专利名称：岩石锚杆的结构及施工方法
技术领域：
本发明涉及岩土工程领域，具体来讲是一种用于岩石地基的岩石锚杆的结构及施工方法。
背景技术：
在岩土工程中，在岩石地基上施工建筑物时，由于岩石地基不同于软土地基，岩石地基能承受较大的建筑物荷载的压力，下沉降基甚少，不用设置专门的抗压结构；但地下水位上升时，尤其是在建筑物底板上部的结构正在施工时，底板上部的荷载较小，无法抵抗地下水上升的浮力，引起底板及底板上部结构向上位移，造成建筑物局部损坏，故在岩石地基上施工建筑物，需要采用足够的岩石锚杆(也称岩石抗拔桩)来提供抗拔力，以抵御地下水上浮的浮力。如图1所示，现有技术的岩石锚杆的结构为，岩石地基102中设有多个锚孔104，每个锚孔104内安装有一根锚杆体103，锚杆体103 —般是采用热轧钢筋或钢绞线，锚孔104 孔壁和锚杆体103之间灌注有锚固浆体105，每根锚杆体103的顶端高于锚孔104的顶端， 岩石地基102上方浇筑有建筑物的混凝土底板101，每根锚杆体103的顶端与混凝土底板 101内的钢筋固定且每根锚杆体103的顶端锚固在混凝土底板101的混凝土内。现有技术的岩石锚杆的施工方法如下
a、在岩石地基上根据设计要求钻多个锚孔，然后，将锚孔中的杂物如碎石块清理干净， 即清孔；
b、向每个锚孔内放置一根锚杆体，该锚杆体采用定位装置安装在锚孔的中心位置，每根锚杆体的顶端上凸于锚孔的顶端，定位装置一般为三个一组的多组翅片，每组翅片固定在锚杆体上的圆周上，每组的三个翅片沿周向均勻分布，翅片的宽度略小于锚杆体圆周面与锚孔孔壁的距离；
C、向锚孔内注浆，直至浆液与岩石地基的顶面平齐，灌注的浆液为水泥砂浆或细石混凝土；
d、待锚孔内混凝土强度达到设计要求后，在岩石地基上方敷设建筑物混凝土底板的钢筋网，并将每根锚杆体的上端与底板钢筋网固定；
e、敷设建筑物底板的侧模板，并浇筑建筑物底板的混凝土。以上现有技术的岩石锚杆的结构及施工方法存在以下缺陷为了保证岩石锚杆的抗拔力达到设计要求，需要钻多个锚孔并对每个锚孔清孔，由于锚孔的数目过多，这样，就需要多次的钻孔和多次的清孔，其过程复杂繁琐，耗费工时长，施工强度大；而且，在岩石地基上钻的锚孔数目过多，可能会对岩石地基的内部结构造成破坏和损伤，影响整个建筑物的质量和安全。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，提供一种能减少锚孔的数量、避免岩石地基被破坏损伤的岩石锚杆的结构。本发明的技术解决方案是，提供一种岩石锚杆的结构，它包括设于岩石地基内的多个锚孔和多根锚杆体，锚杆体包括锚固在锚孔内的锚孔段和锚固在位于岩石地基上方的混凝土底板内的底板段，每个锚孔内锚固有一组三根锚杆体，同组的三根锚杆体的锚孔段相互焊接，同组的三根锚杆体的底板段均弯折，且每根锚杆体的弯折段与竖直向的夹角β 相同且夹角β小于或等于45°，而且从俯视形状看每根锚杆体的弯折段与同组的其它锚杆体的弯折段的夹角均为120°，同组的三根锚杆体的弯折段之间固定有不少于三层的水平向的异型焊接网，每根锚杆体的底板段与混凝土底板的钢筋网固定。每根锚杆体的弯折段与竖直向的夹角β为45°。每层异型焊接网与相邻层的异型焊接网的距离为0. :3m。本发明要解决的另一技术问题是，提供一种能减少锚孔的数量、避免岩石地基被破坏损伤的岩石锚杆体的施工方法。本发明的另一技术解决方案是，一种岩石锚杆的施工方法，其步骤如下
