适用于穿越破碎岩层的耐久型预应力锚索及其施工方法
【专利摘要】本发明公开了一种适用于穿越破碎岩层的耐久型预应力锚索，包括由三对钢绞线组成的锚索主体，所述锚索主体分成锚固段和自由段，所述自由段全长光滑无粘结且穿套有注浆套管，所述锚固段分为4段，L1、L2、L3段为压力分散锚固单元，其中，L1段三对钢绞线均为无粘结，L2段有一对钢绞线有粘结，L3段有两对钢绞线有粘结，L4为集中拉力锚固单元，三对钢绞线均为有粘结。本发明具有多重防腐功能，能节约锚索注浆工程量、增强锚固工程质量、同时不降低锚索耐腐蚀性要求等优点，具有压力分散型锚固性能，而一旦承载体失效，锚固段又能转换为拉力分散型，能用于填方、挖方边坡防护和地面锚固等工程，为破碎岩土体锚固工程提供了重要的技术补充。
【专利说明】
适用于穿越破碎岩层的耐久型预应力锚索及其施工方法
技术领域
[0001]本发明属于岩土工程锚固技术领域，具体涉及一种适用于穿越破碎岩层的耐久型预应力锚索及其施工方法。
【背景技术】
[0002]目前，在建筑、交通、矿山和水利工程建设中，涉及大量的边坡锚固技术问题。破碎岩土的不良地质体是一种锚固技术上非常棘手的工作对象，如砂卵土层、碎石层、杂填土、古崩塌堆积体等，其内部结构松散且含大量空隙，水泥浆在锚杆钻孔中很容易流失，进而影响锚固工程的质量和耐久性。在一些大型的破碎岩土体滑坡治理工程中，预应力锚杆(索)通常要穿越破碎岩土体，将锚固段伸入结构相对完整的岩体之中，而且锚杆(索)注浆工艺往往十分棘手，水泥浆在破碎岩土层中的流失量非常大，严重时导致锚固工程造价数倍于概算，而且工程质量可控性差。因此，如何让破碎岩土体的锚固注浆质量可控、工程量可控且提高耐久性的技术方案固然十分重要。
[0003]如何使锚固工程实施更便利，如何使锚固工程既满足工程质量要求又满足耐久性要求，这是工程质量与安全管理的重要目标。根据CNKI检索结果，目前有关破碎岩土层锚固的专项设计与施工技术依然十分局限，针对锚固技术改良的方案依然有待于提升。
[0004]公开号为CN 101148877A的中国专利提出了一种多段袋式挤压型锚杆，该技术包含一端与导向头固定连接的锚杆杆体，其中在锚杆杆体的锚固段外套装有筒状织物袋，织物袋的直径大于锚杆钻孔直径5厘米?10厘米;位于导向头端的织物袋下端口直接用系带与锚杆杆体捆绑扎紧，织物袋上端口用系带与插入其内的注浆管和锚杆杆体捆绑扎紧;在织物袋中通过注浆管灌注水泥浆或水泥砂浆。该技术方法能抑制锚固段水泥沙浆液流失从而显著提高锚杆锚固段的抗拔力。但是，该技术未能解决锚杆穿越破碎岩土体时自由段的漏浆与耐久性问题。
[0005]2006年7月24日，吴德兴提出一种“一种带有囊体的防腐锚杆”(发明专利公告号:CN 1888327A)，该技术包含锚杆体、全长套管、锚固头、紧固螺母、支承垫板，锚杆体沿纵向穿套有囊体，囊体一端与支承垫板接触，另一端与套管相连。该技术在使用时能在注浆固结后成为双层注浆粘结包裹的、带套管的多重防腐屏障的支护系统，为永久支护提供新的途经。但对破碎岩土体钻孔可能出现的漏浆等技术问题，并未提出合理的解决方案。
[0006]2007年I月19日，厉瑞祥等提出一种“浆囊袋注浆锚杆”(发明专利授权公告号:CN201013018Y)，该技术包含锚杆主筋，主筋外侧设有封闭的柔性浆囊袋，在主筋上设有袋内注浆管，袋内注浆管一端设置在柔性浆囊袋内，一端设置在浆囊袋注浆锚杆的尾部。柔性浆囊袋由软塑料膜或土工膜之类的材料制成。柔性浆囊袋是筒状结构，直径大于钻孔直径，长度小于主筋长度。这种浆囊袋注浆锚杆，通过设置柔性浆囊袋，控制注浆形状，避免了在钻孔完成后置入主筋过程中易造成主筋陷入土中，水泥浆不能完全裹住主筋的情况，增加了浆囊袋注浆锚杆与泥土之间的接触面积，从而增强浆囊袋注浆锚杆抗拔能力，且还具有结构简单生产成本低，特别适合软弱地层如淤泥、淤泥质土中应用，能提高抗拔能力。
