一种多层扩孔自锁预应力锚杆及其安装方法与流程

本发明涉及一种锚杆，更具体的说涉及一种多层扩孔自锁预应力锚杆及其安装方法，属于后置大吨位锚固技术领域技术领域。

背景技术：

一些大坝闸墩存在水平层间缝，水平层间缝一方面削弱了闸墩的刚度和整体性，工作条件较为不利；另一方面在溢流坝部分闸孔泄洪时，易使原先已存的层间缝局部具张开趋势，在闸孔泄流激振动荷载作用下将影响闸墩的耐久性。为此，需对初期闸墩施加竖向预压应力，通过预应力加固，提高闸墩的整体性和耐久性。

由于大坝作为重要的水利工程，需要有合理的安全储备，所以要求大坝加固所施加预应力吨位较高、极限锚固力较大；因此要求预应力锚杆钻孔深度大、精度要求高，而传统的预应力锚杆钻孔深度不大、精度不高，难以满足工程需求。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对现有的预应力锚杆钻孔深度不大、精度不高等问题，提供一种多层扩孔自锁预应力锚杆及其安装方法。

本发明为实现上述目的，所采用技术解决方案是：一种多层扩孔自锁预应力锚杆，包括锚杆体、灌浆管、对中环，所述的锚杆体由六根锚杆单体按等边六边形构成，所述的锚杆单体由锚杆杆体和加长锚杆组成，所述的锚杆杆体后端和加长锚杆前端之间通过连接器相连接，所述的锚杆杆体前端为封闭锥形，对角的两根锚杆单体为一组分别通过螺母与一个自张自锁锚头相连接从而形成三层自张自锁锚头，所述的三层自张自锁锚头等间距布置，所述的灌浆管从加长锚杆后端延伸至锚杆杆体前端。

所述的三层自张自锁锚头之间上下分布间距间隔为3m。

所述的锚杆单体由精轧螺纹钢制作而成。

一种多层扩孔自锁预应力锚杆的安装方法，包括以下步骤：

步骤一，采用工程勘察钻机钻直孔，成孔后用激光测距测斜仪对钻孔深度和垂直度进行复核，要求成孔的钻孔垂直度偏差小于5‰，且成孔时通过取芯确认孔底8m深范围的混凝土芯样密实，若不密实则需加深钻孔深度，确保锚固段混凝土的质量满足设计要求；

步骤二，钻孔施工完毕后，用扩孔钻头对步骤一中钻孔的孔底进行扩孔，扩孔孔形为倒锥面，使扩孔钻头一次扩一层扩孔，按照最底层扩孔、中间层扩孔、最上层扩孔次序分三次进行扩孔；

步骤三，扩孔完毕后，采用小孔径深孔压力清孔器进行清孔；

步骤四，组装该锚杆内锚段，将六边形布局的六根锚杆单体以对角两根为一组分成三组，分别与三层自张自锁锚头通过螺母相连接，将螺母和连接器与锚杆单体之间用注缝胶灌密实，并使本锚杆外露端长度大于2m便于安装张拉设备，自张自锁锚头安装时用绳索或铁丝将楔块捆绑，以防扰动造成自张自锁锚头的损坏，各层自张自锁锚头安装完毕后，安装灌浆管，为保证底层自张自锁锚头灌浆密实性，灌浆管应穿过底层自张自锁锚头15～20mm，并提前穿入张拉用的锚固板；

步骤五，在孔口位置安装钢垫板，应使得钢垫板内圆孔中心与钻孔中心一致，然后采用吊车起吊安装本锚杆，提升起吊时应对自张自锁锚头部位进行有效防护，待本锚杆垂直于孔口上方时，借助吊车机械接力并辅以人工将本锚杆缓慢放入孔内，下放本锚杆时，待各层自张自锁锚头上方的楔块局部入孔后解开捆绑的绳索或铁丝，在本锚杆下落至孔底部位后，提升本锚杆至卡紧状态，以确认自张自锁锚头已至扩孔部位后，拧紧锚固板锁紧螺帽，固定就位，本锚杆入孔固定后，应通过千斤顶预张拉的方法调节各层自张自锁锚头与坝体扩孔部位的间距，使得楔块与扩孔部位上边缘完全贴合；

步骤六，采取单层自张自锁锚头局部范围先灌浆后张拉的方式对该层自张自锁锚头和该层两根锚杆单体进行预应力施加。

所述的步骤三中包括下面的步骤：

步骤一，首先，将水管伸入孔底，通过大流量水流从孔内向孔外进行冲洗，直至回水清净延续5～10min；

步骤二，洗孔完毕后，再对钻孔进行全孔抽水和采用高压风吹干吹净，并做好孔口保护，以免雨水和杂物进入。

所述的步骤五中采用千斤顶分层预张拉时，当张拉出力达到8t且持续1分钟时，可确认自张自锁锚头与扩孔壁完全贴合，此时卸载油压，锁紧对应的螺母，分别完成各层自张自锁锚头与扩孔壁的局部调节。