a、在岩石地基上根据设计要求钻多个锚孔，然后，将每个锚孔中的杂物如碎石块清理干净；
b、每三根相同的锚杆体作为一组，将每组的三根锚杆体头、尾并齐放置，从横截面看， 三根锚杆体呈三角形分布，每根锚杆体由用于锚固在锚孔中的锚孔段和用于锚固在混凝土底板中的底板段构成，将并齐放置好的三根锚杆体的锚孔段相互焊接；
C、向每个锚孔内放置三根焊接好的锚杆体，且采用定位装置使得三根锚杆体位于锚孔的中心附近而不与锚孔孔壁接触，每组的三根锚杆体的锚孔段位于锚孔中，每组的三根锚杆体的底板段上凸于锚孔；
d、向锚孔内注浆，直至浆液与岩石地基的顶面平齐，使得每组的三根锚杆体的锚孔段锚固在锚孔内；
e、待锚孔内的锚固浆体的强度达到设计要求后，在岩石地基上方敷设建筑物混凝土底板的下层钢筋网，而每组的三根锚杆体的顶端高于下层钢筋网，每组的三根锚杆体与下层钢筋网接触的部分与下层钢筋网绑扎；
f、将每组的三根锚杆体高于混凝土底板下层钢筋网的部分弯折，使得每组的三根锚杆体的弯折段与竖直向的夹角β相同且夹角β小于或等于45°，而且从俯视形状看每根锚杆体的弯折段与同组的其它锚杆体的弯折段的夹角均为120° ；
g、用水平向的正三角形的异型焊接网将同组的三根锚杆体的弯折段连接，异型焊接网不少于3层，每层异型焊接网的距离相等；
h、在混凝土底板下层钢筋网上固定混凝土底板上层钢筋网，上层钢筋网的顶面高于每根锚杆体的顶端，将锚杆体与上层钢筋网接触的部分与上层钢筋网绑扎；
i、敷设建筑物混凝土底板的侧模板，再浇筑建筑物的混凝土底板的混凝土。步骤b中的三根锚杆体的锚孔段相互焊接是指，每隔0. 5m将三根锚孔段焊接到一起，焊缝的长度为0. 05m。采用以上结构及方法后，本发明岩石锚杆的结构及施工方法与现有技术相比，具有以下显著优点和有益效果
由行业内常识可以，岩石锚杆的抗拔承载力与锚孔的横截面积、锚杆体的直径，锚杆体的有效锚固长度、锚固浆体与锚杆体的粘结以及锚固浆体与锚孔的粘结有关。而本发明的岩石锚杆，采用的浆体与现有技术相同，故可以理解为本发明的锚固浆体与锚杆体的粘结以及锚固浆体与锚孔的粘结均和现有技术相同；再由于本发明的锚杆体与现有技术采用的是相同的锚杆体，故锚杆体的直径与现有技术相同，又将本发明的锚孔的直径设为现有技
术锚孔的直径的S倍，这样，本发
明的锚孔的横截面就等于现有技术锚孔横截面的3倍，同时，本发明的锚孔深度与现有技术的锚孔深度一致，即本发明的有效锚固长度与现有技术一致，综上，本发明的带三根锚杆体的一个锚孔的抗拔承载力不低于现有技术的三个带一根锚杆体的锚孔的抗拔承载力。由于本发明一个带三根锚杆体的锚孔的抗拔承载力不低于现有技术的三个带一根锚杆体的锚孔，这样，在整体抗拔承载力不下降的前提下，极大程度的减少了锚孔的数目，即锚孔数目只有原来的三分之一，这样，只需要更换不同尺寸的钻头，就能少打三分之二的锚孔，同样，也少清理三分之二的锚孔，故简化了施工过程，缩短了工时，降低了施工劳动强度；其次，由于钻孔的数目减少，这就避免了过多钻孔对岩石地基的内部结构造成破坏和损伤，提高了整个建筑物的质量和安全；再次，由于同组的三根锚杆体的锚孔段相互焊接为一体，且同组的三根锚杆体的底板段也被异型焊接网连接为一体，这样，就形成了层层相互咬合的效应，使得锚杆体锚固粘结牢固可靠，更不易被破坏。为了加深对以上技术效果的理解，以下结合具体计算公式和数据对以上岩石锚杆的抗拔承载力做进一步分析。岩石锚杆的抗拔承载力是指锚杆体自身的轴向拉力设计值Ntl、锚固浆体与锚孔
