本实用新型属于岩土工程领域，具体涉及一种微预应力管筋式土钉。
背景技术：
基坑、边坡等岩土锚固工程中，土钉的应用非常广泛。传统土钉一般采用钢筋土钉和钢管式土钉，钢筋土钉的施工过程，需要预先机械钻孔，成孔后为防止出现塌孔现象应尽快插入钢筋杆体，同时钢筋需要采取一定措施使其位于孔中心位置，使钢筋完全发挥作用，土钉插入后，注射砂浆使土钉与土体嵌固。这种土钉支护形式，在一些土质较软的地区，例如，回填土、松软的淤泥质土、可液化沙土等，这种土钉支护形式，通常难以形成稳定的钻孔，在机械钻孔过程中易出现塌孔、埋钻及缩颈等问题。现有钢管式土钉(CN 206646502 U)及新型打入式钢管土钉(CN 204849758 U)均采用机械式打入方式，在打入夯击过程中易造成钢管打入部位损坏，同时打入过程中钢管周边土体被压缩，造成砂浆向土体渗透困难，难以保证形成均匀的浆土复合体，并且形成的浆与土体复合加固体直径较小，土钉质量无法保证，造成土钉抗拔力较低。
技术实现要素：
为解决上述技术问题，本实用新型提供一种微预应力管筋式土钉，钻入式管筋式土钉，土钉自身强度大，不易损坏；形成土钉周边浆土复合加固体直径大，抗拔力较高；同时可以通过钢筋螺帽提供微预应力，以减小支护结构变形。
本实用新型为一种微预应力管筋式土钉，包括花钢管、变截面钢筋、若干条连接钢筋和锚固结构；所述锚固结构包括固定螺帽及钢垫板；所述花钢管一端为锥形端头，另一端为开口端，花钢管的轴心设有变截面钢筋，所述变截面钢筋由小截面钢筋焊接大截面钢筋而成，所述大截面钢筋一端位于花钢管外，并设有螺纹，大截面钢筋另一端位于花钢管内，连接钢筋一端与花钢管外的大截面钢筋焊接，另一端与花钢管的开口端焊接，小截面钢筋一端与锥形端头的顶点连接，花钢管和变截面钢筋之间设有若干个钢筋定位环，钢筋定位环由外环、内环和设于外环和内环间的连接肋构成(空心结构)，外环设于花钢管管体的内壁，内环穿过变截面钢筋，与变截面钢筋点焊连接，变截面钢筋绑扎有注浆PVC花管(注浆PVC花管位于内环外侧)，花钢管管体表面设有出浆孔(用于高压下管内浆体向土层渗透)，花钢管的管体外壁焊接有螺旋式钢肋，所述螺旋式钢肋紧邻锥形端头，位于花钢管外的大截面钢筋一端安装有钢垫板和固定螺帽，所述固定螺帽和大截面钢筋设有的螺纹相配合，管筋式土钉施加有微预应力，所述大截面钢筋为直径为20—28mm、长度为0.5-0.8m的钢筋，小截面钢筋为直径为10-16mm的钢筋。
钢筋定位环的间距为0.5m。
花钢管在土体支护过程中需要承受剪力作用，因此为避免出浆孔的存在造成钢管截面性能降低，出浆孔采取梅花式或螺旋式布置，出浆孔直径为5-10mm，间距为0.2-0.5m。
所述螺旋式钢肋高度为30-50mm、肋宽3-5mm、间距为100mm、布置长度约0.5-1.0m；
所述钢垫板作为锚下传力构件，尺寸约0.3×0.3m厚10-15mm，中心留有同变直经较大的截面钢筋同直径的圆孔。
所述固定螺帽及钢垫板，将钢垫板固定于混凝土面层，通过螺帽对花钢管施加微预应力，同时兼顾锚固作用。
本实用新型还提供一种微预应力管筋式土钉的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)确定开挖位置，按设计进行放坡，挖土至第一道土钉标高深度，清理坡面；定位钢管土钉位置，并做标记；
2)安装机械设备，调整好位置及角度，将花钢管钻入土体；
3)在花钢管开口端周围开挖锥台型土体，用砂浆或混凝土填充；
4)将钢筋定位环穿在变截面钢筋上并焊牢，将注浆PVC花管绑扎在变截面钢筋上，将变截面钢筋放入花钢管；
5)进行压力注浆，注浆压力1-2MPa，稳压5分钟；
6)注浆完成后，通过连接钢筋将花钢管的开口端与变截面钢筋焊接为整体；
7)绑扎钢筋网及喷射混凝土面层；
8)待土钉及混凝土面层达到70％设计强度后，安装钢垫板，并通过固定螺帽对管筋式土钉施加微预应力。
所述花钢管在混凝土面层上采用梅花形排列布，水平间距和竖向间距为0.8-1.5m。
