一种伞状抗浮锚杆装置及使用方法与流程

本发明涉及土木工程技术领域，尤其是涉及一种伞状抗浮锚杆装置。本发明还涉及伞状抗浮锚杆装置的使用方法。

背景技术：

在土木工领域经常需要使用到锚杆这一结构，锚杆的使用场景多样，施工方便，功能突出。对于富水地层中的浅埋隧道、基坑等工程，会面临结构物浮动、位移、变形的风险，需进行抗浮设计。在抗浮设计中常用到抗浮锚杆、抗拔桩等结构。对于抗浮锚杆，由于施工工艺或地层等因素，锚孔封孔后，随着时间推移，锚杆体系与地层结合不再紧密，导致抗浮锚杆松动、脱落，进而失效。

锚杆的脱落分为两种：一种是锚杆与固化的水泥浆之间的脱落，另一种是固化的水泥浆与地层之间的脱落。现有锚杆的抗拔设计往往更关注锚杆与固化的水泥浆之间的脱落问题，忽视固化的水泥浆与地层之间的脱落。

现有公开号为cn101307607a，专利名称为《一种海底建筑物定位装置及方法》，其公开了一种设置锚尖、锚伞骨架、(空心)锚杆、锚尖推进杆、卡口齿、锚索、锚伞透空网、锚伞骨架插孔组成的整体式定位装置，定位装置中锚伞位于锚杆底端，锚伞骨架位于锚杆外侧，通过锚尖推进杆推动锚伞骨架张开，其为应用于固定海底建筑物的定位装置，其必须通过电力产生的高频振动使定位装置周围的泥沙产生液化，通过流动性的泥沙完全打开锚伞，使锚索处于完全绷直状态，从而达到使海底建筑物能够抵抗各种荷载造成的位置变动的效果；可见，其仅适用于江、河、湖、海底建筑物的定位，且结构及操作复杂。

现有公开号为cn105651604a，专利名称为《模拟抗浮锚杆_混凝土板组合结构的试验装置及试验方法》，其公开了一种对抗浮锚杆-混凝土板组合结构进行验证的装置及方法，其在下支撑板以下的锚杆钢筋外侧，加套弹簧，采用螺帽将弹簧、锚杆钢筋、下支撑板三者固定，并测量该结构的抗浮作用，从而测量抗浮锚杆与混凝土板之间的协同作用，并未考虑抗浮锚杆、混凝土板及地层之间的稳固关系，其8根方钢在支撑盘上周向排列形成的结构仅作为伞状传力结构，并未公开伞状传力结构与锚杆钢筋之间的关系及其使用方法。

现有公开号为cn108775014a，专利名称为《自携伞状扩体结构的旋喷锚索或旋喷锚杆施工方法》，其公开了一种将锚筋、灌浆管安装到伞状扩体结构内，将伞状扩体结构安装到旋喷钻杆上的旋喷喷头后侧，将伞状扩体结构、锚筋、灌浆管同步送入扩孔段的旋喷锚索或旋喷锚杆施工方法。其在钻孔、扩孔后，用顶推扩伞方式将伞状扩体结构、锚筋、灌浆管同步送入扩孔段，再扩张伞状折叠杆组；之后进行灌浆、退钻等操作。由于其伞状折叠杆组张开需要空间，若无扩孔则无法张开，故需要在端头进行扩孔操作，扩孔利用到机械扩孔、高压旋喷射流扩孔、水刀切割扩孔等工艺，其设备及安装工艺十分复杂。当地层较硬，旋喷射流搅动作用无法提供开张工作空间时，该自携伞状扩体结构无法使用。

因此，需要开发一种结构及操作简单、适用性广，能增强锚杆体系与固化的水泥浆及地层的结合能力的抗浮锚杆装置。

技术实现要素：

本发明的第一目的是为了提供一种伞状抗浮锚杆装置，通过在锚杆上安装若干伞状锚套，改变了锚杆系统与地层间的受力情况，将锚杆系统与现有地层连接成一个整体，增强锚杆体系与固化的水泥浆及地层的结合能力，增强抗拔效果，结构及操作简单、适用性广。

本发明的第二目的是为了提供所述伞状抗浮锚杆装置的使用方法，伞状抗浮锚杆装置在安装后，压弯的弧形条钢会处于伸展状态，伸入现状地层中，将锚杆系统与现有地层连接成一个整体；当锚杆系统受到拉拔力时，除侧摩擦力起到抗拔作用外，压弯的弧形条钢的结构阻力也会起到抗拔作用。

