一種多盤體式錨杆的製作方法

2023-05-18 08:15:16

專利名稱：一種多盤體式錨杆的製作方法
技術領域：
本發明屬於建築業巖土施工設備領域，涉及一種錨杆擴盤及承力面擠壓裝置，
特別是一種多盤體式錨杆，用於土層錨杆施工，在步履式液壓水平長杆螺旋鑽機的鑽杆前端加裝該裝置，在錨固段適當土層中實施一個或多個張擴擠壓、形成盤狀的密實承力土體，提高錨固段土體的密實度和抗剪強度。
背景技術：
目前，土層錨固技術遍及土木建築領域的各個方面，如邊坡、基坑、隧洞、地下工程、填體、碼頭、海岸、橋梁、高聳結構及懸索建築的拉力型基礎等。土層錨固是把受拉杆件(錨杆)埋入地層使其達到穩定狀態的技術。錨杆的一端與工程結構物或擋土樁牆聯結，另一端錨固於適當土層中承受結構物的上託力、拉拔力、傾覆力或擋土牆的土壓力(統稱承載力，下同)。由於錨杆使用領域廣泛，使用價值大，許多工程技術人員都在尋求研究如何有效提高錨杆承載力，以達到更加安全穩定和高經濟技術性能。研究表明，目前提高錨杆承載力的方式主要有刀切削、水切削(含水泥漿切削)、爆破等工藝。採用刀具切削式擴大頭錨杆是在鑽頭上安裝一組刀具，當鑽到需要擴大頭土層時，人工通過操縱機構將刀具在鑽杆旋轉狀態下逐步擴張開，在旋轉動力下，刀具對土體切削成與刀具直徑大小相同的盤體，並隨著鑽杆的繼續推進，形成一定長度的圓柱體，然後用水將切削下來的土清洗出來，植入錨杆，注漿而成擴大頭錨杆。高壓水或高壓水泥漿切削式擴大頭錨杆是在施工好的鑽孔中的適合位置的土層中置入一高壓水(漿)噴射裝置，視情況分一次或多次利用水或水泥漿的巨大衝擊力，切削土層形成擴大頭，直至形成需要的擴大頭尺寸，並隨著裝置的逐漸切削深入，形成有一定長度的圓柱體，利用切削水(漿液)將餘土清除，植入錨杆，注漿而成擴大頭錨杆。爆破擴大頭錨杆是在已鑽成的錨孔中適當部位，裝填經防潮處理的適量炸藥，將入口處封閉後引爆，利用爆破力擠壓成錨杆擴大頭，植入錨杆，注漿而成擴大頭錨杆。上述三種錨杆擴大頭方式各有利弊，在一定程度上提高了錨杆承載力，但也存在如下主要缺陷 一是先期位移較大，穩定性欠佳，採用高壓水或高壓水泥漿切削土層，或用刀具式切削土層形成擴大頭，對土體擾動大，擴盤後，不僅沒有提高盤體承力面土體強度及密實度，反而使擴大頭周邊土層強度降低，以致錨杆注漿後必須採取預應力張拉錨杆多次才能恢復和提高土體強度，承載力有效發揮時錨杆先期位移量比較大，對整個土層的穩定不利；二是適用範圍有較大局限，爆破擴大頭對土體有擠壓作用，但在市區、人員密集區或敏感性建築物旁使用受限，水比較豐富的地層防潮困難，而且爆破成型控制難盡人意；三是經濟和環保效應不理想，切削、衝擴兩種擴大頭成型後都必須用水循環清洗出切削下來的泥土，特別是衝擴工藝，擴盤中使用液體量很大，造成工地泥漿排出增多，不利於施工現場文明衛生；同時由於材料浪費較大，經濟性下降；四是成盤質量離散性大，在飽和黏土、幹砂土層中，由於切削(包括刀切及水、漿切)對土體擾動過大，成盤率降低，盤體圓面積不規則現象較多。

發明內容
