专利名称：全可回收扩体锚杆及用该锚杆对岩土进行锚固的施工方法
技术领域：
本发明涉及一种应用于土木工程领域的岩土临时锚固工程使用的锚杆及其施工方法。
背景技术：
在岩土工程领域内，各类临时边坡、深基坑开挖支护的临时锚固工程中，都需要采用预应力锚固技术使边坡和基坑侧壁保持稳定。目前大量采用传统全长等直径的锚固工艺来施工基坑支护工程，此类传统锚固法存在以下两点问题I.在工程地质条件较为复杂的地层内，如设置于软弱松散地层内的锚杆(索)，受锚固段摩擦力较低等因素制约，造成单位锚固承载力偏低，变形量较大，传统锚固工艺中通常采用增加单元锚杆(索)的长度或跟管钻进的方案来解决此类问题，从而导致成孔费用的、急剧上升和锚筋材料的浪费，不利于节约钢材、水泥和节能减排。2.临时支护体系中的锚杆在服役期结束后已无任何作用，桩锚体系在作为一种临时性支护结构，在城市建设与市政基坑工程中广泛应用，这些用于支护的锚杆在服务期结束后留存在未来的建设场地地下，不可回收，造成严重的地下污染和资源浪费，据不完全统计，仅北京地区一年就有超千吨的无粘结钢绞线留存于地下；而用于基坑支护的锚杆，常出现伸出红线范围，侵犯了邻近建筑的地下空间，为邻近空间开发时增加了地下障碍和建设费用。随着节能、环保要求的提高，特别是项目甲方法律意识的增强，锚杆施工超越红线建设逐渐被立法限制，临时锚固工程的无粘结钢绞线回收和重复使用技术已成为世界上很多国家及地区的研发方向，是实现地下建筑垃圾减量、绿色环保施工的重要发展方向。因此，对可拆除、可重复利用且能够实施扩体的锚固技术体系开展研究，进行可拆除、可重复利用扩体锚杆的结构装配设计和可拆除工艺的开发，研制出可拆除、可重复利用的大吨位绿色环保锚固体系配套施工技术就是对整个锚固行业技术水平和产业化发展的一次提升和引领。目前，我国已开发出的一些扩体锚固施工工艺都是用增大锚孔直径的单一方式来提升锚固力，无法实施锚筋可回收，在配套的锚束体结构形式和锚杆结构件的创新方面无相应提升，这就限制了扩体锚固这种技术在诸如地铁隧道穿越处的基坑工程中或邻近建筑基坑相距较近的情况中的应用，影响了技术的进一步发展应用。例如，申请号为94108778. 6的中国发明专利申请提出的“大头锚杆施工方法及其使用的专用钻机”，中国发明专利ZL01103578. I提出的“一种用于锚杆施工的高压喷射扩孔法”，中国发明专利ZL01144443. 6提出的“土体锚杆的施工方法及其所采用的锚杆组合件”，中国发明专利ZL200510021318. 9提出的“高压喷射扩大头锚杆的施工方法和装置”等都存在上述锚筋回收的技术问题。可见，除扩孔工艺的改进外，基坑工程中扩体锚杆(索)的锚束体结构组成、及其对应扩体可回收装置的形式都应该适应于锚孔细长、锚根短粗的“端承式扩大头”形态，以实现将扩体锚固技术和可移除式锚固技术这两种国际先进锚固技术在同一根锚杆(索)的技术体系内融合应用，并方便快捷的同时实施，达到即缩短了锚固段长度、提高了单锚极限承载力，又使服役结束后的扩体锚杆的注浆管和锚束体筋材能够回收利用，从而同时显著提高临时锚固工程的环保性和经济性。
发明内容
