加固軟弱土坡石灰釘復合框架預應力錨管結構及施工方法
【專利摘要】加固軟弱土坡石灰釘復合框架預應力錨管結構及施工方法，所述的結構由石灰釘、預應力錨管、框架構成；框架由橫梁和立柱組成；錨管由止?jié){塞、周圍帶孔的中空桿體及鉆頭構成。采用小型攪拌設備將軟弱土體、石灰和水泥漿均勻攪拌，形成微型石灰釘，將其等間距布置在待加固土體上，在石灰釘構成的正方形中心夯入錨管；錨管中注入錨固劑，施作框架，待漿液固化后施加預應力，形成石灰釘復合預應力框架錨管。
【專利說明】加固軟弱土坡石灰釘復合框架預應力錨管結構及施工方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及軟弱土地區(qū)的基坑、邊坡支護技術。
【背景技術】
[0002]在軟弱土體公路、建筑工程建設中，邊坡及基坑的支護多采用框架預應力錨桿擋土墻加固。由于軟土天然含水量高、天然孔隙比大、抗剪強度較低、土體本身的物理力學性質差，導致設于其內的錨桿抗拔承載力較低，故支護處理的邊坡高度和基坑深度通常較小，深度較大則只能采用排樁或內支撐等其他支護形式，造成工程費用高，施工周期長。傳統(tǒng)的各種噴錨支護采用預成孔錨桿，這種錨桿在基坑或邊坡施工時首先按設計要求進行鉆孔，鉆孔后將鋼絞線或鋼筋連同注漿管一同放入孔中，然后進行注漿；但在軟弱土地區(qū)應用預成孔后容易造成塌孔現象，嚴重降低工作效率。另外，由于注漿壓力難以控制造成注漿的效果不理想，且注漿材料主要以普通水泥為主，使得錨桿注漿體與土層的接觸面積小，不能提供較大的摩阻力，故錨桿的抗拉能力較小，達不到加固效果；普通噴錨支護需用大量的鋼筋網做護面，造成工程造價較高。
【發(fā)明內容】
[0003]本發(fā)明的目的是提供一種加固軟弱土坡石灰釘復合框架預應力錨管結構及施工方法。
[0004]本發(fā)明是加固軟弱土坡石灰釘復合框架預應力錨管結構及施工方法，加固軟弱土坡石灰釘復合框架預應力錨管結構，由石灰釘4、立柱2、橫梁3和預應力錨管I組成，預應力錨管I位于石灰釘4構成的正方形中心；立柱2、橫梁3和預應力錨管I構成空間結構體系，預應力錨管I穿過立柱2與橫梁3的交叉部位；預應力錨管I由止?jié){塞11、中空桿體7、出漿孔洞8及鉆頭9構成；在預應力錨管I內注入快硬高強水泥錨固劑13，鋼墊板10將預應力錨管I的端部錨定在立柱2與橫梁3的交叉部位，框架所受的土壓力通過鋼墊板10傳至預應力錨管1，并通過預應力錨管I錨固在穩(wěn)定地層中。
[0005]加固軟弱土坡石灰釘復合框架預應力錨管結構的施工方法，其步驟為:
(1)施工石灰釘4:使用成釘設備在飽和軟土坡上使土體和固化劑12均勻攪拌，形成直徑為200mnT300mm的石灰釘4 ;石灰釘4等間距布置在待加固土體上，其縱、橫向間距均為1200mnTl500mm ；
(2)制作和施工預應力錨管1:首先在中空桿體7上用鉆機鉆出漿孔洞8，將中空桿體7的前端軋制成尖狀或扁狀的鉆頭9 ;使用夯擊設備在石灰釘4構成的正方形中心夯入預應力錨管1，其間距為2.5nT3m ;用注漿管在預應力錨管I內注入快硬高強水泥錨固劑13，部分快硬高強水泥錨固劑13從出漿孔洞8滲出，安裝止?jié){塞11 ；
(3)澆注壓頂冠梁6、立柱2和橫梁3:在第一根立柱2和第一排橫梁3的設計位置處支模，在支模而成的槽內綁扎橫梁3、立柱2的鋼筋骨架并澆筑混凝土 ；