所述钢筋定位环的内环直径与钢筋直径相等，外环直径与花钢管内径相等。
本实用新型突出的有益效果在于：
(1)本实用新型可靠性强，采用钢管筋式土钉，钢管直接打入土体，避免了钻孔注浆技术在一些松软的软土地区施工时，易出现塌孔、埋钻及缩颈等施工问题；
(2)钢管入土端头部位采用螺旋式钢肋构造，减小钢管入土难度及钢管在入土过程中的损耗，可以加快施工进度；同时在成型后的土钉结构中砂浆加固体直径较大，提高土钉抗拔力；
(3)钢管中心位置插入钢筋，可提高钢管土钉的承载力；
(4)变截面钢筋同钢管焊接为整体，可通过螺帽对钢管施加微预应力，从而减小支护结构的变形。
(5)实用性强，可广泛应用于回填土，松软的淤泥质土，可液化沙土等土质松软地区。
附图说明
图1为本实用新型花钢管及变截面钢筋的剖面图；
图2为钢筋定位环截面及注浆PVC花管位置面示意图；
图3为本实用新型微预应力管筋式土钉支护完成后的整体结构示意图；
标号及符号说明
1-花钢管；2-变截面钢筋；3-连接钢筋；4-钢垫板；5-固定螺帽；6-螺旋式钢肋；7-锥形端头；8-出浆孔；9-喷射混凝土面层，10钢筋定位环；11-注浆PVC花管；12-封孔砂浆或混凝土。
具体实施方式
实施例1
如图1、3所示，一种微预应力管筋式土钉，包括花钢管1、变截面钢筋2、若干条连接钢筋3和锚固结构；所述锚固结构包括固定螺帽5及钢垫板4；所述花钢管1一端为锥形端头7，另一端为开口端，花钢管1的轴心设有变截面钢筋2，所述变截面钢筋2由小截面钢筋焊接大截面钢筋而成，所述大截面钢筋一端位于花钢管1外，并设有螺纹，大截面钢筋另一端位于花钢管1内，连接钢筋3一端与花钢管1外的大截面钢筋(螺纹与花钢管开口端之间的大截面钢筋)焊接，另一端与花钢管1的开口端焊接，小截面钢筋一端与锥形端头7的顶点连接，花钢管1和变截面钢筋2之间设有若干个钢筋定位环10，为空心结构，钢筋定位环10由外环、内环和设于外环和内环间的连接肋构成，外环设于花钢管1管体的内壁，内环穿过变截面钢筋2，与变截面钢筋2点焊连接，变截面钢筋2绑扎有注浆PVC花管11(注浆PVC花管位于内环外侧，如图2所示)，花钢管1管体表面设有出浆孔8，花钢管1的管体外壁焊接有螺旋式钢肋6，所述螺旋式钢肋6紧邻锥形端头7，位于花钢管1外的大截面钢筋一端安装有钢垫板4和固定螺帽5，所述固定螺帽5和大截面钢筋设有的螺纹相配合，管筋式土钉施加有微预应力，所述大截面钢筋为直径为20—28mm、长度为0.5-0.8m的钢筋，小截面钢筋为直径为10-16mm的钢筋。出浆孔8采取梅花式或螺旋式布置，出浆孔8直径为5-10mm，间距为0.2-0.5m。所述螺旋式钢肋6高度为30-50mm、肋宽3-5mm、间距为100mm、布置长度约0.5-1.0m；所述钢垫板4作为锚下传力构件，尺寸约0.3×0.3m厚10-15mm，中心留有同变直经较大的截面钢筋同直径的圆孔。所述花钢管1在混凝土面层9上采用梅花形排列布，水平间距和竖向间距为0.8-1.5m。
花钢管可采用厚3mm的普通圆钢管制作。
一种微预应力管筋式土钉的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：
1.确定开挖位置，按设计进行放坡，挖土至第一道土钉标高深度，清理坡面；定位钢管土钉位置，并做标记；
2.安装机械设备，调整好位置及角度，将花钢管1钻入土体；
3.在花钢管1开口端周围开挖锥台型土体，用封孔砂浆或混凝土12填充；
4.将钢筋定位环10穿在变截面钢筋2上并焊牢，将注浆PVC花管11绑扎在变截面钢筋2上，将变截面钢筋2放入花钢管1，如图2所示；
5.进行压力注浆，注浆压力1-2MPa，稳压5分钟；
6.注浆完成后，通过连接钢筋3将花钢管1的开口端与变截面钢筋2焊接为整体；
7.绑扎钢筋网及喷射混凝土面层9；
8.待土钉及混凝土面层达到70％设计强度后，安装钢垫板4，并通过固定螺帽5对管筋式土钉施加微预应力。