本发明的目的是提供一种全可回 收扩体锚杆及用该锚杆对岩土进行锚固的施工方法，其可以在锚杆使用期结束后将锚杆的锚束体筋材及注浆管回收，减少资源浪费和对地下环境造成的污染，并且显著改善单元锚杆的承载和变形性能。为了实现上述目的，本发明的技术解决方案为一种全可回收扩体锚杆，包括主机架、密封包覆囊、至少一根无粘结钢绞线，其中，所述主机架包括注浆芯管、分别设置于注浆芯管上部、下部的上、下组件及旋绕在注浆芯管上并且上、下两端分别固定于上、下组件上的螺旋箍筋，所述上组件可相对注浆芯管沿轴向移动，所述注浆芯管顶部通过快速接头连接有注浆回收管，所述注浆芯管底部设有单向阀，所述密封包覆囊为两端开口的柔性袋状，套在所述主机架的注浆芯管和螺旋箍筋外，所述密封包覆囊两端分别固定于所述上、下组件上，并且与上、下组件之间相互密封，所述无粘结钢绞线绕在所述密封包覆囊外，所述无粘结钢绞线中部弯折处贴合于所述下组件底部，并且所述无粘结钢绞线两端沿所述注浆芯管轴向向上伸出，所述无粘结钢绞线靠近所述上组件的位置处可滑动连接于所述上组件外壁两侧。本发明全可回收扩体锚杆，其中，所述上组件包括上盖板和上套筒，所述上套筒固定于上盖板下方，所述上盖板通过中心孔螺接于所述注浆芯管上，所述上盖板外壁两侧分别设有至少一个固定夹爪，所述无粘结钢绞线两端靠近所述弯折的位置处分别夹持于所述上盖板外壁两侧的固定夹爪内。本发明全可回收扩体锚杆，其中，所述上套筒外壁设有至少一个周向环状卡槽，该周向环状卡槽内设有环状弹性密封件，所述密封包覆囊上端套在所述上套筒上，并通过环状上卡箍卡入所述上套筒的周向环状卡槽内，所述螺旋箍筋上端固定于所述上套筒底部。本发明全可回收扩体锚杆，其中，所述下组件包括下套筒和固定于该下套筒下方的承载墩头，所述下套筒套在所述注浆芯管下端，所述下套筒外壁设有至少一个周向环状卡槽，该周向环状卡槽内设有环状弹性密封件，所述密封包覆囊下端套在所述下套筒上，并通过环状下卡箍卡入所述下套筒的周向环状卡槽内，所述螺旋箍筋下端固定于所述下套筒顶部。本发明全可回收扩体锚杆，其中，所述承载墩头截面为U形，所述承载墩头外壁设有至少一个U形回转滑槽，所述无粘结钢绞线中部设置于所述U形回转滑槽内，并且所述U形回转滑槽的数量与所述无粘结钢绞线的数量及分别设置于上盖板外壁两侧的固定夹爪的数量均相等。本发明全可回收扩体锚杆，其中，所述承载墩头中心处设有轴向延伸的螺纹连接孔，所述承载墩头底部外侧套有导向盖板，所述导向盖板通过设置于所述螺纹连接孔内的预应力螺钉紧密贴合于所述承载墩头上，所述导向盖板为U形薄板状。本发明全可回收扩体锚杆，其中，所述无粘结钢绞线为两根，所述承载墩头外壁的U形回转滑槽为两个且相互平行的，所述上盖板外壁两侧所设的固定夹爪分别为两个，所述两根无粘结钢绞线中部弯折处分别设置于所述两个U形回转滑槽内，所述两根无粘结钢绞线分别夹持于所述上盖板两侧的固定夹爪内，并且所述两根无粘结钢绞线所在平面相互平行。本发明全可回收扩体锚杆，其中，所述无粘结钢绞线与所述密封包覆囊外套有弹性绑扎器。一种采用上述锚杆对岩土进行锚固的施工方法，其中，该方法包括以下步骤A、先在基坑侧壁打一个直锚孔，B、然后在上述直锚孔末端打直径大于上述直锚孔直径的扩孔段，C、将上述全可回收扩体锚杆置入所述扩孔段的预设位置，然后通过所述全可回收扩体锚杆的注浆回收管向所述密封包覆囊内部以2_4Mpa压力注入预设量的浆液，使所述密封包覆囊膨胀至预设形状，再通过所述快速接头扭转并抽出所述注浆回收管，
