专利名称：多重防腐型可控膨胀挤压土体锚杆及施工方法
技术领域：
本发明涉及一种应用于土木工程领域的岩土锚固工程使用的锚杆及施工方法。
背景技术：
在岩土工程领域内的边坡、堤岸、基坑、隧道和地下洞室锚固工程，以及建筑物抗浮和 构筑物基础抗拔等技术领域中，通常需要釆用永久性系统锚杆锚固，或采用抗浮锚杆等技术 手段对各类建、构筑物予以锚定加固，对于永久型土层锚杆的基本要求是耐久性和承载力。 采用传统的抗拉、抗剪或抗拔锚固技术手段所施做的锚杆或锚桩在工程地质条件较为复杂的 地层内，如地质体松散、地下水水头较高、动水压力较大，特别对于地层或地下水对混凝土 和筋材具有较强腐蚀性条件下，永久性锚固、抗浮或抗拔工程的耐久性和承载力很难得到有 效保障。而对于在已污染的地层和地下水环境中实施建、构筑物的加固、纠偏，以及废弃污 染物处置场地内的边坡加固工程，同样需要一种能够对锚固体及其内含筋材进行多重保护的 锚杆结构型式及配套锚固工艺来保障锚固工程达到设计工作寿命。
针对工程地质环境的复杂程度和不同地层条件，锚杆通常采用包裹、隔离和注浆密实等 防腐技术措施。主要方法有筋材镀锌、环氧树脂涂层、套管包裹和注浆包裹等。在同一根锚 杆中采用三种及以上防腐手段的称为多重防腐。传统防腐锚固技术中，所用筋材一般采用包 裹镀锌层的螺纹钢筋或包裹套管的钢绞线，结合注浆密实包裹层和\或环氧树脂涂层构成双重 或三重防腐锚杆。其缺点是由于整个锚固段处于地层中，在长期荷载作用下，注浆固结体易 产生裂隙，地层中的腐蚀性水、气体等流体易通过裂隙与锚杆筋材接触，逐步腐蚀锚杆，导 致锚杆可能在服役期内失效。
中国发明专利申请200610052634.7公开了一种锚杆孔口端局部带有波纹结构囊体的防 腐锚杆，锚杆杆体被孔口端囊体和连接在囊体小头端的套管包裹，再通过向囊体和套管层与 锚杆筋材间的空腔中注入浆液固结杆体来达到双重防腐防护。该技术能够提供在钻孔深度较 小、采用单根钢筋作为筋材、锚固力较低的锚杆的双重或多重防腐，但对于需要高锁定力锚 固的软弱地层和高陡边坡，采用该技术需要打设数量较多、深度较大的锚孔，套管须多次连 接才能够满足锚杆全长的耐久性防护要求，因此大大增加了施工难度和成本。此外，该专利 申请中的锚杆锚固头部分的防护仍存在一定问题，在具有腐蚀性土体和水体环境中，该锚杆 锚固头部分的耐久性难以得到有效保障。
发明内容
本发明的目的在于提供一种适用于各类复杂、软弱地层，尤其适用于具有腐蚀性的土层 和/或地下水体，注浆体大小可控、能有效包裹注浆固结体、抑制注浆体浆液流失，并可实施 高预应力锁定，能够以较低成本有效地提高单锚承载力，减少锚杆总数量，降低工程造价，加快施工速度，对锚杆锚固体实施多重防护，具有整体性抗腐蚀性好，耐久性高的多重防腐 型可控膨胀挤压土体锚杆及施工方法。
本发明的多重防腐型可控膨胀挤压土体锚杆，包括锚固段、.自由张拉段、外锚头、注浆 管、 一个以上的传力构件和一个以上的承载板，自由张拉段内设有用于支撑注浆管和每个传 力构件的对中支架，传力构件的底端与承载板固定相连，所述锚固段包括岩土工程用可控膨 胀挤压土体装置，岩土工程用可控膨胀挤压土体装置包括上套筒组件，上套筒组件的顶端固 定有上盖板，上套筒组件内的上部设有上弹性密封件，上套筒组件的下部与膨胀挤压筒顶端 的上开口相连，膨胀挤压筒采用柔性材料制成，所述上套筒组件、所述上盖板和所述上弹性 密封件上沿轴线方向设有与所述膨胀挤压筒的上开口相通的注浆管上过孔和至少一个传力构 件上过孔，所述注浆管的下部穿过注浆管上过孔并伸入所述膨胀挤压筒内，每个所述传力构 件穿过所述传力构件上过孔并伸入膨胀挤压筒内，膨胀挤压筒内填充有水泥基浆液或含膨胀 剂的水泥基桨液。
本发明多重防腐型可控膨胀挤压土体锚杆，其中所述承载板位于膨胀挤压筒内，所述膨 胀挤压筒外包覆有土层或水泥土层，所述上弹性密封件采用具有弹性的橡胶或沥青或聚四氟 乙烯材料制成。
本发明多重防腐型可控膨胀挤压土体锚杆，其中所述传力构件采用表面镀锌的螺纹钢筋 或表层涂刷环氧树脂的钢绞线或玻璃纤维筋(GFRP)或碳纤维筋(CFRP)或芳纶纤维筋 (AFRP)制成，传力构件位于所述自由张拉段处的螺纹钢筋或钢绞线的表面包裹有低密度聚 乙烯(LDPE)或高密度聚乙烯(HDPE)或聚氯乙烯(PVC)套管。
