一种基于张拉伞状锚固端的锚固体系及其应用方法

摘要

本发明涉及建筑基坑和边坡支护技术领域，尤其是一种张拉伞状锚固端，其特征在于：所述锚固体系至少包括张拉伞状锚固端及锚索，所述张拉伞状锚固端至少包括钢管、导向板、可移动法兰盘、锚定板和两块限位板，其中所述导向板和所述可移动法兰盘套装在所述钢管的外围并可在所述钢管上滑动，所述锚索通过所述锚索孔与所述导向板和所述可移动法兰盘相连接固定，所述锚索的张拉可使所述可移动法兰盘沿所述钢管滑动并带动所述锚定板沿所述导向板外缘呈伞状向外围扩张。本发明的优点是：能与深部稳定土体形成整体，通过锚定板与稳定土层之间的作用提供较大的抗拔力，可显著提高基坑和边坡的稳定性。

说明书

技术领域

本发明涉及建筑基坑和边坡支护技术领域，尤其是一种张拉伞状锚固端。

背景技术

地铁明挖基坑、公路和铁路沿线护坡工程以及民建基坑中，经常需要对临空面背后不稳定的土体进行支护，以防止基坑和边坡变形、失稳、塌方。锚固支护体系是基坑和边坡工程中既经济又实用的新型技术之一，由挡土结构物和锚索系统两部分组成。锚固支护体系利用锚索（杆）将临空面处挡土结构承受的土压以拉力的形式传递到深部稳定土体中的锚固段，再通过锚固段与稳定土体之间的相互作用将该拉力传递到锚孔周边稳定土体。

锚索（杆）型式多样，按照锚固段型式及锚固段与稳定土体之间作用方式划分主要包括圆柱型、连续球体型和锚固端扩大型三种。其中锚固端扩大型锚索（杆）的锚固段与稳定土层之间的作用由锚固体与土体间的粘结强度及扩体处土层的端承强度两部分组成，因此该类型的锚索（杆）能够提供较高的抗拔力、显著提高锚固支护体系的质量、具有较好的经济效益。

国内外对锚固端扩大型锚杆的研究在不断地深入，相继出现了爆破法和水射流法为代表的非机械式扩孔法以及压张式机械扩孔法和PCBA扩孔地锚为代表的机械式扩孔法。以上扩孔工法的显著特征是：扩孔形成以后锚固段浆液与锚筋粘结形成扩大的锚固端，提供锚固力。但这些方法需应用专门的扩孔设备或材料，设备价格及施工费用昂贵，施工工艺复杂，大体积扩孔难度很高，锚固力的提高有限。因此亟需研究新型的锚固端扩大型锚杆，确保锚固支护体系能够提供较大的抗拔力，同时还应兼顾施工的便利性和可操作性。

发明内容

本发明的目的是根据上述现有技术的不足，提供了一种张拉伞状锚固端，在钻进时可随钻杆一起向土层深部移动，在到位后可通过拉动锚索使锚固端中的锚定板向周边扩张嵌入钻孔深部稳定土体，从而提高支护体系的抗拔力和稳定性。

本发明目的实现由以下技术方案完成：

一种基于张拉伞状锚固端的锚固体系，用于对土质边坡进行支护，其特征在于：所述锚固体系至少包括张拉伞状锚固端及锚索，所述张拉伞状锚固端至少包括钢管、导向板、可移动法兰盘、锚定板和两块限位板，其中所述导向板和所述可移动法兰盘套装在所述钢管的外围并可在所述钢管上滑动，所述锚定板呈倾斜向外状布置，其一端与所述可移动法兰盘铰接，其板体与所述导向板焊接固定，两块所述限位板分别固定设置在所述钢管的外围且分别用于对所述导向板和所述可移动法兰盘进行限位，在所述导向板和所述可移动法兰盘上分别开设有锚索孔，所述锚索通过所述锚索孔与所述导向板和所述可移动法兰盘相连接固定，所述锚索的张拉可使所述可移动法兰盘沿所述钢管滑动并带动所述锚定板沿所述导向板外缘呈伞状向外围扩张。

