一种可自动集排风通风锚杆及施工方法与流程

本发明涉及边坡支护领域中锚杆施工技术，适用于寒区冻土边坡的工程加固。

背景技术：

冻土是温度在0℃或0℃以下，并含有冰的各种岩土。我国是冻土面积仅次于俄罗斯和加拿大的世界第三大冻土国，冻土面积约占国土总面积的75%，主要分布在西北和东北地区。随着我国西部大开发战略的实施以及经济建设战略重心逐步向中西部转移，多年冻土区基础设施建设不断发展，已然产生大量寒区边坡工程，寒区边坡稳定性已成为一项重要的研究课题。

在全球气候变暖的影响下，越来越多的冻土边坡发生冻融滑塌，目前，防治冻土冻融滑塌的主要措施包括通过降低坡体地下水位和含水率来减轻土体冻胀融沉所带来的危害；利用工程构筑物或者生态防护措施来增强坡体的抗滑能力；使用非冻胀性粗骨料代替冻胀土以保证坡体稳定性，但这些措施均为被动治理技术，不能从根本上解决冻土边坡热融滑塌问题，从保护冻土角度出发，主动降温已成为目前主流的冻土边坡防护理念。申请号为201610044592.6的专利提出了一种加速对流通风冷却锚管及施工方法，该发明综合利用烟囱效应原理、冻结技术、形状记忆聚合物和锚固技术，能够“主动”保护冻土并进行锚固；申请号为201710143649.2的专利在上述专利基础上进行了改进，提出了一种免动力加速对流锚杆及施工方法，通过免动力加速器可提高通风锚管内热气体的流动速度，从而加速通风锚管的对流换热；上述两个发明的缺陷在于二者都只能在出风管处加速气体交换，存在利用自然风能有限，通风降温效果不够显著，且不能主动选择自然风向的问题，因此，亟需找到一种能够最大限度利用自然风能的通风锚杆。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种可自动集排风通风锚杆及施工方法。

本发明是一种可自动集排风通风锚杆及施工方法，可自动集排风通风锚杆，其结构包括锚管1、通风管2、集风系统3和锚具，锚管1由挡环4、出浆孔5、通风段a、锚固段b组成，挡环4是内径与锚管1相同且位于边坡滑移面分界处的圆环钢板，锚管1是圆形直管，且锚管1以挡环4为界分为通风段a和锚固段b，锚固段b侧面均匀开设出浆孔5；通风管2是直径与挡环4外径相等的圆形直管；集风系统3包括进风管6、出风管7、无动力风帽8、风向板9和过渡连接件，进风管6是长边呈喇叭型，短边直径与通风管2相等的l型弯管，出风管7是直径与锚管1相等的直管，进风管6直角处沿短边中心轴预留与出风管7直径相等的孔，进风管6短边端口沿外管壁带凸齿，出风管7一端沿外管壁带凸齿，另一端与无动力风帽8连接，风向板9为焊接于进风管6长边外侧上边缘的直角三角形板，且风向板9长直角边与进风管6长边轴向平齐，出风管7嵌入进风管6直角处预留的孔内并用螺栓沿径向进行固定，使出风管7轴心线与进风管6短边轴心线重合，过渡连接件包括与进风管6和出风管7分别相匹配的l型第一弯管c和第二弯管d，第一弯管c和第二弯管d均在一端端口内侧沿内管壁径向带齿槽，进风管6带凸齿的一端卡在第一弯管c的齿槽上，出风管7带凸齿的一端卡在第二弯管d的齿槽上；向锚管1的锚固段b注浆，使锚固段b与周围土体粘结，并在锚管1外套通风管2，通过锚具将锚管1和通风管2锚固于边坡表面并使锚管1与通风管2露出边坡表面，集风系统3中的第一弯管c和第二弯管d分别通过卡箍与外露的通风管2和锚管1连接，形成自动集排风通风锚杆。

以上所述的可自动集排风通风锚杆的施工方法，其步骤为：

步骤（1）制作锚管1：根据实际工程确定锚管1中通风段a和锚固段b的长度，在通风段a和锚固段b的交界处焊接挡环4，锚固段b上均匀开设出浆孔5，并在通风段a一端外侧设置凸齿；

步骤（2）制作通风管2：通风管2直径长度与通风段a相同，在通风管2侧面均匀开设通风孔；

步骤（3）制作集风系统3：根据工程实际，采用轻质材料并根据锚管1和通风管2的直径分别制作进风管6和出风管7，在进风管6短边外管壁与出风管7一端外管壁分别设置凸齿，在进风管6直角处沿短边中心轴预留与出风管7直径相等的孔，将出风管7穿入进风管6的预留孔内，通过螺栓固定出风管7和进风管6的嵌套部分，使出风管7和进风管6短边轴心线重合，根据进风管6和出风管7的尺寸制作风向板9并定制无动力风帽8，将无动力风帽8安装在出风管7未设置凸齿的一端，将风向板9焊接在进风管6长边上；根据锚管1和通风管2的直径制作第一弯管c和第二弯管d，并分别在第一弯管c和第二弯管d一端内壁设置齿槽，将第一弯管c和第二弯管d的齿槽分别卡在进风管6和出风管7的凸齿上；

