一种增加软土中抗浮力的锚杆

1.本发明属于岩土工程研究领域，尤其涉及一种增加软土中抗浮力的锚杆。


背景技术：

2.地下室承受地下水压力过大时，需要抗浮桩、或抗浮锚杆、或在地下室地面减压排水，而在软土中使用抗浮锚杆，存在锚杆注浆体和软土界面粘结弱的问题，因此需要增强软土中锚杆的抗浮性能。


技术实现要素：

3.本发明为了增强软土中地下结构抗浮锚杆的抗浮性能，本发明提供了一种增加软土中抗浮力的锚杆。
4.本发明的技术方案：一种增加软土中抗浮力的锚杆，包含外管、内管、底盘、先导杆、分段杆成型装置及驱动装置；内管与外管同圆心设置且内管可转动安装在外管内，底盘固定设置在内管内；分段杆成型装置包括设置在底盘上的模具箱、向模具箱输送固化液的压力泵及存储固化液的贮液箱，先导杆与模具箱配合，输送至模具箱内的固化液固化后形成分段杆并与先导杆固定连接，分段杆与先导杆宽度相同；驱动装置包括齿轮及齿轮驱动机构，齿轮为两个且均可转动安装在底盘上，齿轮驱动机构与齿轮连接驱动齿轮转动，转动的齿轮驱动先导杆或分段杆移动至外管外，外管及内管上配合移动的先导杆和分段杆对应设置有导出孔。
5.优选地，锚杆的抗浮方法包括如下步骤：
6.步骤1：开始安装时，齿轮和先导杆连接；
7.步骤2：设模具箱中制作n个分段杆，依时间顺序产生的分段杆编号为1，2，
…
，n；
8.步骤3：贮液箱中的固化液由压力泵注入模具箱中，然后模具箱中的固化液转变为固化的分段杆，且此分段杆编号为1，1号分段杆和先导杆固定连接；
9.步骤4：然后齿轮驱动先导杆由导出孔进入软土中，这时先导杆拉动固化的第1号分段杆且腾出模具箱中的空间；
10.步骤5：贮液箱中的固化液由压力泵注入模具箱中，然后模具箱中的固化液转变为固化的分段杆，此时模具箱中分段杆编号为i，且此模具箱中的第i号分段杆和前一个第i-1号分段杆固定连接；
11.步骤6：然后齿轮驱动接触的第i-1号分段杆由导出孔进入软土中，这时第i-1号分段杆拉动模具箱中的第i号分段杆、且腾出模具箱中的空间；
12.步骤7：重复步骤5-步骤6，直至在软土中打入指定数量的分段杆。
13.优选地，所述齿轮驱动先导杆或分段杆移动的方法包括：两齿轮分别安装在先导杆的两侧，两齿轮转动的同时挤压先导杆或分段杆从而带动先导杆或分段杆移动；或，先导杆两侧面分别安装有齿条，齿轮与齿条啮合，模具箱内设有将齿条固定在分段杆侧面的齿条安装装置，齿轮转动时和齿条啮合带动先导杆或分段杆移动。
14.优选地，所述齿条安装装置包括推动机构、齿条、贮条室、弹簧和推板；贮条室为2个且对称设置，任一贮条室内设有齿条队列，弹簧通过推板与齿条队列配合推动齿条移至贮条室的下方出口处，推动机构为两个且分别设置在每一贮条室下方，推动机构用于推动贮条室外的齿条向另一推动机构移动预设距离，移动预设距离的两齿条与模具箱及分段杆或导向杆配合形成供固化液盛放的固化槽。
15.优选地，每一所述分段杆的尾端均开设有连接孔，模具箱内部对应分段杆的尾端处设有连接孔成型装置，所述连接孔成型装置包括一端与模具箱固定连接的变形体、对变形体进行温度控制的温控系统；先导杆与第1号分段杆接触的一端设有孔洞，孔洞入口小且在先导杆内部扩大。
16.优选地，所述变形体为形状记忆合金，设变形体与模具箱的连接端为第一端，相反的一端为第二端；固化液在模具箱内为液体时，温控系统控制变形体处于第一温度，第一温度下变形体的第一端小于第二端；固化液在模具箱内转变为固体后，温度控制系统控制变形体处于第二温度，第二温度下变形体的第一端大于第二端。