所述步骤六具体包括下面的步骤：

步骤一、先对底层自张自锁锚头局部灌浆，从底部灌浆至底层自张自锁锚头上方1m高度范围，待灌浆料强度接近加固坝体混凝土强度后，进行该层自张自锁锚头的张拉，使张拉后的有效预应力应不小于700kN；

步骤二、对中间层自张自锁锚头局部灌浆至中间层自张自锁锚头上方1m高度范围，待灌浆料强度接近加固坝体混凝土强度后，进行该层自张自锁锚头的张拉，使张拉后的有效预应力应不小于700kN；

步骤三、对顶层自张自锁锚头局部灌浆至顶层自张自锁锚头上方1m高度范围，待灌浆料强度接近加固坝体混凝土强度后，进行该层自张自锁锚头的张拉，使张拉后的有效预应力应不小于700kN。

与现有技术相比较，本发明的有益效果是：

本发明中多层扩孔自锁锚固技术是利用机械咬合和粘结力提供锚固，且可由多自张自锁锚头分摊锚固力，锚固的可靠性高，有较高使用价值；且与单层扩孔自锁锚杆相比成本低、锚固力大、占地面积小。

附图说明

图1是本发明结构示意图。

图2是本发明中混凝土回填坑的平视图。

图3是图1的A-A剖面图。

图4是图1的B-B剖面图。

图5是图1的C-C剖面图。

图6是图1的D-D剖面图。

图7是图3的1-1剖面图。

图8是图7的2-2剖面图。

图9是加载装置示意图。

图中，锚杆单体1，锚杆杆体2，加长锚杆3，连接器4，螺母5，自张自锁锚头6，灌浆管7，对中环8，反力锚固板9，锚固板10，钢垫板11，千斤顶12，钢套管13，排气管14，钢板座15，钻孔16，锚头座17。

具体实施方式

以下结合附图说明和具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。

参见图1至图9，一种多层扩孔自锁预应力锚杆，适用于给混凝土坝施加预应力，可以在混凝土大坝工程中应用；其包括锚杆体、灌浆管7、对中环8。所述的锚杆体由六根锚杆单体1按等边六边形构成，所述的锚杆单体1由锚杆杆体2和加长锚杆3组成；所述的锚杆杆体2后端和加长锚杆3前端之间通过连接器4相连接，所述的锚杆杆体2前端为封闭锥形。对角的两根锚杆单体1为一组分别通过螺母5与一个自张自锁锚头6相连接从而形成三层自张自锁锚头6；因此使得本锚杆依据三个不同深度自张自锁锚头6分为三层，每层锚杆包括该层两根锚杆单体1和该层对应的一个自张自锁锚头6。为使三层自张自锁锚头6能均摊锚固力，所述的三层自张自锁锚头6等间距布置。所述的灌浆管7从加长锚杆3后端延伸至锚杆杆体2前端，穿过对中环8和自张自锁锚头6。

参见图1，所述的三层自张自锁锚头6之间上下分布间距间隔为3m。

参见图1，所述的锚杆单体1由精轧螺纹钢制作而成。

参见图1至图9，一种多层扩孔自锁预应力锚杆的安装方法，包括以下步骤：

步骤一，采用工程勘察钻机在需要施加预应力结构钻直孔，该需要施加预应力结构通长为大坝坝体；成孔后用激光测距测斜仪对钻孔16深度和垂直度进行复核，要求成孔的钻孔16垂直度偏差小于5‰。且成孔时通过取芯确认孔底8m深范围的混凝土芯样密实，若不密实则需加深钻孔16深度，确保锚固段混凝土的质量满足设计要求；此处是根据《混凝土结构工程施工规范》 (GB 50666-2011)关于密实规定判断混凝土芯样是否否密实的，若判断为不密实则需加深。

步骤二，钻孔16施工完毕后，用专业的扩孔钻头对步骤一中钻孔16的孔底进行扩孔，扩孔孔形为倒锥面，使扩孔钻头一次扩一层扩孔，按照最底层扩孔、中间层扩孔、最上层扩孔次序分三次进行扩孔。