D、待所述密封包覆囊内的浆液凝固并养护至设计强度后，对上述全可回收扩体锚杆进行张拉锁定，则一个全可回收扩体锚杆施工完成，再按照上述A-D顺序施工其他全可回收扩体锚杆，然后进行地下工程建设，E、建设完成后，通过施加机械力将外露的所述无粘结钢绞线中的预应力钢丝从所述直锚孔及扩孔段中逐一抽出。 本发明采用上述锚杆对岩土进行锚固的施工方法，其中，在所述步骤B中，先将定向搅拌钻具的钻杆伸入所述直锚孔内，向所述定向搅拌钻具的钻杆内以I-SMpa的压力注入浆液，并通过注浆压力使所述定向搅拌钻具上的扩孔翼缘张开，同时转动和提升所述定向搅拌钻具，使所述直锚孔底部经切削搅拌形成直径大于所述直锚孔的扩孔段，同时扩孔段充满浆液，然后降压使所述定向搅拌钻具上的扩孔翼缘回弹收紧，并将所述搅拌钻具的 钻杆从所述直锚孔内提出。采用上述方案后，本发明全可回收扩体锚杆由于主机架的注浆芯管通过快速接头连接有注浆回收管，并且无粘结钢绞线两端分别可滑动连接于主机架的上组件外壁两侧，因此能同时实现注浆回收管和锚束体无粘结钢绞线的全回收再利用，减少土地的地下污染，有利于节能减排，并且密封包覆囊为承压型可膨胀的囊，无粘结钢绞线绕在密封包覆囊夕卜，因此可以在松散软弱地层和地下水位较高的场地内的锚固工程中使用，并且单锚承载力提高，减少了锚杆的使用量和打孔数量，降低施工成本。另外，本发明全可回收扩体锚杆采用现场模块化组装技术完成编锚，与国外完全工厂化生产的拆芯锚固技术相比，本发明的技术能够节约大量运输成本，更适合于我国锚固工程的市场环境。采用本发明全可回收扩体锚杆的施工方法，由于在本施工方法中采用的扩体锚杆的无粘结钢绞线及注浆芯管可回收，因此降低施工成本并且减少地下污染，有利于节能减排；另外，本发明全可回收扩体锚杆的施工方法中，由于扩体锚杆采用承压型囊式扩体锚固工艺，提高了扩体锚固段内的注浆固结体质量，提高锚固强度。还有，采用带有扩孔翼缘的定向搅拌钻具通过压力控制、扩孔翼缘的定向搅拌得到直径大于直锚孔的扩孔段，可以在不同方位的孔洞中的任意部位实施水泥浆护壁的机械扩孔，降低了成孔施工的成本费用，同时使扩孔质量、效果得到有效控制。
图I是本发明全可回收扩体锚杆的主视半剖视图；图2是图I的A-A向剖视图；图3是图I的B-B向剖视图；图4是本发明全可回收扩体锚杆的主机架的主视剖视图；图5是本发明全可回收扩体锚杆的上组件的主视图；图6是本发明全可回收扩体锚杆的上组件的俯视图；图7是本发明全可回收扩体锚杆的下组件的主视图；图8是本发明全可回收扩体锚杆的下组件的俯视图；、图9是本发明全可回收扩体锚杆的导向盖板的主视图；图10是本发明全可回收扩体锚杆的导向盖板的俯视图；图Ila-图lie是采用本发明全可回收扩体锚杆对岩土进行锚固的施工方法过程示意图；图12是本发明全可回收扩体锚杆在密封包覆囊膨胀后的主视剖视图。下面结合附图具体说明本发明全可回收扩体锚杆及其施工方法。
具体实施例方式如图I所示，本发明全可回收扩体锚杆包括主机架I、密封包覆囊2、无粘结钢绞线3、导向盖板4，如图4所示，主机架I包括注浆芯管11、设置于注浆芯管11上部的上组件12、设置于注浆芯管11下部的下组件13、旋绕在注浆芯管11上并且上、下两端分别固定于上、下组件12、13上的螺旋箍筋14,如图5、6所示,上组件12包括一体成型的上盖板121及上套筒122，上套筒122设于上盖板121下方，上盖板121底面设有中心孔120，中心孔内设有螺纹，上盖板121外壁两侧分别设有两个固定夹爪123，上套筒122外壁沿轴向分布有上、下周向环状卡槽124、125，上、下