一种套管式变直径钢筋笼及扩体锚杆桩的制作方法
本实用新型涉及一种变径钢筋笼及用于锚杆或桩的结构，尤其是变径钢筋笼扩体锚杆及承压桩，用于建筑地下室抗浮基坑支护，边坡支护，以及加固、抗压等桩的技术范畴。
背景技术：
本申请人和发明人率先提出的扩大头锚杆技术是一种新型的地下工程应用技术，符合国家倡导的“节能减排、绿色发展”精神。在解决地下室抗浮、基坑支护等方面，与一般传统工艺相比，更加的经济、环保；同时在成本、工期与耐久性等方面，也有较大的优势。随着扩体锚杆技术的推广，越来越多的工程采用扩体锚杆技术进行地下室抗浮、基坑支护等。与此同时，大量的工程实践表明，锚杆的承拉力远大于普通锚杆，普通锚杆变形位移的较大，因而在位移控制方面比传统的桩基础要求更高，因此如何更好的控制锚杆的变形，是对扩体锚杆技术改进的一个重要方向。业界公知的是，锚杆变形包括杆体自由段弹性变形和扩大头锚固段的土体蠕变变形两种，需要有相对应的产品和工法，也涉及承压型直通或变直径钢筋笼扩体锚杆工法。
现阶段扩大头抗浮锚杆解决变形方法存在的问题，大量的工程实践表明，直通或扩大头锚杆变形比传统的桩基础大，因此如何更好的控制锚杆的变形，是对扩体锚杆技术改进的一个重要方向。
锚杆扩体段的受压土体塑性变形及残余变形，与扩体段承受的端压力有关以及所在土层性质相关，与杆体采用的钢筋根数无关。
锚杆自由段杆体的弹性变形控制，杆体的弹性变形即钢筋的弹性变形主要由杆体钢筋的截面积、钢筋的弹性模量以及杆体的长度控制。经过试锚试验，其在极限抗拔力作用下，锚杆的最大变形81.6mm，残余变形约31.3mm，则其发生的实际弹性变形为50.3mm。由此可见，锚杆的弹性变形占扩大头锚杆最大变形量的50％以上。
对于扩大头抗浮锚杆变形的控制，现阶段主要方法是通过后张法施加来解决锚杆自由段的弹性变形，具体实施步骤是，在主体结构底板浇筑完成以后，在底板上开槽，通过底板作为施加的支点，然后施加完成后，再后浇开槽处混凝土完成锚杆锁定。这种变形控制的方法主要缺陷在于，需要在底板施工完成并达到设计强度后才能施加，这样会大大延误工期，同时施加时需要在主体结构底板上开槽，对主体结构产生不同程度的破坏，对地下室防水产生不利影响，同时对基坑降水要求更长，相对成本增加更多。未解决承压型直通或变直径钢筋笼扩体锚杆自由段变形的控制的方法。
锚杆必须具备几个要素：抗拉强度高于岩土体的杆体，杆体一端可以和岩土体紧密接触形成摩擦(或粘结)阻力；锚杆杆体位于岩土体外部的另一端能够形成对岩土体的径向阻力；锚杆作为深入地层的受拉构件，它一端与工程构筑物连接，另一端深入地层中，整根锚杆分为自由段和锚固段，自由段是指将锚杆头处的拉力传至锚固体的区域，其功能是对锚杆施加；锚固段是指水泥浆体将筋与土层粘结的区域，其功能是将锚固体与土层的粘结摩擦作用增大，增加锚固体的承压或抗浮作用，将自由段的拉力传至土体深处。
本申请人申请的cn2017208194362、一种克服抗浮抗拉锚杆施工变形的装置，用变直径的钢筋笼的锚杆，是用于岩土体加固的杆件体系结构。通过锚杆杆体的纵向拉力作用，克服岩土体抗拉能力远远低于抗压能力的缺点。从力学观点上是主要是提高了围岩体的粘聚力c和内摩擦角