本发明多重防腐型可控膨胀挤压土体锚杆，其中所述传力构件位于所述膨胀挤压筒内的 螺纹钢筋或钢绞线的表面包裹有低密度聚乙烯(LDPE)或高密度聚乙烯(HDPE)或聚氯乙 烯(PVC)套管。
本发明多重防腐型可控膨胀挤压土体锚杆，其中所述上套筒组件包括上筒、上承载板和 下筒，上筒的底端焊接固定在上承载板的上端面上，所述下筒的顶端焊接固定在上承载板的 下端面上，所述上盖板采用螺纹连接或焊接安装在上筒的顶端，所述上弹性密封件设置在上 筒内，所述下筒的外侧壁上沿圆周方向并列地设有多个上防滑凸棱，所述膨胀挤压筒的上开 口套装在下筒的外侧壁上，并采用一个以上的上卡箍固定，所述上筒和下筒为横截面是圆形 或椭圆形或矩形或六边形或八边形的柱形筒。
本发明多重防腐型可控膨胀挤压土体锚杆，其中所述膨胀挤压筒的底端设有下开口，膨 胀挤压筒的下开口与下套筒组件的顶端相连，下套筒组件内设有下弹性密封件，下弹性密封 件采用具有弹性的橡胶或沥青或聚四氟乙烯材料制成，下套筒组件的底端固定有下盖板，在 所述承载板和所述下弹性密封件上沿轴线方向设有至少一个传力构件下过孔，每个所述传力 构件穿过传力构件下过孔。
本发明多重防腐型可控膨胀挤压土体锚杆，其中所述下套筒组件包括上空筒和下空筒， 上空筒的底端焊接固定在所述承载板的上端面上，所述下空筒的顶端焊接固定在承载板的下端面上，所述下盖板采用螺纹连接或焊接安装在下空筒的底端，所述下弹性密封件设置在下 空筒内，所述上空筒的外侧壁上沿圆周方向并列地设有多个下防滑凸棱，所述膨胀挤压筒的 下开口套装在上空筒的外侧壁上，并采用一个以上的下卡箍固定，所述上空筒和下空筒为横 截面是圆形或椭圆形或矩形或六边形或八边形的柱形筒，膨胀挤压筒所使用材料的抗拉强度 为7MPa以上，膨胀挤压筒所使用材料的渗透系数小于10—7cm/s。
本发明的多重防腐型可控膨胀挤压土体锚杆的施工方法，包括如下步骤-
A、 将钻机就位，并将钻杆定位于锚孔位置处，在锚孔位置处施打设计深度的钻孔；
B、 启动高压注浆泵，在提钻的同时，在锚孔中的挤扩锚固段长度范围内以18~40MPa 的压力进行清水或水泥基浆液的高压喷射注浆，以扩大挤扩锚固段的锚孔直径至设计要求， 并将钻杆及钻头逐渐退出锚孔；
C、 将岩土工程用可控膨胀挤压土体装置折叠成设计形状，将注浆管插入岩土工程用可 控膨胀挤压土体装置的膨胀挤压筒内，将至少一个传力构件插入岩土工程用可控膨胀挤压土 体装置的膨胀挤压筒，将每个传力构件与一个以上的承载板固定相连，再将岩土工程用可控 膨胀挤压土体装置顺着锚孔插入至锚孔桨液中的设计位置，并利用注衆管抽出膨胀挤压筒内 的气体，或在岩土工程用可控膨胀挤压土体装置上插装一根排气管用于在向膨胀挤压筒内注 浆时排放膨胀挤压筒内的气体；
D、 再次启动高压注浆泵并通过注浆管，向锚孔深部的岩土工程用可控膨胀挤压土体装 置的膨胀挤压筒内以小于6MPa的注浆压力注入水泥基浆液或含膨胀剂的水泥基浆液，待注 浆量达到设计要求的膨胀体积量或注浆泵泵压突然增大时关闭注浆管；
E、 待锚孔内和膨胀挤压筒内浆液固结并达到设计强度要求后，按照现有技术安装外锚具 并张拉至设计锚定力后紧固锁定，完成一根本发明的多重防腐型可控膨胀挤压土体锚杆。
本发明的多重防腐型可控膨胀挤压土体锚杆的施工方法，其中所述步骤A中的钻机采用 能够实施钻进成孔和高压喷射注浆一体化施工工艺的钻机，钻孔的孔径为80 220rnrn;所述 步骤B中的高压喷射注浆方法可采用单管法、双重管法、三重管法或多重管法，高压喷射注 浆钻头的转速为8~25r/min，钻头的提升速度为8~30cm/min，注入浆液的流量为60~200L/min; 所述步骤C中采用真空泵通过注浆管抽出膨胀挤压筒内的气体r所述步骤D中注入水泥基浆 液的流量为5~40L/s。
与现有技术相比，本发明的多重防腐型可控膨胀挤压土体锚杆及施工方法，具有以下各 项优点-
