一种大直径预张拉玻璃纤维筋抗浮锚杆预紧力施加装置及方法

1.本发明属于岩土锚固技术领域，涉及一种大直径预张拉玻璃纤维筋抗浮锚杆预紧力施加装置及方法。


背景技术：

2.随着科学进步、技术发展以及基础设施建设的持续推进，基础埋深越来越大，服役环境越来越严酷，对抗浮的设计要求越来越高。在实际工程中，通常采用降排水法、压重法、抗浮桩以及抗浮锚杆等方法来达到抗浮的目的。而抗浮锚杆作为众多抗浮措施中的一种，因其地层适应性强、可分散应力、便于施工、硬质岩土层中承载力高、施工工期短及造价低等优点而被广泛应用。抗浮锚杆在具有侵蚀性的地下水中极易腐蚀，且常年处于干湿交替的环境，为了获得更高的承载力，同时还有满足耐久性的要求，通常会对锚杆施加预紧力或预应力，锚杆杆体受拉时易产生较大的徐变，且长时间工作后承载力得不到保证。
3.玻璃纤维筋是由含碱量小于1％的无碱玻璃纤维无捻粗纱或者高强玻璃纤维无捻粗纱和树脂基体(环氧树脂、乙烯基树脂)、固化剂等材料，通过成型固化工艺复合而成的筋材，简称gfrp筋。玻璃纤维筋锚杆目前已经在边坡支护、抗浮锚杆中得到应用。与普通抗浮锚杆相比，玻璃纤维筋锚杆具有更高的承载力、更强的抗腐蚀性能以及更小的徐变特性。但由于玻璃纤维筋的横向抗剪切能力较差，采用现有的预应力加载装置，其夹具产生的横向剪力极容易对玻璃纤维筋造成剪切破坏，从而降低玻璃纤维筋锚杆的承载力，甚至会夹断筋体导致预应力无法施加；并且预应力垫板与基岩的错位也会导致玻璃纤维筋的剪切破坏。
4.目前，对锚杆施加预紧力的技术不少，例如cn204311448u公开的一种施加锚杆预紧力装置；cn103244159b公开的一种施加锚杆预紧力的方法及装置。但是，专门针对玻璃纤维抗浮锚杆施加预应力的装置及方法较少，例如cn106193615a公开了一种三根玻璃纤维筋锚杆的抗浮锚杆及对三根玻璃纤维筋锚杆同时施加预紧力的加载装置，该装置保护了玻璃纤维筋不受剪切破坏，但是形式过于复杂，并且适用范围受到限制，只能针对三根玻璃纤维筋的锚杆。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，设计提供一种新型大直径预张拉玻璃纤维筋抗浮锚杆预紧力施加装置及方法，通过对锚杆杆体自由段环套钢套管的方式对筋体进行保护，防止玻璃纤维锚杆产生剪切破坏；在基础底板锚杆杆体处增设“十字型”加强筋，增大锚杆杆体与基础底板的锚固力；锚杆杆体与预紧力施加装置通过锚栓连接，连接简单牢固，彻底解决了玻璃纤维筋抗浮锚杆预紧力施加困难的难题。
6.为达到上述目的，本发明所述大直径预张拉玻璃纤维筋抗浮锚杆预紧力施加装置包括锚杆钻孔、基础底板、底板主筋、防水层、预紧力钢垫板、紧锁锚固板、预紧力螺母、特制
筋体、连接锚栓、钢套筒、锚杆杆体、锚杆扩大头、锚杆对中器、连接钢管、工字梁、反力梁、穿心千斤顶、紧锁螺母和注浆管；锚杆杆体竖直放置在锚杆钻孔内，锚杆扩大头安装在锚杆杆体底部形成整体，锚杆扩大头位于锚杆钻孔的底部扩孔处，锚杆杆体的上端套有钢套管，锚杆对中器沿竖向均匀环套在钢套管外侧壁上，锚杆钻孔的顶部安装有预紧力钢垫板，预紧力钢垫板与基础底板之间设有防水层，基础底板内均为设有底板主筋，预紧锚固板通过预紧力螺母固定安装在预紧力钢垫板的顶部中间位置，连接钢管或特制筋体通过连接锚栓固定套装在钢套筒上端，两根工字梁对称设置在预紧锚固板两侧，反力梁垂直于两工字梁放置在工字梁中心，连接钢管穿过反力梁的孔洞，反力梁的顶部中心设有穿心千斤顶，连接钢管通过穿心千斤顶顶部的紧固螺母与穿心千斤顶连接，注浆管贯穿整个锚杆钻孔并穿过基础底板。