[0007]2007年10月16日，程良奎等提出了一种“多段袋式挤压型锚杆”(发明专利公告号:CN 100575615C)。该技术包含一端与导向头固定连接的锚杆杆体，其中在锚杆杆体的锚固段外套装有筒状织物袋，织物袋的直径大于锚杆钻孔直径5厘米?10厘米;位于导向头端的织物袋下端口直接用系带与锚杆杆体捆绑扎紧，织物袋上端口用系带与插入其内的注浆管和锚杆杆体捆绑扎紧;在织物袋中通过注浆管灌注水泥浆或水泥砂浆。该技术方法能有效提高锚杆锚固段的抗拔力，但由于织物直径比较大，织物降解后可能会给锚固段留下较多的空隙，进而影响锚固段的耐久性和抗拔力。同时，该技术未能解决锚杆自由段的漏浆与耐腐蚀问题。
[0008]2012年，朱益军等提出了一种防漏浆防腐蚀的锚杆(ZL201210217055.9)，提出了一种可适用于透水性岩土层的防漏浆锚杆，它包含锚杆钢筋主体、柔软且富有弹性的筒状囊袋、球形导向帽、对中支架、波纹套管、垫板和固紧螺母，其特征在于置入钻孔内的锚杆钢筋主体纵向全长穿套有筒状囊袋，锚杆锚固段注浆后，筒状囊袋将会在注浆压力作用下体积快速膨胀，并随注浆体流动而充满钻孔孔壁;锚杆自由段纵向套了一根打孔波纹套管，套管内置了含筒状囊袋的钢筋主体，锚杆注浆后，波纹套管内将密实填充水泥浆。该技术主要面向中低预应力且以单根钢筋为主体的锚固结构，对于高预应力且多索结构的防漏浆防腐蚀的锚固技术并未涉及。
[0009]公开号为CN103276733A的中国专利提出了一种拉压分散型预应力锚索，它包括一端固定在锚固孔内的两根或两根以上的拉索，每根拉索上分别套设并固定有对应的内锚固承载体，所述内锚固承载体外端部具有承压面、并且在轴向上具有一个仅供对应拉索穿过的拉索穿孔，各内锚固承载体处于锚固孔不同深度处，拉索向外伸出内锚固承载体的部分为无粘结段，向内伸出内锚固承载体的部分剥离为有粘结段。该技术主要解决了承载体处注浆体填充不密实的问题，至于锚索穿越破碎岩土体时自由段的漏浆与耐久性问题并未涉及。同时，该技术承载体有效时锚固段为压力分散结构，而承载体万一失效，锚固工程的质量和耐久性会受到较大影响。
[0010]预应力锚索作为一种重要的岩土工程锚固技术手段，针对永久性锚索的技术要求，其使用年限在50?100年甚至更长。锚索的水泥浆握裹力、保护层厚度对锚索的耐久性有着重要的影响，针对破碎岩土层中漏浆严重进而影响锚索抗拔力以及耐久性等问题，提出一种适用于穿越破碎岩层的耐久型预应力锚索及施工方法具有重要的工程意义和实用价值。
【发明内容】
[0011]本发明提供一种适用于穿越破碎岩层的耐久型预应力锚索及其施工方法，具有多重防腐功能，能节约锚索注浆工程量、增强锚固工程质量、同时不降低锚索耐腐蚀性要求等优点，具有压力分散型锚固性能，而一旦承载体失效，锚固段又能转换为拉力分散型。
[0012]为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案:适用于穿越破碎岩层的耐久型预应力锚索，包括由三对钢绞线组成的锚索主体，所述锚索主体分成锚固段和自由段，所述自由段全长光滑无粘结且穿套有注浆套管，所述锚固段分为4段，L1、L2、L3段为压力分散锚固单元，其中，LI段三对钢绞线均为无粘结，L2段有一对钢绞线有粘结，L3段有两对钢绞线有粘结，L4为集中拉力锚固单元，三对钢绞线均为有粘结。