1、 将岩土工程用可控膨胀挤压土体装置与现有的高压喷射注浆技术有效结合，能够方便、 快速、可靠的在各类软、硬程度不同的土层中施工带有扩体锚固段的永久性高承载力土层锚 杆。
2、 应用高压喷射注浆一挤扩土体工艺，避免了机械式扩孔锚杆锚固段易于塌孔、难于清 除孔内残渣以及传力构件居中困难等技术难题，能够快速、高效地施做扩体锚杆。
3、 采用高压喷射注浆一挤扩土体工艺，实现了对膨胀挤压筒的精确定量注浆，膨胀挤压
6筒内的浆液被完全密封包裹，避免了浆液外流浪费和污染周围地层，而且还可以根据需要对 锚固段周围土体进行置换和挤密加固，从而能够在软弱地层中大大提高单锚的锚定承载力， 并可减小钻.孔长度和锚杆长度,'节约钢材、水泥，降低工程费用。
4、 由于对深部锚固段采用了多重防腐措施，且锚杆的传力构件、承载体以及扩体锚固段 的注浆固结体完全被包裹于膨胀挤压筒和水泥土中，所以本发明的锚杆结构具有等同或高于 膨胀挤压筒囊体土工膜材料的稳定的长期防腐性能，能够应用于近海边岸区域、盐渍土地区 及固体废料填埋场等高腐蚀环境中，并保持可靠的扩体锚固效果。
5、 采用本发明的多重防腐型可控膨胀挤压土体锚杆及施工方法，不但能够以较低的成 本有效地抑制桨液流失，提高单锚承载力，减少锚杆总数量，加快施工速度，降低工程造价， 而且能够对锚杆锚固体实施多重防护，大大增强了永久型锚杆的抗腐蚀性和耐久性，有效提 高了工程的长期安全可靠性。
6、 本发明的多重防腐型可控膨胀挤压土体锚杆及施工方法适用于在各类复杂、软弱地 层和\或地下水体，实施对土木工程建设中的边坡、堤岸、基坑、隧道和地下洞室工程的预应 力锚固，以及建筑物抗浮和构筑物基础抗拔的竖向锚固，并能够大大提高系统锚杆的承载力 和耐久性，降低锚固工程总造价。
下面结合附图及实施例详述本发明。
图1为本发明的多重防腐型可控膨胀挤压土体锚杆所使用的岩土工程用可控膨胀挤压土
体装置的一种实施方式的结构示意图的主视剖面图2为上套筒组件部分的一种实施方式的结构示意图的主视剖面图3为上套筒组件部分的另一种实施方式的结构示意图的主视剖面图4为上套筒组件部分的又一种实施方式的结构示意图的主视剖面图5为本发明的多重防腐型可控膨胀挤压土体锚杆所使用的岩土工程用可控膨胀挤压土
体装置的另一种实施方式的结构示意图的主视剖面图6为下套筒组件部分的一种实施方式的结构示意图的主视剖面图7为下套筒组件部分的另一种实施方式的结构示意图的主视剖面图8为下套筒组件部分的又一种实施方式的结构示意图的主视剖面图9为本发明的多重防腐型可控膨胀挤压土体锚杆的一种实施方式的结构示意图的主视
剖面图10为本发明的多重防腐型可控膨胀挤压土体锚杆的另一种实施方式的结构示意图的 主视剖面图11为本发明的多重防腐型可控膨胀挤压土体锚杆的又一种实施方式的结构示意图的 主视剖面图12为本发明的多重防腐型可控膨胀挤压土体锚杆的再一种实施方式的结构示意图的 主视剖面图；图13为本发明的岩土工程用可控膨胀挤压土体装置处于一种折叠方式的结构示意图的 主视剖面图-,
图14为本发明的岩土工程用可控膨胀挤压土体装置处于另一种折叠方式的结构示意图 的主视剖面图15为本发明完成施工后的多重防腐型可控膨胀挤压土体锚杆的结构示意图的主视剖
面图16为图15的C一C截面俯视图17为本发明多重防腐型可控膨胀挤压土体锚杆的岩土工程用可控膨胀挤压土体装置 处于未注浆状态的结构示意图的主视剖面图； 图18为图17的A—A截面俯视图。
具体实施例方式
如图1和图5所示，本发明的多重防腐型可控膨胀挤压土体锚杆所使用的岩土工程用可 控膨胀挤压土体装置，包括上套筒组件l，上套筒组件l的顶端固定有上盖板2,参见图2， 上套筒组件内的上部设有上弹性密封件3,上套筒组件1的下部与膨胀挤压筒5顶端的上 开口相连，膨胀挤压筒5采用柔性材料制成，上套筒组件l、上盖板2和上弹性密封件3上 沿轴线方向设有与膨胀挤压筒5的上开口相通的注浆管上过孔6和一个传力构件上过孔7, 传力构件上过孔7的数量也可以是2个或3个或4个或6个。上弹性密封件3采用具有弹性 的橡胶或沥青或聚四氟乙烯材料制成，上弹性密封件3属于现有技术中的公知产品，其密封 原理是当上弹性密封件3受到挤压力作用时，会产生收縮变形，从而将注浆管上过孔6和每 个传力构件上过孔7压縮，注浆管上过孔6的孔壁会与注浆管24的侧壁紧紧相贴，传力构件 上过孔7的孔壁则会与传力构件23的侧壁紧紧相贴，以起到密封作用。