为了实现上述本发明的第一目的，本发明的技术方案为：伞状抗浮锚杆装置，其特征在于：伞状抗浮锚杆装置安装在锚孔内；伞状抗浮锚杆装置包括伞状锚套、外筒、锚杆，所述伞状锚套套在锚杆外侧，所述外筒位于锚杆外周；

所述伞状锚套呈伸缩结构；当伞状锚套呈收缩状态时，伞状锚套位于外筒内侧；

当伞状锚套呈伸展状态时，伞状锚套伸出锚孔。

在上述技术方案中，所述伞状锚套有多个；

多个所述伞状锚套沿着锚杆的长度方向呈间隔设置。

在上述技术方案中，锚杆包括锚身和锚杆锚头；锚杆锚头位于锚身端部；

所述伞状锚套包括螺套、套墩和弧形条钢；

螺套和套墩均套在锚身上；

套墩安装在螺套侧面；

弧形条钢安装在套墩侧面；

当弧形条钢呈收缩状态时，弧形条钢位于外筒内侧；

当弧形条钢呈伸展状态时，弧形条钢伸出锚孔。

在上述技术方案中，套墩位于螺套底部、且与螺套刚性连接；

弧形条钢与套墩刚性连接。

在上述技术方案中，螺套呈套筒状；

锚身外壁上设置波形外螺纹结构；

螺套内壁设置波形内螺纹结构；

锚身与螺套通过螺纹连接。

在上述技术方案中，螺套外侧等间距布置四处套墩。

在上述技术方案中，弧形条钢有一定变形能力；弧形条钢一侧与套墩刚性连接，另一侧为自由端；

当弧形条钢呈收缩状态时，弧形条钢的自由端通过外筒压弯、贴近锚杆。

在上述技术方案中，外筒为筒状结构；

外筒的长度小于锚杆的长度；

当弧形条钢被压弯贴近锚杆时，外筒包裹住压弯后的弧形条钢。

为了实现上述本发明的第二目的，本发明的技术方案为：所述的伞状抗浮锚杆装置的使用方法，其特征在于：包括如下步骤，

a、视地层情况将若干伞状锚套安装至锚杆上，其中，第一个伞状锚套安装至锚杆锚头头附近，其余伞状锚套安装至锚身其他部位；

b、压弯弧形条钢，在弧形条钢外侧安装外筒，使弧形条钢贴近锚身，形成伞状抗浮锚杆装置；

c、将伞状抗浮锚杆装置放入锚孔；

d、拔除外筒；

e、拉拔锚杆，使弧形条钢伸展并穿入岩土；

f、注浆封孔及安装托盘。

本发明具有如下优点：

(1)本发明的伞状抗浮锚杆装置，通过在锚杆上安装若干伞状锚套，改变了锚杆系统与地层间的受力情况，增强锚杆体系与固化的水泥浆及地层的结合能力，提高锚杆的抗拔(抗浮)效果；克服了现有常规的锚杆与固化的水泥浆液、固化的水泥浆液与地层间通过摩擦作用实现锚固作用，但随着地层变动，锚杆系统松动时，锚杆系统的锚固作用会突然降低甚至失效的缺点；

(2)本发明的伞状抗浮锚杆装置，在安装后，压弯的弧形条钢会处于伸展状态，伸入现状地层中，将锚杆系统与现有地层连接成一个整体，当锚杆系统受到拉拔力时，锚杆侧摩擦力起到抗拔作用及压弯的弧形条钢的结构阻力同时起到抗拔作用，抗拔(抗浮)效果更好；本发明根据地层情况可增加伞状锚套的数量，以此增加结构阻力，进一步增强抗拔效果；

(3)利用本发明可以有效增强锚杆系统的抗拔效果，当地层或其他因素导致侧摩阻力减弱或失效时，本发明的伞状抗浮锚杆装置仍可以维持较强抗拔作用；本发明操作简单、灵活，使用成本低，实用性强；本发明在拔除外筒时，弧形条钢形变产生的瞬时扩张力、能使其顺利伸入现状地层中、且通过拉拔使弧形条钢张开完全，达到最大的锚固抗拔效果，无需其它外力干预，操作简便，且可适用于各种地层(如，软土地层、硬土地层等)，适用性广；

(4)本发明的利用带有一定变形能力的弧形条钢及外筒的组合实现本发明的伸缩状态(即张开及收缩状态)，操作更简单(本发明所述伞状抗浮锚杆装置放入锚孔、拔除外筒后，拉拔锚杆即可实现稳定可靠的抗拔(抗浮)效果)，结构及操作简单，制备及使用成本更低廉(本发明包括可回收部分(外筒)和不可回收部分(伞状锚套和锚杆)，本发明中的可回收部分(外筒)可以重复利用，且不可回收部分(伞状锚套和锚杆)的结构精巧易制、成本较低，因此，本发明的制备及使用成本均较低)；克服了现有技术伞状锚杆的结构及操作复杂，使用限制多，使用成本高的缺点；

