预应力锚索及富水冲积地层预应力锚索的施工方法与流程

1.本发明涉及锚索施工技术领域，具体而言，涉及一种预应力锚索及富水冲积地层预应力锚索的施工方法。


背景技术：

2.预应力锚索是指采取预应力方法把锚索锚固在岩体内部的索状支架，用于加固边坡。锚索靠锚头通过岩体软弱结构面的孔锚入岩体内，把滑体与稳固岩层联在一起，从而改变边坡岩体的应力状态，提高边坡不稳定岩体的整体性和强度。一般施工工艺流程为：锚孔测放、钻机就位、钻进、锚孔清理、锚索体制作及安装、锚固注浆、腰梁制作、锚索张拉及锁定、封锚。
3.当对周边环境有控制要求时，钻进步骤就需要避免钻进时塌孔对周边造成的影响。当频繁出现成孔产生的较大流砂涌水现象，而注浆固化土体措施成效低时，锚索施工难以持续进行，进而影响工期进度。当涌水涌砂现象严重时，将会造成地面坍塌，影响基坑施工安全。基于上述各种情况，一般施工工艺流程中钻进、锚索体安装及注浆的施工步骤难以适用。


技术实现要素：

4.鉴于此，本发明提出了一种预应力锚索，旨在解决现有技术中预应力锚索的钻进、锚索体安装及注浆的施工步骤无法适应涌水涌砂和对周边环境有控制要求的情况的问题。本发明还提出了一种富水冲积地层预应力锚索的施工方法。
5.一个方面，本发明提出了一种预应力锚索，该预应力锚索包括：管体、多个连接体、多股钢绞线和锁紧机构；其中，管体的一端为开口端，另一端为封闭端，管体的封闭端呈锥形，管体的管壁开设有多个开孔；每个连接体均开设有穿设孔和多个贯穿孔，各连接体的穿设孔的位置和各贯穿孔的位置一一对应；管体依次穿设于各连接体的穿设孔且与各连接体相连接；每股钢绞线均与管体相平行，每股钢绞线均依次穿设于各连接体相对应的贯穿孔；锁紧机构与各股钢绞线靠近管体封闭端的端部相连接，用于对各股钢绞线进行锁紧。
6.进一步地，上述预应力锚索中，管体的封闭端的内夹角为30
°
～60
°
。
7.进一步地，上述预应力锚索中，各连接体沿管体的长度方向均匀设置。
8.进一步地，上述预应力锚索中，每个连接体上的穿设孔均置于连接体的中心位置处，每个连接体上的贯穿孔均为四个，四个贯穿孔呈圆周状均匀分布；钢绞线为四股，四股钢绞线与每个连接体上的四个贯穿孔一一对应。
9.进一步地，上述预应力锚索中，锁紧机构包括：多个挤压锚，每股钢绞线处均设置一个挤压锚。
10.进一步地，上述预应力锚索中，每个连接体的外边缘沿圆周方向间隔地开设有多个凹口。
11.本发明中，管体的管壁上开设多个开孔，以便于通过管体向土层中注浆，管体的封
闭端呈锥形，便于插设于土层中，各股钢绞线被锁紧机构锁紧后，张拉设备即可对各股钢绞线进行张拉以施加预应力，该预应力锚索的结构简单，便于实施，并能适应于各种施工情况，即使出现对周边环境有控制要求的情况以及涌水涌砂、流砂的情况，均可以通过锤击管体将管体插设于土层中，进而通过管体的内部向土层中注浆再对各股钢绞线进行张拉，降低了施工难度，保证了锚索施工的正常进行，解决了现有技术中预应力锚索的钻进、锚索体安装及注浆的施工步骤无法适应涌水涌砂和对周边环境有控制要求的情况的问题，该预应力锚索安装快速，操作简便。