步骤三，扩孔完毕后，采用特制的小孔径深孔压力清孔器进行清孔。

步骤四，组装该锚杆内锚段，将六边形布局的六根锚杆单体1以对角两根为一组分成三组，分别与三层自张自锁锚头6通过螺母5相连接；此处的锚杆内锚段指的是该锚杆提供锚固力部分，即锚杆与灌浆料接触部分。将螺母5和连接器4与锚杆单体1之间用注缝胶灌密实，以防止本锚杆安装时松动。并使本锚杆外露端长度大于2m便于安装张拉设备，此处的锚杆外露端指的是本锚杆远离孔底一端，即本锚杆露出地面的部分。因安装时自张自锁锚头6斜伸出部分卡入扩孔，则选择楔块固定自张自锁锚头6；因此自张自锁锚头6安装时用绳索或铁丝将楔块捆绑，以防扰动造成自张自锁锚头6的损坏。各层自张自锁锚头6安装完毕后，安装灌浆管7；为保证底层自张自锁锚头6灌浆密实性，灌浆管7应穿过底层自张自锁锚头6长度15～20mm；此处的底层自张自锁锚头6指的是三层自张自锁锚头6中最底下一个自张自锁锚头6，即为离孔底最近的一个自张自锁锚头6。并提前穿入张拉用的锚固板10，以作为锚杆单体1穿孔后固定就位之用。

步骤五，在孔口位置安装钢垫板11，应使得钢垫板11内圆孔中心与钻孔16中心一致。采用吊车起吊安装本锚杆，即用吊车将本锚杆吊装入步骤一中钻好的孔洞中；提升起吊时应对自张自锁锚头6部位进行有效防护。待本锚杆垂直于孔口上方时，借助吊车机械接力并辅以人工将本锚杆缓慢放入孔内，下放本锚杆时，待各层自张自锁锚头6上方的楔块局部入孔后方可解开捆绑的绳索或铁丝。在本锚杆下落至孔底部位后，提升本锚杆至卡紧状态，以确认自张自锁锚头6已至扩孔部位后，拧紧锚固板10锁紧螺帽5，固定就位。本锚杆入孔固定后，应通过千斤顶12预张拉的方法调节各层自张自锁锚头6与坝体扩孔部位的间距，使得楔块与扩孔部位上边缘完全贴合。

步骤六，为充分发挥扩孔自张自锁锚头6的锚固效果，采取单层自张自锁锚头6局部范围先灌浆后张拉的方式进行预应力施加。

具体的，所述的步骤三中包括下面的步骤：步骤一，首先，将水管伸入孔底，通过大流量水流从孔内向孔外进行冲洗，直至回水清净延续5～10min。步骤二，洗孔完毕后，再对钻孔进行全孔抽水和采用高压风吹干吹净，并做好孔口保护，以免雨水和杂物进入。

具体的，所述的步骤五中采用千斤顶12分层预张拉时，当张拉出力达到8t且持续1分钟时，可确认自张自锁锚头6与扩孔壁完全贴合，此时卸载油压，锁紧对应的螺母5，分别完成各层自张自锁锚头6与扩孔壁的局部调节。

具体的，所述步骤六具体包括下面的步骤：步骤一、先对底层自张自锁锚头6局部灌浆，从底部灌浆至底层自张自锁锚头6上方1m高度范围，待灌浆料强度接近加固坝体混凝土强度后，进行该层自张自锁锚头6的张拉，使张拉后的有效预应力应不小于700kN；步骤二、对中间层自张自锁锚头6局部灌浆至中间层自张自锁锚头6上方1m高度范围，待灌浆料强度接近加固坝体混凝土强度后，进行该层自张自锁锚头6的张拉，使张拉后的有效预应力应不小于700kN；步骤三、对顶层自张自锁锚头6局部灌浆至顶层自张自锁锚头6上方1m高度范围，待灌浆料强度接近加固坝体混凝土强度后，进行该层自张自锁锚头6的张拉，使张拉后的有效预应力应不小于700kN。同时，为了加快施工进度，一般不会等灌浆料完全固化再张拉，待灌浆料强度达到张拉要求后即可以开始进行各层自张自锁锚头6的张拉。通常现场灌浆时会制作一定数量的试模，为保证试模强度与孔内灌浆体强度的养护温度一致性，灌浆前对孔内温度进行了测试，测试发现，孔内温度与室外温度基本一致；因此，对试模进行室外温度下的正常养护，同时按不同天数（2～4天）进行试块强度的测试。而且单层自张自锁锚头6张拉前，应计算每层自张自锁锚头6和该层两根锚杆单体1的理论伸长值；张拉时记录每一级荷载伸长值和稳压时的变形量，且与理论伸长值进行比较，如果实测伸长值大于计算值的10%或小于5%，应查明原因并作相应的处理。张拉过程中，升荷速率每分钟不宜超过设计应力的1/10，当达到每一级控制力后稳压5min即可进行下一级张拉，达最后一级张拉后，稳压10min即可锁定。

参见图1至图9，本发明的自张自锁锚头6安装时能自张开与扩孔产生机械咬合，采用三层自张自锁锚头6扩孔形成机械咬合以及灌浆料的粘结来提供锚固力，本锚杆安装施加预应力后，可对自由张拉段全程灌浆形成粘结，满足目前大坝预应力吨位高、极限锚固力大的工程要求。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，上述结构都应当视为属于本发明的保护范围。