(5)本发明通过伞状锚套形成抗浮伞面，可以根据地层灵活布置多个伞状锚套，且可根据地层抗拔(抗浮)需求将伞状锚套布置在锚身的不同位置处，抗拔(抗浮)效果更好。

附图说明

图1为本发明的伞状抗浮锚杆装置安装在锚孔中的结构示意图。

图2为本发明的伞状抗浮锚杆装置中的伞状锚套呈伸展状态时的结构示意图。

图3为本发明中的伞状锚套结构俯视图。

图4为本发明中的伞状锚套结构轴侧图。

图1、图2和图3中的a表示现有地层。

图中1-伞状锚套，11-螺套，12-套墩，13-弧形条钢，2-外筒,3-锚杆,31-锚身，32-锚杆锚头，4-锚孔。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的实施情况，但它们并不构成对本发明的限定，仅作举例而已。同时通过说明使本发明的优点更加清楚和容易理解。

参阅附图可知：伞状抗浮锚杆装置，伞状抗浮锚杆装置安装在锚孔4内；伞状抗浮锚杆装置包括伞状锚套1、外筒2、锚杆3，所述伞状锚套1套在锚杆3外侧，所述外筒2位于锚杆3外周；

所述伞状锚套1呈伸缩结构；当伞状锚套1呈收缩状态时，伞状锚套1位于外筒2内侧；

当伞状锚套1呈伸展状态时，伞状锚套1伸出锚孔4，伸入现状地层中，将锚杆系统与现有地层连接成一个整体；当锚杆系统受到拉拔力时，除侧摩擦力起到抗拔作用外，压弯的弧形条钢的结构阻力也会起到抗拔作用。

进一步地，所述伞状锚套1有多个；

多个所述伞状锚套1沿着锚杆3的长度方向呈间隔设置；视地层情况可增加伞状锚套的数量，以此增加结构阻力，进一步增强抗拔效果。

进一步地，锚杆3包括锚身31和锚杆锚头32；锚杆锚头32位于锚身31端部；

所述伞状锚套1包括螺套11、套墩12和弧形条钢13；

螺套11套在锚身31上；伞状锚套1位于锚杆3外侧，通过螺套11和套墩12将弧形条钢13固定在锚杆3外周，保证结构稳定；

套墩12安装在螺套11侧面；

弧形条钢13安装在套墩12侧面；弧形条钢13位于套墩12外侧，便于弧形条钢13实现其收缩状态及伸展状态；

当弧形条钢13呈收缩状态时，弧形条钢13位于外筒2内侧；

当弧形条钢13呈伸展状态时，弧形条钢13伸出锚孔4，伸入现状地层中，将锚杆系统与现有地层连接成一个整体；当锚杆系统受到拉拔力时，除侧摩擦力起到抗拔作用外，压弯的弧形条钢的结构阻力也会起到抗拔作用。

进一步地，套墩12位于螺套11底部、且与螺套11刚性连接；

弧形条钢13与套墩12刚性连接，增加结构稳定性。

进一步地，螺套11呈套筒状；

锚身31外壁上设置波形外螺纹结构；

螺套11内壁设置波形内螺纹结构；螺套11的波形内螺纹与锚杆3的波形外螺纹结构相匹配；

锚身31与螺套11通过螺纹连接。

进一步地，所述螺套11的高度为40～60mm，厚度为3～5mm。

更进一步地，所述套墩12设在螺套11外侧，共设4处，等间距分布，螺套11外侧等间距布置四处套墩12，结构稳固，抗拔(抗浮)效果好。

更进一步地，所述套墩12高度为3～8mm，宽度为5～20mm，内侧为圆弧曲面，外侧为平面。

更进一步地，弧形条钢13有一定变形能力，在本发明所述伞状抗浮锚杆装置不使用时，弧形条钢13变形收缩后贴近锚杆3、位于外筒2内；当本发明所述伞状抗浮锚杆装置使用时，取出外筒2，弧形条钢13变形扩展后锚固在地层上，增加结构阻力，提高抗拔(抗浮)效果；

弧形条钢13一侧与套墩12刚性连接，另一侧为自由端；

当弧形条钢13呈收缩状态时，弧形条钢13的自由端通过外筒2压弯、贴近锚杆3，便于根据使用需求，将伞状锚套1放入锚孔4以及将锚杆系统与现有地层连接成一个整体，增强抗拔效果。

