一種預應力錨杆的製作方法

2023-10-04 17:35:59

專利名稱：一種預應力錨杆的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及土木工程領域，尤其涉及預應力錨杆。
背景技術：
在土木工程邊坡加固和城市深基坑支護工程中，經常要應用預應力錨杆作為支 護結構的受力構件。但由於受場地、地質等條件的限制，不可避免要在局部不良地質和 不易成孔的土層中進行預應力錨杆施工。在雲南省以及我國部分地區，存在著許多在飽 水雜填土、粉砂、流砂、圓礫、泥碳質土、草莓土等不易成孔的特殊土層，當在這些不 易成孔的特殊土層中施作預應力錨杆時，預應力錨杆成孔將非常困難。在目前的傳統技 術中，常採用液壓鑽機全套管跟管鑽進成孔。但在錨杆噸位(在軟弱土層中預應力錨杆 的噸位常小於25噸)較小時，採用液壓鑽機全套管跟管鑽進成孔技術，鑽機對施工場地 的要求較高且所需要的成本較大。因此，需要一種能夠高效且成本低廉地在各種不易成孔的特殊土層中應用的預 應力錨杆。

實用新型內容鑑於上述問題，提出了本實用新型以便提供一種克服上述問題或者至少部分地 解決上述問題的預應力錨杆。根據本實用新型的一個方面，提供了一種預應力錨杆，該預應力錨杆包括圓 柱狀圓管，該圓管的一端具有圓錐狀的擴大頭，其中所述圓管靠近所述擴大頭的一側具 有注漿孔段，在所述注漿孔段中分布有透漿花眼；以及杆體，在所述圓管中並沿所述 圓管軸向擴展，所述杆體分為自由段和非自由段，所述杆體非自由段靠近所述擴大頭定 位，並且與所述水泥漿直接接觸以形成所述錨杆的錨固段，所述杆體自由段不與所述水 泥漿直接接觸。根據本實用新型的預應力錨杆可以輕便快捷地在土層中成孔，並不會導致在成 孔後孔壁塌陷等問題，從而能有效解決不易成孔土層中小噸位預應力錨杆成孔的難題， 具有錨杆成孔率高、錨杆廢孔及重複成孔率低等優點。利用根據本實用新型的預應力錨 杆，可以加快施工進度、保證質量，並節約工程投資。

通過閱讀下文優選實施方式的詳細描述，各種其他的優點和益處對於本領域普 通技術人員將變得清楚明了。附圖僅用於示出優選實施方式的目的，而並不認為是對本 實用新型的限制。而且在整個附圖中，用相同的參考符號表示相同的部件。其中在附圖 中，參考數字之後的字母標記指示多個相同的部件，當泛指這些部件時，將省略其最後 的字母標記。在附圖中圖1示出了根據本實用新型一個實施例的預應力錨杆的示意圖；[0009]圖2A示出了根據本實用新型一個實施例的預應力錨杆中的注漿孔段的示意圖；圖2B示出了根據本實用新型一個實施例的預應力錨杆中的擴大頭的示意圖；圖2C示出了根據本實用新型一個實施例的預應力錨杆中的圓管的橫截面圖；圖2D示出了根據本實用新型一個實施例的預應力錨杆中的角鋼的示意圖；以及圖3A示出了根據本實用新型一個實施例的預應力錨杆在土層中的示意圖；圖3B示出了圖3A所示的預應力錨杆的局部放大圖；以及圖4示出了根據本實用新型一個實施例的預應力錨杆施工方法的流程圖。
具體實施方式
以下結合附圖和具體的實施方式對本實用新型作進一步的描述。圖1和圖2A-2D示出了根據本實用新型一個實施例的預應力錨杆100的示意圖。 如圖1和圖2A-2D所示，預應力錨杆包括圓柱狀圓管110，其通常具有較薄的管壁，管 壁通常由鋼或者鋼板焊接而成。該圓管通常稱為薄壁焊管110。圓柱形圓管通常具有 3mm-5mm的厚度並且直徑通常為48_89mm。錨杆的長度取決於實際工程應用而發生變 化，通常可以有15m-25m長。當然上述有關錨杆的尺寸都是示意性的，可以根據實際工 程應用而進行改變。圓柱形圓管110的前端具有一個擴大頭111，其製作成封閉圓錐狀(其尺寸為 0 48mm-0110mm,長100mm-150mm)，以利於減少將圓柱形圓管110擊入土層時的阻