周向环状卡槽124、125内分别设有环状弹性密封件126，上组件12通过中心孔120螺接于主机架I的注浆芯管11上，如图7、8所示，下组件13包括一体成型的下套筒131和承载墩头132，承载墩头132设于下套筒131下方，下套筒131外壁沿轴向分布有上、下周向环状卡槽133、134，上、下周向环状卡槽133、134内分别设有环状弹性密封件135，承载墩头132截面为U形，在承载墩头132中心处设有轴向延伸的连接孔136，连接孔136内设有螺纹，承载墩头132外壁设有两个相互平行的U形回转滑槽137，下组件13的下套筒131套在主机架I的注浆芯管11下端，螺旋箍筋14上端固定于上套筒122底部、下端固定于下套筒131顶部，将上、下组件12、13柔性连接，注浆芯管11顶部通过快速接头15连接注浆回收管16，底部设有单向阀17。密封包覆囊2为两端开口的柔性袋状，由土工材料或薄钢板制成，在膨胀前折叠卷绕成袋状，套在注浆芯管11和螺旋箍筋14外，密封包覆囊2上端套在上套筒122上，通过两道环状上卡箍21卡入上套筒122的上、下周向环状卡槽124、125内，与上套筒122相密封固定连接，密封包覆囊2下端套在下套筒131上，通过两道环状下卡箍22卡入下套筒131的两周向环状卡槽133、134内，与下套筒131相密封固定连接，两根无粘结钢绞线3长度43m、单根直径12. 7mm、强度级别1860Mpa，外层为塑料套管、内层为钢绞线，两根无粘结钢绞线3分别对称弯折后绕在密封包覆囊2外，并且通过弹性绑扎器23固定在密封包覆囊2上，两根无粘结钢绞线3中部弯折处分别压入承载墩头132外壁的两个U形回转滑槽137内，两根无粘结钢绞线3两端沿注浆芯管11轴向伸出注浆芯管11外，两根无粘结钢绞线3靠近上组件21的位置处分别卡固于上盖板121外壁两侧的固定爪123上，可相对固定爪123滑动，并且两根无粘结钢绞线3所在平面相互平行，如图9、10所示，导向盖板4为U形薄板状，并且导向盖板4的里侧壁与承载墩头132的外壁形状、大小相适应，导向盖板4通过设置于连接孔136内的预应力螺钉紧密贴合在承载墩头132底部外侧。如图I la、I Ib所示，施工过程中，先在基坑5侧壁打一个直径150mm、长度20m左右的锚孔，然后将带有定向搅拌钻具7的钻杆伸入锚孔内，并将中压注浆泵6与带有定向搅拌钻具7的钻杆连接，向钻杆内以I-SMPa的压力注入水泥基浆液，通过注浆压力使定向搅拌钻具7上的扩孔翼缘71张开至500mm，同时转动和提升定向搅拌钻具7，使锚孔底部经切削搅拌形成直径为500mm、长度2000mm的扩孔段51,然后关闭注衆泵6,降压使定向搅拌钻具7上的扩孔翼缘71回弹收紧，并将钻杆提出扩底锚孔；然后如图11c、lid、图12所示，将本发明全可回收扩体锚杆置入扩底锚孔51内，通过注浆回收管16向密封包覆囊2内部以2-4Mpa的压力注入水泥浆8，使密封包覆囊2膨胀至预设形状，通过密封包覆囊2的膨胀过程将无粘结钢绞线3挤压扩张开至扩底锚孔51的圆柱形扩底段孔壁内侧并自动保持居中，再通过快速接头15扭转并抽出注浆回收管16，待密封包覆囊2内的水泥浆8凝固并养护至设计强度后，对本发明全可回收扩体锚杆进行张拉锁定，则一个全可回收扩体锚杆·施工完成，再按照上述顺序施工其他全可回收扩体锚杆，然后进行地下工程建设，建设完成后，发明全可回收扩体锚杆服役期结束，将锁定锚固拆除，通过卷扬机施加机械力将外露的两根0 12. 7的无粘结钢绞线3中的钢丝从直锚孔及扩底孔中逐一抽出，从而实现注浆管和无粘结钢绞线的全回收。以上所述实施例仅仅是对本发明的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