之间的粘结强度^以及锚固浆体与锚杆体之间的粘结强度^三个值中的最小值。这三个值的公式如下
1、N11+JTi，其中Js是锚杆体的截面积；f,是锚杆体的抗拉强度标准值，
由《混凝土结构设计规范》GB50010-2010中取，现有技术和本发明的锚杆体一般是采用热轧钢筋HRB400，其的值为400N/mm2 ;《是锚杆体的抗拉安全系数，从标准化协会标准《岩土锚杆(索)技术规程》CECS22:2005规定中取，其值为1. 6。2,- JT，其中，Ie是锚杆体有效锚固长度，D是锚孔直径，
是锚固浆体与锚孔之间的粘结强度标准值，从CECS22:2005规定中取，其值为1.2 N/
mm2 ； Ψ是锚固长度对粘结强度的影响系数，从CECS22:2005规定中取，其值为1. 3 ；K为锚固浆体的抗拔安全系数，从CECS22 2005规定中取，其值为2. 0。3, A^i3 <χBXJrxdκζχ/ κψ^Κ，其中，Ιβ、Κ、Ψ 与公式 2 相同，d 为锚杆
体的直径；η为锚孔内锚杆体的根数；ζ为采用多根锚杆体时界面粘结强度降低系数， 从CECS22:2005规定中取，其值为0.8;/ 为锚固浆体与锚杆体的粘结强度标准值，从 CECS22:2005规定中取，其值为3. 0 N/mm2。我们将多组锚杆体的直径d、锚孔的直径D、有效锚固长度1 带入计算，如当d为 20mm、D 为 60mm、Ia 为 3m 时，计算出 Nn 为 78. 3KN, ^i2 为 441. 3KN, Mts 为 294KN ； d 为 25mm、CN 102444123 A
D 为 75讓、Ie 为 3m 时，计算出 Ntt 为 122. 7KN, W12 为 551. 4KN, Νβ 为 459. 5ΚΝ ；d 为 32讓、D 为96mm、为3m时，计算出Nll为201KN，ATa为705. 7KN, Ng5为470KN ；通过以上计算结果能发现以下规律，由于岩石锚杆的抗拔承载力是Νη、!^、2 β三个值中的最小值，而每次计算的结果Na都远小于其它两个值，Nn就是岩石锚杆的实际抗拔承载力，故岩石锚杆的实际抗拔承载力是由公式1 Ν^ Λχ^+Ι；来决定和控制的。当然，以公式1为岩石锚杆的实际抗拔承载力控制公式，是要在锚固浆体与锚孔之间的粘结强度标准值&大于0. 47Mpa以上的岩石即较软岩、较硬岩、硬岩中实现的。本发明采用的锚杆体和现有技术相同，都是用热轧钢筋HRB400，故本发明锚杆体的截面积Λ、锚杆体的抗拉强度标准值/#和锚杆体的抗拉安全系数式均与现有技术相同，故本发明的锚杆体与现有技术锚杆体的抗拔承载力相同。为了保证本发明施工方法钻一个锚孔的体积与现有技术钻三个锚孔的体积相等， 本发明的锚孔深度与现有技术的锚孔深度相同，即锚杆体的有效锚固长度相同，而且本发
