致锚杆抗拔承载力降低，严重的更会引起基坑外地基变形从而导致基坑周边房屋、道路、地下管线等周边环境受损；二、软弱地层、敏感地层基坑锚杆，取土成孔易造成基坑外地基变形导致基坑周边房屋、道路、地下管线等周边环境受损；三、锚杆位于地下水位以下时，锚杆施工需要采取护壁措施，如钢套管护壁、泥浆护壁、水泥浆护壁等，这些施工方法均消耗大量的水或水泥而且产生大量废浆，浪费资源又污染环境；四、作为永久性锚杆时，现有的杆筋防腐蚀措施，或存在漏洞或施工复杂或成本过高，均不十分理想。

因此亟需研发一种新型锚杆，克服目前常规锚杆存在的问题和弊病，以满足实际工程确保锚杆质量、保护基坑及边坡周边环境、节约资源的需要。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种不排土成孔预应力锚杆、锚孔防漏结构及其施工方法，要解决现有取土成孔锚杆作为支护结构存在锚杆钻穿截水帷幕导致水土流失影响周边环境的技术问题；还要解决现有取土成孔锚杆施工产生大量废浆浪费资源又污染环境的技术问题；以及现有取土成孔锚杆作为永久性锚杆时防腐性能不佳的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种不排土成孔预应力锚杆，包括直接打入或压入地基土体的杆骨管和伸入杆骨管内的杆筋，还包括同时充满杆骨管内部和包裹杆骨管外部，并且由水泥浆凝固形成的水泥注浆体，

所述杆骨管的前端收缩形成封闭尖头，杆骨管的后端敞开形成杆筋的锚入口，

所述杆骨管的管壁上开设有出浆孔，所述出浆孔沿管壁的长度方向间隔设置，沿管壁的环向也间隔设置，所述出浆孔的外侧上方均设有防止自出浆孔流出的水泥浆回流至杆骨管内的逆止阀，

所述杆筋为预应力筋。

所述逆止阀包括保护帽和气囊，所述保护帽固定在杆骨管的管壁上、罩在出浆孔的上方，保护帽的前端封闭后端敞开，所述保护帽与杆骨管的管壁之间形成容纳气囊的空间，所述气囊为橡胶囊，气囊充气后的体积与该空间的容积相适应，以保证自出浆孔流出的水泥浆无法回流至杆骨管内为准。

所述保护帽是由焊接在杆骨管管壁上的两块三角板以及管壁共同组成的三角锥形帽，两块三角板的对接线形成的侧棱与管壁的夹角为10度～45度，三角锥的最高点相对管壁的高度为20mm～50mm。

所述杆筋为单根预应力筋或一组预应力筋组成的预应力筋束，所述杆筋的后端部伸出锚入口的长度为600mm～1500mm，所述杆筋的前端头在杆骨管内的伸入位置需向前超过杆骨管的中部。

所述预应力筋为全粘结筋或具有无粘结段，所述无粘结段的外侧表面涂抹有润滑层并在该段外套有保护管。

所述杆骨管为焊接钢管或无缝钢管，其公称直径为dn20～dn150，其管壁厚度不小于2mm。

所述水泥注浆体由水灰比为0.45～0.7的水泥浆形成，配制水泥浆的水泥的强度等级不低于32.5。

一种锚孔防漏结构，包括不排土成孔预应力锚杆、截水帷幕和密封材料，所述截水帷幕上开设有供杆骨管贯穿的通孔，所述通孔的尺寸大于杆骨管的外径，所述杆骨管穿过通孔锚入地基土内，所述杆骨管的后端部与通孔之间的缝隙通过柔性密封材料封堵，所述杆骨管的后端端头露出截水帷幕外侧表面的长度为50～300mm。

所述柔性密封材料为环形密封气囊、棉丝或海带。

一种不排土预应力锚杆的施工方法，施工步骤如下：

步骤一、杆骨管的制作：准备材质、管径、壁厚和长度参数符合要求的钢管，在管壁上沿长度方向、沿环向分别间隔开设注浆孔，然后在每个注浆孔附近的管壁上焊接可以完全覆盖注浆孔的保护帽，然后在保护帽的内部放置气囊并对气囊充气形成逆止阀；