7.进一步的，所述锚杆钻孔采用机械扩孔的成孔方法，并在岩层底部进行扩孔，扩孔完成之后的锚杆钻孔给锚杆扩大头提供充足的空间，使锚杆杆体与锚杆扩大锚固形成整体提供足够的抗拔承载力，锚杆钻孔的孔径不小于200mm，底部扩孔形成的空心球体半径不小于400mm，具体尺寸根据实际的抗浮要求和施工器械施工参数综合确定。
8.进一步的，所述基础底板为现浇钢筋混凝土底板，底板主筋采用双层双向布置的方法布置在基础底板内，具体施工要求参考《混凝土结构工程施工及验收规范》(gb50204-2015)，底板主筋的直径不小于16mm，间距不大于200mm，通长布置；为保证抗浮锚杆与基础底板的锚固强度(简称外锚固强度)，基础底板的厚度不小于400mm。
9.进一步的，所述防水层以砂浆防水剂、水泥、砂子、细石骨料为基础材料，其中水：水泥：砂子：细石骨料的重量比为0.5：1：2.0：3.0左右，砂浆防水剂的使用剂量由产品说明的配比决定；防水层的厚度不小于200mm，以达到初步防水的目的。
10.进一步的，所述预紧力钢垫板为特质钢板，预紧力钢垫板中心预留锚杆杆体穿过的孔洞，其厚度不小于20mm，形状为边长不小于500mm的正方形，以确保施加预紧力的安全性和可靠性。
11.进一步的，所述的紧锁锚固板为特质钢板制成，厚度不小于20mm，边长不小于200mm的正方形；预紧力螺母紧紧的固定紧锁锚固板，确保预紧力不发生损失。
12.进一步的，所述特制筋体采用钢材特制而成，为底部空心、上部实心结构，其内径略大于钢套筒的外径，且侧面预留有连接锚栓通过时所需的孔洞，顶端制有“十字形”外伸的带有螺纹长度不小于200mm的钢筋，为确保连接时安全牢固，特制筋体的空心部分的厚度不小于20mm；施工时，外伸的钢筋与底板主筋绑扎在一起，用于增强锚杆杆体的外锚固强度。
13.进一步的，所述钢套管直径比锚杆杆体直径大20mm，以便缝隙中环氧树脂的填充；钢套管发顶端侧面预留有连接锚栓通过时所需的孔洞，为确保连接时的可靠性，钢套筒的厚度不小于10mm；连接锚栓材质为钢材，进行预紧力施加时起到连接钢套筒与连接钢管的作用；预紧力施加完成后拆除连接钢管，使用连接锚栓将特制筋体与钢套管牢牢连接。
14.进一步的，所述锚杆杆体为直径32mm的玻璃纤维筋锚杆，可提供较大的预紧力，有效提高锚杆杆体的抗拔承载力。
15.进一步的，所述锚杆扩大头上部为高40mm、边长40mm的正六边形棱柱，下部为高40mm、半径80mm的圆柱，中心预留孔洞通过环氧树脂与锚杆杆体牢牢固定，用于增大锚杆杆
体与锚固体的接触面积，增强两者之间的黏结强度，提供充足的锚固力。
16.进一步的，所述锚杆对中器为“十字型”钢板，厚度不小于10mm。