步骤（4）放线和定位：边坡开挖后，根据工程设计用测量仪器确定自动集风通风锚杆的施设位置；

步骤（5）施工自动集风锚杆：

①钻孔：根据实际工程，在锚杆施设位置进行钻孔；

②安放锚管1及通风管2：将锚管1放入坡体的钻孔内，利用注浆管或注浆机械向锚固段b进行注浆，注浆完成后拔出注浆管，待浆体通过出浆孔5与周围土体粘结后，将通风管2插入钻孔内；

③锚固锚杆：利用锚具将锚管1及通风管2锚固在边坡表面，锚固过程中对锚管1及通风管2露出边坡表面的部分进行防锈处理；

④安装集风系统3：将组装好的集风系统3上的第一弯管c和第二弯管d依次通过卡箍连接在露出边坡的通风管2和锚管1上；

步骤（6）按照步骤（4）、步骤（5）的步骤施工下一位置处的自动集风通风锚杆直至完成。

本发明的有益效果是：本发明综合利用自然通风原理、收敛管道原理和锚固技术于一体，适用于寒区冻土边坡工程灾害治理，主要具有以下优点：①将自然通风原理及收敛管道原理应用到冻土边坡支护领域，集风装置可在自然风作用下调整角度，不管风向如何，都能使进风管始终与风向平行，最大限度地保持进风管进风效率，同时，进风管采用由大到小的喇叭型变管径形式，能够利用收敛管道原理对空气进行自然加压并降低风的温度，从而最大限度地利用了自然风的动能和冷能；出风管处的无动力风帽具有自然抽风效应，促使外界冷空气与坡内空气进行对流交换，能够大大提高边坡内外的对流换热速度，显著降低坡体温度；这样，进风管和出风管两处都能够加速自然风的对流和降温，解决了以往通风锚杆通风过程受风向限制降温效果不够显著的问题；②基于烟囱效应设置出风管，出风管高度高于进风管，能够进一步加速空气对流，降低坡体温度；③本发明所有加强外界与坡体对流换热速率的措施均靠自然动力完成，无需额外动力，且能够最大限度利用风能，成本低，节能环保，经济效益高；④本发明结构简单，组装程度高，施工方法简便易行。

附图说明

图1是本发明在边坡支护中应用的示意图；图2是本发明自动集排风通风锚杆的示意图；图3是本发明锚管1的示意图；图4是本发明通风管2的示意图；图5是本发明过渡连接件的示意图；图6是本发明集风系统的示意图；图7是本发明进风管6的示意图；图8是本发明出风管7的示意图；图9是本发明无动力风帽8的示意图；图10是本发明风向板9的示意图。

附图标记说明：锚管1、通风管2、集风系统3、挡环4、出浆孔5、进风管6、出风管7、无动力风帽8、风向板9、通风段a、锚固段b、第一弯管c、第二弯管d。

具体实施方式

本发明在无需额外动力和不管风向如何的情况下，既能够在进风口处自动集风，又能在出风口处自然抽风（排风），最大限度利用自然风能，从而加速降低坡体温度的冻土边坡锚固结构，解决以往冻土边坡锚固结构利用自然风能力有限及通风降温果不够的问题。

本发明的工作原理是：①锚固原理：当自动集排风通风锚杆在坡体内安放完毕后，利用注浆管压力注入水泥浆体，浆体穿过锚管锚固段侧面的出浆孔与周围土体粘结，注浆完毕后，拔出注浆管，待浆体达到设计强度时对锚管进行张拉锚固，通风段与锚固段之间的挡环可防止浆体倒灌进入通风管；②集风原理：集风系统各构件都采用轻质材料（如轻型不锈钢），进风管和出风管通过齿槽安装在过渡连接件上，当自然风吹过集风系统时，只要风向板与风向不平行，风向板便会受到风的作用力发生转动，从而带动进风管和出风管旋转转动，使得进风管管口始终与风向一致；进风管管口采用由大变小的喇叭头形式，能够合理利用收敛管道原理，使自然风流过渐变喇叭头时对空气自然加压达到压缩空气的效果，同时降低温度，从而加速集风装置进风管进风速率；③排风及降温原理：自然风通过进风管进入边坡内部，而无动力风帽在自然风的作用下能够及时将边坡内的热量抽出来，出风管不断带走边坡内的热量使得边坡内外产生压差，从而使更多冷风通过进风管进入边坡内部，外界冷空气通过集风装置不断进入坡体内部，从而促使外界冷空气与坡内空气进行对流交换，能够大大提高边坡内外的对流换热速度，显著降低坡体温度。