12.另一方面，本发明还提出了一种富水冲积地层利用上述任一种预应力锚索进行施工的方法，该方法包括如下步骤：确定步骤，根据设计图纸，确定锚索孔位；锤击步骤，在锚索孔位处锤击预应力锚索中的管体，以将管体插入土层中；注浆步骤，待管体置于土层内的预设深度时，通过管体向土层中注入水泥浆；施工步骤，重复确定步骤、锤击步骤和注浆步骤，将多个管体插入土层中并注入水泥浆，各管体成排布置，在各锚索孔位的孔口浇筑混凝土腰梁；张拉步骤，待各预应力锚索和腰梁的固体强度达到预设强度时，对各预应力锚索中的各股钢绞线进行张拉并锁定；补充注浆步骤，向各锚索孔位内补充注浆。
13.进一步地，上述富水冲积地层预应力锚索的施工方法中，锤击步骤中，在锤击管体之前，在锚索孔位处插设护壁套管。
14.进一步地，上述富水冲积地层预应力锚索的施工方法中，施工步骤中，在各锚索孔位处均安装锚垫板及锚具。
15.进一步地，上述富水冲积地层预应力锚索的施工方法中，补充注浆步骤中，每个锚垫板均开设有补浆孔，从各锚垫板的补浆孔处进行注浆。
16.本发明中，将预应力锚索锤击至土层中，通过管体向土层中注入水泥浆，然后施工混凝土腰梁，再对各股钢绞线进行张拉并锁定，最后向各锚索孔位内补充注浆，能够保证预应力锚索顺利穿越土层到达设计深度，又能保证钢绞线荷载值达到设计要求，同时避免了预应力锚索成孔过程中塌孔和涌水涌砂的情况。
附图说明
17.通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
18.图1为本发明实施例提供的预应力锚索的结构示意图；
19.图2为图1中a-a处的剖面图；
20.图3为本发明实施例提供的预应力锚索中，连接体的结构示意图；
21.图4为本发明实施例提供的预应力锚索中，挤压锚的俯视结构示意图；
22.图5为本发明实施例提供的预应力锚索中，挤压锚的侧视结构示意图；
23.图6为本发明实施例提供的富水冲积地层预应力锚索的施工方法的流程图；
24.图7为本发明实施例提供的富水冲积地层预应力锚索的施工方法中，预应力锚索置于土层中的结构示意图；
25.图8为图7中b-b处的剖面图；
26.图9为本发明实施例提供的富水冲积地层预应力锚索的施工方法中，锚垫板的结
构示意图。
具体实施方式
27.下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
28.预应力锚索实施例：
29.参见图1至图3，图中示出了本实施例中预应力锚索的优选结构。如图所示，预应力锚索包括：管体1、多个连接体2、多股钢绞线3和锁紧机构4。其中，管体1的一端为开口端(图1所示的右端)，另一端为封闭端(图1所示的左端)，管体1的封闭端呈锥形。具体地，罐体的封闭端呈锥形且具有一个尖锥头，管体1的封闭端的内夹角β为30
°
～60
°
，该内夹角β指的是管体1的内部并且是管体1锥形的尖端的夹角。优选的，管体1的封闭端的内夹角β为60
°
或者45
°
。
30.管体1的管壁开设有多个开孔，具体地，管体1的管壁上沿管体1的长度方向(图1所示的由左至右的方向)均匀且间隔地开设有多组开孔，每组开孔均包括：多个开孔，每组中的各开孔均处于管体1的同一横截面处，并且，每组中的各开孔沿管体1的周向均匀且间隔设置。每个开孔均用于作为注浆孔，用于注浆。
31.在本实施例中，每组开孔均包括：两个开孔。
32.每个连接体2均开设有穿设孔21和多个贯穿孔22，各连接体2的穿设孔21的位置和各贯穿孔22的位置一一对应。具体地，每个连接体2上的穿设孔21均置于连接体2的中心位置处。每个连接体2上的各贯穿孔22呈圆周状均匀分布。各连接体2的穿设孔21的位置一一对应，各连接体2上的各贯穿孔22的位置也是一一对应。