本發明的目的在於克服現有技術存在的主要缺陷，尋求提供一種不僅能實施簡 便的錨杆擴盤——增大錨固段端承力面圓面積，而且能對擴盤承力面土體強行施加壓應 力，達到提高盤體承力面土體強度和密實度的錨杆擴盤及承力面擠壓裝置，即設計一種 多盤體式錨杆，其與現有的步履式液壓水平長杆螺旋鑽機組合，使鑽進、擴盤、擠壓、 噴漿四大工序有機結合為一體，不僅顯著提高錨杆承載力，而且錨杆位移小，減少錨杆 設置數量，縮短錨杆有效錨固深度，減少泥漿排出，使錨杆的安全穩定性更可靠，施工 操作更便捷，更節省。 為了實現上述目的，本發明的主體結構分為鑽頭、油缸、擠擴機構和連接法蘭 四部分；裝置後端為連接法蘭部分，其被動擠擴臂座外形製成法蘭狀，與鑽杆前端法蘭 用螺栓連接傳遞動力，並便於拆卸與維修；擠擴機構中被動擠擴臂用擠擴臂軸銷鉸接於 被動擠擴臂座內並沿擠擴臂軸銷作旋轉運動，被動擠擴臂通過擠擴臂中間鉸鏈軸銷與主 動擠擴臂鉸接，主動擠擴臂通過擠擴臂軸銷鉸接於主動擠擴臂座內並沿擠擴臂軸銷作旋 轉運動；為防止泥土在擠擴機構內空腔存積而防礙張擴收縮，在緊貼活塞杆外圓面、擠 擴機構內圓空腔處設置防護套，防護套與油缸後端蓋製成一體，隨油缸沿活塞杆作前後 往復運動，防護套後埠製成圓形刀狀，將粘裹在活塞杆上的泥土及雜質剔除；防護套 內圓面與活塞杆外圓面結合部設有多道防塵和密封圈，防止微塵及壓力性水泥漿液滲入 影響裝置正常工作；裝置的圓形表面制有與鑽杆螺旋葉片外徑、螺距一致的螺旋葉片； 鑽頭部分為裝置最前端，截面為十字形狀，鑽頭與活塞杆或鑽杆焊接一體，鑽杆旋轉時 通過法蘭帶動活塞杆同步旋轉，活塞杆帶動鑽頭作同心旋轉而實施鑽進功能；鑽杆法蘭 焊接在鑽杆前端外環，與之形成牢固的一體；裝置法蘭與被動擠擴臂座製成一整體，既 作為法蘭連接傳遞動力，又作為被動擠擴臂座承受被動擠擴臂傳遞的各種應力。
本發明所述的油缸部分由油缸、油缸前後端蓋、前後導向套組成、活塞、活塞 杆、活塞固定卡環、油缸、油管、油管接頭、中心通道和密封件機械配合連接組成，活 塞杆前端與鑽頭焊接，後端通過法蘭與鑽杆前端法蘭用螺栓連接，活塞由固定卡環固定 在活塞杆上，活塞在活塞杆的位置固定不動；液壓油作功時，活塞不動，而油缸沿活塞 杆作前後往復運動，油缸的往復直線運動轉變成擠擴臂擴張或收縮的徑向運動；油管後 端與鑽機油道相連以取得液壓油，前端通過油管接頭在中心通道內與油缸油道相連以供 給和回流油缸液壓油；活塞杆與鑽杆內外徑一致，其中心通道管道和高壓水(水泥漿)暢 通，中心通道前端部制有兩個噴嘴，供高壓漿或高壓水噴出，解決鑽進時自行護壁和擴 張擠壓後同時噴漿進行盤體內腔先期護面，防止擴盤土體塌落；油缸前後導向套組成及 活塞內外環均設置多道密封件，以防止液壓油的洩漏而影響油缸正常工作，油缸前後端 蓋分別用外螺紋與油缸內螺紋連接，籍以壓緊油缸前後導向套組成並抗拒油缸工作時通 過導向套組成傳遞的巨大壓力，防止導向套組成位移造成油缸工作失效。
本發明鑽至設計深度後再往前鑽入錨杆所需握裹長度，退回設計深度停止旋 轉，將液壓油注入活塞後端油缸，油缸在液壓油作用下往後移動，推動主、被動擠擴臂 繞擠擴臂中間鉸鏈軸銷轉動，擠擴臂逐步擴張擠壓徑向及後端面土體，使其被壓縮成對 稱肢體狀；油缸行至止點後，主、被動擠擴臂張擴成最大直徑狀；此時將液壓油反向注