1.一种全可回收扩体锚杆，包括主机架(I)、密封包覆囊(2)、至少一根无粘结钢绞线(3)，其特征在于所述主机架(I)包括注浆芯管(11)、分别设置于注浆芯管(11)上部、下部的上、下组件(12、13)及旋绕在注浆芯管(11)上并且上、下两端分别固定于上、下组件(12、13)上的螺旋箍筋(14)，所述上组件(12)可相对注浆芯管(11)沿轴向移动，所述注浆芯管(11)顶部通过快速接头(15)连接有注浆回收管(16)，所述注浆芯管(11)底部设有单向阀(17),所述密封包覆囊(2)为两端开口的柔性袋状，套在所述主机架(I)的注浆芯管(11)和螺旋箍筋(14)外，所述密封包覆囊(2)两端分别固定于所述上、下组件(12、13)上，并且与上、下组件(12、13)之间相互密封，所述无粘结钢 绞线(3)绕在所述密封包覆囊(2)外，并且所述无粘结钢绞线(3)中部弯折处贴合于所述下组件(13)底部，所述无粘结钢绞线(3)两端沿所述注浆芯管(11)轴向向上伸出，所述无粘结钢绞线(3 )靠近所述上组件(12 )的位置处可滑动连接于所述上组件(12)外壁两侧。
2.如权利要求I所述的全可回收扩体锚杆，其特征在于所述上组件(12)包括上盖板(121)和上套筒(122)，所述上套筒(122)固定于上盖板(121)下方，所述上盖板(121)通过中心孔(120)螺接于所述注浆芯管(11)上，所述上盖板(121)外壁两侧分别设有至少一个固定夹爪(123)，所述无粘结钢绞线(3)两端靠近所述弯折的位置处分别夹持于所述上盖板(121)外壁两侧的固定夹爪(123)内。
3.如权利要求2所述的全可回收扩体锚杆，其特征在于所述上套筒(122)外壁设有至少一个周向环状卡槽，该周向环状卡槽内设有环状弹性密封件(126),所述密封包覆囊(2)上端套在所述上套筒(122)上，并通过环状上卡箍(21)卡入所述上套筒(122)的周向环状卡槽内，所述螺旋箍筋(14 )上端固定于所述上套筒(122 )底部。
4.如权利要求3所述的全可回收扩体锚杆，其特征在于所述下组件(13)包括下套筒(131)和固定于该下套筒(131)下方的承载墩头(132)，所述下套筒(131)套在所述注浆芯管(11)下端，所述下套筒(131)外壁设有至少一个周向环状卡槽，该周向环状卡槽内设有环状弹性密封件(135)，所述密封包覆囊(2)下端套在所述下套筒(131)上，并通过环状下卡箍(22)卡入所述下套筒(131)的周向环状卡槽内，所述螺旋箍筋(14)下端固定于所述下套筒(131)顶部。
5.如权利要求4所述的全可回收扩体锚杆，其特征在于所述承载墩头(132)截面为U形，所述承载墩头(132)外壁设有至少一个U形回转滑槽(137)，所述无粘结钢绞线(3)中部设置于所述U形回转滑槽(137)内，并且所述U形回转滑槽(137)的数量与所述无粘结钢绞线(3)的数量及分别设置于上盖板(121)外壁两侧的固定夹爪(123)的数量均相等。