33.具体实施时，每个连接体2上的贯穿孔22均为四个，四个贯穿孔22呈圆周状均匀分布。
34.管体1依次穿设于各连接体2的穿设孔21，并且，管体1与各连接体2相连接。具体地，管体1与各连接体2固定连接，如焊接连接。优选的，各连接体2沿管体1的长度方向均匀且间隔设置。各连接体2之间均相平行。
35.每股钢绞线3均与管体1相平行，每股钢绞线3均依次穿设于各连接体2相对应的贯穿孔22。具体地，钢绞线3的长度方向与管体1的长度方向相平行，钢绞线3的股数与每个连接体2上的贯穿孔22的数量相同，则各股钢绞线3与每个连接体2上的各贯穿孔22一一对应，每股钢绞线3均依次穿设于各连接体2上相对应位置处的贯穿孔22。
36.具体实施时，当每个连接体2上的贯穿孔22均为四个时，钢绞线3为四股，四股钢绞线3与每个连接体2上的四个贯穿孔22一一对应。
37.锁紧机构4与各股钢绞线3靠近管体1封闭端的端部相连接，锁紧机构4用于对各股钢绞线3进行锁紧。具体地，各股钢绞线3的第一端(图1所示的左端)靠近管体1的封闭端，各股钢绞线3的第二端对应于管体1的开口端后继续向外延伸。锁紧机构4与各股钢绞线3的第一端相连接，以对各股钢绞线3进行锁紧。并且，锁紧机构4使得连接体2与各股钢绞线3连接
在一起，避免钢绞线3的机械损伤。
38.优选的，锁紧机构4包括：多个挤压锚41，每股钢绞线3处均设置一个挤压锚41。具体地，参见图4和图5，挤压锚41由挤压锚环和装插在挤压锚腔内的挤压簧组成，挤压簧各圈钢丝的三角形截面顶点组成内壁螺旋齿，挤压后能使挤压簧碎片更牢固地刻入钢绞线3内，确保锚固效率系数的提高。这样，挤压锚41将多束钢绞线收束固定，管体1固定住钢绞线3的横向位置，通过挤压锚41将钢绞线3与各连接体2及管体1连接成为整体，避免管体1钻进时该整体发生扭转、弯折，防止因钻孔扰动造成部件松脱。
39.优选的，每个连接体2的外边缘沿圆周方向间隔地开设有多个凹口23，具体地，每个凹口23均呈弧形，每个凹口23均向每个连接体2的中心处凹陷。
40.优选的，每个钢绞线3上间隔设置有多个倒刺，具体地，可以钢绞线3上间隔焊接角钢，以形成倒刺，以保证各股钢绞线3不产生滑脱移位现象，并能具有更好的钻进及抗拔能力。
41.具体实施时，管体1可以为ф48钢管，具体地为直径48mm，壁厚3.5mm的q235钢管。每个连接体2均可以为选定规格的板式钢制法兰盘，中心开设有供ф48钢花管穿设的穿设孔21，四周位置开设有供各股钢绞线3穿过的贯穿孔22。穿设孔21和各贯穿孔22均可以为圆孔。
42.可以看出，本实施例中，管体1的管壁上开设多个开孔，以便于通过管体1向土层中注浆，管体1的封闭端呈锥形，便于插设于土层中，各股钢绞线3被锁紧机构4锁紧后，张拉设备即可对各股钢绞线3进行张拉以施加预应力，该预应力锚索的结构简单，便于实施，并能适应于各种施工情况，即使出现对周边环境有控制要求的情况以及涌水涌砂、流砂的情况，均可以通过锤击管体1将管体1插设于土层中，进而通过管体1的内部向土层中注浆再对各股钢绞线3进行张拉，降低了施工难度，保证了锚索施工的正常进行，解决了现有技术中预应力锚索的钻进、锚索体安装及注浆的施工步骤无法适应涌水涌砂和对周边环境有控制要求的情况的问题，该预应力锚索安装快速，操作简便。