4油，活塞前端油缸內迅即充滿液壓油，油缸由後端往前端位移直至將擠擴臂拉直還原成 圓柱形；將鑽杆旋轉一定角度，然後重複將液壓油注入活塞後端油缸，油缸後移，帶動 主、被動擠擴臂繞擠擴臂中間鉸鏈軸銷轉動，直至擴張成直徑最大，對土體再次擠壓成 對稱肢體狀；然後將液壓油從活塞前端油缸注入，油缸再次前行，帶動擠擴臂收縮還原 成圓形狀，反覆三次， 一個完整的擴大盤體形成，擴大盤體圓面積為原鑽孔圓面積的4 倍以上；將鑽杆退至需要再擴盤的土層，按上述方法重複操作一遍，又一個擴大盤體形 成。滿足設計擴大盤個數後，退出鑽杆及裝置，植入錨杆，注漿成為有多個擴大盤體且 盤體的承力面預先受到強行擠壓，使承力面土體密實度和強度都有很大提高進而使錨杆 承載力提高顯著的多盤體式錨杆。 本發明應用於建築領域土層錨杆施工，應用時在步履式液壓水平長杆螺旋鑽機 的鑽杆前端加裝該裝置。該裝置為一個圓形的，外表由2 10個擠擴臂組成，由壓力油 推動油缸並帶動擠擴臂張開與鑽杆軸線垂直，收縮與鑽杆軸線平行的表面帶螺旋葉片的 具有鑽進功能，可控制在土層適宜部位擴盤並同時對盤體承力面土體實施擠壓；能在錨 固段適當土層中實施一個或多個預先得到擠壓張擴而形成盤狀的密實承力土體，有效地 提高錨固段土體的密實度和抗剪強度，提高錨杆承載力，達到安全穩定和高經濟技術性 能。 本發明與現有技術相比，具有承載力高、成本低、環保性好、操作簡便、易於 控制、安全穩定、配套性強、適用性廣等優點。


圖1為本發明裝置的總體框架結構原理示意圖。
圖2為本發明裝置未擴張狀態剖面結構原理示意圖。
圖3為本發明裝置擴張狀態剖面結構原理示意圖。
具體實施例方式
下面通過實施例並結合附圖對本發明做進一步說明。
實施例 本實施例的主體結構由鑽頭1、油缸前端蓋2、油缸後端蓋2'、油缸前導向套 組成3、油缸後導向套組成3'、油缸4、活塞5、主動擠擴臂座6、被動擠擴臂座ll、防 護套7、主動擠擴臂8、被動擠擴臂IO、擠擴臂中間鉸鏈軸銷9、螺旋葉片12、鑽杆組成 13、進出油管14、油管接頭15、防護套防塵圈16、防護套密封圈17、活塞固定卡環18、 鑽杆中心通道19、噴嘴20、連接法蘭21、擠擴臂軸銷22、活塞杆23和油缸密封件24組 成；鑽頭1截面為十字形狀，通過焊接方式與活塞杆23前端連接成一體，鑽機使鑽杆旋 轉，鑽杆通過法蘭帶動活塞杆旋轉，活塞杆旋轉就帶動焊接一體的鑽頭實施鑽進功能； 油缸4表面的螺旋葉片與鑽杆螺旋葉片12外形尺寸及功能一致，除鑽進功能外，還具有 將切削下來的土粒以斜面輸送方式導出，以免粘裹螺杆，影響鑽進的功能；
本實施例所述油缸部分由油缸4、前端蓋2、後端蓋2'、前導向套組成3、後導 向套組成3'、活塞5、活塞固定卡環18、活塞杆23、油管14、油管接頭15、中心通道 19和油缸密封件24組成；活塞杆23(同時又兼這一長度段的鑽杆)前端與鑽頭1焊接，後端通過法蘭(被動擠擴臂座)11與鑽杆前端法蘭21用螺栓連接，活塞5由固定卡環18 固定在活塞杆23上，活塞5在活塞杆23的位置是固定不動的，活塞5、導向套組成3和 3'內外環都設有多道防止液壓油滲漏的密封件24;油缸前後端蓋2和2'通過外螺紋與 油缸內螺紋緊密連接，分別將油缸前後導向套組成3和3'壓緊，用以承受油缸工作時通 