6.如权利要求5所述的全可回收扩体锚杆，其特征在于所述承载墩头(132)中心处设有轴向延伸的螺纹连接孔(136)，所述承载墩头(132)底部外侧套有导向盖板(4)，所述导向盖板(4)通过设置于所述螺纹连接孔(136)内的预应力螺钉紧密贴合于所述承载墩头(132)上,所述导向盖板(4)为U形薄板状。
7.如权利要求1-6任一所述的全可回收扩体锚杆，其特征在于所述无粘结钢绞线(3)为两根，所述承载墩头(132)外壁的U形回转滑槽(137)为两个且相互平行的，所述上盖板(121)外壁两侧所设的固定夹爪(123)分别为两个，所述两根无粘结钢绞线(3)中部弯折处分别设置于所述两个U形回转滑槽(137)内，所述两根无粘结钢绞线(3)分别夹持于所述上盖板(121)两侧的固定夹爪(123)内，并且所述两根无粘结钢绞线(3)所在平面相互平行。
8.如权利要求1-6任一所述的全可回收扩体锚杆，其特征在于所述无粘结钢绞线(3)与 所述密封包覆囊(2)外套有弹性绑扎器(23)。
9.一种使用上述锚杆对岩土进行锚固的施工方法，其特征在于该方法包括以下步骤 A、在基坑侧壁打一个直锚孔； B、在上述直锚孔末端打直径大于上述直锚孔直径的扩孔段； C、将上述全可回收扩体锚杆置入所述扩孔段的预设位置，然后通过所述全可回收扩体锚杆的注浆回收管(16)向所述密封包覆囊(2)内部以2-4Mpa压力注入预设量的浆液(8)，使所述密封包覆囊(2)膨胀至预设形状，再通过所述快速接头(15)扭转并抽出所述全可回 收扩体锚杆的注浆回收管(16); D、待所述密封包覆囊(2)内的浆液(8)凝固并养护至设计强度后，对上述全可回收扩体锚杆进行张拉锁定，则一个全可回收扩体锚杆施工完成，再按照上述A-D顺序施工其他全可回收扩体锚杆，然后进行地下工程建设； E、建设完成后，通过施加机械力将外露的所述无粘结钢绞线(3)中的预应力钢丝从所述直锚孔及扩孔段中逐一抽出。
10.如权利要求9所述的施工方法，其特征在于在所述步骤B中，先将定向搅拌钻具(7)的钻杆伸入所述直锚孔内，向所述定向搅拌钻具(7)的钻杆内以I-SMpa的压力注入浆液，并通过注浆压力使所述定向搅拌钻具(7)上的扩孔翼缘(71)张开，同时转动和提升所述定向搅拌钻具(7)，使所述直锚孔底部经切削搅拌形成直径大于所述直锚孔的扩孔段(51)，然后降压使所述定向搅拌钻具(7)上的扩孔翼缘(71)回弹收紧，并将所述搅拌钻具(7)的钻杆从所述直锚孔内提出。
全文摘要
一种全可回收扩体锚杆及其施工方法，全可回收扩体锚杆包括主机架、密封包覆囊、无粘结钢绞线，主机架包括注浆芯管、上、下组件及螺旋箍筋，注浆芯管顶部连接有注浆回收管、底部设有单向阀，所述密封包覆囊套在所述主机架的注浆芯管和螺旋箍筋外，所述密封包覆囊两端分别固定于所述上、下组件上，所述无粘结钢绞线绕在所述密封包覆囊外，并且所述无粘结钢绞线两端伸出所述注浆芯管外，所述无粘结钢绞线中部贴合于下组件底部，所述无粘结钢绞线靠近上组件的位置处可滑动连接于所述上组件外壁两侧。本发明全能同时实现注浆回收管和锚束体无粘结无粘结钢绞线中的钢丝的全回收再利用，降低施工成本，并且减少土地的地下污染，有利于节能减排。
文档编号E02D17/20GK102733385SQ20121014236
公开日2012年10月17日 申请日期2012年5月9日 优先权日2012年5月9日
发明者刘钟, 卢璟春, 张义, 杨松, 马利军 申请人:中冶建筑研究总院有限公司, 中国京冶工程技术有限公司