一种具有地下水引流功能的注浆锚杆装置及其使用方法

技术领域

本发明属于建筑工程技术领域，特别涉及一种具有地下水引流功能的注浆锚杆装置及其使用方法。

背景技术

随着基础建设速度和建设规模的不断扩大，不良地质条件下进行工程建设不可避免；为了减少工程建设过程中对周边构建筑的影响，对地层进行注浆是工程建设常用的一种地层加固手段，尤其是锚杆注浆作为一种有效的隧道加固方法近年来应用更加广泛；但是在注浆锚杆施工过程中，由于地层渗透系数过大，地下水常沿锚杆外流，尤其是在高渗透性砂土地层钻孔甚至会出现地下水喷溅现象，涌水射速较大，施工安全风险较高，严重影响作业人员正常施工。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题，本发明提供了一种具有地下水引流功能的注浆锚杆装置及其使用方法，以解决现有注浆锚杆施工过程，地下水沿锚杆外流，易造成地下水喷溅，施工安全风险较高的技术问题。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

本发明提供了一种具有地下水引流功能的注浆锚杆装置，包括中空注浆锚杆、地下水引流结构及止浆阀；地下水引流结构套设在中空注浆锚杆上，止浆阀设置在中空注浆锚杆的末端；

地下水引流结构包括地下水收集罩，地下水收集罩的后端开设有锚杆通过孔；中空注浆锚杆活动穿插在锚杆通过孔中，且中空注浆锚杆与锚杆通过孔密封连接；锚杆通过孔的一侧设置有引流孔，引流孔的一端与地下水收集罩的内腔连通，另一端与外界连通。

进一步的，中空注浆锚杆的内部轴向设置有注浆通道，注浆锚杆的杆体径向设置有注浆孔，注浆孔与注浆通道连通。

进一步的，中空注浆锚杆包括若干节注浆花管，若干节注浆花管依次轴向连接，注浆花管滑动密封穿设在锚杆通过孔中；止浆阀设置在末节注浆花管的末端。

进一步的，地下水引流装置还包括引流管及集水容器，引流管的一端与引流孔连接，另一端与集水容器连接。

进一步的，地下水收集罩的前端通过螺栓与待施工岩面连接，地下水收集罩与待施工岩面之间设置有密封垫圈。

进一步的，止浆阀包括锚杆接头、限位凸起、止浆球及止浆球限位网；锚杆接头为中空圆柱结构，锚杆接头的一端用于与注浆设备连接，另一端与中空注浆锚杆连接；限位凸起对称设置在锚杆接头的一端内壁上，且靠近注浆设备一端设置；止浆限位网设置在锚杆接头的另一端，止浆球限位网的四周与锚杆接头的内壁固定，止浆球限位网上设置有若干网眼；止浆球自由设置在限位凸起及止浆球限位网之间；限位凸起处设置有浆液通道，止浆球的直径小于锚杆接头的内径，且大于浆液通道的尺寸。

进一步的，限位凸起的个数为两个，两个限位凸起对称设置在锚杆接头的内壁上；两个限位凸起之间设置预留间隙，预留间隙作为浆液通道；限位凸起采用对锚杆接头的外壁向其中心对称挤压形成。

进一步的，止浆球限位网为平面网状结构；止浆球限位网的网眼尺寸大于注浆液中的固相材料粒径。

进一步的，止浆球采用橡胶球。

本发明还提供了一种具有地下水引流功能的注浆锚杆装置的使用方法，包括以下步骤：

步骤1、对锚杆位置进行放样定位，将地下水收集罩密封固定在锚杆放样定位点处；

步骤2，将中空注浆锚杆的前端穿设在地下水收集罩的锚杆通过孔中，并将中空锚杆的后端与钻机输出端连接；调节中空注浆锚杆角度，进行钻孔，至中空注浆锚杆打入设计深度；

步骤3、对中空注浆锚杆进行清孔；

步骤4、将止浆阀安装在中空注浆锚杆的末端，并连接注浆锚杆设备，进行锚杆注浆，注浆完成后，将注浆设备与注浆阀分离。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明提供了一种具有地下水引流功能的注浆锚杆装置，通过将地下水收集罩套设在中空注浆锚杆上，利用地下水收集罩与待施工岩面之间形成储水空间，实现对沿锚杆钻孔流出的地层渗出水流的收集暂存，并通过引流孔引流至指定位置；避免了钻孔过程地下水喷溅现象的出现，降低了施工安全风险。