過導向套組成傳遞的巨大壓力，阻止導向套組成的位移而保證油缸正常工作；液壓油作 功時，活塞5不動，油缸4沿活塞杆23作前後往復運動，油缸4的往復直線運動帶動主動 擠擴臂8，並通過中間擠擴臂鉸鏈軸銷9又帶動被動擠擴臂10作擴張或收縮的徑向運動； 活塞杆23與鑽杆13內外直徑相同，中心為圓形管道狀的中心通道19，足供油管、高壓水 或水泥漿液暢通，進出油管14後端與鑽機液壓油道相連以取得壓力油，前端通過油管接 頭15可在中心通道19內與油缸油道連接以供給和回流油缸液壓油，中心通道19前端部 制有兩個噴嘴20，供高壓水泥漿或壓力水噴出，以解決鑽進時自行護壁和擴張擠壓後及 時噴漿進行盤體內空腔表面預掛漿，防止成型後的盤體表面土體塌落而影響成盤質量。
本實施例所述擠擴機構由主動擠擴臂座6 、被動擠擴臂座11 、主動擠擴臂8 、被 動擠擴臂IO、擠擴臂中間鉸鏈軸銷9、擠擴臂軸銷22、防護套7、防護套防塵圈16和防 護套密封圈17機械連接組成；主動擠擴臂座6與主動擠擴臂8，被動擠擴臂座ll與被動 擠擴臂10均用擠擴臂軸銷22鉸接，擠擴臂可沿擠擴臂軸銷在相對應的擠擴臂座內僅能作 徑向旋轉運動，不能做其它方向運動；擠擴臂中間鉸鏈軸銷9將主動擠擴臂8、被動擠擴 臂10鉸接，8、 10兩擠擴臂在外力作用下沿中間鉸鏈軸銷9作徑向旋轉運動，不能做其 他方向的運動；為了防止主、被動擠擴臂中間鉸鏈部分成死角影響擴張，中間鉸鏈軸銷 9y坐標方向軸線與擠擴臂軸銷22y坐標方向軸線不在同一平面，與鑽杆中心半徑前者大 於後者；當油缸4往後移動時，油缸4後端蓋2'上的主動擠擴臂座6推動主動擠擴臂8 同位後移，應力通過主動擠擴臂8、中間鉸鏈軸銷9和被動擠擴臂IO直接傳至被動擠擴 臂座ll，由於被動擠擴臂座ll與入土深度較大的鑽杆連接，而鑽杆又與外部鑽機相連， 故產生一個大於油缸後移的反力，主動擠擴臂8、被動擠擴臂IO將承受的壓力以擠擴臂 中間鉸鏈軸銷9作為受力集中點，為平衡鑽杆的反力和油缸的壓力所產生的集中應力， 兩臂因擠擴臂中間鉸鏈軸銷9的設計角度而自然形成徑向變形，使擠擴臂承受的水平應 力變成徑向擴張應力；隨著油缸4的繼續後移，主、被動擠擴臂擴張至徑向止點，油缸4 後移至止點，擴張運動停止，擴張應力隨之消失；操縱液壓閥改變供油方向，液壓油從 活塞5前端進入油缸4，油缸4改變運行方向從後往前移動，與油缸後端蓋2'固定一體 的主動擠擴臂座6帶動主動擠擴臂8，並通過擠擴臂中間鉸鏈軸銷9又帶動被動擠擴臂10 相應往後移動；因鑽杆13及與鑽杆連接的鑽機的阻力大於油缸4位移應力——即油缸4 所產生的應力；被動擠擴臂座ll位置相對不變，主、被動擠擴臂8和10在油缸4前移拉 應力作用下，從徑向最大止點位置被相應拉伸成徑向收縮，油缸4行至前端止點時，主 動擠擴臂8、被動擠擴臂10被拉直而恢復圓柱形狀， 一個"*"型肢體被擴張壓迫成形； 為防止泥土在擠擴機構內空腔存積而防礙張擴收縮，在緊貼活塞杆外圓面和擠擴機構內 圓空腔部分，設置了防護套7，防護套7與油缸後端蓋2'製成一體，隨油缸4沿活塞杆 23作前後往復運動；防護套7後埠製成圓形刀狀，能確保將粘裹在活塞杆上的泥土及 雜質剔除；防護套內圓面與活塞杆外圓面結合部還設有多道防塵圈16和密封圈17，防塵 圈16主要防止微塵侵入，而密封圈17則防止壓力性泥漿滲入活塞杆表面凝固後影響裝置