(4)待立柱2、橫梁3的混凝土強度達到85%以上時對中空桿體7進行預應力張拉，形成預應力錨管1，將鋼墊板10與預應力錨管I焊接連接，然后做用于保護止?jié){塞11的端頭和鋼墊板的混凝土噴層14 ；
(5)按照第(1)、(2)、(3)、(4)的步驟施工下一個工作面的石灰釘4、預應力錨管I和立柱2，橫梁3、并完成各層預應力錨管I的張拉與錨固焊接；
(6)按照第(5)步工序施工石灰釘4、立柱2至立柱2的底端，在立柱2的底端設計位置處施工橫梁3，制作其余預應力錨管I并完成相應工序；
(7)在立柱2的底端對應位置處制作基礎樁5:在開設的樁孔內放入鋼筋籠，將立柱2的底端外伸鋼筋和基礎樁5內鋼筋焊接連接，澆注基礎樁5。
[0006]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明可以集夯擊式中空錨管和攪拌石灰釘為一體，石灰釘加固土體為中空錨管提供足夠摩阻力；框架與預應力錨管連接形成空間框架結構、兩者協(xié)同工作提高了支護邊坡、基坑的整體穩(wěn)定性。此結構首先在飽和軟土坡中形成直徑為200mnT300mm的石灰釘,石灰與水迅速反生化學反應、放出熱量,使軟弱土體中部分水蒸發(fā)，且蒸發(fā)需水量大，還伴隨著體積顯著膨脹，這個特性能使土體中的水分和土顆粒間的孔隙減小，土體擠密、抗剪強度增大。另外，由于石灰與土之間的粘結較弱，采用水泥漿將其緊密粘結于一體，形成石灰釘，為提供較大的摩擦力做前提準備。石灰釘不僅能夠固結土體，而且能代替普通噴錨支護中做護面的鋼筋網，能夠節(jié)約大量鋼材，降低工程造價。其次，通過夯擊中空錨管和壓力注漿促使待加固土體更加致密，且使桿體直徑增大，增大了錨管與周圍土體的接觸面積，并且注漿錨管與預先施作的攪拌石灰釘連成一體，進一步提高錨固力，保證了支護結構的有效性。注漿管上帶的圓盤可以防止?jié){液沿錨管口流出，對注漿壓力進行有效控制，保證注漿質量。錨管注漿材料采用快硬高強水泥錨固劑使其擁有吸水膨脹、速凝、固結土體的特性。吸水膨脹一方面能減少飽和軟土體中的水分，另一方面能夠擠密土體；速凝能為可靠的施工速度作保證；固結能確保土體水分的穩(wěn)定性。本發(fā)明所提供的加固軟弱土坡石灰釘復合框架預應力錨管結構及施工方法用于軟弱土體的錨桿擋墻支護工程，彌補了現有錨桿技術與軟弱土體的粘結強度低、錨桿抗拔承載力較低的缺陷，且結構設計簡單、施工工藝安全可靠，提高了加固土坡的高度和經濟效益。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0007]圖1是本發(fā)明結構的立面圖，圖2是圖1中的側剖面圖，圖3是本發(fā)明的預應力錨管(I)結構詳圖，也是施工參照圖，圖中的中空桿體(7)在施工和施加預應力后的名稱為預應力錨管(I)。圖4是本發(fā)明施工的成釘結構圖；圖5是本發(fā)明施工的錨管安裝圖；圖6是本發(fā)明施工的注漿圖。
【具體實施方式】
[0008]本發(fā)明是加固軟弱土坡石灰釘復合框架預應力錨管結構及施工方法，如圖1、圖
2、