步骤二、杆筋的制作：准备材质、直径和长度参数均符合要求的杆筋，所述杆筋为预应力筋，需要无粘结段时，在无粘结段处的杆筋表面涂抹润滑层并在该段外套保护管；

步骤三、向地基土中打入或压入杆骨管：采用专用机械设备将杆骨管打入或压入地基土中并到达预定位置；

步骤四、制备水泥浆：采用水泥浆搅拌机制备水泥浆；

步骤五、向杆骨管的内部注浆：

步骤a、准备好防倒流装置的柔性注浆管；

步骤b、将柔性注浆管连接注浆泵与杆骨管的后端口，或者将柔性注浆管插入杆骨管内；

步骤c、将步骤四中制备好的水泥浆通过出浆孔和逆止阀注入周围的地基土内，注浆平均水泥用量为20kg/m～100kg/m；注浆完成后拔出柔性注浆管，水泥浆凝固形成水泥注浆体；

步骤六、将杆筋插入杆骨管：注浆完成后，在杆骨管内的水泥浆初凝前，将杆筋插入杆骨管并到达预定位置；

步骤七、养护及质量检验：待水泥浆达到一定龄期后，对预应力锚杆进行验收试验。

与现有技术相比本发明具有以下特点和有益效果：

本发明公开的不排土成孔预应力锚杆不需取土成孔，由直接打入或压入地基的杆骨管、杆骨内外由水泥浆固结的水泥注浆体、杆骨内的杆筋组成。杆骨管是被直接打入或压入地基中，施工过程中不取土成孔，最大程度地减小了锚杆施工引起周围地基的沉降。

本发明公开的不排土成孔预应力锚杆也不需排土，杆骨管直接打入或压入地基土内，对锚杆周围的地基土有挤密作用，因此锚杆孔壁的侧摩阻力大于等直径的常规锚杆；而且，还可通过杆骨管上预设的注浆孔进行压力注浆，进一步提高锚杆孔壁的侧摩阻力。

本发明公开的不排土成孔预应力锚杆的杆筋外围为水泥注浆体及杆骨管，钢管可保护杆筋不被地基中的腐蚀介质腐蚀，水泥注浆体水可保护杆骨管不被地基中的腐蚀介质腐蚀，保证其耐久性满足要求。

本发明公开的不排土成孔预应力锚杆也不需排水，锚杆位于地下水位以下时，本发明锚杆的成孔施工不消耗水、水泥等护壁材料，节约资源。

本发明公开的锚孔防漏结构是在杆骨管在穿过基坑截水帷幕时，杆骨管与截水帷幕之间的缝隙可填塞柔性材料封堵，确保截水帷幕在锚杆孔部位不漏水、不流土。

本发明公开锚杆的施工方法，操作简单，满足实际工程确保锚杆质量、保护基坑及边坡周边环境、节约资源的需要。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。

图1是本发明涉及的锚杆穿过基坑截水帷幕时的锚杆结构示意图。

图2是本发明涉及的锚杆用于基坑无截水帷幕时的锚杆结构示意图。

图3是本发明涉及的锚杆用于基础抗浮或抗拔时的锚杆结构示意图。

图4是本发明锚杆的横截面结构示意图。

图5是本发明中保护帽的侧视结构示意图。

附图标记：1－杆骨管、2－出浆孔、3－保护帽、4－气囊、5－水泥注浆体、6－杆筋、7－截水帷幕、8－密封材料、9－基坑侧壁、10－地基表面。

具体实施方式

实施例参见图1-图5所示，一种不排土成孔预应力锚杆，包括直接打入或压入地基土体的杆骨管1和伸入杆骨管1内的杆筋6，还包括同时充满杆骨管1内部和包裹杆骨管外部，并且由水泥浆凝固形成的水泥注浆体5。

所述杆骨管1的前端收缩形成封闭尖头，杆骨管1的后端敞开形成杆筋6的锚入口。

所述杆骨管的管壁上开设有出浆孔2，所述出浆孔2沿管壁的长度方向间隔设置，沿管壁的环向也间隔设置，本实施例中的出浆孔的孔径为3mm～10mm，孔距为0.5m～2.0m，因此水泥注浆体5随出浆孔的设置位置不同从而形成不同形状，近似变截面的柱体。

所述出浆孔2的外侧上方均设有防止自出浆孔流出的水泥浆回流至杆骨管内的逆止阀，所述逆止阀包括保护帽3和气囊4，所述保护帽3固定在杆骨管的管壁上、罩在出浆孔2的上方，保护帽3的前端封闭后端敞开。保护帽可以保护注浆孔及气囊不受损坏。