锚杆的基本型是：钢筋或钢丝绳砂浆锚杆。以水泥砂浆作为锚杆与围岩的粘结剂。还包括倒楔式金属锚杆。管缝式锚杆。树脂锚杆。用树脂作为锚杆的粘结剂，成本较高。西安科技大学惠兴田发明了一种新型的螺旋式锚杆→自旋锚杆。自旋锚杆包括以下种类：自攻挤压旋进锚杆→在土层中无需钻孔直接挤压旋进安装锚固力20kn/m；自旋注浆锚杆→在钻孔中安装结束后利用自旋锚杆注浆就成为具有初锚力的自旋注浆锚杆；自旋树脂锚杆→在钻孔中安装的同时自旋锚杆将树脂药卷搅拌成为具有初锚力的自旋树脂锚杆；自钻自锚固锚杆→在自旋锚杆中空内放入钻杆使钻眼安装一次完成是具有初锚力的自钻锚杆；自旋喷浆锚杆→在土层中边喷浆边钻进安装锚注一次完成锚固力35kn/m；目前市场上常用的扩体锚杆技术有素浆体，囊式扩体锚杆技术等。本发明人已经就变径钢筋笼的结构作了限定，但对于如何释放钢筋笼扩大变径还需要专门结构，且要求稳定可靠的释放，因为变径在地下钻孔内。
cn201710363883一种克服抗浮固定直径锚头或扩大头锚杆体系变形的工法是本申请人在先申请，当钻孔钻进至设计深度，能够开展高压旋喷施工或机械扩孔施工，放下锚杆的拉杆与固定直径锚头或扩大头，扩大头到位后扩大机构将扩大头扩大至设计尺寸，然后高压注浆或灌注混凝土在扩体段和整个自由段成桩；锚杆中拉杆采用能施加的螺纹钢筋；绑扎螺旋箍筋以及基底上的基础底板钢筋，绑扎过程中避免碰撞钢筋；最后，支模浇筑基础混凝土基础底板。工程实际表明：承压型变直径钢筋笼扩体锚杆的位移由杆体的弹性变形和扩体段的滑移(塑性变形)两部分组成。锚杆至今仍未有发明。
但本发明人的以上结构仍有简化和改进的余地，因此简明结构的套管式变直径钢筋笼及由此制备的扩大头锚杆桩值得提出。
技术实现要素：
本实用新型目的是，提出一种套管式变直径钢筋笼及由此制备的扩大头锚杆桩，可以较简明的结构应用于各种抗浮抗拉的场合，包括锚杆杆件主体，利用直通或尤其是扩大头变直径钢筋笼构成的锚头或桩头一起组合形成套管式变直径钢筋笼扩大头锚杆桩，克服抗浮变形、杆体自由段弹性变形。采用套管式变直径钢筋笼扩大头锚杆桩的钢筋笼及扩大变径的释放结构，使变径钢筋笼工作，可应用于所有扩体锚杆技术，克服素浆体扩大头的锚固承载能力和整体性差的不足。
本实用新型的技术方案是，套管式变直径钢筋笼，包括轴向杆即主筋5、若干竖筋1、外套管4、注浆管9、与竖筋数相同数目的二组相同的若干活动连接筋条3、第一圈状固定器2和第二圈状固定器，外套管4套在轴向杆上，若干竖筋环绕轴向杆，第一组若干活动连接筋条6分别连接若干竖筋1的上端与第一圈状固定器圆周的若干固定关节，第二组若干活动连接筋条6分别连接若干竖筋1的下端与第二圈状固定器圆周的若干固定关节，承压底板7在轴向杆下端与轴向杆固定，至少第一圈状固定器与外套管4固定；注浆管9与第一圈状固定器或与某根竖筋固定；注浆管9受力使外套管下沉，则打开钢筋笼竖筋。
本申请的改进是，设有箍筋10多圈均匀分布在竖筋1的外侧，导向帽8在承压底板的下端固定；导向帽8在承压底板的下端固定的方式是，设有起码三根导向帽固定螺杆11，导向帽固定螺杆11为长螺杆，平行于主筋5，长螺杆在导向帽8底部开孔位置穿过导向帽与导向帽上部位置的承压底板7螺接。注浆管9是刚性杆或者另设一刚性杆使外套管滑动打开钢筋笼。
进一步，扩大头钢筋笼若干竖筋外周设有活络连接的箍筋(可为钢绳或弹性钢筋)；弹性钢筋时也可采用释放弹性箍筋的方式释放变直径钢筋笼，轴向杆即钢筋主筋与配置钢筋配筋材料一并由混凝土或水泥砂浆、水泥浆或其他能固化材料包裹并凝结。变直径钢筋笼外周包裹囊袋。
上述扩大头钢筋笼即变径钢筋笼。所述的套管式变直径钢筋笼制备的扩体锚杆桩，套管式变直径钢筋、锚杆杆件、锚固件与混凝土、水泥砂浆或水泥浆结晶体进行结合，从而形成套管式变直径钢筋笼扩大头锚杆桩骨架系统；套管式变直径钢筋笼打开后用混凝土或水泥砂浆、水泥浆或其他能固化材料包裹并凝结成扩体锚杆桩。