圖3所示，加固軟弱土坡石灰釘復合框架預應力錨管結構，由石灰釘4、立柱2、橫梁3和預應力錨管I組成，預應力錨管I位于石灰釘4構成的正方形中心；立柱2、橫梁3和預應力錨管I構成空間結構體系，預應力錨管I穿過立柱2與橫梁3的交叉部位；預應力錨管I由止?jié){塞11、中空桿體7、出漿孔洞8及鉆頭9構成；在預應力錨管I內注入快硬高強水泥錨固劑13，鋼墊板10將預應力錨管I的端部錨定在立柱2與橫梁3的交叉部位，框架所受的土壓力通過鋼墊板10傳至預應力錨管1，并通過預應力錨管I錨固在穩(wěn)定地層中。[0009]如圖2、圖3所示，石灰釘4、預應力錨管I與水平面所成的夾角均為5° ^15°。
[0010]如圖2所示，預應力錨管I的長度等于或小于石灰釘4的長度。
[0011]如圖1所示,石灰釘4形狀為圓柱狀或類圓柱狀,直徑為200mnT300mm。
[0012]如圖2、圖3所示，構成預應力錨管I的中空桿體7直徑為50mnT70mm，出漿孔洞8直徑為5mm~10mm。
[0013]如圖3所示，加固軟弱土坡石灰釘復合框架預應力錨管結構的施工方法，其步驟為:
(1)施工石灰釘4:使用成釘設備在飽和軟土坡上使土體和固化劑12均勻攪拌，形成直徑為200mnT300mm的石灰釘4 ;石灰釘4等間距布置在待加固土體上，其縱、橫向間距均為1200mnTl500mm ；
(2)制作和施工預應力錨管1:首先在中空桿體7上用鉆機鉆出漿孔洞8，將中空桿體7的前端軋制成尖狀或扁狀的鉆頭9 ;使用夯擊設備在石灰釘4構成的正方形中心夯入預應力錨管1，其間距為2.5nT3m ;用注漿管在預應力錨管I內注入快硬高強水泥錨固劑13，部分快硬高強水泥錨固劑13從出漿孔洞8滲出，安裝止?jié){塞11 ；
(3)澆注壓頂冠梁6、立柱2和橫梁3:在第一根立柱2和第一排橫梁3的設計位置處支模，在支模而成的槽內綁扎橫梁3、立柱2的鋼筋骨架并澆筑混凝土 ；
(4)待立柱2、橫梁3的混凝土強度達到85%以上時對中空桿體7進行預應力張拉，形成預應力錨管1，將鋼墊板10與預應力錨管I焊接連接，然后做用于保護止?jié){塞11的端頭和鋼墊板的混凝土噴層14 ；
(5)按照第(1)、(2)、(3)、(4)的步驟施工下一個工作面的石灰釘4、預應力錨管I和立柱2，橫梁3、并完成各層預應力錨管I的張拉與錨固焊接；
(6)按照第(5)步工序施工石灰釘4、立柱2至立柱2的底端，在立柱2的底端設計位置處施工橫梁3，制作其余預應力錨管I并完成相應工序；
(7)在立柱2的底端對應位置處制作基礎樁5:在開設的樁孔內放入鋼筋籠，將立柱2的底端外伸鋼筋和基礎樁5內鋼筋焊接連接，澆注基礎樁5。
[0014]在實施時，宜采用逆作法，分段施工，即由上而下逐層、分段施工，其施工方法的步驟為:
(I)施工石灰釘4:使用成釘設備在飽和軟土坡上使土體和固化劑12均勻攪拌，形成直徑為200mnT300mm的石灰釘4。此石灰釘(4)等間距布置在待加固土體上，其縱、橫向間距均為 1200mnTl500mm。
[0015]石灰釘4按圖4施工,在動力機械105的帶動下深層攪拌鉆機106轉動，并帶動葉片104和鉆頭101旋轉，石灰、水泥漿液泵107通過出漿管103進行噴漿，漿液通過孔洞102與周圍土體結合，形成石灰釘4。
[0016](2)制作和施工預應力錨管1:首先在中空桿體7上用鉆機鉆孔洞8，將中空桿體7的前端軋制成尖狀或扁狀的鉆頭9。使用夯擊設備在石灰釘4構成的正方形中心夯入預應力錨管1，其間距為2.5nT3m ;用注漿管在預應力錨管I內注入快硬高強水泥錨固劑13，部分快硬高強水泥錨固劑13從出漿孔洞8滲出，安裝止?jié){塞11。[0017]預應力錨管I安裝按圖5施工，將錨管安置在錨桿夯入機，預應力錨管I與鑿動器203連接，用固定柄202固定，在動力機械的作用下推動氣動矛201工作，將錨管夯入土體。