43.方法实施例：
44.本实施例还提出了一种富水冲积地层预应力锚索的施工方法，参见图6，该富水冲积地层预应力锚索的施工方法包括如下步骤：
45.确定步骤s1，根据设计图纸，确定锚索孔位。
46.具体地，在确定锚索孔位之前，对预应力锚索进行组装。其中，预应力锚索的具体实施过程参见上述说明即可，本实施例在此不再赘述。
47.首先，参见图1至图3，将管体1从各连接体2的穿设孔21依次穿入，将管体1与各连接体2焊接连接，其中最靠近管体1的封闭端处的连接体2与管体1的封闭端之间具有一定的距离。将各股钢绞线3通过各连接体2上相对应的贯穿孔22，各股钢绞线3与管体1相平行，并保证该预应力锚索的顺直。
48.管体1的封闭端为钻进端，在该封闭端处通过锁紧机构4对各股钢绞线3进行锚固。具体地，锁紧机构4包括：多个挤压锚41，每股钢绞线3处均设置一个挤压锚41。使用挤压机将挤压锚41套压结在钢绞线3上，锚环挤压锚固至连接体2。
49.在预应力锚索组装完成后，测放出锚索孔位。
50.锤击步骤s2，在锚索孔位处锤击预应力锚索中的管体，以将管体插入土层中。
51.具体地，参见图7和图8，使用落锤或气锤锤击装置冲击预应力锚索中的管体，按一定角度将管体打入土层中。根据土层的土质情况控制锤击管体的冲击频率。
52.优选的，在锤击管体之前，在锚索孔位处插设护壁套管，以保证锚索孔位的孔口不坍陷。具体地，在确定好锚索孔位后，使用专用设备对锚索孔位处钻设出一个小的孔口，将护壁套管插设于该孔口内，再将管体插设于护壁套管中，锤击管体将管体插设于土层中。
53.具体实施时，护壁套管的长度为1m～2m。
54.具体实施时，锤击装置不仅可以使用落锤、气锤，也可以根据贯入度、噪音、环境控制等要求选择液压锤冲击式设备。
55.注浆步骤s3，待管体置于土层内的预设深度时，通过管体向土层中注入水泥浆。
56.具体地，参见图7和图8，待管体置于土层内的预设深度时，进行浆液制备、注浆，采用水灰比0.50～0.55的纯水泥净浆，注浆采用二次灌浆法，一次灌浆压力为0.5mpa～1mpa，将导管插入管体内，孔口封闭后启动注浆泵开始送浆，边注浆边向孔口方向拔管，直至注满，浆液从孔口溢出时视为注满，必须一次注满，要多进行补浆，以保证浆体充满管体及周围土体。
57.施工步骤s4，重复确定步骤s1、锤击步骤s2和注浆步骤s3，将多个管体插入土层中并注入水泥浆，各管体成排布置，在各锚索孔位的孔口浇筑混凝土腰梁。
58.具体地，预应力锚索为多个，每个预应力锚索的组装、插入土层和注浆的过程均按照上述确定步骤s1、锤击步骤s2和注浆步骤s3进行，多个预应力锚索成排布置，在一排预应力锚索施工完成后，进行施工腰梁。
59.腰梁的施工顺序为测量放线、安装锚索孔口波纹管、绑扎钢筋、安装锚垫板及锚具、支设模板、现浇混凝土、养护。
60.在各锚索孔位处均安装锚垫板及锚具，具体地，参见图9，锚垫板5包括：平板体和圆柱体，平板体的中心开设有通孔，圆柱体的内部中空，圆柱体与平板体的通孔相连接。平板体上开设有补浆孔。锚具包括：锚环6和多个夹片，锚环6开设有多个贯穿孔，每个贯穿孔内均设置一个夹片。贯穿孔的数量与钢绞线的数量相同，每股钢绞线均穿设于锚环的一个贯穿孔，贯穿孔内的夹片对该股钢绞线进行固定。