17.优选地，第i号分段杆与第i-1号分段杆通过弯管添加装置固定连接，弯管添加装置包括弯管连接件、面板腔室及面板推送机构，弯管连接件依次排列设置，弯管连接件包括一面板和设置在面板上的若干弯管，固定设置在同一面板上的所有弯管均设有开口，所述开口设置在远离固定设置的面板一端，面板腔室和模具箱尾端固定连接，面板推送机构固定设置在面板腔室内，面板推送机构和面板接触。
18.优选地，分段杆中布设有加筋线，所述加筋线的两端固定在同一弯管内或所述加筋线两端布设在相邻两个分段杆的面板上。
19.优选地，所述锚杆还包括第一辅助增强装置，第一辅助增强装置包括拉绳和收紧装置，收紧装置安装在外管上，拉绳一端设置在收紧装置内，拉绳另一端在导出孔内且与先导杆固定连接，拉绳经外管的管外侧连接收紧装置和先导杆；先导杆经导出孔进入软土过程中，收紧装置使拉绳自由伸长，先导杆进入软土层达到指定长度时，收紧装置固定拉绳、且拉绳无法自由伸长。
20.优选地，相邻先导杆之间用环向线连接，环向线设置在外管外侧，环向线与外管外侧通过柔性布或丝网连接。
21.优选的，在先导杆安装倾角仪，倾角仪安装在先导杆远离外管的一端；在分段杆的齿条上安装倾角仪，倾角仪随齿条压入分段杆中；在将分段杆压入土中为指定个数后，对于与外管接触的分段杆，倾角仪安放在此分段杆与外管交界处；从一个导出孔伸入软土中的导出杆和分段杆形成整体的一个杆件，此杆件对锚杆的竖向作用力计算方法为：
22.(1)第1步，从一个导出孔伸入软土中的先导杆和分段杆形成整体的一个杆件，此杆件在软土中的总长度为l，设共有m+1个倾角仪、且将总长度为l的杆件分为m段；设分段杆与外管交界处的倾角仪编号为1，最远离外管的倾角仪编号为m+1，倾角仪1和倾角仪m+1之间的节点编号依次增大；
23.(2)第2步，设第i个倾角仪和第i+1个倾角仪对应的节点分别为第i节点和第i+1节点，第i节点和第i+1节点之间为第i段，且设第i段长度为l(i)，杨氏模量为e(i)，惯性矩为i(i)，第i段靠近外管的节点对应的编号为i1，第i段远离外管的节点对应的编号为i2，设第i段靠近外管的节点对应的竖向位移和转角分别为和第i段远离外管的节点对应的竖向
位移和转角分别为和这里(1≤i≤m)；
24.(3)第3步，基于倾角仪测量每个节点对应的转角θj；当j＝1时取节点竖向位移vj＝0，当j＞1时取节点j上竖向位移为这样得到每个节点上的位移和转角；
25.(4)第4步，由第i段的长度l(i)、杨氏模量e(i)、惯性矩i(i)、两个节点上竖向位移和两个节点上的转角和从而计算第i段上两个节点上的节点力和计算第i段上两个节点上的弯矩和计算方法为：
[0026][0027][0028]
(5)第5步，从一个导出孔伸入软土中的先导杆和分段杆形成整体的一个杆件，计算此杆件对锚杆的竖向力计算此杆件对锚杆的弯矩基于此杆件对外管的竖向力f，可以计算分析得到此杆件和外管分担的竖向力，这里外管受到的土摩擦力可以由常规方法确定，例如对外管分段测量轴向应变从而计算侧向土的摩擦阻力；另外由分段杆与外管交界处的竖向力f和弯矩m可以校核分段杆受力是否超过了分段杆的强度。
[0029]
本发明的有益效果是增强软土中地下结构抗浮锚杆的抗浮性能，即注塑成型的分段杆依次连接作为增强杆进入软土中，增加锚杆的抗浮力，且注塑成型的分段杆可以有效增加增强杆的入土部分长度，本发明提供了一种增加软土中抗浮力的锚杆。
附图说明
[0030]
图1为本发明的打入锚杆示意图；
[0031]
图2为本发明的分段杆形成和移动俯视示意图；
[0032]
图3为本发明的驱动装置俯视示意图；
[0033]
图4位本发明的齿条安装装置纵断面示意图；