[0013]所述自由段的纵向为一根注满水泥浆液的波纹套管囊体，所述波纹套管内置了含无粘结钢绞线的锚索主体，所述锚索主体放入钻孔前，自由段先注浆，所述波纹套管内将形成致密的囊体，水泥浆硬化后钢绞线可以自由抽动。
[0014]所述锚索主体沿长度方向固定有若干对中支架。
[0015]所述对中支架沿所述锚索主体长度方向间距为l_3m。
[0016]所述锚固段包括多个承载体和端部导向帽，所述承载体为厚度不小于2cm并带有圆孔的圆柱体。
[0017]上述的适用于穿越破碎岩层的耐久型预应力锚索的施工方法，第一步，进行锚索主体编制，粘结段实施剥皮、去油、清洗、晾干;第二步，安装锚固段导向帽、承载体，捋顺各单元锚固段，用承载体锁定相应的粘结段;第三步，安装自由段套管，管的孔口两端采用柔质沥青麻筋封闭，并采用自由段注浆管进行注浆，确保套管内注浆密实，同时保持钢绞线在自由段内自由拉伸；第四步，现场施工放样，确定锚杆孔的位置;第五步，进行锚索钻孔;第六步，检查锚索主体编制完好，将已经制作好的带有对中支架、注浆管、导向帽和波纹套管的锚索放置入钻孔之内；第七步，进行钻孔内一次注浆，通过注浆量和注浆压力双重指标控制，核对锚固段注浆密实性，确定终止注浆的条件;第八步，浇筑孔口锚索垫墩或地梁，确保锚索自由段注满水泥浆的波纹套管深入垫墩或地梁多5cm;第九步，安装锚索垫板、楔块和锚具，进行锚索孔口张拉锁定，并封锚。
[0018]所述第七步中，将锚固段注浆管与自由段波纹套管囊体以及编织好的锚索结构体同时伸入钻孔孔底，并采用低压注浆让水泥浆液充满钻孔锚固段。
[0019]注浆时，让浆液由钻孔孔底逐步上升，灌满锚固段之后，自由段若出现漏浆，注浆管压力将会突然下降或持续不再增长；同时锚固段核实注浆量不小于设计钻孔锚固段体积的2倍。
[0020]本发明的一个重要特点是锚索的锚固段由多个单元组成，承载体有效时锚固段具有压力分散结构，而承载体万一失效，锚固段可形成拉力分散型结构;锚索自由段钢绞线外套置波纹套管，采用孔位预注浆形成质量可靠的水泥浆囊体，锚索的自由段钢绞线在注浆后具有无粘结的自由滑移特性，具有多重防腐的保护特性，能有效穿越破碎岩层的同时，确保自由段的耐久性。通过锚固段钻孔内密实注浆，既保证了注浆锚索锚固段的填充密实性要求，也避免了自由段穿越破碎岩土区时在注浆压力作用下四处流溢，甚至劈裂岩土体的不利影响，有利于注浆工程量的控制和节约工程造价。锚索自由段通过波纹套管保护，可以让锚索自由段穿越孔口破碎岩土区，在确保索体水泥浆保护层厚度同时，有利于减少注浆锚索在破碎岩土区域严重的漏浆风险，有利于节约工程造价。
[0021]本发明将为工程现场锚固施工有效减少注浆量不可控的技术风险，同时为透水性破碎岩土层提供了经济、安全、耐久、可靠的预应力锚固技术方案。它具有多重防腐功能，能节约锚索注浆工程量、增强锚固工程质量、同时不降低锚索耐腐蚀性要求等优点，具有压力分散型锚固性能，而一旦承载体失效，锚固段又能转换为拉力分散型，能用于填方、挖方边坡防护和地面锚固等工程，为破碎岩土体锚固工程提供了重要的技术补充，属于土木建筑工程技术领域。
【附图说明】
[0022]图1为本发明锚索的结构示意图。
[0023]图2为本发明锚索结构注浆后张拉锁定示意图。
[0024]图3为图1中E-E向视图。
[0025]图4为图1中A-A向视图。
[0026]图5为图1中B-B向视图。
[0027]图6为图1中C-C向视图。
[0028]图7为图1中D-D向视图。
[0029]图8为本发明锚索导向帽结构图。
[0030]图9为本发明锚索自由段承载体结构图。
【具体实施方式】