进一步的，通过设置引流管及集水容器，利用引流管将地下水收集罩中的地层渗出水流引流至集水容器，降低了地下水收集罩中水流压力，减小了锚杆钻进压力，降低了施工难度，实现了地层渗出水流的收集，结构简单，安全性好。

进一步的，通过通过螺栓将收集罩体与待施工岩面连接，施工完后，便于拆除回收，能够实现二次重复利用；通过在收集罩体与待施工岩面之间设置密封垫圈，确保了结构的密封性，避免了地层中渗出水流能够稳定收集暂存在收集罩体中，结构稳定性较好。

进一步的，通过在锚杆接头中设置限位凸起及止浆球限位网，并在限位凸起及止浆球限位网之间设置止浆球，利用限位凸起及止浆球限位网形成对止浆球的限位，注浆过程，注浆液能够依次通过注浆通道、止浆球与锚杆接头之间的间隙及止浆球限位网的网眼进入锚杆杆体中实现注浆；利用止浆球限位网对止浆球形成限位，避免注浆过程止浆球进入锚杆杆体中；封浆过程，在注浆液的作用下，推动止浆球向限位凸起侧移动，止浆球对止浆通道形成封堵，实现止浆效果；结构简单，操作方便，密闭可靠，止浆效果较好，成本低。

进一步的，采用对称设置在两个限位凸起，能够对止浆球形成稳定限位作用，确保了封浆过程止浆球的均匀变形，止浆球被注浆液从注浆通道中挤压损伤，提高了止浆效果。

进一步的，限位凸起采用对锚杆接头挤压形成，实现限位凸起与锚杆接头的一体设计，加工制作方便，加工成本较低。

进一步的，通过将止浆球限位网的网眼尺寸大于注浆液中的固相材料粒径，确保了注浆液的正常流通，避免了阻碍注浆液流入。

进一步的，止浆球采用橡胶材料制作，可满足不同注浆压力的需求，注浆压力越大，对止浆球的挤压作用越明显，止浆球对注浆通道的密封效果越好，止浆效果越好；同时，可根据不同注浆压力进行调整，适用范围广。

附图说明

图1为本发明所述的注浆锚杆装置的整体结构示意图；

图2为本发明所述的注浆锚杆装置中的地下水引流结构的示意图；

图3为本发明所述的注浆锚杆装置中的止浆阀的结构示意图；

图4为本发明所述的注浆锚杆装置中的止浆限位板结构示意图。

其中，1中空注浆锚杆，2地下水引流结构，3止浆阀；21地下水收集罩，22锚杆通过孔，23引流孔，24引流管，25加强肋；31锚杆接头，32止浆凸起，33止浆球，34止浆限位板，35注浆通道。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题，技术方案及有益效果更加清楚明白，以下具体实施例，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如附图1-4所示，本发明提供了一种具有地下水引流功能的注浆锚杆装置，包括中空注浆锚杆1、地下水引流结构2及止浆阀3；中空注浆锚杆1的内部轴向设置有注浆通道，注浆锚杆1的杆体径向设置有注浆孔，注浆孔与注浆通道连通；地下水引流结构2套设在中空注浆锚杆1上，止浆阀3设置在中空注浆锚杆1的末端。

地下水引流结构2包括地下水收集罩21、引流管24、加劲肋25及集水容器；地下水收集罩21的前端与待施工岩面密封连接，地下水收集罩21的内腔与待施工岩面之间形成储水空间，实现对从地层中渗出的水流暂时储存在储水空间中；地下水收集罩21包括收集罩体及端盖，收集罩体的前端与待施工岩面密封连接，端盖设置在收集罩体的后端，端盖与收集罩体之间均匀设置有加劲肋25，有效提高地下水收集罩21的强度，避免了锚杆钻孔施工过程的冲击力导致收集罩体损坏。