力並能夠迅速將該圓柱形圓管110擊進土層中。圓柱形圓管110的主體部分包括靠近擴大頭111布置的注漿孔段112和未開孔段 115，該注漿孔段112的長度通常為圓柱形圓管110總長度的2/3-3/4。在該注漿孔段112 上，每隔一段距離分布透漿花眼113，以便在將圓柱形圓管110擊入土層中之後，通過這 些透漿花眼113將焊管內的水泥漿注入到土層中。透漿花眼113沿圓柱狀圓管管壁縱向 及環向布置。具體而言，透漿花眼113在焊管上圍繞焊管中心軸均勻分布，而且沿焊管 軸向的間隔通常為大約50cm。透漿花眼113的形狀通常為圓形，並具有大約IOmm的孔 直徑。可以有多種方式來加工這些透漿花眼113，例如採用臺式鑽機成孔來形成這些透漿 花眼113。另外，在整個圓柱形圓管110上焊接多個與焊管中心軸成一定角度的角鋼114。 利用在圓柱形圓管110的外壁上焊接的多個角鋼，便於將圓柱形圓管擊入到土層中，並 可以增大錨孔的孔徑。這些角鋼通常具有L15mm*15mm*3mm (厚度)的尺寸並具有與焊 管中心軸的20-30度夾角，當然根據工程實際需要，可以修改這些尺寸。如圖3A和3B所示，預應力錨杆100除了具有上述圓柱形圓管110之外，還具 有未在上述圖1中示出的、插入在焊管110中的杆體120。杆體120—般與錨杆的中心 軸近似重合地沿軸向擴展。杆體120通常為鋼筋，並在將圓柱形圓管110擊入到土層中 並在焊管中進行初次常壓灌漿之後插入到圓柱形圓管中。杆體120所採用的鋼筋可以採 用市場中常見的二級或者三級螺紋鋼筋(直徑為20-32mm)。插入到焊管110中的杆體 120具有自由段和非自由段，其中非自由段靠近焊管110的擴大頭布置，而自由段靠近焊 管遠離擴大頭的一端布置。杆體的自由段具有錨杆總長度大約1/3到1/2的長度。應當 注意的是，杆體的非自由段的長度可以不同於焊管110中的注漿孔段的長度。在焊管110
4被 擊入到土層中之後，水泥漿液通過焊管110上的透漿花眼113注入到焊管110周圍的土 層中，並形成較大的擴散區和固結水泥膠結石區。由於杆體的非自由段在灌漿期間和水 泥漿液直接接觸，因此杆體的非自由段會和灌漿形成的擴散區和固結水泥膠結石區一起 形成預應力錨杆的錨固段(內錨段)。杆體的自由段在灌漿期間用例如黃油和聚乙烯塑 料套管進行保護，並不與水泥漿液相接觸，因此可以在水泥漿液固結一定齡期後，通過 張拉杆體即鋼筋即可對包括圓柱形圓管、杆體和水泥漿液固結區的錨杆施加小噸位預應 力。這裡應當理解的是，取決於實際工程應用，可以採用其它任何可以將杆體自由段和 水泥漿液隔開的裝置和方式。在預應力錨杆100在土層中形成之後，為了在預應力錨杆100上施加預應力， 需要對預應力錨杆100進行張拉。為此，可以在杆體遠離土層一側的外錨頭端部處焊 接端頭螺杆301，在該螺杆301上分別安裝錨梁303、以及錨墊板與螺帽305後，並對 螺杆301進行預緊，隨後通過將穿心千斤頂按要求套在錨杆的端頭螺杆301上以便對該 錨杆100進行張拉(端頭螺杆材料一般為45Mn鋼，長度一般為500mm，螺杆直徑為 Φ20-Φ40ιηιη。)。上面已經描述了根據本實用新型一個實施例的預應力錨杆100的結構，可以看 出，由於預應力錨杆100具有圓柱形圓管110，可以保證在土層中的錨杆100不會塌陷， 這提高了成孔的成功率。另外，利用附於圓柱形圓管前端的擴大頭和圓柱形圓管，可以 便於將圓柱形圓管擊入到土層中。另外，在將圓柱形圓管110擊入到土層中之後，可以 通過焊管上的注漿孔段112將水泥漿注入到焊管110周圍的土層中，以形成較大的擴散區 和固結水泥膠結石區。由於注漿孔段處於土層深處，因此，錨杆中的鋼筋非自由段和這 些水泥漿液固結區形成的錨固段可以承受較大的預應力。應當注意到的是，當錨杆較長時，單根鋼筋可能沒有辦法完全達到錨杆的長 度，這時候可以採用直螺紋套筒或對焊來連接兩根或者多根鋼筋以形成達到錨杆長度要 求的杆體。