17.进一步的，所述连接钢管为内径略大于钢套筒外径的无缝钢管，上端外侧制有螺纹，下端侧面预留有连接锚栓通过所需的孔洞，为确保连接紧密牢固，连接钢管的厚度不小于20mm。
18.进一步的，所述反力梁由钢材制成，为保证施加预紧力过程的安全性以及反力梁自身的强度和稳定性，反力梁的厚度不小于50mm，反力梁中心预留有连接钢管通过所需的孔洞。
19.进一步的，所述两根工字梁的间距大于500mm。
20.进一步的，所述注浆管为直径40mm的硬质橡胶管，以实现压力注浆，注浆压力根据设计要求来确定。
21.本发明对大直径预张拉玻璃纤维筋抗浮锚杆施加预紧力的具体过程为：
22.(1)锚孔定位：使用全站仪对施工场地进行标高的测量，确定钻孔深度，并对钻孔进行放线测量，确定锚孔的钻孔位置，确保孔位放线误差不大于20mm，机械定位误差不大于50mm；
23.(2)成孔施工：采用机械扩孔的成孔方式，根据定位时的放线移动钻孔器械，确保钻头对准孔位中心，确保钻机钻头垂直地面，钻机就位后进行水平校正，随后进行钻孔，钻孔时只对锚杆杆体底部进行扩孔，具体扩孔大小由施工及抗浮要求确定，成孔深度进行现场确认，实际深度不小于设计深度，也不大于设计深度500mm；
24.(3)锚杆制作：先将钢套管环套在锚杆杆体的上端，确保锚杆杆体顶端不超过钢套管侧面孔洞，确保后续连接锚栓可以通过，随后通过压力灌注的方式将环氧树脂胶注入钢套管与锚杆杆体的缝隙中，注胶时确保锚杆杆体位于钢套筒中心；再将锚杆扩大头环套在锚杆杆体的底端，采用压力灌注的方式将环氧树脂胶注入锚杆杆体与锚杆扩大头的缝隙中，确保两者连接牢固；最后将锚杆对中器安装在钢套管上；
25.(4)锚杆施工：使用钻孔机将锚杆杆体吊起放入锚杆钻孔中，安放时避免锚杆扭曲、弯曲及碰撞，采用压力注浆的方式通过注浆管进行水泥注浆，注浆压力不小于2.0mpa，注浆所用水泥砂浆的水泥强度及水灰比由实际施工要求确定，注浆完成后进行养护，养护时间不小于3天，养护期间不得在锚杆杆体上悬挂重物，不得随意敲击杆体，且避免碰撞；
26.(5)施加预紧力：先将预紧力钢垫板通过中心孔洞穿过锚杆杆体并压实，确保锚杆杆体位于预紧力钢垫板的中心；再将两个相同的工字梁平行布置在锚杆杆体两侧，确保两工字梁的间距不小于500mm；将紧锁锚固板与预紧力螺母安装在钢套筒上；将连接钢管环套在钢套管顶端，使用连接锚栓进行固定，连接后进行检查，以确保连接牢固；将反力梁垂直于两工字梁放置在工字梁中心，并使连接钢管穿过反力梁的孔洞，安装反力梁时避免磕碰到连接钢管后依次安装穿心千斤顶和紧锁螺母；施加预紧力前检查构件之间的连接是否紧密，确保预紧力施加过程中安全性及准确性；预紧力施加完成后拧紧预紧力螺母；随后穿心千斤顶进行卸载，按照安装次序的倒序依次拆除紧锁螺母、穿心千斤顶、反力梁、连接锚栓、连接钢管及两工字梁；
27.(6)基础底板施工：先将特制筋体环套在钢套筒上端，使用连接锚栓将特制筋体与钢套筒牢牢固定，再依次进行防水层的施工和底板主筋的绑扎，绑扎时将底板主筋与特制
筋体绑扎在一起，以提高锚杆的外锚固强度，然后进行支模及底板混凝土的浇筑，浇筑完成之后进行混凝土的养护工作，养护时间不低于7天，具体的混凝土养护时间由实际工程需求确定。