如图2所示的是本发明多重防腐型可控膨胀挤压土体锚杆所使用的岩土工程用可控膨胀 挤压土体装置的其中一种上套筒组件1，该上套筒组件1包括上筒11和上承载板19，上筒 11的底端焊接固定在上承载板19的上端面上，上盖板2采用螺纹连接或焊接安装在上筒11 的顶端，上弹性密封件3设置在上筒11内，上筒11为横截面是圆形或椭圆形或矩形或六边 形或八边形的柱形筒，膨胀挤压筒5的上开口采用法兰4固定在上承载板19的底端。
如图3所示，上套筒组件l也可以是包括上筒11A、上承载板19A和下筒18，上筒11A 的底端焊接固定在上承载板19A的上端面上，下筒18的顶端焊接固定在上承载板19A的下 端面上，上盖板2采用螺纹连接或焊接安装在上筒11A的顶端，上弹性密封件3A设置在上 筒11A内，下筒18的外侧壁上沿圆周方向并列地设有多个上防滑凸棱16，膨胀挤压筒5的 上开口套装在下筒18的外侧壁上，并采用2个或3个上卡箍14固定，上筒11A和下筒18 为横截面是圆形或椭圆形或矩形或六边形或八边形的柱形筒。
如图4所示，上套筒组件1还可以是包括上筒IIB、上承载板19B、下筒18B和下套筒 lc，上筒11B的底端焊接固定在上承载板19B的上端面上，下筒18B和下套筒lc的顶端焊 接固定在上承载板19B的下端面上，下筒18B套装在下套筒lc内，上盖板2B采用螺纹连接
8或焊接安装在上筒11B的顶端，上弹性密封件3B设置在上筒11B内，膨胀挤压筒5的上开 口插装在下套筒lc和下筒18B之间的环形间隙内，并采用多个沿径向穿过下套筒lc和下筒 18B的螺栓固定，下套筒lc和下筒18B之间的环形间隙内灌注有密封胶，上筒11B、下套筒 lc和下筒18为横截面是圆形或椭圆形或矩形或六边形或八边形的柱形筒。
上述各实施例中膨胀挤压筒5内可以如图1所示的那样设有承载板21，承载板21上设 有传力构件23的连接孔，承载板21与传力构件23的底端通过螺母固定相连，或者承载板 21与传力构件23采用多个楔形夹板与承载班组合而成的锚具(也称之为P锚)或螺纹连接 固定相连，膨胀挤压筒5采用在向膨胀挤压筒5内注入5MPa以下浆液时可向外膨胀展开折叠 状态的柔性材料制成，膨胀挤压筒5所使用材料的抗拉强度为10MPa以上，膨胀挤压筒5所 使用材料的渗透系数小于10—7cm/S，上承载板的边缘与2—8个弧形的弹性约束条20的二端 固定相连，每个弹性约束条20分别向下环绕膨胀挤压筒5并与膨胀挤压筒5的外表面相贴， 膨胀挤压筒5在使用前被折叠巻绕成直圆柱筒状，以便于插入钻孔中，膨胀挤压筒5展开后 的长度为0.4 3m，展开后的横向直径为0.4M.5m，膨胀挤压筒5在使用前被折叠巻绕成如 图13或图14或图17和图18所示的筒状，上弹性密封件3采用具有弹性的橡胶或沥青或聚 四氟乙烯材料制成，弹性约束条20可采用金属材料或土工织物或帆布制成。
如图5和图7所示，本发明的多重防腐型可控膨胀挤压土体锚杆所使用的岩土工程用可 控膨胀挤压土体装置的膨胀挤压筒5的底端设有下开口，膨胀挤压筒5的下开口与下套筒组 件9的顶端相连，下套筒组件9内设有下弹性密封件10，下套筒组件9的底端固定有下盖板 12，在承载板25和下弹性密封件IO上沿轴线方向设有至少一个传力构件下过孔，膨胀挤压 筒5采用在向膨胀挤压筒5内注入0. 4MPa或1. 2MPa或2MPa或2. 4MPa或4MPa或5MPa或6. 6MPa 或8MPa以下浆液时可向外膨胀展开折叠状态的柔性材料制成，膨胀挤压筒5所使用材料的抗 拉强度为5MPa或7MPa或9MPa或llMPa或14MPa或17MPa或19MPa或20MPa以上，膨胀挤压 筒5所使用材料的渗透系数小于10—7cm/s或10-8Cm/s或l(T9Cni/s。下弹性密封件10也属于现 有技术中的公知产品，其密封原理与上弹性密封件3相同。