[0034]
图5为本发明的变形体示意图；
[0035]
图6为本发明的弯管添加装置示意图；
[0036]
图7为本发明的弯管添加装置加筋线示意图；
[0037]
图8为本发明的第一辅助增强装置示意图；
[0038]
图9为本发明的环向线示意图；
[0039]
图10为本发明的第一套筒和第二套筒示意图；
[0040]
图中1.软土，2.锚杆，3.外管，4.内管，5.导出孔，6.固化液，7.贮液箱，8.压力泵，9.模具箱，10.先导杆，11.分段杆，12.底盘，13.齿轮，14.齿轮驱动机构，15.推动器，16.推杆，17.齿条，18.贮条室，19.弹簧，20.推板，21.变形体，22.温控系统，23.弯管添加装置，24.面板，25.弯管，26.面板腔室，27.面板推送机构，28.加筋线，29.拉绳，30.收紧装置，31.环向线，32.柔性布，33.第一套筒，34.第二套筒。
具体实施方式
[0041]
为了使本发明实现的技术手段、创新特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，对本发明的技术方案做进一步阐述。
[0042]
如图1-图10所示的一种增加软土1中抗浮力的锚杆2，包括外管3、内管4、底盘12、先导杆10、分段杆成型装置和驱动装置；内管4与外管3同圆心设置且内管4可转动安装在外管3内，底盘12固定设置在内管内，分段杆成型装置包括设置在底盘12上的模具箱9、向模具箱9输送固化液的压力泵8及存储固化液的贮液箱7，压力泵8的输入端与贮液箱7连通，压力泵8的输出端通过导管与4个模具箱9均连通，可通过压力泵8将贮液箱7内呈液态的固化液均等输送至所有模具箱9内，贮液箱7、压力泵8均设置在软土外的地面上，先导杆10与模具箱9配合，输送至模具箱9内的固化液固化后形成分段杆11并与先导杆10固定连接，分段杆11与先导杆10宽度相同；本发明中，模具箱9对应于先导杆10的一侧为开口侧，模具箱9与先导杆10配合形成盛放固化液的固化槽。驱动装置包括齿轮13及齿轮驱动机构14，齿轮13为2个且均可转动安装在底盘12上，这里2齿轮13分别先导杆10的两侧，但齿轮13不与先导杆10连接；齿轮驱动机构14为电机，且电机为2个，电机与齿轮13轴连接以驱动齿轮13转动，两齿轮同时转动带动先导杆10或分段杆11移动至外管外的土层1中，外管3和内管4内均设有导出孔，使得先导杆10及与先导杆连接的分段杆11可通过导出孔5移动至外管3外。
[0043]
本发明实施例中，分段杆成型装置为4个且沿圆周方向等间隔设置，先导杆10至少有4个，且4个先导杆与4个分段杆成型装置对应配合设置，分段杆成型装置及驱动装置一一对应设置，当先导杆10的数量大于4个时，如为8个且沿圆周方向等间隔设置时，可通过转动内管4使得分段杆成型装置转动至下一先导杆的对应位置，实现在该对应位置下形成分段杆11并与对应的先导杆10连接，然后在驱动装置的作用下移动至外管3外，当然该内管和外管上的导出孔也为8个。本发明中，导出孔5、先导杆10、分段杆成型装置及驱动装置的数量可由本领域技术人员根据实际情况自行设置。
[0044]
本发明中，固化液6由压力泵8注入模具箱9后成为固态的第i号分段杆11，其中，i＝1，2，3...，第i号分段杆11与第i-1号分段杆11固定连接，当i＝1时，第1号分段杆11与先导杆10固定连接。
[0045]
应用该增加软土1中抗浮力的锚杆2的抗浮方法，包括如下步骤：
[0046]
步骤1：如图1(a)所示锚杆2打入软土1中，开始安装时如图2(a)所示，两齿轮13和对应的先导杆10配合；