此外，還應當注意到的是，為了防止在灌漿期間，尤其是在加壓灌漿期間，水 泥漿液不恰當地從錨杆中與焊管上注漿孔段相對應的部分流到與焊管身上未開孔段的部 分，可以在灌漿期間用止漿袋隔離錨杆中的這些部分，以使得水泥漿正確地通過透漿花 眼113注入到焊管110周圍的土層中。根據上述可得知，根據本實用新型的預應力錨杆是在採用預應力錨杆的施工方 法中逐步形成的。圖4示出了根據本實用新型一個實施例的預應力錨杆施工方法200的 流程圖。方法200始於步驟S210，其中進行施工前的各種準備工作，例如準備根據本實 用新型的預應力錨杆的各個部分，如準備圓柱形圓管110和錨杆杆體120如鋼筋等。施 工準備工作還包括完善施工場地內抽排水系統、施工廢水和廢漿等汙水處理系統，確保 施工排水順暢等。在施工前準備工作完畢之後，方法200繼續到步驟S220，以在土層中 定位預應力錨杆孔的位置，土層中小噸位預應力錨杆的埋設深度應遵循最上層錨杆的覆 土厚度不使錨杆向上垂直分力引起地面隆起的原則，根據該原理，可以採用本技術領域 常用的任何錨杆孔定位方法來定位預應力錨杆孔。在定位了預應力錨杆孔的位置之後，方法進入步驟S230，其中採用錨杆鑽機將圓柱形圓管直接擊入土層中，根據一個實施例，錨杆鑽機通常以壓縮空氣為動力，壓縮 空氣的工作壓力通常為0.4 0.6MPa，工作風量為9 12m3/min，其中的空壓機採用 12m7min以上的空壓機。此外，可選地，在將圓柱形圓管擊入土層後，驗收焊管施工質 量，檢查焊管置入土層的長度、焊管偏斜度。若置入土層的焊管長度、偏斜度不符合要 求，需重新選取錨孔孔位、補充擊入圓柱形圓管，並對已施工的不合格焊管進行注漿封 堵加固處理。在將圓柱形圓管正確地擊入到 土層中之後，在步驟S240中採用高壓水衝洗圓柱 形圓管，其目的是排出圓柱形圓管內可能殘留的土等雜質，並保證圓柱形圓管注漿孔暢 通，便於注漿。一般而言，高壓水壓力控制在l.OMPa左右，並且在回水總體澄清時結束 步驟S240中的操作，並進入步驟S250。在步驟S250中，在常壓下將水泥漿注入到焊管內，具體而言，將注漿管插入焊 管底部，採用灌漿泵通過注漿管進行常壓灌漿，使得水泥漿可以通過焊管110上的透漿 花眼113注入到焊管110周圍的土層中。在漿液充填錨孔的同時，使焊管內渣土和泥漿 在漿液作用下進一步排出。在通常的實施例中，常壓灌漿的參數如下注漿管Φ18_Φ25ιηιη，長度與焊管同長，每根焊管布設一根注漿管。注漿材料標號為Ρ.042.5的普通矽酸鹽水泥漿液；水泥漿採用二次攪拌機攪拌 均勻。漿液配比水泥漿三乙醇胺(早強劑)1 0.5%。水泥漿水灰比1 0.5水泥漿體強度Μ30。注漿壓力0.2 0.4MPa，可注性差時取大值。孔內水泥漿的充盈係數達1.2以上。當在常壓灌漿期間，水泥純漿流出焊管管口，並達到設計注漿量或達到設計壓 力保持20分鐘以上時，可以結束常壓灌漿，並進入下一步步驟S260。在步驟S260中，將自由段用例如黃油和聚乙烯塑料套管進行了保護的杆體插入 (植入)圓柱形圓管中。其中為保證植入焊管內的錨杆杆體的質量，要確保杆體植入至焊 管端部，同時要控制好杆體與焊管內壁的間隙。在將杆體插入到圓柱形圓管之後，該方 法進入步驟S270，其中對錨孔封口並進行加壓二次注漿。具體而言，在步驟S270中， 在將杆體植入圓柱形圓管後，立即採用止漿袋封閉錨孔(焊管)孔口，並採用灌漿泵通過 注漿管對錨孔進行加壓二次注漿(此時注漿管直接套在焊管外壁上)，以使得通過焊管上 的注漿孔段112將水泥漿進一步注入到焊管110周圍的土層中，以形成較大的擴散區和固 結水泥膠結石區。根據本實用新型的一個實施例，加壓二次注漿的參數如下注漿材料標號為P.042.5的普通矽酸鹽水泥漿液；水泥漿採用二次攪拌機攪拌 均勻。漿液配比水泥漿三乙醇胺(早強劑)1 0.5%。水泥漿水灰比1 0.55水泥漿體強度M30。注漿壓力0.6 0.8MPa，可注性差時取大值。[0046]注漿結束標準水泥漿在持續壓力作用下擴散進入錨孔內並滲入周邊土層中， 達到設計注漿量或達到設計壓力保持20分鐘。