[0018]注漿按圖6施工，將帶有圓盤的注漿管301深入至預應力錨管I孔底，注漿管301連接注漿泵303在注漿動力機械304的作用下進行注漿，一邊注漿一邊將注漿管301向外拔出，待錨管口有漿液溢出時，注漿完成，從而形成注漿錨管。
[0019](3)澆注壓頂冠梁6、立柱2和橫梁3:在第一根立柱2和第一排橫梁3的設計位置處支模，在支模而成的槽內綁扎橫梁3、立柱2的鋼筋骨架并澆筑混凝土。
[0020](4)待立柱2、橫梁3的混凝土強度達到85%以上時對中空桿體7進行預應力張拉，形成預應力錨管1，將鋼墊板10與預應力錨管I焊接連接，然后做用于保護止?jié){塞11端頭和鋼墊板的混凝土噴層14。
[0021 ] (5)按照第(I)、(2)、(3)、(4)的步驟施工下一個工作面的石灰釘4、預應力錨管I和立柱2，橫梁3、并完成各層預應力錨管I的張拉與錨固焊接。
[0022](6)按照第(5)步工序施工石灰釘4、立柱2至立柱2的底端，在立柱2的底端設計位置處施工橫梁3，制作其余預應力錨管I并完成相應工序。
[0023](7)在立柱2的底端對應位置處制作基礎樁5:在開設的樁孔內放入鋼筋籠，將立柱2的底端外伸鋼筋和基礎樁5內鋼筋焊接連接，澆注基礎樁5。
[0024]成釘設備為深層攪拌機或高壓旋噴機。夯擊設備為錨桿夯入機。
[0025]如圖6所示，注漿管301為前段帶有圓盤302的塑料管，圓盤302的外徑稍小于中空桿體7直徑，圓盤302內徑為20mnT30mm。
[0026]注漿材料為快硬高強水泥錨固劑13，采用快硬硫鋁酸鹽水泥熟料，加入半水石膏和生石灰，其用量如下:所述配比為重量百分比，快硬硫鋁酸鹽水泥熟料:83?89%，半水石膏粉:8?12%，生石灰:3-5%。石灰釘的固化劑12為石灰和水泥，其比例為8:2。
【權利要求】
1.加固軟弱土坡石灰釘復合框架預應力錨管結構，由石灰釘(4)、立柱(2)、橫梁(3)和預應力錨管(I)組成，其特征在于預應力錨管(I)位于石灰釘(4)構成的正方形中心；立柱(2)、橫梁(3)和預應力錨管(I)構成空間結構體系，預應力錨管(I)穿過立柱(2)與橫梁(3)的交叉部位；預應力錨管(I)由止?jié){塞(11)、中空桿體(7)、出漿孔洞(8)及鉆頭(9)構成；在預應力錨管(I)內注入快硬高強水泥錨固劑(13)，鋼墊板(10)將預應力錨管(I)的端部錨定在立柱(2)與橫梁(3)的交叉部位，框架所受的土壓力通過鋼墊板(10)傳至預應力錨管(I )，并通過預應力錨管(I)錨固在穩(wěn)定地層中。
2.根據權利要求1所述的加固軟弱土坡石灰釘復合框架預應力錨管結構，其特征在于:石灰釘(4)、預應力錨管(I)與水平面所成的夾角均為5° ^15°。
3.根據要求I所述的加固軟弱土坡石灰釘復合框架預應力錨管結構，其特征在于:預應力錨管(I)的長度等于或小于石灰釘(4)的長度。
4.根據權利要求1所述的加固軟弱土坡石灰釘復合框架預應力錨管結構，其特征在于:石灰釘(4)形狀為圓柱狀或類圓柱狀,直徑為200mnT300mm。