在所述土质边坡的外侧设置有挡土结构，所述锚索通过锚头锁紧，所述锚头通过腰梁与所述挡土结构相连接固定。

在所述钢管的底部外围固定设置有翼型钻进片，所述翼型钻进片以对称状均匀布置在所述钢管的底部外围。

一种涉及上述的基于张拉伞状锚固端的锚固体系的应用方法，其特征在于：用于对土质边坡进行支护，所述方法至少包括以下步骤：

通过张拉伞状锚固端中将张拉伞状锚固端与锚索固定连接；

钻机就位，同时将所述张拉伞状锚固端与钻杆相连接，将所述张拉伞状锚固端作为钻进端钻入土体直至设计深度；

在拔出所述钻杆前，拉紧所述锚索，使所述张拉伞状锚固端的导向板与锚定板之间的焊接点受力破坏，使可移动法兰盘沿钢管滑动并带动所述锚定板沿所述导向板的外缘向周边外围扩张并嵌入钻孔深部稳定土体；

通过反钻将所述钻杆与所述张拉伞状锚固端脱开，并拔出所述钻杆；

向钻孔内部注浆，待钻孔中浆液凝固达到设计强度后，对所述锚索进行张拉并施加预紧力，待预紧力达到设计值后，将所述锚索与锚头连接牢固形成锚固体系。

在所述张拉伞状锚固端与所述钻杆的钻进过程中，向所述钻杆内压力注浆，压力浆液通过所述张拉伞状锚固端的薄壁钢管的下端注入钻孔中，冲刷并置换钻进过程中形成的土体残渣，并在钻孔周围形成保护层。

钻进结束后，拉紧所述锚索的拉力大于所述导向板与锚定板之间的焊接点的极限承载力，在所述锚索的拉紧过程中记录拉力和位移，当其位移接近于所述可移动法兰盘及其对应的限位板之间的长度时停止。

本发明的优点是：采用所述的锚固端及由其构成的锚固体系（主要构件有：新型张拉伞状锚固端、锚索、挡土结构、腰梁、垫板及锚头）进行基坑和边坡支护，锚固端的锚定板受拉张开并嵌入稳定土层，与深部稳定土体形成整体，锚固段除了能够利用锚固段与体层之间的粘结摩阻力提供抗拔力外，还通过锚定板与稳定土层之间的作用提供较大的抗拔力，可显著提高基坑和边坡的稳定性；本发明钻进、注浆和成锚一次完成、工艺简单、造价低廉、施工便捷，降低基坑和边坡工程的风险和费用。

附图说明

图1为本发明初始状态的结构示意图；

图2为图1中A-A向剖视图；

图3为图1中B-B向剖视图；

图4为本发明扩张状态的结构示意图；

图5为本发明中翼型钻进片的结构示意图；

图6为本发明连接锚索系统的结构示意图；

图7为本发明使用状态示意图。

具体实施方式

以下结合附图通过实施例对本发明特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解：

如图1-7所示，图中标号1-22分别表示为：钻杆连接卡扣1、限位板2、焊接点3、导向板4、锚索孔5、锚定板6、限位板7、薄壁钢管8、固定销钉9、可移动法兰盘10、锚索孔11、翼型钻进片12、锚头13、垫板14、锚索15、张拉伞状锚固端16、稳定土层17、不稳定土层18、挡土结构19、锚索自由段20、锚索锚固段21、腰梁22。

实施例：如图1所示，本实施例中的张拉伞状锚固端薄壁钢管8，在薄壁钢管8的顶部设置有用于与钻杆相连接固定的钻杆连接卡扣1，使得张拉伞状锚固端可随着钻杆一起钻进并向土体深层移动。结合图1和图3所示，在薄壁钢管8的底部外围设置有三块翼型钻进片12，三块翼型钻进片12以薄壁钢管8的圆心为中心呈中心对称布置，以保证钻进土层时的受力均匀。如图5所示，翼型钻进片12为燕尾形异形钢板，其一侧表面为斜面，该斜面使得三块翼型钻进片12可构成锥尖状，从而便于薄壁钢管8钻进入土层。

如图1所示，沿薄壁钢管8管体由底至顶方向，在其管体外围设置有可移动法兰盘10以及导向板4，导向板4和可移动法兰盘10分别可在薄壁钢管8的管体上上下滑动。在在导向板4的外围设置有四块锚定板6，如图2所示，四块锚定板6以薄壁钢管8的圆心为中心呈中心对称布置。四块锚定板6的一端分别通过固定销钉9铰接在可移动法兰盘10上，四块锚定板6的板体分别与导向板4在焊接点3的位置临时焊接固定。在导向板4上开设有锚索孔5，在可移动法兰盘10上开设有锚索孔11，锚索孔5和锚索孔11均用于与锚索相连接。

如图1所示，在可移动法兰盘10的上方设置有限位板7，在导向板4的上方设置有限位板2，其中限位板7用于对可移动法兰盘10在薄壁钢管8上的向上滑动进行限位，而限位板一方面用于对导向板4在薄壁钢管8上的向上滑动进行限位，另一方面用于在钻进过程中顶推导向板4使锚固端可在土体中旋转前进。