28.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
29.(1)锚杆杆体采用单根大直径的玻璃纤维筋锚杆，具有更强的耐腐蚀性能以及更高的抗拉强度，可根据实际抗浮要求和施工器械需求施加较大范围的预紧力，有效控制基础底板的位移，充分发挥玻璃纤维筋的抗拉性能；而且预紧力施加装置针对一根大直径玻璃纤维筋进行施加，适用范围更加广泛、全面；
30.(2)在锚杆自由段环套有钢套管，并在间隙内充填饱满的环氧树脂，可有效的保护玻璃纤维筋，防止玻璃纤维筋出现剪切破坏，在锚杆杆体底端，制有锚杆扩大头，可有效增大锚杆杆体与锚固体的承载面积，提高锚杆杆体与锚固体的粘结性能，提升了抗浮锚杆的抗拔承载力，并在一定程度上控制锚固段混凝土的开裂，提高抗浮锚杆的整体性；
31.(3)在锚杆杆体与基础底板连接处设置特制筋体，可有效增加锚杆杆体与基础底板的接触面积，增强锚杆杆体与基础底板的黏结强度，提高抗浮锚杆与基础底板的锚固力；
32.(4)整个装置操作简单，安装方便、性价比高，一般工人均可操作，使用穿心千斤顶施加预紧力时，可施加的预紧力的范围较大，通过锚栓连接钢套管与连接钢管，连接钢管可重复使用。
附图说明
33.图1为本发明所述大直径预紧力玻璃纤维抗浮锚杆的正视剖面图
34.图2为本发明所述大直径预紧力玻璃纤维抗浮锚杆施加预紧力的正视图。
35.图3为本发明所述特制筋体与钢套管、连接钢管的连接示意图。
36.图4为本发明所述锚杆扩大头的正视剖面图和俯视图。
37.图5为本发明所述锚杆对中器13俯视剖面图。
38.图中：1锚杆钻孔、2基础底板、3底板主筋、4防水层、5预紧力钢垫板、6紧锁锚固板、7预紧力螺母、8特制筋体、9连接锚栓、10钢套筒、11锚杆杆体、12锚杆扩大头、13锚杆对中器、14连接钢管、15工字梁、16反力梁、17穿心千斤顶、18紧锁螺母、19注浆管。
具体实施方式
39.下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的阐述。
40.实施例1：
41.本实施例所述大直径预张拉玻璃纤维筋抗浮锚杆预紧力施加装置包括锚杆钻孔1、基础底板2、底板主筋3、防水层4、预紧力钢垫板5、紧锁锚固板6、预紧力螺母7、特制筋体8、连接锚栓9、钢套筒10、锚杆杆体11、锚杆扩大头12、锚杆对中器13、连接钢管14、工字梁15、反力梁16、穿心千斤顶17、紧锁螺母18和注浆管19；锚杆杆体11竖直放置在锚杆钻孔1内，锚杆扩大头12安装在锚杆杆体11底部形成整体，锚杆扩大头12位于锚杆钻孔1的底部扩孔处，锚杆杆体11的上端套有钢套管10，锚杆对中器13沿竖向均匀环套在钢套管10外侧壁上，锚杆钻孔1的顶部安装有预紧力钢垫板5，预紧力钢垫板5与基础底板2之间设有防水层4，基础底板2内均为设有底板主筋3，预紧锚固板6通过预紧力螺母1固定安装在预紧力钢垫
板5的顶部中间位置，连接钢管14或特制筋体8通过连接锚栓9固定套装在钢套筒10上端，两根工字梁15对称设置在预紧锚固板6两侧，反力梁16垂直于两工字梁15放置在工字梁15中心，连接钢管14穿过反力梁16的孔洞，反力梁16的顶部中心设有穿心千斤顶17，连接钢管14通过穿心千斤顶18顶部的紧固螺母18与穿心千斤顶17连接，注浆管19贯穿整个锚杆钻孔1并穿过基础底板2。