明的锚孔的直径为现有技术锚孔直径的占倍，换句话说，为了达到钻孔的体积相同的目的，本发明的锚孔直径为现有技术锚孔直径的j倍，即^ = ^o。而本发明锚孔的直径巧必须符合构造规定，即必须满足以下不等式 4、rfz I 50mm<Dz <3dz。其中，rfz是本发明锚杆体的直径，由于本发明是三根并拢的锚杆体，故就是三根锚杆体的外切圆的直径，三根锚杆体中每根的直径4就是现有技术的一根锚杆体的直径 ,而 rf: = 2,155 do ο我们将多组锚杆体的直径4 、锚孔的直径、带入计算，如为20mm，为 60mm 时，d2Hl·50mm 的值为 93mm, D2 为 104mm, Ikd1 为 129mm ；当《为 25mm, D0 为 75mm 时，i/z+50mm 的值为 104讓，D2 为 130mm, 3rfz 为 162mm 、丨'ι da、J、j 32讓，D0 为 96mm 时，
+SObbw的值为119mm，D2为166mm，M2为207謹；通过以上计算结果能发现以下规律， 本发明的锚孔的直径取现有技术锚孔直径的S倍即D2 =加…H.,是满足不等式4的，也
就是符合构造规定的。换句话说，本发明的锚孔直径能取现有技术锚孔直径的占倍。综上所述，本发明带三根锚杆体的一个锚孔的抗拔承载力与现有技术的三个带一根锚杆体的锚孔的抗拔承载力相同且钻孔的体积也相同。
图1是现有技术的岩石锚杆的结构的剖视结构示意图(已在背景技术中结合标记说明，故以下具体实施方式
中不再叙述)。
7
图2是本发明岩石锚杆的结构的剖视结构示意图。图3是本发明岩石锚杆的结构中的异型焊接网安装在同组的三根锚杆体上时的放大俯视结构示意图。图4是本发明岩石锚杆的结构的锚杆体的锚孔段的局部结构示意图。图5是图4的放大俯视结构示意图。图中所示
现有技术的部件
101、混凝土底板，102、岩石地基，103、锚杆体，104、锚孔，105、锚固浆体。本发明的部件
1、混凝土底板，2、岩石地基，3、锚杆体，3. 1、锚孔段，3. 2、底板段，3. 2. 1、弯折段，4、锚孔，5、锚固浆体，6、异型焊接网，7、焊缝。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但本发明不仅局限于以下实施例。如图2、图3、图4、图5所示，本发明岩石锚杆的结构，它包括设于岩石地基2内的多个锚孔4和多根锚杆体3。锚杆体3包括锚固在锚孔4内的锚孔段3. 1和锚固在位于岩石地基2上方的混凝土底板1内的底板段3. 2。每个锚孔4内锚固有一组三根锚杆体3，同组的三根锚杆体3的锚孔段3. 1相互焊接。同组的三根锚杆体3的底板段3. 2均弯折，且每根锚杆体3的弯折段3. 2. 1与竖直向的夹角β相同且夹角β为45°，而且从俯视形状看，每根锚杆体3的弯折段3. 2.1与同组的其它锚杆体3的弯折段3. 2.1的夹角均为120°。同组的三根锚杆体3的弯折段3. 2. 1之间固定有三层的水平向的异型焊接网6，每层异型焊接网6与相邻层的异型焊接网6的距离为0. :3m。每根锚杆体3的底板段3. 2与混凝土底板1 的钢筋网固定。本发明岩石锚杆的施工方法，其步骤如下。a、在岩石地基2上根据设计要求钻多个锚孔4，然后，将每个锚孔4中的杂物如碎石块清理干净，即清孔。b、每三根相同的锚杆体3作为一组，将每组的三根锚杆体3头、尾并齐放置，具体的说，就是三根锚杆体3的头端也就是上端均平齐，三根锚杆体3的尾端也就是下端均平齐，三根锚杆体3靠拢在一起，其圆周面相互接触。而从横截面看，三根锚杆体3呈三角形分布。