竖筋外周设有箍筋，箍筋且与竖筋或轴向杆设有固定点，箍筋为绳状；轴向杆上设有轴向弹簧，并受到限位器或限位板条的限制；箍筋收紧时是未使用状态，箍筋的端部设有释放装置；箍筋也可以是螺旋弹簧状。旋箍筋的材质：玻璃纤维、芳纶纤维、碳纤维、石墨烯、碳元素相关的材料及其复合材料等。约束释放的活络机构、箍筋、轴向杆套、承压板是本申请人变径钢筋笼的基本构件。
轴向杆主筋可为精轧螺纹钢筋，并配置变径钢筋笼为配筋材料，钢筋主筋与配置钢筋配筋材料一并凝结固化。混凝土或水泥砂浆、水泥浆或其他能固化材料包裹并凝结固化主筋(一般采用精轧螺纹钢筋)和扩大头钢筋笼形成锚杆杆件系统；扩大头钢筋笼结合的混凝土或砂浆体(砼体)。在锚杆杆件的适当位置设置适当数量的吊装扣、吊装环、安装吊点。
所述锚杆杆件的前端，设有与变直径钢筋笼、固定直径钢筋笼、囊袋或其他锚头进行连接或复合的装置，形成锚杆应用体系。
钢筋笼的直径可变，通过对钢筋笼若干部分配筋的弹性化、柔性化、简约化，设置活络机构、约束与释放机制，使钢筋笼的直径可约束和伸展变化。变直径钢筋笼设有，圈状固定器或圆环花件在轴向杆杆上固定或滑动，形成钢筋笼的活络机制；选择采用包括但不限于约束绳、约束锁、约束销、约束罩、电子锁等约束方式使钢筋笼直径处于缩小约束状态，选择采用包括但不限于释放弹簧、弹簧片、弹性球、气囊、配重、旋转、轴向杆件伸缩、轴向杆件外加套管伸缩、施加外力、电动、电子遥控等方式展开释放；亦可以通过简化、选配、替代优化活络机构、约束和释放装置，或调整活络机构、约束和释放装置的结构组合方式，使钢筋笼直径可变；根据工程需要可选择设置变直径钢筋笼配筋的形状、数量、尺寸的大小，且变直径钢筋笼可形成多种不同特征的立体几何形状，包括但不限于，如圆柱体、圆锥体、正方体、长方体、竹节体、多面体、多节体等等。
所述的锚杆杆件，适用领域包括但不限于抗浮抗拉，道路、矿山开采、隧道桥梁、基坑和山体护坡、地质灾害处理；也用于抗压工程等领域。
所述的锚杆体系统，其应用工法的步骤是：用于克服抗浮固定直径锚头或扩大头锚杆变形的工法，钻孔至设计深度，开展高压旋喷施工或机械扩孔施工，成孔后，放置锚杆杆件与变直径钢筋笼、固定直径钢筋笼、囊袋或其他锚头进行嫁接的锚杆体，带变径钢筋笼的扩大头到位后，释放约束机构使变径钢筋笼扩大至设计尺寸，然后高压注浆或灌注混凝土在扩体段和整个锚杆杆件与孔的空隙处成桩，完成锚杆桩。
钢筋笼的直径可变，通过对钢筋笼若干部分配筋的弹性化、柔性化、简约化，设置约束与释放机制，使钢筋笼的直径可约束和伸展变化。
有益效果，本实用新型提出的套管式变直径钢筋笼及由此制备的扩大头锚杆桩，可以较简明的结构进行变直径钢筋笼的扩张，套管式变直径钢筋笼通过注浆管或外部刚性杆与外套管4或再与筋条及第二组活动连接筋条的固定，操作应用于各种抗浮抗拉的场合，尤其是通过注浆管与包括锚杆杆件主体，利用直通或尤其是扩大头变直径钢筋笼构成的锚头或桩头一起组合形成套管式变直径钢筋笼扩大头锚杆桩，克服抗浮变形、杆体自由段弹性变形。本方案施工更加简单，对基础的施工基本无影响。对于提高工程质量和技术的安全性，有着积极的作用。
承压型变径钢筋笼扩大头锚杆技术参照《jgt/t282-2012高压喷射扩大头锚杆技术规程》设计、施工、验收。本实用新型运用都属于扩大头锚杆或大头桩基技术的应用。
本实用新型方案能形成有足够摩擦力的拉力或抗力传递的锚杆，锚固力明显增大且整个锚杆的一体性好，同样也用于大头桩基的混凝土钢筋笼骨架。主要用于建筑地下室抗浮基坑支护，边坡支护，以及加固等技术范畴。本实用新型技术可提供的抗拔力较大，性能稳定可靠，对减少环境污染，加快工程进度方面都有良好的作用。