更进一步地，所述弧形条钢13长度为60～100mm，宽度为5～20mm，厚度为3～8mm。

更进一步地，所述弧形条钢13选用圆弧结构，弧形条钢13的圆弧半径为0.4～1m。

更进一步地，外筒2为筒状结构；

外筒2的长度略小于锚杆3的长度；当弧形条钢13被压弯贴近锚杆3时，外筒可以刚好包裹住压弯后的弧形条钢13，保证结构稳定性。

更进一步地，所述外筒2内径为45～60mm，壁厚为3～5mm。

参阅附图可知：所述的伞状抗浮锚杆装置的使用方法，包括如下步骤，

a、视地层情况将若干伞状锚套1旋转安装至锚杆3上，其中，第一个伞状锚套1旋转安装至锚杆锚头32头附近，其余伞状锚套1旋转安装至锚身31其他部位；

b、压弯弧形条钢13，在弧形条钢13外侧安装外筒2，使弧形条钢贴近锚身31，形成伞状抗浮锚杆装置；

c、将伞状抗浮锚杆装置放入锚孔4；

d、拔除外筒2；

e、拉拔锚杆3，使弧形条钢13伸展并穿入岩土；

f、注浆封孔(注浆封孔后，固化的水泥浆与伞状锚套1、锚杆2、地层岩土连接成一个整体，增强抗拔效果)及安装托盘。

为了能够更加清楚的说明本发明所述的伞状抗浮锚杆装置及使用方法与现有的布置结构相比所具有的优点，工作人员将这两种技术方案进行了对比，其对比结果如下表：

由上表可知，本发明所述的伞状抗浮锚杆装置及使用方法与现有的布置结构相比，兼顾考虑增强锚杆体系与地层的结合能力，抗拔效果好，通过在锚杆上安装若干伞状锚套，改变了锚杆系统与地层间的受力情况，将锚杆系统与现有地层连接成一个整体，增强抗拔效果。

实施例

现通过本发明应用于某土木项目为实施例对本发明进行详细说明，对本发明应用于其它土木工程领域同样具有指导作用。

结合图1、图2、图3所示，一种伞状抗浮锚杆装置，包括伞状锚套1、外筒2、锚杆3三部分，所述伞状锚套1套在锚杆3外侧，所述外筒2位于伞状锚套1外侧。

如图4所示，伞状锚套1包括螺套11、套墩12、弧形条钢13三部分；螺套11位于锚杆3外侧；套墩12位于螺套11底部侧面、与螺套11刚性连接；弧形条钢13位于套墩12外侧、与套墩12刚性连接。

螺套11为套筒状，设波形内螺纹结构，螺套11的波形内螺纹与锚杆3外螺纹相匹配。

螺套11高度为55mm，厚度为3mm。

套墩12设在螺套11外侧，共设4处，等间距分布。

套墩12高度为5mm，宽度为8mm，内侧为圆弧曲面，外侧为平面。

弧形条钢13有一定变形能力，一侧与套墩12刚性连接，另一侧为自由端；弧形条钢13可以被压弯贴近锚杆3。

弧形条钢13长度100mm，宽度8mm，厚度5mm。

弧形条钢选用圆弧弧度，弧形条钢的圆弧半径0.4m。

外筒为筒状结构，内径50mm，壁厚3mm。外筒长度不小于锚杆长度；当弧形条钢被压弯贴近锚杆后，外筒可以包裹住压弯后的弧形条钢。

本实施例所说的伞状抗浮锚杆装置的使用方法，包括以下步骤：

a、将2处伞状锚套旋转至锚杆上，第一个伞状锚套旋转至锚杆锚头附近，第二个伞状锚套旋转至锚身中部；

b、压弯弧形条钢13，安装外筒，使之弧形条钢13贴近锚杆3；

c、将装置放入锚孔4；

d、拔除外筒2；

e、拉拔锚杆3，使弧形条钢13伸展并穿入岩土，将锚杆系统与现有地层连接成一个整体；当锚杆系统受到拉拔力时，除侧摩擦力起到抗拔作用外，压弯弧形条钢的结构阻力也会起到抗拔作用；

f、注浆封孔及安装托盘。

结论：本实施例可以有效增强锚杆系统的抗拔效果(增强锚杆体系与地层的结合能力)，当地层或其他因素导致侧摩阻力减弱或失效时，本实施例的伞状抗浮锚杆装置仍可以维持较强抗拔作用，克服抗浮锚杆松动、脱落进而失效的问题。

其它未说明的部分均属于现有技术。