地下水收集罩21的端盖上开设有锚杆通过孔21，中空注浆锚杆1活动穿插在锚杆通过孔22中，且中空注浆锚杆1与锚杆通过孔22密封连接；锚杆通过孔22的一侧设置有引流孔23，引流孔23的一端与地下水收集罩21的内腔连通，另一端与外界连通；引流管24的一端与引流孔23连接，另一端与集水容器连接；通过设置引流孔23，利用引流管24将地下水收集罩21内腔与集水容器连通，实现对地下水收集罩21的地层渗出水流引流至集水容器中，降低了锚杆钻进压力，有效降低了施工难度，确保施工人员的安全。

本发明中，收集罩体的前端通过螺栓与待施工岩面连接，收集罩体与待施工岩面之间设置有密封垫圈；通过螺栓将收集罩体与待施工岩面连接，施工完后，便于拆除回收，能够实现二次重复利用；通过在收集罩体与待施工岩面之间设置密封垫圈，确保了结构的密封性，避免了地层中渗出水流能够稳定收集暂存在收集罩体中，结构稳定，安全性好。

注浆锚杆1包括若干节注浆花管，若干节注浆花管依次轴向连接，注浆花管滑动密封穿设在锚杆通过孔22中，止浆阀3设置在末节注浆花管的末端。

本发明中，地下水收集罩21采用聚乙烯纤维橡胶制作而成，地下水收集罩21具有优良的韧性和强度，锚杆通过孔22的孔径较中空注浆锚杆1的外径小2-3mm；利用地下水收集罩21的韧性，确保了中空注浆锚杆1与锚杆通过孔22之间的密封性。

止浆阀3包括锚杆接头31、限位凸起32、止浆球33及止浆球限位网34；锚杆接头31为中空圆柱结构，锚杆接头31的一端用于与注浆设备连接，另一端与中空注浆锚杆的末端连接；限位凸起32设置在锚杆接头31的一端内壁上，且靠近注浆设备一端设置；止浆球限位网34设置在锚杆接头31的另一端，止浆球限位网34的四周与锚杆接头31的内壁固定，止浆球限位网34上设置有若干网眼，用于注浆液流通；止浆球33自由设置在限位凸起32与止浆球限位网34之间，限位凸起33处设置有注浆通道，止浆球33的直径小于锚杆接头31的内径，确保了注浆过程注浆液能够流过止浆球33与限位接头31之间的间隙，确保了注浆过程的正常施工；止浆球33的尺寸大于浆液通道的尺寸，确保了封浆过程，在注浆液的作用下，利用止浆球3对浆液通道形成密封封堵，避免注浆液回流。

本发明中，限位凸起32的个数为两个，两个限位凸起32对称设置在锚杆接头31的内壁上；限位凸起32的一端与锚杆接头31的内壁固定连接，另一端朝向锚杆接头31的中心延伸，两个限位凸起32之间设置预留间隙，预留间隙作为浆液通道，确保注浆液的正常流入锚杆杆体中；优选的，限位凸起32采用对锚杆接头31的外壁向其中心对称挤压形成，实现限位凸起与锚杆接头的一体设计，加工制作方便，加工成本较低。

本发明中，止浆球33采用橡胶材料制作，可满足不同注浆压力的需求，注浆压力越大，对止浆球的挤压作用越明显，止浆球对注浆通道的密封效果越好，止浆效果越好；同时，可根据不同注浆压力进行调整，适用范围广。

本发明中，止浆球限位网34为平面网状结构，止浆球限位网34的网眼尺寸大于注浆液中的固相材料粒径；通过将止浆球限位网的网眼尺寸大于注浆液中的固相材料粒径，确保了注浆液的正常流通，避免了阻碍注浆液流入。

工作原理及使用过程

本发明所述的一种具有地下水引流功能的注浆锚杆装置，使用时，首先将地下水收集罩密封固定在待施工钻孔位置处，利用引流管将地下水收集罩内腔与集水容器连通；锚杆钻孔过程，将中空注浆锚杆的前端穿设在锚杆通过孔中；之后采用钻机，将中空注浆锚杆钻进至地层中，钻孔过程，地层中的渗出水流沿中空注浆锚杆进入地下水收集罩中，并利用引流管引流至集水容器中收集，避免了地下水喷溅或涌水对施工人员的伤害，有效降低了施工安全风险。