6正常工作；因此，儘管裝置是在條件極其惡劣複雜的地層深處工作，但通過多方面的預 防措施，其工作可靠性耐久性都得到了保障；反覆上述擴張及拉伸過程三次， 一個完整 的擴大盤體就順利形成，並且擴大盤體的承力面土體預先得到壓縮幅度大於150mm的很 大壓應力，使盤體處土體密實度和強度都有顯著提高，盤體圓面積即錨固段端承面積比 原錨固段圓面積增加了至少4倍以上，按以上方法在適當土層擠擴成多個擴大盤(以設計 個數為準)體後，退出鑽杆及裝置，植入錨杆，注漿成為有多個擴大盤體且盤體的承力面 預先受到強行擠壓，使承力面土體密實度和抗剪強度都有很大提高進而使錨杆承載力比 普通摩擦型錨杆提高3 4倍的多盤體式錨杆。
本實施例的錨杆承載力計算方法如下 根據受力分析，單根預壓擴盤錨杆的承載力可按下式計算
T = F+Q 式中T為單根預壓擴盤錨杆的承載力(KN) ; F為錨杆圓柱錨錮段的承載力 (KN) ; Q為錨杆圓柱預壓擴盤段端承載力(KN);其中
F = UK/Y。
式中UK為單根預壓擴盤錨杆的承載力的標準值(KN); Y。為荷載分項係數，可 按建築規範取值；其中
Uk = Z入(t 一c)u山 式中A為錨杆抗拔係數，可按建築規範取值；化為錨杆周圍的破壞土面周長 (m) ; li為錨杆錨錮段的有效長度(m)， t f為土的不排水抗剪強度(kPa) ; c為土體的粘聚 力(kPa);0 =露(《一《》&n/4 式中為錨杆圓柱段的直徑(m) ; 4為錨杆預壓擴盤的直徑(m) ; P為承載力系 數；n為預壓擴盤的個數。 本實施例的計算和現場試驗表明，錨杆預壓擴盤後，土的抗剪強度提高1.5倍以 上，錨杆錨錮段破壞土面周長提高4倍以上，對於錨錮段長度4m的錨杆，錨錮端承載力 提高5倍以上，單根錨杆的承載力提高3 4倍，預壓擴盤的位置和數量可以通過承載力 計算確定，錨杆的變形可以通過調整承載力來控制。
權利要求
一種多盤體式錨杆，主體結構分為鑽頭、油缸、擠擴機構和連接法蘭四部分，其特徵在於裝置後端為連接法蘭，被動擠擴臂座外形製成法蘭狀，與鑽杆前端法蘭用螺栓連接傳遞動力，被動擠擴臂用擠擴臂軸銷鉸接於被動擠擴臂座內並沿擠擴臂軸銷作旋轉運動，被動擠擴臂通過擠擴臂中間鉸鏈軸銷與主動擠擴臂鉸接，主動擠擴臂通過擠擴臂軸銷鉸接於主動擠擴臂座內並沿擠擴臂軸銷作旋轉運動；在緊貼活塞杆外圓面、擠擴機構內圓空腔處設置防護套，防護套與油缸後端蓋製成一體，隨油缸沿活塞杆作前後往復運動，防護套後埠製成圓形刀狀，將粘裹在活塞杆上的泥土及雜質剔除；防護套內圓面與活塞杆外圓面結合部設有多道防塵和密封圈，防止微塵及壓力性水泥漿液滲入；裝置的圓形表面制有與鑽杆螺旋葉片外徑、螺距一致的螺旋葉片；鑽頭位於裝置最前端，截面為十字形狀，鑽頭與活塞杆或鑽杆焊接一體，鑽杆旋轉時通過法蘭帶動活塞杆同步旋轉，活塞杆帶動鑽頭作同心旋轉而實施鑽進功能；鑽杆法蘭焊接在鑽杆前端外環，與之形成牢固的一體；裝置法蘭與被動擠擴臂座製成一整體，既作為法蘭連接傳遞動力，又作為被動擠擴臂座承受被動擠擴臂傳遞的各種應力。