所述保护帽与杆骨管的管壁之间形成容纳气囊的空间，所述气囊4为橡胶囊，气囊4充气后的体积与该空间的容积相适应，以保证自出浆孔流出的水泥浆无法回流至杆骨管内为准。

本实施例中，保护帽3是由焊接在杆骨管管壁上的两块三角板以及管壁共同组成的三角锥形帽，两块三角板的对接线形成的侧棱与管壁的夹角b为10度～45度，三角锥的最高点相对管壁的高度a为20mm～50mm。两块三角板的尺寸相同，可以为成型的角钢制作，也可以单独由钢板焊接制作。

所述杆筋6为单根预应力筋或一组预应力筋组成的预应力筋束，所述杆筋6的后端部伸出锚入口的长度为600mm～1500mm，所述杆筋6的前端头在杆骨管1内的伸入位置需向前超过杆骨管1的中部。

所述预应力筋为全粘结筋或具有无粘结段，所述无粘结段的外侧表面涂抹有润滑层并在该段外套有保护管。润滑层可以为黄油，保护管可以为塑料制成。

本实施例中的杆骨管1为焊接钢管或无缝钢管，其公称直径为dn20～dn150，其管壁厚度不小于2mm。水泥注浆体5由水灰比为0.45～0.7的水泥浆形成，配制水泥浆的水泥的强度等级不低于32.5。

这种不排土预应力锚杆的施工方法，施工步骤如下：

步骤一、杆骨管的制作：准备材质、管径、壁厚和长度参数符合要求的钢管，在管壁上沿长度方向、沿环向分别间隔开设注浆孔2，然后在每个注浆孔2附近的管壁上焊接可以完全覆盖注浆孔的保护帽3，然后在保护帽3的内部放置气囊4并对气囊4充气形成逆止阀；

步骤二、杆筋的制作：准备材质、直径和长度参数均符合要求的杆筋6，所述杆筋6为预应力筋，需要无粘结段时，在无粘结段处的杆筋表面涂抹润滑层并在该段外套保护管；

步骤三、向地基土中打入或压入杆骨管：采用专用机械设备将杆骨管打入或压入地基土中并到达预定位置；

步骤四、制备水泥浆：采用水泥浆搅拌机制备水泥浆；

步骤五、向杆骨管的内部注浆：

步骤a、准备好防倒流装置的柔性注浆管；

步骤b、将柔性注浆管连接注浆泵与杆骨管的后端口，或者将柔性注浆管插入杆骨管内；

步骤c、将步骤四中制备好的水泥浆通过出浆孔和逆止阀注入周围的地基土内，注浆平均水泥用量为20kg/m～100kg/m；注浆完成后拔出柔性注浆管，水泥浆凝固形成水泥注浆体5；

步骤六、将杆筋插入杆骨管：注浆完成后，在杆骨管1内的水泥浆初凝前，将杆筋6插入杆骨管并到达预定位置；

步骤七、养护及质量检验：待水泥浆达到一定龄期后，对预应力锚杆进行验收试验。

在具体施工方法中根据地基土不同和锚杆的设置方式分三种情况：

一、基坑侧壁有截水帷幕，锚杆杆骨管斜向穿过截水帷幕进入地基土；

二、基坑侧壁没有截水帷幕，锚杆杆骨管斜向直接进入地基土；

三、用于基础抗浮或抗拔时的锚杆，锚杆杆骨管竖向进入地基土。

参见图1所示，其中第一种情况中本发明还公开了一种锚孔防漏结构，除了包括上述的不排土成孔预应力锚杆，还包括截水帷幕7和密封材料8。所述截水帷幕7上开设有供杆骨管1贯穿的通孔，所述通孔的尺寸大于杆骨管的外径，所述杆骨管1穿过通孔锚入地基土内，所述杆骨管的后端部与通孔之间的缝隙通过柔性密封材料封堵，所述杆骨管的后端端头露出截水帷幕外侧表面的长度为50～300mm。所述柔性密封材料为环形密封气囊、棉丝或海带。这里的海带即可以食用的干海带，干海带遇水膨胀，是很好的堵漏材料。

参见图2所示，与第一种情况不同的是，基坑侧壁没有截水帷幕，锚杆杆骨管斜向直接进入地基土，其余部分施工方法均一致。

参见图3所示，与第二种情况不同的是，锚杆杆骨管竖向进入地基土，其余部分施工方法均一致。