附图说明
图1为本实用新型套管式变直径钢筋笼打开的结构示意图；
图2为本实用新型图1未打开的结构示意图；
图3为图1加上箍筋的结构示意图。
具体实施方式
如图所示，图1与图2是相同的结构，如图1所示，钢筋笼释放后，用包括但不限于混凝土或水泥砂浆、水泥浆或其他能固化材料包裹，混凝土、水泥砂浆、水泥浆或其他能固化材料凝固后，形成锚杆杆件或桩基。锚杆或桩基杆件内的配筋通常可选择包括但不限于/或者不选择配置钢筋笼、箍筋、钢套筒、钢丝网笼、承压板、承压法兰螺母或其他筋骨配筋材料。
图1-3中，套管式变直径钢筋笼包括轴向杆即主筋5、若干竖筋1、外套管4、注浆管9、与竖筋数相同的二组相同的若干活动连接筋条3、第一圈状固定器2和第二圈状固定器，外套管4套在轴向杆上，若干竖筋环绕轴向杆，第一组若干活动连接筋条6分别连接若干竖筋1的上端与第一圈状固定器圆周的若干固定关节，第二组若干活动连接筋条6分别连接若干竖筋1的下端与第二圈状固定器圆周的若干固定关节，承压底板7在轴向杆下端与轴向杆固定，至少第一圈状固定器与外套管4固定；注浆管9与第一圈状固定器或与某根竖筋固定；注浆管9受力使外套管下沉，则打开钢筋笼竖筋。
第二组若干活动连接筋条及第二圈状固定器分为两种结构，第一种结构是第二圈状固定器固定在外套管的下端，第二种结构是第二圈状固定器固定在轴向杆即主筋或承压底板上。即第二组若干活动连接筋条6分为固定在外套管4的下端的活动连接筋条(组)6a，以及固定在轴向杆即主筋侧或承压底板上的活动连接筋条(组)6b。
每组若干活动连接筋条的每根竖筋的一端均连接一根筋条的相同高度位置，此活动连接筋条的另一端接到圈状固定器的一个固定关节，圈状固定器在轴向杆杆上固定或滑动。
锚杆杆件的主筋和变径钢筋笼使用的材料，包括但不限于：钢、玻璃纤维、树脂、玻璃纤维增强树脂、芳纶纤维、碳纤维、石墨烯、碳元素相关的材料及其复合材料、高分子、高分子聚合物材料、纳米材料、金属材料和非金属材料等。
所述的变径钢筋笼立体几何形态包括但不限于：立方体、多面体、正多面体、四面体、长方体、圆柱、圆台、棱柱、棱台、圆锥、棱锥、竹节状、串状、凸凹状，其可以是实心的，亦可以是空心的；平面横截面的形状包括但不限于：正方形、长方形、三角形、四边形、菱形、梯形、多边形、圆、椭圆、圆环、扇形、弓形；锚杆杆件可以是实心的，亦可以是空心的截面。
主筋与变直径钢筋笼连接、变直径钢筋笼为锚头或桩基头。囊袋或其他锚头进行连接时，采取在锚杆杆件的下端，预留与变直径钢筋笼、固定直径钢筋笼、囊袋或其他锚头的长度相适应钢筋，在锚头底部分与锚垫板进行连接，也可以留有适当的钢筋长度，和成品锚头顶部用衔接螺母连接；或通过改进杆件和锚头，使锚杆杆件与变直径钢筋笼、固定直径钢筋笼、囊袋或其他锚头成为一个有机整体能够传递应力。
锚杆杆件的钢筋主筋和钢筋笼使用的材料，包括但不限于钢材、钢绞线、玻璃纤维、芳纶或其它高分子材料纤维、碳纤维、石墨烯、碳元素相关的材料及其复合材料。碳纤维等高分子材料也能用于锚杆。
本实用新型所述利用先张法锚杆杆件的应用，适用领域包括但不限于抗浮抗拉，道路、矿山开采、隧道桥梁、基坑和山体护坡、地质灾害处理；也用于抗压工程等领域。可以根据工程设计用途的的需要，可以作为抗压桩使用。
使用本实用新型克服抗浮直通或扩大头锚杆
①开挖桩杆上端即锚杆顶部的周围基底并清理浮浆；并在锚杆顶部周围铺施遇水膨胀止水胶条；