2. 根據權利要求1所述的多盤體式錨杆，其特徵在於油缸部分由油缸、油缸前後端蓋、前後導向套組成、活塞、活塞杆、活塞固定卡環、油缸、油管、油管接頭、中心通道和密封件機械配合連接組成，活塞杆前端與鑽頭焊接，後端通過法蘭與鑽杆前端法蘭用螺栓連接，活塞由固定卡環固定在活塞杆上，活塞在活塞杆的位置固定不動；液壓油作功時，活塞不動，而油缸沿活塞杆作前後往復運動，油缸的往復直線運動轉變成擠擴臂擴張或收縮的徑向運動；油管後端與鑽機油道相連以取得液壓油，前端通過油管接頭在中心通道內與油缸油道相連以供給和回流油缸液壓油；活塞杆與鑽杆內外徑一致，其中心通道管道和高壓水或水泥槳暢通，中心通道前端部制有兩個噴嘴，供高壓槳或高壓水噴出，解決鑽進時自行護壁和擴張擠壓後同時噴漿進行盤體內腔先期護面，防止擴盤土體塌落；油缸前後導向套組成及活塞內外環均設置多道密封件，以防止液壓油的洩漏而影響油缸正常工作，油缸前後端蓋分別用外螺紋與油缸內螺紋連接，壓緊油缸前後導向套組成並抗拒油缸工作時通過導向套組成傳遞的巨大壓力，防止導向套組成位移造成油缸工作失效。
3. 根據權利要求1所述的多盤體式錨杆，其特徵在於使用時，鑽至設計深度後再往前鑽入錨杆所需握裹長度，退回設計深度停止旋轉，將液壓油注入活塞後端油缸，油缸在液壓油作用下往後移動，推動主、被動擠擴臂繞擠擴臂中間鉸鏈軸銷轉動，擠擴臂逐步擴張擠壓徑向及後端面土體，使其被壓縮成對稱肢體狀；油缸行至止點後，主、被動擠擴臂張擴成最大直徑狀；此時將液壓油反向注油，活塞前端油缸內迅即充滿液壓油，油缸由後端往前端位移直至將擠擴臂拉直還原成圓柱形；將鑽杆旋轉一定角度，然後重複將液壓油注入活塞後端油缸，油缸後移，帶動主、被動擠擴臂繞擠擴臂中間鉸鏈軸銷轉動，直至擴張成直徑最大，對土體再次擠壓成對稱肢體狀；然後將液壓油從活塞前端油缸注入，油缸再次前行，帶動擠擴臂收縮還原成圓形狀，反覆三次， 一個完整的擴大盤體形成，擴大盤體圓面積為原鑽孔圓面積的4倍以上；將鑽杆退至需要再擴盤的土層，按上述方法重複操作一遍，又一個擴大盤體形成。滿足設計擴大盤個數後，退出鑽杆及裝置，植入錨杆，注漿成為有多個擴大盤體且盤體的承力面預先受到強行擠壓，使承力面土體密實度和強度都有很大提高進而使錨杆承載力提高顯著的多盤體式錨杆。
全文摘要
本發明涉及建築施工領域中的一種錨杆擴盤及承力面擠壓裝置，即多盤體式錨杆，加裝在步履式液壓水平長杆螺旋鑽機的鑽杆前端，主體結構分為鑽頭、油缸、擠擴機構和連接法蘭四部分；裝置後端為連接法蘭部分，被動擠擴臂座外形製成法蘭狀與鑽杆前端法蘭用螺栓連接，被動擠擴臂用軸銷鉸接於被動擠擴臂座內並沿擠擴臂軸銷作旋轉運動，被動擠擴臂經中間鉸鏈軸銷與主動擠擴臂鉸接，主動擠擴臂通過擠擴臂軸銷鉸接於主動擠擴臂座內並沿擠擴臂軸銷作旋轉運動；鑽杆法蘭焊接在鑽杆前端外環形成一體；具有承載力大、成本低、環保好、操作簡便、易於控制、安全穩定、配套性強、適用性廣等優點。
文檔編號E02D5/74GK101691754SQ200910019418
公開日2010年4月7日 申請日期2009年9月30日 優先權日2009年9月30日
發明者歐陽甘霖, 鄧洪亮 申請人:歐陽甘霖