如图6所示，下套筒组件9包括上空筒28和下空筒27B,上空筒28的底端焊接固定在 承载板25B的上端面上，下空筒27B的顶端悍接固定在承载板25B的下端面上，承载板25B 上设有传力构件23的连接孔，承载板25B与传力构件23的底端固定相连，下盖板12B采用 螺纹连接或焊接安装在下空筒27B的底端，下弹性密封件10B设置在下空筒27B内，上空筒 28的外侧壁上沿圆周方向并列地设有多个下防滑凸棱17，膨胀挤压筒5的下开口套装在上空 筒28的外侧壁上，并采用2个或3个下卡箍15固定，上空筒28和下空筒27B为横截面是 圆形或椭圆形或矩形或六边形或八边形的柱形筒，膨胀挤压筒5所使用材料的抗拉强度也可 以为7MPa以上，膨胀挤压筒5所使用材料的渗透系数也可以小于l(T5cra/s。
如图7所示，上述下套筒组件9也可以是包括下空筒27，下空筒27的上端焊接固定在 承载板25的下端面上，下盖板12采用螺纹连接或焊接安装在下空筒27的底端，下弹性密封 件10设置在下空筒27内，下空筒27为横截面是圆形或椭圆形或矩形或六边形或八边形的柱形筒，膨胀挤压筒5的下开口采用法兰4固定在承载板25的上端，承载板25上设有传力构 件23的连接孔，承载板25与传力构件23的底端固定相连，膨胀挤压筒5所使用材料的抗拉 强度为7MPa以上，膨胀挤压筒5所使用材料的渗透系数小于10—6cm/S。
如图8所示，上述下套筒组件9也可以是包括上空筒28C、下空筒27C和套筒9c，上空 筒28C和套筒9c的底端焊接固定在承载板25C的上端面上，上空筒28C套装在套筒9c内， 承载板25C上设有传力构件23的连接孔，承载板25C与传力构件23的底端固定相连，下空 筒27C的顶端焊接固定在承载板25C的下端面上，下盖板12C采用螺纹连接或焊接安装在下 空筒27C的底端，下弹性密封件10C设置在下空筒27C内，膨胀挤压筒5的下开口插装在上 空筒28C与套筒9c之间的环形间隙内，并采用多个沿径向穿过上空筒28C和套筒9c的螺栓 固定，上空筒28C和套筒9c之间的环形间隙内灌注有密封胶，上空筒28C和下空筒27C为 横截面是圆形或椭圆形或矩形或六边形或八边形的柱形筒，膨胀挤压筒5所使用材料的抗拉 强度也可以为7MPa以上，膨胀挤压筒5所使用材料的渗透系数也可以小于10—7Cra/S。
上述实施例中膨胀挤压筒5的横截面是圆形或椭圆形或矩形或六边形或八边形，膨胀挤 压筒5的轴线截面方向的形状可以是逐渐变化的，或者是不变化的，膨胀挤压筒5采用厚度 为0.4 5mrn的高强度防渗土工膜或高强度复合土工布或高强度涂胶无纺布或薄钢片或锌皮铁 制成，采用薄钢片或锌皮铁制成的膨胀挤压筒5可以将其折叠成如图13所示的直筒状，薄钢 片或锌皮铁的厚度要保证其在注入0. 5MPa或1. 5MPa或2MPa或2. 5MPa或4MPa或5MPa或 6.5MPa或8MPa以下浆液时^T向外膨胀展开折叠状态，采用高强度防渗土工膜或高强度复合 土工布或高强度涂胶无纺布制成的膨胀挤压筒5可以也将其折叠成如图14或图17和图18所 示的直筒状，膨胀挤压筒5所使用材料的抗拉强度可以为6MPa或8MPa或lOMPa或12MPa或 15MPa或16MPa或18MPa或20MPa以上，膨胀挤压筒5所使用材料的渗透系数也可以是小于 10—Ws或10-9cm/s。
上述图5、图6所示的实施例中，上承载板的边缘与2—8个弹性挡条20a的顶端固定相 连，每个弹性挡条20a分别与膨胀挤压筒5的外表面相贴，每个弹性挡条20a的底端分别与 承载板25B的边缘固定相连，弹性挡条20a可采用金属材料或土工织物或帆布制成，膨胀挤 压筒5在使用前被折叠巻绕成直筒状，以便于插入钻孔中，膨胀挤压筒5所使用材料的抗拉 强度也可以为lOMPa以上。
上述各实施例中膨胀挤压筒5展开后的长度为0. 3 4m，展开后的横向直径为0. 3 1. 6m， 膨胀挤压筒5在使用前被折叠巻绕成圆柱筒状，上弹性密封件3和下弹性密封件10分别采用 具有弹性的橡胶或沥青或聚四佛乙烯材料制成。