[0047]
步骤2：设模具箱9中制作n个分段杆11，则依时间顺序产生的分段杆11编号为1，2，
…
，n；
[0048]
步骤3：如图2(b)所示，贮液箱7中的固化液6由压力泵8注入模具箱9中，然后模具箱9中的固化液6转变为固化的分段杆11，且此分段杆11编号为1，1号分段杆11和先导杆10固定连接；
[0049]
步骤4：齿轮13在齿轮驱动装置的作用下转动，转动的齿轮13驱动先导杆10由导出孔5进入软土1中，如图2(c)所示这时先导杆10拉动固化的第1号分段杆11且腾出模具箱9中的空间；
[0050]
步骤5：如图2(d)所示，贮液箱7中的固化液6由压力泵8注入模具箱9中，然后模具箱9中的固化液6转变为固化的分段杆11，此时模具箱9中分段杆11编号为i，且此模具箱9中的第i号分段杆11和前一个第i-1号分段杆11固定连接；
[0051]
步骤6：齿轮13驱动接触的第i-1号分段杆11由导出孔5进入软土2中，这时第i-1号分段杆11拉动模具箱9中的第i号分段杆11、且腾出模具箱9中的空间；
[0052]
步骤7：重复步骤5-步骤6，直至在软土1中打入指定数量n的分段杆11，如图1(b)所示。
[0053]
具体来说，齿轮13驱动先导杆10或分段杆11移动的方式可以为图2所示的方式，先导杆10侧面安装有齿条17，模具箱9内有齿条安装装置，齿条安装装置将齿条17固定在分段杆11侧面，齿轮13转动时和齿条17啮合从而带动先导杆10或分段杆11移动。齿条安装装置包括推动机构、齿条17、贮条室18、弹簧19和推板20；贮条室18为2个且对称设置，任一贮条室18内设有齿条队列，弹簧19通过推板20与齿条队列配合推动齿条17移至贮条室18的下方出口处，推动机构为两个且分别设置在每一贮条室18下方，推动机构用于推动贮条室18外的齿条17向另一推动机构移动预设距离，移动预设距离的两齿条17与模具箱9及分段杆10或导向杆11配合形成供固化液盛放的固化槽。以设置在前侧的模具箱为例，如图4(a)所示，两贮条室18左右对称设置在模具箱9内，该贮条室18内壁通过弹簧19与推板20连接，该推板20推动齿条队列，该齿条队列为依次横向排列的若干齿条17，贮条室18底部远离弹簧19一侧开设容纳一齿条17落下的出口，两齿条17、模具箱9及先导杆或者分段杆配合形成固化槽，固化液6在模具箱9内逐渐转变为固体分段杆11时，其强度处于上升阶段且没有达到稳定值，两驱动机构设置在每一贮条室18下方的模具箱9内，推动机构包括推动器15和推杆16，模具箱9通过推动器15与推杆16连接，推动器15用于推动齿条向另一推动器这时如图4(b)所示推动器15驱动推杆16移动使得推杆16设置在贮条室18的出口处，防止贮条室18内的齿条在弹簧的作用下掉落同时，将齿条17压入分段杆11中，分段杆11横截面水平向收缩且竖向伸长；固化液设置在固化槽内后固化形成分段杆，推动器复位时如图4(c)所示新的齿条17由贮条室18出口降落至与推杆16接触。
[0054]
当然，齿轮13驱动先导杆10或分段杆11移动的方式也可以为：先导杆10和分段杆11经过路线的两侧分别安装两个齿轮13；两个齿轮13转动的同时挤压先导杆10或分段杆11，从而带动先导杆10或分段杆1l移动。
[0055]
进一步地，如图5所示，每一所述分段杆11的尾端均开设有连接孔，模具箱9内部对应分段杆11的尾端处设有连接孔成型装置，所述连接孔成型装置包括一端与模具箱9固定连接的变形体21、对变形体21进行温度控制的温控系统。所述变形体21为形状记忆合金，设变形体21与模具箱9的连接端为第一端，相反的一端为第二端；固化液6在模具箱9内为液体时，如图5(b)所示，温控系统控制变形体处于第一温度，第一温度下变形体的第一端小于第