61.锚具置于平板体的通孔内，各股钢绞线依次穿设于圆柱体的内部、平板体的通孔和锚具中锚环6的贯穿孔，并且，各股钢绞线的端部置于锚环的外部。平板体的尺寸略大于腰梁宽度，圆柱体的端部与土层相抵。圆柱体与管体的内部相连通。
62.张拉步骤s5，待各预应力锚索和腰梁的固体强度达到预设强度时，对各预应力锚索中的各股钢绞线进行张拉并锁定。
63.具体地，预设强度可以根据实际情况来确定，本实施例对此不做任何限制。在本实施例中，预设强度为设计强度的80％。张拉时，各股钢绞线整体张拉。
64.待各预应力锚索和腰梁的固体强度达到设计强度的80％后，采用钢绞线束整体张拉锁定的方法，张拉设备采用穿心式液压千斤顶。正式张拉前，取0.1～0.2倍的轴向拉力设计值对各股钢绞线预张拉，使各股钢绞线完全伸直，各部位紧密接触。各股钢绞线采用荷载分级张拉，加载应平缓，待变形稳定后，进行下一级荷载的张拉。
65.预应力锚索张拉顺序应避免相近预应力锚索的相互影响，预应力锚索张拉控制应力不宜超过0.65倍钢绞线的强度标准值，每级张拉荷载为0.15～0.2倍设计荷载值，不得一
次张拉至锁定值。每级张拉后观测5～10min后，进行下一级张拉，张拉至1.1倍荷载设计值后，逐级卸荷至锁定值。锁定后发现有明显预应力损失，预应力损失超过设计拉力值的10％时，应进行补偿张拉。所有预应力锚索张拉锁定完毕后，均不剪断锚头，一旦基坑顶位移偏大，可对锚索进行再次张拉，以控制基坑顶变形。
66.补充注浆步骤s6，向各锚索孔位内补充注浆。
67.具体地，参见图9，每个锚垫板5均开设有补浆孔51，在张拉锁定后，从各锚垫板5的补浆孔51处进行注浆，保证波纹管7和锚具内注浆饱满。
68.可以看出，本实施例中，将预应力锚索锤击至土层中，通过管体向土层中注入水泥浆，然后施工混凝土腰梁，再对各股钢绞线进行张拉并锁定，最后向各锚索孔位内补充注浆，能够保证预应力锚索顺利穿越土层到达设计深度，又能保证钢绞线荷载值达到设计要求，同时避免了预应力锚索成孔过程中塌孔和涌水涌砂的情况。
69.在富水冲积地层，土质软弱，地下水压力大，容易产生较大流砂或涌水现象，本实施例中将管体锤击至土层中，能够有效平衡地下土水压力，孔道和预应力锚索一次成型，避免了开孔后二次抽出钻杆孔口涌水涌砂和不易成孔的影响。该方法能够穿越较厚的填土、淤泥土、砂土等易塌地层，有效避免钻进时卡钻、埋钻、塌孔。各股钢绞线预先安装在管体上，减少了安设时对土体的二次扰动破坏；该方法中的钢绞线在土层中下沉或下挠程度较小，保证了预应力锚索的直线性。该方法的管体对中、注浆定位较为准确、注浆畅通。管体注浆渗透填充率高，产生废浆少，可以及时观察注浆过程中的压力变化。浆液在纵向上与预应力锚索一起发挥固定土体的作用，避免和常规固结注浆工艺一样，因塌孔而造成注浆成效不佳。预应力锚索增加了土体水平抗剪强度，锚固段形成管体桩与钢绞线和周围土体凝固成整体，土体整体性得到增强。
70.需要说明的是，本发明中的预应力锚索及富水冲积地层预应力锚索的施工方法的原理相同，相关之处可以相互参照。
71.需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
72.此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
73.显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。