结合图4、图5和图6所示，锚索通过锚索孔5和锚索孔11分别与导向板4和可移动法兰盘10相连接。薄壁钢管8通过钻杆连接卡扣1与钻杆连接。在钻进过程中，由于限位板2的作用，钻杆带动张拉伞状锚固端16和锚索15一起在土体中旋转前进，钻杆中的压力浆液通过薄壁钢管8的下端注入钻孔中，冲刷并置换钻进过程中形成的土体残渣，并在钻孔周围形成保护层防止塌孔。当张拉伞状锚固端16钻进至设计深度时，拔出钻杆前，拉紧锚索15带动可移动法兰盘10向钻孔口部移动（张拉），锚定板6会沿着导向板4外缘向周边扩张（伞状）嵌入钻孔深部稳定土体，即由图1所示的初始状态变换为如图4所示的扩张状态；当可移动法兰盘10移动至限位板7时即停止张拉锚索15，拔出钻杆。

导向板4通过焊接点3、可移动法兰盘10通过固定销钉9与锚定板6形成独立部件，在钻杆连接卡扣1、限位板2、限位板7、薄壁钢管8和翼型钻进片12随回转钻杆旋转钻进土层的过程中，该部件不会产生旋转，只会在限位板2的顶推作用下和钻杆一起向土层深部移动，并且带动锚索15一起伸长。为确保导向板4、可移动法兰盘10、锚定板6和锚索15不随薄壁钢管及翼型钻进片12旋转，导向板4和可移动法兰盘10的中部开孔直径应略大于薄壁钢管8的外径，一般优选为1-2cm。

结合图6和图7所示，本实施例中的张拉伞状锚固端16在使用时，结合锚索15、挡土结构19、腰梁22、垫板14及锚头13等构件组成锚固体系。如图7所示，张拉伞状锚固端16穿过不稳定土层18以持力于稳定土层17上，以保证锚固力的稳定。挡土结构19设置在不稳定土层18的外围以对其进行支护。锚索15与挡土结构19之间通过腰梁22相连接固定。锚索15在土层内分为锚索自由段20、锚索锚固段21，其中锚索自由段20指的是未注浆段，锚索锚固段21指的是注浆段。

本实施例具有如下施工步骤：

1）根据边坡高度、地层物性参数及规范要求，计算支护方案，确定单个锚索系统抗拔力、锚固段21长度、锚索15间距等。

2）根据设计参数，制作张拉伞状锚固端16，并与锚索15连接；

3）钻机就位，按照设计的间距和方向将张拉伞状锚固端16钻进至设计深度，拔出钻杆前，拉紧锚索15，导向板4和锚定板6之间的焊接点3受力破坏，可移动法兰盘10向上滑动引起锚定板6绕着固定销钉9处的铰接点逐步旋转并沿着导向板4外缘向周边扩张嵌入钻孔深部稳定土体，从而提高支护体系的抗拔力和稳定性。锚定板6的扩张动作直至可移动法兰盘10移动至限位板7时停止。

4）通过反钻将钻杆与张拉伞状锚固端16脱开，并拔出钻杆。

5）向锚固段21注浆，待钻孔中浆液凝固达到设计强度后，将锚索15与锚头13处的张拉设备连接，并施加预紧力，待预紧力达到设计值后，在挡土结构19的外侧安装腰梁22和垫块14，再将锚头13锁紧锚索15形成稳定可靠的锚固体系。

6）对锚固体系中的各个锚索系统重复1）-5）的步骤完成整个锚固体系施工。

本实施例在具体实施时：锚索15可以是连接锚头13和可移动法兰盘10的钢丝、钢绞线或玻璃纤维筋。

为了确保钻进的顺利进行，避免锚定板6在钻进过程中已嵌入周边土体，锚定板6的初始张开直径应小于翼型钻进片12的张开直径。

锚定板6的数量可选为4-8片，但其分布同样应以薄壁圆管8的圆心为中心呈中心对称布置；同样地，锚索15数量为2-4束，用于连接锚索15的锚索孔5和锚索孔11也应以薄壁圆管8的圆心为中心呈中心对称开设在导向板4和可移动法兰盘10上。

虽然以上实施例已经参照附图对本发明目的的构思和实施例做了详细说明，但本领域普通技术人员可以认识到，在没有脱离权利要求限定范围的前提条件下，仍然可以对本发明作出各种改进和变换，故在此不一一赘述。