止浆阀加工制作时，采用冲压机对中空圆柱结构的锚杆接头进行冲压，使锚杆接头的外壁向其中心对称挤压，在锚杆接头的内壁上形成限位凸起，限位凸起作为止浆球的挡板，阻挡止浆球被挤出，之后将止浆球放入锚杆接头中，并在锚杆接头的另一端内壁固定安装止浆球限位网，防止注浆过程中止浆球随着注浆液，冲击至其他地方，不能起到止浆效果；为防止网眼过小阻碍注浆液的流入，止浆球限位网的网眼应尽可能大，但确保网眼尺寸小于止浆球的尺寸；通过止浆球限位网及限位凸起将止浆球限制在锚杆接头中，所述锚杆止浆装置加工制作完成。

注浆前，将锚杆止浆接头通过焊接或螺纹连接在末节中空注浆锚杆的末端，安装过程简单；注浆阶段，由于注浆液的作用，止浆球位于止浆球限位网上，注浆液能够依次通过注浆通道、止浆球与锚杆接头之间的间隙及止浆球限位网的网眼进入锚杆杆体中实现注浆；封浆阶段，随着注浆液的不断上升直至锚杆杆体顶部，在注浆液的作用下，推动止浆球向限位凸起侧移动，其下部注浆液压力不断挤压止浆球，止浆球对止浆通道形成封堵，实现止浆效果，从而形成止浆效果。

本发明还提供了一种具有地下水引流功能的注浆锚杆装置的使用方法，具体包括以下步骤：

步骤1、对锚杆位置进行放样定位，将地下水收集罩密封固定在锚杆放样定位点处，并采用引流管将地下水收集罩与集水容器连通；

步骤2、将中空注浆锚杆的前端穿设在地下水收集罩的锚杆通过孔中，并将中空锚杆的后端与钻机输出端连接；调节中空注浆锚杆角度，进行钻孔，至中空注浆锚杆打入设计深度；

步骤3、利用空气压力设备连接中空注浆锚杆的末端，启动空气压力设备向中空注浆锚杆内通入带压空气，对中空注浆锚杆进行清孔；

步骤4、从中空注浆锚杆的端部取下空气压力设备，并将止浆阀安装在中空注浆锚杆的末端，并连接注浆锚杆设备，进行锚杆注浆，注浆完成后，将注浆设备与注浆阀分离，进入下一注浆锚杆施工。

本发明所述的注浆锚杆装置及其使用方法，通过将地下水收集罩套设在中空注浆锚杆上，利用地下水收集罩与待施工岩面之间形成储水空间，实现对沿锚杆钻孔流出的地层渗出水流的收集暂存，并通过引流孔引流至指定位置；避免了钻孔过程地下水喷溅现象的出现，降低了施工安全风险；通过在锚杆接头中设置限位凸起及止浆球限位网，并在限位凸起及止浆球限位网之间设置止浆球，利用限位凸起及止浆球限位网形成对止浆球的限位，注浆过程，注浆液能够依次通过注浆通道、止浆球与锚杆接头之间的间隙及止浆球限位网的网眼进入锚杆杆体中实现注浆；利用止浆球限位网对止浆球形成限位，避免注浆过程止浆球进入锚杆杆体中；封浆过程，在注浆液的作用下，推动止浆球向限位凸起侧移动，止浆球对止浆通道形成封堵，实现止浆效果；封浆结束后，止浆阀与中空注浆锚杆之间具有无须拆卸、施工简单及造价低的特点；注浆阶段止浆球位于止浆球限位网上，随着注浆浆液的不断上升直至注浆锚杆顶部，下部注浆压力不断挤压止浆球，从而形成止浆效果；锚杆施工完成后，锚杆止浆装置可以作为注浆锚杆的一部分不再拆卸，有效减少了施工工序，使用方便；同时，本发明所述的锚杆止浆装置造价低，可以降低施工成本。

上述实施例仅仅是能够实现本发明技术方案的实施方式之一，本发明所要求保护的范围并不仅仅受本实施例的限制，还包括在本发明所公开的技术范围内，任何熟悉本技术领域的技术人员所容易想到的变化、替换及其他实施方式。