图17和图18所示的本发明多重防腐型可控膨胀挤压土体锚杆的岩土工程用可控膨胀挤 压土体装置的结构示意图，是处于未注浆状态，图15和图16所示的本发明的多重防腐型可 控膨胀挤压土体锚杆是处于注桨施做完成状态，该多重防腐型可控膨胀挤压土体锚杆包括锚 固段、自由张拉段、外锚头、注浆管24、 4个传力构件23和2个承载板21、 25，承载板25 位于膨胀挤压筒5的底端，承载板21位于承载板25的上方，自由张拉段内设有用于支撑注
10浆管24和每个传力构件23的对中支架(图中未画出)，传力构件23的底端与承载板25固定 相连，承载板25的下端固定有球面向下突出的半圆球壳形的导向帽22，锚固段包括岩土工 程用可控膨胀挤压土体装置，参见图l、图2和图5、图7,岩土工程用可控膨胀挤压土体装 置包括上套筒组件1，上套筒组件1的顶端固定有上盖板2，上套筒组件1内的上部设有上弹 性密封件3，上套筒组件1的下部与膨胀挤压筒5顶端的上开口相连，膨胀挤压筒5采用柔 性材料制成，上套筒组件l、上盖板2和上弹性密封件3上沿轴线方向设有与膨胀挤压筒5 的上开口相通的注浆管上过孔6和4个传力构件上过孔7，注桨管24的下部穿过注浆管上过 孔并伸入膨胀挤压筒5内，膨胀挤压筒5内填充有水泥基浆液或含膨胀剂的水泥基浆液。
如图9、图10、图11和图12所示，传力构件23采用表面镀锌的螺纹钢筋制成，或采用 表层涂刷环氧树脂的钢绞线或玻璃纤维筋(GFRP)或碳纤维筋(CFRP)或芳纶纤维筋(AFRP) 制成，传力构件23位于自由张拉段处的螺纹钢筋或钢绞线的表面包裹有低密度聚乙烯 (LDPE)或高密度聚乙烯(HDPE)或聚氯乙烯(PVC)套管。图9和图IO所示的岩土工程 用可控膨胀挤压土体装置中的传力构件23的下部自下而上的分别连接有承载板25和承载板 21，图11和图12所示的岩土工程用可控膨胀挤压土体装置中的传力构件23的下部自下而上 的分别连接有承载板25、承载板21和承载板21a。
图10和图12所示的传力构件23位于膨胀挤压筒5内的螺纹钢筋或钢绞线的表面包裹有 低密度聚乙烯(LDPE)或高密度聚乙烯(HDPE)或聚氯乙烯(PVC)套管30，由此构成压 力型或压力分散型锚固承载段。图9和图11所示的传力构件23位于膨胀挤压筒5内的螺纹 钢筋或钢绞线的表面没有包裹套管，由此构成拉压复合型锚固承载段。对于近海堤岸、浅滩 地区、盐渍土区域、垃圾卫生填埋场等高腐蚀环境，传力构件23位于膨胀挤压筒5内的螺纹 钢筋或钢绞线的表面包裹有低密度聚乙烯(LDPE)或高密度聚乙烯(HDPE)或聚氯乙烯(PVC) 套管30，可以进一步增强本发明的多重防腐型可控膨胀挤压土体锚杆的抗腐蚀性和耐久性。
上述各实施例中的膨胀挤压筒5外可以包覆有土层或水泥土层。对于近海堤岸、浅滩地 区、盐渍土区域、垃圾卫生填埋场等高腐蚀环境，采用膨胀挤压筒5外包覆有水泥土层，可 以进一步增强本发明的多重防腐型可控膨胀挤压土体锚杆的抗腐蚀性和耐久性。
施作上述的多重防腐型可控膨胀挤压土体锚杆的施工方法，其包括如下步骤
A、 将钻机就位，并将钻杆定位于锚孔位置处，在锚孔位置处施打设计深度的钻孔；
B、 启动高压注浆泵，在提钻的同时，在锚孔中的挤扩锚固段长度范围内以20~40MPa 的压力进行清水或水泥基浆液的高压喷射注浆，以扩大挤扩锚固段的锚孔直径至设计要求， 并将钻杆及钻头逐渐退出锚孔；
C、 将岩土工程用可控膨胀挤压土体装置折叠成设计形状，将注浆管24插入岩土工程用 可控膨胀挤压土体装置的膨胀挤压筒5内，将至少一个传力构件23插入岩土工程用可控膨胀 挤压土体装置的膨胀挤压筒5，将每个传力构件23与一个以上的承载板固定相连，再将岩土 工程用可控膨胀挤压土体装置顺着锚孔插入至锚孔浆液中的设计位置，并利用注浆管24抽出 膨胀挤压筒5内的气体，或在岩土工程用可控膨胀挤压土体装置上插装一根排气管用于在向膨胀挤压筒5内注浆时排放膨胀挤压筒5内的气体；
D. 、再次启动高压注浆泵并通过注浆管24，向锚孔深部的岩土工程用可控膨胀挤压土休 装置的膨胀挤压筒5内以小于5MPa的注浆压力注入水泥基浆液或含膨胀剂的水泥基浆液， 待注浆量达到设计要求的膨胀体积量或注浆泵泵压突然增大时关闭注浆管24;
E、 待锚孔内和膨胀挤压筒5内浆液固结并达到设计强度要求后，按照现有技术安装外锚 具并张拉至设计锚定力后紧固锁定，完成一根本发明的多重防腐型可控膨胀挤压土体锚杆。