每根锚杆体3由用于锚固在锚孔4中的锚孔段3. 1和用于锚固在混凝土底板1中的底板段3. 2构成。将头、尾并齐放置好的三根锚杆体3的锚孔段3. 1相互焊接。步骤b中的同组的三根锚杆体3的锚孔段3. 1相互焊接是指，每隔0. 5m将三根锚孔段3. 1焊接到一起，每次焊接的焊缝7的长度为0. 05m，每次焊接，是将一根锚杆体的圆周面与相邻的另一根锚杆体的圆周面相互接触的位置焊接在一起。c、向每个锚孔4内放置三根焊接好的锚杆体3，且采用定位装置使得三根锚杆体3 位于锚孔4的中心附近而不与锚孔4孔壁接触，每组的三根锚杆体3的锚孔段3. 1位于锚孔4中，每组的三根锚杆体3的底板段3. 2上凸于锚孔4。定位装置是与现有技术相同的定位装置，即三个翅片，每个翅片固定在每根锚杆体3远离同组的其它两个锚杆体3的一侧，通过翅片将每根锚杆体3与锚孔4的孔壁分隔开。d、向锚孔4内灌注水泥砂浆或细石混凝土，即注浆，直至浆液与岩石地基2的顶面平齐，使得每组的三根锚杆体3的锚孔段3. 1锚固在锚孔4内，而在锚杆体3的锚孔段3. 1 和锚孔4之间的浆液锚固后形成了锚固浆液5。e、待锚孔4内的锚固浆体5的强度达到设计要求后，在岩石地基2上方敷设建筑物混凝土底板1的下层钢筋网，而每组的三根锚杆体3的顶端高于下层钢筋网，每组的三根锚杆体3与下层钢筋网接触的部分与下层钢筋网绑扎。f、将每组的三根锚杆体3高于混凝土底板1的下层钢筋笼的部分弯折，使得每组的三根锚杆体3的弯折段3. 2. 1与竖直向的夹角β相同且夹角β小于或等于45°，本发明的夹角β为45°，而且从俯视形状看每根锚杆体3的弯折段3. 2. 1与同组的其它锚杆体3 的弯折段3. 2. 1的夹角均为120°。g、用水平向的正三角形的异型焊接网6将同组的三根锚杆体3的弯折段3. 2. 1连接，异型焊接网6不少于3层，每层异型焊接网6与相邻层的异型焊接网6的距离相等，该距离均等于0. 3mοh、在混凝土底板1下层钢筋网上固定混凝土底板1上层钢筋网，固定在一起的上层钢筋网和下层钢筋网形成了混凝土底板1的整体钢筋网。混凝土底板1上层钢筋网的顶面高于每根锚杆体3的顶端，将锚杆体3与上层钢筋网接触的部分与上层钢筋网绑扎。i、敷设建筑物混凝土底板1的侧模板，再浇筑建筑物的混凝土底板1的混凝土。
权利要求
1.一种岩石锚杆的结构，它包括设于岩石地基(2)内的多个锚孔(4)和多根锚杆体 (3)，锚杆体(3)包括锚固在锚孔(4)内的锚孔段(3. 1)和锚固在位于岩石地基(2)上方的混凝土底板(1)内的底板段(3. 2)，其特征在于每个锚孔(4)内锚固有一组三根锚杆体(3)， 同组的三根锚杆体(3)的锚孔段(3. 1)相互焊接，同组的三根锚杆体(3)的底板段(3. 2) 均弯折，且每根锚杆体(3)的弯折段(3. 2. 1)与竖直向的夹角β相同且夹角β小于或等于 45°，而且从俯视形状看每根锚杆体(3)的弯折段(3. 2. 1)与同组的其它锚杆体(3)的弯折段(3. 2. 1)的夹角均为120°，同组的三根锚杆体(3)的弯折段(3. 2. 1)之间固定有不少于三层的水平向的异型焊接网(6)，每根锚杆体(3)的底板段(3. 2)与混凝土底板(1)的钢筋网固定。
2.根据权利要求1所述的岩石锚杆的结构，其特征在于每根锚杆体(3)的弯折段 (3.2. 1)与竖直向的夹角β为45°。