[0031]如图1至图7所示，适用于穿越破碎岩层的耐久型预应力销索，包括由三对钢绞线组成的锚索主体，所述锚索主体按功能分段由锚固段I和自由段2组成，组合的钢绞线是构件受拉的主承载体，由于裸露条件下易遭锈蚀，钢绞线一般要求确保2.0cm以上的水泥浆保护层;3为导向帽；4为锚固段钢质承载体，5为锚固段剥皮且有粘结钢绞线，6为对中支架。7为自由段带PVC的无粘结钢绞线;8为自由段波纹套管;9为自由段注浆管；10为伸入钻孔底的锚固段注浆管，11为自由段套管内注满的水泥浆囊体;12为钻孔孔口钢套管，13为钻孔孔口定位钢套管应孔外预留50mm?100mm，14为自由段波纹套管应伸出孔口钢套管之外10mm，15为钢绞线(剥皮且有粘结)孔口张拉段，16为坡面框格地梁或垫墩，17为垫墩内设置的钢筋网片，18为调坡楔块，19为封锚，20为孔口锚固锁定件，21为钻孔。
[0032]置入钻孔21内的所述自由段全长光滑无粘结且穿套有注浆套管，所述锚固段分为4段，L1、L2、L3段为压力分散锚固单元，其中，LI段三对钢绞线均为无粘结，L2段有一对钢绞线有粘结，L3段有两对钢绞线有粘结，L4为集中拉力锚固单元，三对钢绞线均为有粘结。锚固段注浆后，锚固段各单元分散了对孔壁的集中拉力，改良了锚固段的应力分布。若锚固段L1、L2、L3单元某个承载体失效，承载体失效的相应锚固段可以转换为多个单元的拉力分散型锚索，而L4段依然为预应力集中拉力锚固单元。
[0033]所述自由段的纵向为一根注满水泥浆液的波纹套管囊体，所述波纹套管内置了含无粘结钢绞线的锚索主体，所述锚索主体放入钻孔前，自由段先注浆，所述波纹套管内将形成致密的囊体，水泥浆硬化后钢绞线可以自由抽动。所述自由段2在锚索放入钻孔之前采用预制结构，套管内注浆管在套管内注浆密实后撤除，波纹套管内先实施注浆、养护并验收，波纹套管内注浆囊体填充密实，套管内无粘结钢绞线可自由伸缩。
[0034]所述锚索主体沿长度方向固定有若干对中支架。所述对中支架沿所述锚索主体长度方向间距为1-3m。
[0035]上述的适用于穿越破碎岩层的耐久型预应力锚索的施工方法，一种适用于穿越破碎岩层的耐久型预应力锚索的新型技术实施步骤如下:
[0036]第一步，做好准备工作，进行锚索主体编制，粘结段实施剥皮、去油、清洗、晾干；
[0037]第二步，安装锚固段导向帽、承载体，捋顺各单元锚固段，用承载体锁定相应的粘结段；
[0038]第三步，安装自由段套管，管的孔口两端采用柔质沥青麻筋封闭，并采用自由段注浆管进行注浆，确保套管内注浆密实，同时保持钢绞线在自由段内自由拉伸；
[0039]第四步，现场施工放样，确定锚杆孔的位置；
[0040]第五步，进行锚索钻孔，钻孔直径一般不小于130mm;
[0041]第六步，检查锚索主体编制完好，将已经制作好的带有对中支架、注浆管、导向帽和波纹套管的锚索放置入钻孔之内；
[0042]第七步，进行钻孔内一次注浆，并要求锚杆锚固段注浆密实，通过注浆量和注浆压力双重指标控制，核对锚固段注浆密实性，确定终止注浆的条件；
[0043]第八步，浇筑孔口锚索垫墩或地梁，确保锚索自由段注满水泥浆的波纹套管深入垫墩或地梁多5cm;
[0044]第九步，安装锚索垫板、楔块和锚具，进行锚索孔口张拉锁定，并封锚。
[0045]所述第七步中，将锚固段注浆管与自由段波纹套管囊体以及编织好的锚索结构体同时伸入钻孔孔底，并采用低压注浆让水泥浆液充满钻孔锚固段。锚索自由段的波纹套管外可不注浆。
[0046]锚固段注浆质量采用双重指标控制，即注浆液压值和设计注浆量均满足要求。注浆时孔底注浆管原则上不允许抽动，让浆液由孔底逐步上升，灌满锚固段之后，自由段若出现漏浆，注浆管压力将会突然下降或持续不再增长；同时锚固段核实注浆量应不小于设计钻孔锚固段体积的2倍。