42.实施例2：
43.本实施例采用实施例1所述装置对大直径预张拉玻璃纤维筋抗浮锚杆施加预紧力的具体过程为：
44.(1)锚孔定位：使用全站仪对施工场地进行标高的测量，确定钻孔深度，并对钻孔进行放线测量，确定锚孔的钻孔位置，确保孔位放线误差不大于20mm，机械定位误差不大于50mm；
45.(2)成孔施工：采用机械扩孔的成孔方式，根据定位时的放线移动钻孔器械，确保钻头对准孔位中心，确保钻机钻头垂直地面，钻机就位后进行水平校正，随后进行钻孔，钻孔时只对锚杆杆体11底部进行扩孔，具体扩孔大小由施工及抗浮要求确定，成孔深度进行现场确认，实际深度不小于设计深度，也不大于设计深度500mm；
46.(3)锚杆制作：先将钢套管10环套在锚杆杆体11的上端，确保锚杆杆体11顶端不超过钢套管10侧面孔洞，确保后续连接锚栓9可以通过，随后通过压力灌注的方式将环氧树脂胶注入钢套管10与锚杆杆体11的缝隙中，注胶时确保锚杆杆体11位于钢套筒10中心；再将锚杆扩大头12环套在锚杆杆体11的底端，采用压力灌注的方式将环氧树脂胶注入锚杆杆体11与锚杆扩大头12的缝隙中，确保两者连接牢固；最后将锚杆对中器13安装在钢套管10上；
47.(4)锚杆施工：使用钻孔机将锚杆杆体11吊起放入锚杆钻孔1中，安放时避免锚杆扭曲、弯曲及碰撞，采用压力注浆的方式通过注浆管19进行水泥注浆，注浆压力不小于2.0mpa，注浆所用水泥砂浆的水泥强度及水灰比由实际施工要求确定，注浆完成后进行养护，养护时间不小于3天，养护期间不得在锚杆杆体11上悬挂重物，不得随意敲击杆体，且避免碰撞；
48.(5)施加预紧力：先将预紧力钢垫板5通过中心孔洞穿过锚杆杆体11并压实，确保锚杆杆体11位于预紧力钢垫板5的中心；再将两个相同的工字梁15平行布置在锚杆杆体11两侧，确保两工字梁15的间距不小于500mm；将紧锁锚固板6与预紧力螺母7安装在钢套筒10上；将连接钢管14环套在钢套管10顶端，使用连接锚栓9进行固定，连接后进行检查，以确保连接牢固；将反力梁16垂直于两工字梁15放置在工字梁15中心，并使连接钢管14穿过反力梁16的孔洞，安装反力梁16时避免磕碰到连接钢管14后依次安装穿心千斤顶17和紧锁螺母18；施加预紧力前检查构件之间的连接是否紧密，确保预紧力施加过程中安全性及准确性；预紧力施加完成后拧紧预紧力螺母7；随后穿心千斤顶17进行卸载，按照安装次序的倒序依次拆除紧锁螺母18、穿心千斤顶17、反力梁16、连接锚栓9、连接钢管14及两工字梁15；
49.(6)基础底板施工：先将特制筋体8环套在钢套筒10上端，使用连接锚栓9将特制筋体8与钢套筒10牢牢固定，再依次进行防水层4的施工和底板主筋3的绑扎，绑扎时将底板主筋3与特制筋体8绑扎在一起，以提高锚杆的外锚固强度，然后进行支模及底板混凝土的浇筑，浇筑完成之后进行混凝土的养护工作，养护时间不低于7天，具体的混凝土养护时间由实际工程需求确定。
50.上述未经描述的构件按国家现行《抗浮锚杆技术规程》(yb/t 4659-2018)设计，未经描述的制作工艺按现行工艺则优。