5.根據權利要求1所述的加固軟弱土坡石灰釘復合框架預應力錨管結構，其特征在于:構成預應力錨管(I)的中空桿體(7)直徑為50mnT70mm，出漿孔洞(8)直徑為5mm~10mmo
6.加固軟弱土坡石灰釘復合框架預應力錨管結構的施工方法，其步驟為: (I)施工石灰釘(4):使用成釘設備在飽和軟土坡上使土體和固化劑(12)均勻攪拌，形成直徑為200mnT300mm的石灰釘(4);石灰釘(4)等間距布置在待加固土體上，其縱、橫向間距均為 1200mnTl500mm ； (2 )制作和施工預應力錨管(I):首先在中空桿體(7 )上用鉆機鉆出漿孔洞(8 )，將中空桿體(7)的前端軋制成尖狀或扁狀的鉆頭(9);使用夯擊設備在石灰釘(4)構成的正方形中心夯入預應力錨管(1)，其間距為2.5nT3m ;用注漿管在預應力錨管(I)內注入快硬高強水泥錨固劑(13)，部分快硬高強水泥錨固劑(13)從出漿孔洞(8)滲出，安裝止?jié){塞(11); (3)澆注壓頂冠梁(6)、立柱(2)和橫梁(3):在第一根立柱(2)和第一排橫梁(3)的設計位置處支模，在支模而成的槽內綁扎橫梁(3)、立柱(2)的鋼筋骨架并澆筑混凝土 ； (4)待立柱(2)、橫梁(3)的混凝土強度達到85%以上時對中空桿體(7)進行預應力張拉，形成預應力錨管(I )，將鋼墊板(10)與預應力錨管(I)焊接連接，然后做用于保護止?jié){塞(11)端頭和鋼墊板的混凝土噴層(14)； (5)按照第(I)、(2)、(3)、(4)的步驟施工下一個工作面的石灰釘(4)、預應力錨管(I)和立柱(2)，橫梁(3)、并完成各層預應力錨管(I)的張拉與錨固焊接； (6 )按照第(5 )步工序施工石灰釘(4 )、立柱(2 )至立柱(2 )的底端，在立柱(2 )的底端設計位置處施工橫梁(3)，制作其余預應力錨管(I)并完成相應工序； (7)在立柱(2)的底端對應位置處制作基礎樁(5):在開設的樁孔內放入鋼筋籠，將立柱(2)的底端外伸鋼筋和基礎樁(5)內鋼筋焊接連接，澆注基礎樁(5)。
7.根據權利要求6所述的加固軟弱土坡石灰釘復合框架預應力錨管結構的施工方法，其特征在于:成釘設備為深層攪拌機或高壓旋噴機。
8.根據權利要求6所述的加固軟弱土坡石灰釘復合框架預應力錨管結構的施工方法，其特征在于:夯擊設備為錨桿夯入機。
9.根據權利要求6所述的加固軟弱土坡石灰釘復合框架預應力錨管結構的施工方法，其特征在于:注漿管(301)為前段帶有圓盤(302)的塑料管，圓盤(302)外徑稍小于中空桿體(7)直徑，圓盤(302)內徑為20mnT30mm。
10.根據權利要求6所述的加固軟弱土坡石灰釘復合框架預應力錨管結構的施工方法，其特征在于:注漿材料為快硬高強水泥錨固劑(13)，采用快硬硫鋁酸鹽水泥熟料，加入半水石膏和生石灰，其用量如下:所述配比為重量百分比，快硬硫鋁酸鹽水泥熟料:83~89%，半水石膏 粉:8~12%，生石灰:3-5% ;石灰釘的固化劑(12)為石灰和水泥，其比例為8:2。
【文檔編號】E02D5/74GK103485349SQ201310427628
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年9月20日 優(yōu)先權日:2013年9月20日
【發(fā)明者】董建華, 董旭光, 王永勝, 王冰霞, 吳意謙, 劉彥東 申請人:蘭州理工大學