[0047]所述锚固段由多个承载体和端部导向帽(如图8所示)组成，锚固段注浆管应与锚索锚固段共同置入钻孔孔底。
[0048]如图9所示，锚索自由段包含有PVC套管、水泥囊体及其波纹套管三重防腐蚀结构。锚索自由段漏浆严重时，锚索孔口应让自由段波纹套管深入孔口垫墩或地梁不小于10cm，锚索自由段的波纹套管外可不注浆。
[0049]本发明能节约锚索注浆工程量、增强锚固工程质量、提高锚杆耐腐蚀性等优点，能用于填方、挖方边坡防护和地面预应力锚固等工程，为透水性破碎岩土体锚固工程提供了重要的技术补充。
【主权项】
1.适用于穿越破碎岩层的耐久型预应力锚索，包括由三对钢绞线组成的锚索主体，其特征在于:所述锚索主体分成锚固段和自由段，所述自由段全长光滑无粘结且穿套有注浆套管，所述锚固段分为4段，L1、L2、L3段为压力分散锚固单元，其中，LI段三对钢绞线均为无粘结，L2段有一对钢绞线有粘结，L3段有两对钢绞线有粘结，L4为集中拉力锚固单元，三对钢绞线均为有粘结。2.根据权利要求1所述的适用于穿越破碎岩层的耐久型预应力锚索，其特征在于:所述自由段的纵向为一根注满水泥浆液的波纹套管囊体，所述波纹套管内置了含无粘结钢绞线的锚索主体，所述锚索主体放入钻孔前，自由段先注浆，所述波纹套管内将形成致密的预制囊体，水泥浆硬化后钢绞线可以自由抽动。3.根据权利要求1所述的适用于穿越破碎岩层的耐久型预应力锚索，其特征在于:所述锚索主体沿长度方向固定有若干对中支架。4.根据权利要求3所述的适用于穿越破碎岩层的耐久型预应力锚索，其特征在于:所述对中支架沿所述锚索主体长度方向间距为l-3m。5.根据权利要求1所述的适用于穿越破碎岩层的耐久型预应力锚索，其特征在于:所述锚固段包括多个承载体和端部导向帽，所述承载体为厚度不小于2cm并带有圆孔的圆柱体。6.权利要求1所述的适用于穿越破碎岩层的耐久型预应力锚索的施工方法，其特征在于:第一步，进行锚索主体编制，粘结段实施剥皮、去油、清洗、晾干;第二步，安装锚固段导向帽、承载体，捋顺各单元锚固段，用承载体锁定相应的粘结段;第三步，安装自由段套管，管的孔口两端采用柔质沥青麻筋封闭，并采用自由段注浆管进行注浆，确保套管内注浆密实，同时保持钢绞线在自由段内自由拉伸;第四步，现场施工放样，确定锚杆孔的位置;第五步，进行锚索钻孔;第六步，检查锚索主体编制完好，将已经制作好的带有对中支架、注浆管、导向帽和波纹套管的锚索放置入钻孔之内；第七步，进行钻孔内一次注浆，通过注浆量和注浆压力双重指标控制，核对锚固段注浆密实性，确定终止注浆的条件;第八步，浇筑孔口锚索垫墩或地梁，确保锚索自由段注满水泥浆的波纹套管深入垫墩或地梁多5cm;第九步，安装锚索垫板、楔块和锚具，进行锚索孔口张拉锁定，并封锚。7.根据权利要求6所述的施工方法，其特征在于:所述第七步中，将锚固段注浆管与自由段波纹套管囊体以及编织好的锚索结构体同时伸入钻孔孔底，并采用低压注浆让水泥浆液充满钻孔锚固段。8.根据权利要求7所述的施工方法，其特征在于:注浆时，让浆液由钻孔孔底逐步上升，灌满锚固段之后，自由段若出现漏浆，注浆管压力将会突然下降或持续不再增长；同时锚固段核实注浆量不小于设计钻孔锚固段体积的2倍。
【文档编号】E02D5/76GK106065624SQ201610555182
【公开日】2016年11月2日
【申请日】2016年7月12日
【发明人】朱益军, 卢先荣, 金龙林, 涂杰文, 嵇晓晔, 刘钱
【申请人】浙江省交通工程建设集团有限公司