②锚杆顶部的周围基底上浇筑混凝土垫层；
③螺纹钢筋上至底板上层钢筋底部用法兰螺母固定(而不需要螺母)，不需要再施加；并在基底上浇筑带钢筋的基础底板。
④若预制构件为多根钢筋，则用相应数量开孔钢板做锚板，拧上螺母固定，再浇筑底板混凝土。
参照本申请人的在先申请：变径钢筋笼，包括轴向杆、圆环或环板和若干竖筋、若干筋条、圈状固定器，圆环或环板与轴向杆垂直，若干竖筋的一端在圆环或环板在均匀固定，每根竖筋的另一端或中部均连接一根筋条的一端，若干竖筋环绕轴向杆，筋条的另一端接到圈状固定器，圈状固定器在轴向杆杆上固定或滑动。竖筋外周设有箍筋，箍筋且与竖筋或轴向杆设有固定点，箍筋为绳状；轴向杆上设有轴向弹簧，并受到限位器、限位板条或约束绳、约束销的限制；箍筋约束收紧时是未使用状态，箍筋的端部设有释放装置；箍筋也可以是螺旋弹簧状。旋箍筋的材质：玻璃纤维、芳纶纤维、碳纤维、石墨烯、碳元素相关的材料及其复合材料等。
第二种变径钢筋笼，包括轴向杆、若干竖筋、两组若干筋条、第一和第二两个圈状固定器，第一与第二两个圈状固定器滑动在轴向杆杆上，第一和第二两个圈状固定器各固定一组与竖筋数相同的筋条，每根竖筋的上下两处分别有第一组和第二组的一根筋条与这根竖筋活络连接，若干竖筋环绕轴向杆，至少有一个圈状固定器在轴向杆杆上设有定位装置；竖筋外周设有箍筋，箍筋且与竖筋或轴向杆设有固定点，箍筋为绳状；轴向杆上设有轴向弹簧，并受到限位器、限位板条或约束绳、约束销的限制；环状箍筋约束收紧时是未使用状态，箍筋的端部设有释放装置。
箍筋为环状箍筋或多道绕制在竖筋外围的紧箍绳索。
竖筋、螺旋箍筋的立体几何形态包括：立方体长方体圆柱圆台棱柱棱台圆锥棱锥等；平面横截面的形状是：正方形长方形三角形四边形平行四边形菱形梯形圆扇形弓形圆环等；竖筋、螺旋箍筋的规格、型号、形状、尺寸、材料，各项参数随不同项目地质条件进行调整
筋条与竖筋活络连接的方式：圈状固定器的关节分别通过销轴、销轴支架(u型固定支架)将筋条连接到竖筋。竖筋筋条的根数不必多，一般5-12根即可。圈状固定器均可以环形圈为基本结构，随外套管在轴向杆上进行滑动。
本实用新型的承压变径钢筋笼扩体锚杆，变径钢筋笼在置于扩体段时展开释放，在变径钢筋笼上注浆或注入混凝土成为锚杆，变径钢筋笼成为锚杆的骨架。
本实用新型的工法应用：旋喷桩机钻进至设计深度→高压旋喷施工或机械扩孔施工→下锚头→打开锚头中扩大机构，将钢筋笼打开至设计尺寸→高压注浆或灌注混凝土。
典型的成品中：钢筋笼箍筋直径≤200mm(与实际形成的钻孔有关的参数，不同钻孔可以有不同规格的直径钢筋笼(箍筋))，置于锚杆扩体段后，打开钢筋笼中的约束机构，箍筋直径达到400mm左右的直径；变直径钢筋笼约束时的尺寸和展开后的尺寸以及钢筋笼的高度可依据工程的需要进行确定。
竖筋或筋条在机构作用下展开紧贴箍筋至不能展开止；在扩体段底部即锚杆的底部用锚垫板(锚垫板为环板)将锚杆的杆体与扩大头机械连接。
变径钢筋笼的竖筋外周设有环状箍筋，且为弹性材质的环状箍筋。环状箍筋可以是螺旋弹簧状。环状箍筋收紧是未使用状态(用于放入钻孔)，箍筋的端部设有释放装置。收紧且弹性约束的未使用状态，环状箍筋释放后变直径，直径扩大成环状箍筋原先松弛状态，即直径较小环状箍筋释放到锚杆的扩体端后，环状箍筋直径放大至设计要求(如典型的一款是从直径不到200mm扩大到-400mm)。
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