二端；而固化液6在模具箱9内转变为固体后，如图5(a)所示，温度控制系统控制变形体处于第二温度，第二温度下变形体的第一端大于第二端。这里，变形体是为了在固化液中形成入口小，内部大的孔洞，变形体的第一端对应固化液转变为固体时连接孔的入口，变形体第二端对应固化液转变为固体时连接孔的内部。固化液6在模具箱9内转变为固体形成第i-1号分段杆11后，第i-1号分段杆11被前一个形成的分段杆11拉出模具箱9，此时第i-1号分段杆9尾部形成表面小内部大的连接孔；然后在固化液6注入模具箱9制备第i号分段杆11时，固化液6也流入第i-1号分段杆11表面小内部大的连接孔，待制好第i号分段杆11后，第i-1号分段杆11和第i号分段杆11连接完成。
[0056]
先导杆10在和其连接的1号分段杆11接触面上有孔洞，此孔洞入口小且在先导杆10内部扩大；在制作1号分段杆11时，固化液6流入先导杆10的孔洞，固化液6转变为固体后，先导杆10和1号分段杆11固定连接。
[0057]
本发明中，温控系统为温度控制装置，该温度控制装置的加热方法可以为电阻丝加热、或微波加热、或红外线加热。该温度控制装置的具体结构为本领域的公知常识，本领域技术人员可根据实际情况自行设置。
[0058]
如图6所示，模具箱9中第i号分段杆11与前一个第i-1号分段杆11间也可以通过弯管添加装置23固定连接，同样的，模具箱9中的第i号分段杆11与第i-1号分段杆11的对应侧贴合，弯管添加装置23包括弯管连接件、面板腔室26及面板推送机构27，弯管连接件依次排列设置在面板腔室26内，弯管连接件包括一面板和固定设置在面板上的若干弯管，固定设置在同一面板上的所有弯管均设有开口，该开口设置在远离固定设置的面板一端，也即朝向导向孔设置，面板腔室26和模具箱9尾端连接，面板推送机构27固定设置在面板腔室26内，面板推送机构27和面板24接触以对弯管连接件进行推送；固化液6在模具箱9内为液体时面板推送机构27推送弯管连接件，使得弯管连接件的弯管设置在模具箱9的固化液内，由于弯管25呈开口，因此固化液会从开口进入弯管25内部，带固化液6固化为分段杆后，弯管25设置在分段杆内，而与弯管25固定连接的面板则固定设置在分段杆的尾端；待固化液6在模具箱9内变为第i-1号固体分段杆11时弯管25和面板24成为第i-1号分段杆11的一部分；将第i-1号固体分段杆11拖出模具箱9后，固化液6注入模具箱9制备第i号分段杆11时，固化液6也流入第i-1号分段杆11的弯管，待制好第i号固体分段杆11后，第i-1号分段杆11和第i号分段杆l1连接完成。
[0059]
如图7所示，在分段杆11中布设加筋线28，该加筋线28的两端固定在同一弯管25内，或该加筋线28两端布设在相邻两个分段杆11的面板24上，从而加强相邻两个分段杆11的连接强度。
[0060]
更进一步地，如图8(a)所示，锚杆2还包括第一辅助增强装置，第一辅助增强装置包括拉绳29和收紧装置30，收紧装置30固定安装在外管3上，拉绳29一端设置在收紧装置内，拉绳另一端在导出孔内且与先导杆固定连接，拉绳29经外管3管外侧连接收紧装置30和先导杆10；如图8(b)所示，先导杆10经导出孔5进入软土2过程中，收紧装置30让拉绳29自由伸长；先导杆10进入软土层1达到指定长度时，收紧装置30固定拉绳29、且拉绳29无法自由伸长。举例来说，该收紧装置30为连接的电机和滚筒，拉绳29缠绕在滚筒上且一端与滚筒固定连接；先导杆10经导出孔5进入软土1层过程中，电机带动滚筒转动，拉绳29在软土1层中长度增加；先导杆10进入软土1层达到指定长度时，滚筒固定、且拉绳29无法自由伸长。通过