如图1~图6所示，本发明是一种可自动集排风通风锚杆及施工方法，可自动集排风通风锚杆，其结构包括锚管1、通风管2、集风系统3和锚具，锚管1由挡环4、出浆孔5、通风段a、锚固段b组成，挡环4是内径与锚管1相同且位于边坡滑移面分界处的圆环钢板，锚管1是圆形直管，且锚管1以挡环4为界分为通风段a和锚固段b，锚固段b侧面均匀开设出浆孔5；通风管2是直径与挡环4外径相等的圆形直管；集风系统3包括进风管6、出风管7、无动力风帽8、风向板9和过渡连接件，进风管6是长边呈喇叭型，短边直径与通风管2相等的l型弯管，出风管7是直径与锚管1相等的直管，进风管6直角处沿短边中心轴预留与出风管7直径相等的孔，进风管6短边端口沿外管壁带凸齿，出风管7一端沿外管壁带凸齿，另一端与无动力风帽8连接，风向板9为焊接于进风管6长边外侧上边缘的直角三角形板，且风向板9长直角边与进风管6长边轴向平齐，出风管7嵌入进风管6直角处预留的孔内并用螺栓沿径向进行固定，使出风管7轴心线与进风管6短边轴心线重合，过渡连接件包括与进风管6和出风管7分别相匹配的l型第一弯管c和第二弯管d，第一弯管c和第二弯管d均在一端端口内侧沿内管壁径向带齿槽，进风管6带凸齿的一端卡在弯管c的齿槽上，出风管7带凸齿的一端卡在第二弯管d的齿槽上；向锚管1的锚固段b注浆，使锚固段b与周围土体粘结，并在锚管1外套通风管2，通过锚具将锚管1和通风管2锚固于边坡表面并使锚管1与通风管2露出边坡表面，集风系统3中的第一弯管c和第二弯管d分别通过卡箍与外露的通风管2和锚管1连接，形成自动集排风通风锚杆。

如图6所示，出风管7长度大于进风管6，出风管7长度为40~80mm，进风管6长边长度为20~50mm，短边长度为10~30mm，出风管7直径为50~60mm，进风管6直径为100~200mm。

如图1~图2所示，第一弯管c直径大于进风管6，第一弯管c上的齿槽与进风管6上的凸齿匹配程度能使进风管6在第一弯管c上旋转，第一弯管c直径为105mm~205mm。

如图所示，第二弯管d直径大于出风管7，第二弯管d上的齿槽与出风管7上的凸齿匹配程度能使出风管7在第二弯管d上旋转，第二弯管d直径为55mm~65mm。

如图1~7所示，可自动集排风通风锚杆的施工方法，其步骤为：

步骤（1）制作锚管1：锚管1为直径50~60mm的钢管，根据工程实际确定锚管1通风段a和锚固段b的长度，在通风段a和锚固段b的交界处固定外径与通风管2相同的挡环4，锚固段b上均匀开设直径为3~6mm，间距为50~80mm的出浆孔5，并在通风段a一端外侧设置凸齿；

步骤（2）制作通风管2：通风管2为直径100~150mm的钢管，其长度与通风段a相同，在通风管2侧面均匀开设通风孔，并在通风管2一端外侧设置凸齿；

步骤（3）制作集风系统3：根据工程实际，采用轻质材料并根据锚管1和通风管2的直径分别制作进风管6和出风管7，在进风管6短边外管壁与出风管7一端外管壁分别设置凸齿，在进风管6直角处沿短边中心轴预留与出风管7直径相等的孔，将出风管7穿入进风管6的预留孔内，通过螺栓固定出风管7和进风管6的嵌套部分，使出风管7和进风管6短边轴心线重合，根据进风管6和出风管7的尺寸制作风向板9并定制无动力风帽8，将无动力风帽8安装在出风管7未设置凸齿的一端，将风向板9焊接在进风管6长边上；根据锚管1和通风管2的直径制作第一弯管c和第二弯管d，并分别在第一弯管c和第二弯管d一端内壁设置齿槽，将第一弯管c和第二弯管d的齿槽分别卡在进风管6和出风管7的凸齿上；

步骤（4）放线和定位：边坡开挖后，根据工程设计用测量仪器确定自动集风通风锚杆的施设位置；

步骤（5）施工自动集风锚杆：

①钻孔：根据实际工程，在锚杆施设位置进行钻孔；

②安放锚管1及通风管2：将锚管1放入坡体的钻孔内，利用注浆管或注浆机械向锚固段b进行注浆，注浆完成后拔出注浆管，待浆体通过出浆孔5与周围土体粘结后，将通风管2插入钻孔内；

③锚固锚杆：利用锚具将锚管1及通风管2锚固在边坡表面，锚固过程中对锚管1及通风管2露出边坡表面的部分进行防锈处理；

④安装集风系统3：将组装好的集风系统3上的第一弯管c和第二弯管d依次通过卡箍连接在露出边坡的通风管2和锚管1上；

步骤（6）按照步骤（4）、步骤（5）步的步骤施工下一位置处的自动集风通风锚杆直至完成。

以上结合附图及具体实施实例对本发明进一步说明，所举实例只用于解释本发明并非仅限于本实例。在阅读本发明后，凡在本发明原理内所做的任何修改、等同替换和改进均应包含于本发明的保护范围以内。