3.根据权利要求1所述的岩石锚杆的结构，其特征在于每层异型焊接网(6)与相邻层的异型焊接网(6)的距离为0. :3m。
4.一种岩石锚杆的施工方法，其特征在于其步骤如下，a、在岩石地基(2)上根据设计要求钻多个锚孔(4)，然后，将每个锚孔(4)中的杂物如碎石块清理干净；b、每三根相同的锚杆体(3)作为一组，将每组的三根锚杆体(3)头、尾并齐放置，从横截面看，三根锚杆体(3)呈三角形分布，每根锚杆体(3)由用于锚固在锚孔(4)中的锚孔段 (3. 1)和用于锚固在混凝土底板(1)中的底板段(3. 2)构成，将并齐放置好的三根锚杆体 (3)的锚孔段(3.1)相互焊接;c、向每个锚孔(4)内放置三根焊接好的锚杆体(3)，且采用定位装置使得三根锚杆体 (3)位于锚孔(4)的中心附近而不与锚孔(4)孔壁接触，每组的三根锚杆体(3)的锚孔段 (3. 1)位于锚孔(4)中，每组的三根锚杆体(3)的底板段(3. 2)上凸于锚孔(4)；d、向锚孔(4)内注浆，直至浆液与岩石地基(2)的顶面平齐，使得每组的三根锚杆体 (3)的锚孔段(3. 1)锚固在锚孔(4)内；e、待锚孔(4)内的锚固浆体(5)的强度达到设计要求后，在岩石地基(2)上方敷设建筑物混凝土底板(1)的下层钢筋网，而每组的三根锚杆体(3)的顶端高于下层钢筋网，每组的三根锚杆体(3)与下层钢筋网接触的部分与下层钢筋网绑扎；f、将每组的三根锚杆体(3)高于混凝土底板(1)下层钢筋网的部分弯折，使得每组的三根锚杆体(3)的弯折段(3. 2. 1)与竖直向的夹角β相同且夹角β小于或等于45°，而且从俯视形状看每根锚杆体(3)的弯折段(3. 2. 1)与同组的其它锚杆体(3)的弯折段(3. 2. 1) 的夹角均为120° ；g、用水平向的正三角形的异型焊接网(6)将同组的三根锚杆体(3)的弯折段(3.2. 1) 连接，异型焊接网(6)不少于3层，每层异型焊接网(6)的距离相等；h、在混凝土底板(1)下层钢筋网上固定混凝土底板(1)上层钢筋网，上层钢筋网的顶面高于每根锚杆体(3)的顶端，将锚杆体(3)与上层钢筋网接触的部分与上层钢筋网绑扎；i、敷设建筑物混凝土底板(1)的侧模板，再浇筑建筑物的混凝土底板(1)的混凝土。
5.根据权利要求4所述的岩石锚杆的施工方法，其特征在于步骤b中的三根锚杆体 (3)的锚孔段(3. 1)相互焊接是指，每隔0. 5m将三根锚孔段(3. 1)焊接到一起，焊缝(7)的长度为0. 05m。
全文摘要
本发明公开了一种岩石锚杆的结构及施工方法，其结构包括岩石地基(2)内的锚孔(4)，每个锚孔(4)内锚固有一组三根锚杆体(3)，同组的三根锚杆体(3)的锚孔段(3.1)相互焊接，同组的三根锚杆体(3)的弯折段(3.2.1)之间固定有异型焊接网(6)；其施工方法的关键在于将三根锚杆体(3)的锚孔段(3.1)相互焊接后放入一个锚孔(4)中，用异型焊接网(6)将同组的三根锚杆体(3)的弯折段(3.2.1)连接。该岩石锚杆的结构及施工方法能能减少锚孔(4)的数量、避免岩石地基(2)被破坏损伤。
文档编号E02D5/76GK102444123SQ201110333868
公开日2012年5月9日 申请日期2011年10月28日 优先权日2011年10月28日
发明者徐江利, 汪东曙, 程林军 申请人:博坤建设集团有限公司