拉绳29在先导杆10进入软土1层的端部提供拉力，在抗浮过程中，增加了先导杆10及其后续连接的分段杆11抵抗土压力的能力，防止先导杆10或分段杆11在外管3侧面附近弯折断裂。
[0061]
如图9所示，相邻先导杆10之间用环向线31连接，环向线31经过外管3外侧，环向线31与外管3外侧用柔性布32或丝网连接。这样在先导杆10进入软土1层后，展开的柔性布32或丝网增加了锚杆2在抗浮时的抗拔力。
[0062]
优选的，先导杆10的一端设置在外管3的导向孔内且延伸至外管3外，相邻两先导杆10间设有扩展件，扩展件的两端分别与相连两导向杆10伸直外管外的端部固定连接，所述可扩展件包括第一套筒33和第二套筒34，第一套筒33套设在第二套筒34外且第二套筒34可在第一套筒33内滑动，第二套筒的长度小于第二套筒的滑动行程，使得第二套筒不会脱出第一套筒。第一套筒33与外管3外侧用柔性布32或丝网连接。
[0063]
进一步地，通过计算分段杆11与外管3交界处的竖向力f和弯矩m校核分段杆11受力是否超过了分段杆的强度，该计算方法包括以下步骤：
[0064]
在先导杆10安装倾角仪，倾角仪安装在先导杆10远离外管3的一端；在分段杆11的齿条17上安装倾角仪，倾角仪随齿条17压入分段杆11中；在压入软土1中的分段杆数量达到预设值后，对于最后一分段杆11，该分段杆11与外管3接触，倾角仪安放在此分段杆11与外管3交界处；从一个导出孔5伸入软土1中的先导杆10和分段杆11形成整体的一个杆件，此杆件对锚杆2的竖向作用力计算方法为：
[0065]
(1)第1步，从一个导出孔5伸入软土1中的先导杆10和分段杆11形成整体的一个杆件，此杆件在软土1中的总长度为l，这里不包括设置在外管内的分段杆，设共有m+1个倾角仪、且将总长度为l的杆件分为m段；设分段杆11与外管3交界处的倾角仪编号为1，最远离外管3的倾角仪编号为m+1，倾角仪1和倾角仪m+1之间的节点编号依次增大；
[0066]
(2)第2步，设第i个倾角仪和第i+1个倾角仪对应的节点分别为第i节点和第i+1节点，第i节点和第i+1节点之间为第i段，且设第i段的长度为l(i)、杨氏模量为e(i)、惯性矩为i(i)，第i段靠近外管3的节点对应的编号为i1，第i段远离外管3的节点对应的编号为i2，设第i段靠近外管3的节点对应的竖向位移和转角分别为和第i段远离外管3的节点对应的竖向位移和转角分别为和这里(1≤i≤m)；
[0067]
(3)第3步，基于倾角仪测量每个节点对应的转角θi，j表示当前节点编号，当j＝1时取节点竖向位移vj＝0，当j＞1时取节点j上竖向位移为这样得到每个节点上的位移和转角；
[0068]
(4)第4步，由第i段的长度l(i)、杨氏模量e(i)、惯性矩i(i)、两个节点上竖向位移和两个节点上的转角和计算第i段上两个节点上的节点力和以及第i段上两个节点上的弯矩和计算方法为：
[0069][0070][0071]
(5)第5步，从一个导出孔5伸入软土1中的先导杆10和分段杆11形成整体的一个杆件，计算此杆件对锚杆2的竖向力计算此杆件对锚杆2的弯矩
[0072]
本发明可基于此杆件对锚杆2的外管3的竖向力f、以及外管3受到的土摩擦力计算分析得到此杆件和外管3分担的竖向力，这里外管3受到的土摩擦力可以由常规方法确定，例如对外管3分段测量轴向应变从而计算侧向土的摩擦阻力。