在加壓二次注漿完成之後，在步驟S280中，對加壓二次注漿後的漿體進行充分 養護，此後，在杆體外錨頭的端部處焊接螺杆。並隨後在步驟S290中，進行錨梁施工 並安裝錨墊板，具體而言，將螺杆穿過錨梁、錨墊板，並利用螺帽將錨墊板安裝在錨梁 上，隨後對螺杆進行預緊。到步驟S290為止，已經在土層中的某個位置形成了根據本實用新型的預應力錨 杆。隨後，在步驟S300中，通過對錨杆的杆體進行張拉來在錨杆上施加預應力。根據 本實用新型的 一個實施例，在錨杆上施加預應力的方法包括步驟將張拉設備(例如油 壓表、千斤頂、測力器)按要求套在錨杆的端頭螺杆上；採用分級加載方式將荷載加載 到錨杆上；在錨杆杆體張拉到位後可通過螺杆上的螺帽鎖定杆體，並採用冷切割工藝切 除張拉鎖定段外多餘的杆體。除了上述張拉方法之外，還可以採用本領域常用的其他方 法來對錨杆進行張拉以施加預應力。在張拉完成之後，方法200結束。本實用新型的施工方法可以在不易成孔的特殊土層中採用，本方法所使用的成 孔設備輕便、在複雜施工場地中便於移動和操作，而且預應力錨杆成孔快捷，能有效解 決不易成孔土層中小噸位預應力錨杆成孔難、成孔後孔壁塌陷等難題。根據本實用新型 的施工方法，施工安全可靠性高、施工進度快、施工質量有保證，從而節約了投資。應該注意的是，上述實施例對本實用新型進行說明而不是對本實用新型進行限 制，並且本領域技術人員在不脫離所附權利要求的範圍的情況下可設計出替換實施例。 在權利要求中，不應將位於括號之間的任何參考符號構造成對權利要求的限制。單詞
「包含」不排除存在未列在權利要求中的元件或步驟。位於元件之前的單詞「一」或 「一個」不排除存在多個這樣的元件。單詞第一、第二、以及第三等的使用不表示任何 順序。
權利要求1.一種預應力錨杆，其特徵在於該預應力錨杆包括圓柱狀圓管，該圓管的一端具有圓錐狀的擴大頭，其中所述圓管靠近所述擴大頭的 一側具有注漿孔段，在所述注漿孔段中分布有透漿花眼；以及杆體，在所述圓管內並沿所述圓管軸向擴展，所述杆體分為自由段和非自由段，所 述杆體非自由段靠近所述擴大頭定位，並且與所述水泥漿直接接觸以形成所述錨杆的錨 固段，所述杆體自由段不與所述水泥漿直接接觸。
2.如權利要求1所述的預應力錨杆，其特徵在於所述圓柱狀圓管的外壁上還焊接有多 個與所述圓管中心軸成一定角度的角鋼。
3.如權利要求2所述的預應力錨杆，其特徵在於所述角鋼具有L15mm*15mm*3mm的 尺寸，並且與所述焊管中心軸成20-30度夾角。
4.如權利要求1所述的預應力錨杆，其中所述注漿孔段的長度為所述圓柱狀圓管總長 度的2/3到3/4。
5.如權利要求1所述的預應力錨杆，其中所述透漿花眼為圓形，具有大約IOmm的孔直徑。
6.如權利要求1所述的預應力錨杆，其中所述圓柱狀圓管的直徑為48-89mm，且所 述管壁具有3mm-5mm的厚度。
7.如權利要求1-6中的任一個所述的預應力錨杆，其中所述杆體為二級或者三級螺紋 鋼筋。
8.如權利要求1-6中的任一項所述的預應力錨杆，其中所述杆體的自由段的長度為所 述錨杆總長度的1/3到1/2。
9.如權利要求1-6中的任一項所述的預應力錨杆，其中所述杆體的自由段用黃油和聚 乙烯塑料套管進行保護以便不與所述水泥漿相接觸。
專利摘要本實用新型公開了一種預應力錨杆，該預應力錨杆包括一端具有圓錐狀的擴大頭的圓柱狀圓管，以及沿該圓管軸向擴展的杆體，杆體分為自由段和非自由段，杆體非自由段與水泥漿直接接觸以形成所述錨杆的錨固段，而杆體自由段不與水泥漿直接接觸以便通過對杆體進行張拉來施加預應力。該預應力錨杆能夠高效且成本低廉地在各種不易成孔的特殊土層中應用。
文檔編號E02D17/20GK201794071SQ20092027321
公開日2011年4月13日 申請日期2009年12月11日 優先權日2009年12月11日
發明者普如李, 李偉, 李海鵬, 田俊, 程勇斌, 胡井友, 謝建斌, 黃望來 申請人:昆明軍龍巖土工程有限公司