上述步骤A中的钻机采用能够实施钻进成孔和高压喷射注浆一体化施工工艺的钻机，钻 孔的孔径为80 220mrn;上述步骤B中的旋喷注浆的方法可采用单管法、双重管法、三重管 法或多重管法，高压喷射注浆钻头的转速为8~20r/min，钻头的提升速度为8~22cm/min，注 入浆液的流量为60~150L/min;上述步骤C中采用真空泵通过注浆管24抽出膨胀挤压筒5内 的气体；上述步骤D中注入水泥基浆液的流量为5~30L/s。
上面所述的实施例仅仅是对本发明优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限 定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案作出 的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。
权利要求
1.多重防腐型可控膨胀挤压土体锚杆，包括锚固段、自由张拉段、外锚头、注浆管(24)、一个以上的传力构件(23)和一个以上的承载板，自由张拉段内设有用于支撑注浆管(24)和每个传力构件(23)的对中支架，传力构件(23)的底端与承载板(21)固定相连，其特征是所述锚固段包括岩土工程用可控膨胀挤压土体装置，岩土工程用可控膨胀挤压土体装置包括上套筒组件(1)，上套筒组件(1)的顶端固定有上盖板，上套筒组件(1)内的上部设有上弹性密封件，上套筒组件(1)的下部与膨胀挤压筒(5)顶端的上开口相连，膨胀挤压筒(5)采用柔性材料制成，所述上套筒组件(1)、所述上盖板和所述上弹性密封件上沿轴线方向设有与所述膨胀挤压筒(5)的上开口相通的注浆管上过孔(6)和至少一个传力构件上过孔(7)，所述注浆管(24)的下部穿过注浆管上过孔(6)并伸入所述膨胀挤压筒(5)内，每个所述传力构件(23)穿过所述传力构件上过孔(7)并伸入膨胀挤压筒(5)内，膨胀挤压筒(5)内填充有水泥基浆液或含膨胀剂的水泥基浆液。
2. 如权利要求1所述的多重防腐型可控膨胀挤压土体锚杆，其特征是所述承载板(21) 位于膨胀挤压筒(5)内，所述膨胀挤压筒(5)外包覆有土层或水泥土层，所述上弹性密封 件采用具有弹性的橡胶或沥青或聚四氟乙烯材料制成。
3. 如权利要求2所述的多重防腐型可控膨胀挤压土体锚杆，其特征是:所述传力构件(23) 采用表面镀锌的螺纹钢筋或表层涂刷环氧树脂的钢绞线或玻璃纤维筋(GFRP)或碳纤维筋(CFRP)或芳纶纤维筋(AFRP)制成，传力构件(23)位于所述自由张拉段处的螺纹钢筋 或钢绞线的表面包裹有低密度聚乙烯(LDPE)或高密度聚乙烯(HDPE)或聚氯乙烯(PVC) 套管。
4. 如权利要求3所述的多重防腐型可控膨胀挤压土体锚杆，其特征是所述传力构件(23) 位于所述膨胀挤压筒(5)内的螺纹钢筋或钢绞线的表面包裹有低密度聚乙烯(LDPE)或高 密度聚乙烯(HDPE)或聚氯乙烯(PVC)套管。
5. 如权利要求4所述的多重防腐型可控膨胀挤压土体锚杆，其特征是所述上套筒组件 (1)包括上筒(IIA)、上承载板(19A)和下筒(18)，上筒(11A)的底端焊接固定在上承载板(19A)的上端面上，所述下筒(18)的顶端焊接固定在上承载板(19A)的下端面上， 所述上盖板(2A)采用螺纹连接或焊接安装在上筒(11A)的顶端，所述上弹性密封件(3A) 设置在上筒(11A)内，所述下筒(18)的外侧壁上沿圆周方向并列地设有多个上防滑凸棱 (16)，所述膨胀挤压筒(5)的上开口套装在下筒(18)的外侧壁上，并采用一个以上的上 卡箍(14)固定，所述上筒(11A)和下筒(18)为横截面是圆形或椭圆形或矩形或六边形 或八边形的柱形筒。
6. 如权利要求5所述的多重防腐型可控膨胀挤压土体锚杆，其特征是所述膨胀挤压筒 (5)的底端设有下开口，膨胀挤压筒(5)的下开口与下套筒组件(9)的顶端相连，下套筒组件(9)内设有下弹性密封件，下弹性密封件采用具有弹性的橡胶或沥青或聚四氟乙烯材料制成，下套筒组件(9)的底端固定有下盖板，在所述承载板和所述下弹性密封件上沿轴线方 向设有至少一个传力构件下过孔，每个所述传力构件(23)穿过传力构件下过孔。
7. 如权利要求6所述的多重防腐型可控膨胀挤压土体锚杆，其特征是所述下套筒组件 (9)包括上空筒(28)和下空筒(27B)，上空筒(28)的底端焊接固定在所述承载板(25B)的上端面上，所述下空筒(27B)的顶端焊接固定在承载板(25B)的下端面上，所述下盖板 (12B)采用螺纹连接或焊接安装在下空筒(27B)的底端，所述下弹性密封件(10B)设置在下空筒(27B)内，所述上空筒(28)的外侧壁上沿圆周方向并列地设有多个下防滑凸棱 (17)，所述膨胀挤压筒(5)的下开口套装在上空筒(28)的外侧壁上，并采用一个以上的下卡箍(15)固定，所述上空筒(28)和下空筒(27B)为横截面是圆形或椭圆形或矩形或六边形或八边形的柱形筒，膨胀挤压筒(5)所使用材料的抗拉强度为7MPa以上，膨胀挤压筒(5)所使用材料的渗透系数小于10—7cm/s。
8. 实现权利要求1至7中任何一项所述的多重防腐型可控膨胀挤压土体锚杆的施工方法， 其特征在于包括如下步骤A、 将钻机就位，并将钻杆定位于锚孔位置处，在锚孔位置处施打设计深度的钻孔；B、 启动高压注浆泵，在提钻的同时，在锚孔中的挤扩锚固段长度范围内以18~40MPa 的压力进行清水或水泥基浆液的高压喷射注浆，以扩大挤扩锚固段的锚孔直径至设计要求， 并将钻杆及钻头逐渐退出锚孔；C、 将岩土工程用可控膨胀挤压土体装置折叠成设计形状，将注浆管(24)插入岩土工 程用可控膨胀挤压土体装置的膨胀挤压筒(5)内，将至少一个传力构件(23)插入岩土工程 用可控膨胀挤压土体装置的膨胀挤压筒(5)，将每个传力构件(23)与一个以上承载板(21) 固定相连，再将岩土工程用可控膨胀挤压土体装置顺着锚孔插入至锚孔浆液中的设计位置， 并利用注浆管(24)抽出膨胀挤压筒(5)内的气体，或在岩土工程用可控膨胀挤压土体装置 上插装一根排气管用于在向膨胀挤压筒(5)内注浆时排放膨胀挤压筒(5)内的气体；D、 再次启动高压注浆泵并通过注浆管(24)，向锚孔深部的岩土工程用可控膨胀挤压土 体装置的膨胀挤压筒(5)内以小于6MPa的注浆压力注入水泥基浆液或含膨胀剂的水泥基浆 液，待注浆量达到设计要求的膨胀体积量或注浆泵泵压突然增犬时关闭注浆管(24);E、 待锚孔内和膨胀挤压筒(5)内浆液固结并达到设计强度要求后，按照现有技术安装 外锚具并张拉至设计锚定力后紧固锁定，完成一根本发明的多重防腐型可控膨胀挤压土体锚 杆。
9. 根据权利要求8所述的多重防腐型可控膨胀挤压土体锚杆的施工方法，其特征是所述步骤A中的钻机采用能够实施钻进成孔和高压喷射注浆一体化施工工艺的钻机，钻孔的孔 径为80 220mm;所述步骤B中的高压喷射注浆方法可采用单管法、双重管法、三重管法或 多重管法，高压喷射注浆钻头的转速为8~25r/min，钻头的提升速度为8~30cm/min，注入浆 液的流量为60~200L/min;所述步骤C中采用真空泵通过注浆管(24)抽出膨胀挤压筒(5) 内的气体；所述步骤D中注入水泥基浆液的流量为5~40L/s。
全文摘要
一种多重防腐型可控膨胀挤压土体锚杆，包括锚固段、自由张拉段、外锚头、注浆管、至少一个传力构件和一个以上的承载板，锚固段包括岩土工程用可控膨胀挤压土体装置，岩土工程用可控膨胀挤压土体装置包括上套筒组件，下套筒组件和膨胀挤压筒，膨胀挤压筒内填充有水泥基浆液或含膨胀剂的水泥基浆液。多重防腐型可控膨胀挤压土体锚杆的施工方法，包括向锚孔深部的岩土工程用可控膨胀挤压土体装置的膨胀挤压筒内注入水泥基浆液或含膨胀剂的水泥基浆液。其目的在于提供一种适用于复杂、软弱、腐蚀性地层，可抑制锚固体浆液流失，控制锚固段扩体大小，承载力高、耐久性好、成本低廉的多重防腐型可控膨胀挤压土体锚杆及施工方法。
文档编号E21D21/00GK101550696SQ20091008383
公开日2009年10月7日 申请日期2009年5月7日 优先权日2009年5月7日
发明者钟 刘, 义 张, 松 杨, 马利军 申请人:中国京冶工程技术有限公司;中冶建筑研究总院有限公司