一种用于土遗址加固的锚固系统及方法

技术领域

本发明属于干旱区土遗址结构加固技术领域，特别涉及一种用于土遗址加固的锚固系统及方法。

背景技术

生土建筑遗址是人类重要的文化遗产之一，土遗址数量众多，但残损严重，大部分处于“抢险加固”阶段；对于体型较大的土遗址，由于风蚀、盐蚀、毛细水冻融、生物病害和地震等所引发的结构失稳破坏是造成遗址大面积消亡的重要因素之一，有效合理的解决其整体或局部稳定问题是其保护中的一个关键环节；“锚固”这种隐蔽的力学稳定控制技术，是处理遗址结构稳定问题的最主要措施之一。

现有土遗址锚固措施主要采用楠竹、木、钢筋或玻璃纤维等锚杆，一定程度上解决了土遗址局部稳定问题，但是存在一些弊端：开孔直径和锚固段深度大；锚固系统中竖向剪、压应力分量无法合理消除；锚固系统破坏前各部分材料力学性能未能得到充分发挥，且易引起土遗址表面局部土体剪压开裂。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题，本发明提供了一种用于土遗址加固的锚固系统及方法，以解决现有的土遗址锚固过程，开孔直径和锚固段深度大，锚固系统中竖向剪、压应力分量无法合理消除，力学性能无法充分发挥，且易引起土遗址表面局部土体剪压开裂的技术问题。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

本发明提供了一种用于土遗址加固的锚固系统，包括纤维组合锚杆及灌浆体；纤维组合锚杆设置在待加固土遗址上的锚孔中，灌浆体灌注在纤维组合锚杆与锚孔之间的空隙中；纤维组合锚杆包括土工纤维长丝、包裹纤维、第一受力支架及第二支架；

包裹纤维均匀缠绕在土工纤维长丝的外侧，第一受力支架设置在土工纤维长丝的后端，第二支架设置在土工纤维长丝的前端，第一受力支架及第二支架的两端分别通过包裹纤维与土工纤维长丝紧贴固定。

进一步的，第一受力支架包括第一固定段、倾斜段、垂直段及第二固定段；第一固定段与第二固定段同轴线设置，且分别与土工纤维长丝的轴线平行；第一固定段设置在土工纤维长丝的后端端部，第二固定段靠近土工纤维长丝的中部设置；

倾斜段的一端与第一固定段的后端连接，倾斜段的另一端与垂直段的一端连接；垂直段与土工纤维长丝的轴线垂直，垂直段的另一端与第二固定段的前端连接；第一固定段及第二固定段分别通过包裹纤维与土工纤维长丝紧贴固定。

进一步的，第一固定段的长度为待加固土遗址中潜在滑移体宽度的1/3；倾斜段的长度为待加固土遗址中潜在滑移体宽度的2倍；垂直段的长度为锚孔孔径的1/2，第二固定段的长度为30-50mm。

进一步的，第一受力支架的个数为两个，两个第一受力支架对称设置在土工纤维长丝的底部，两个第一受力支架之间的夹角为60°；

第二支架的个数为两个，两个第二支架对称设置在土工纤维长丝的底部，两个第二支架之间的夹角为60°。

进一步的，第二支架包括第一连接段、第一倾斜连接段、水平连接段、第二倾斜连接段及第二连接段；第一连接段与第二连接段同轴线设置，且分别与土工纤维长丝的轴线平行；第一连接段靠近土工纤维长丝的中部设置，第二连接段靠近土工纤维长丝的前端设置，并分别通过包裹纤维与土工纤维长丝紧贴固定；

水平连接段与土工纤维长丝平行间隔设置，且置于第一连接段与第二连接段之间；第一倾斜连接段的一端与第一连接段的前端连接，第一倾斜连接段的另一端与水平连接段的后端连接；第二倾斜连接段的一端与水平连接段的前端连接，第二倾斜连接段的另一端与第二连接段的后端连接。

进一步的，第一连接段与第二连接段等长设置，长度为30-50mm；第一倾斜连接段与第二倾斜连接段等长设置，长度为锚孔孔径的1/2；水平连接段的长度为40-60mm。

进一步的，包裹纤维采用螺旋缠绕设置在土工纤维长丝的外侧，包裹纤维在土工纤维长丝两端端部、第一受力支架、第二支架处的采用加密缠绕；缠绕有包裹纤维的土工纤维长丝的外侧均匀涂刷环氧胶。

进一步的，第一受力支架及第二支架均设置在土工纤维长丝的横截面长边侧；土工纤维长丝包括若干根纤维长丝，纤维长丝采用土工长丝、碳纤维或玻璃纤维；包裹纤维采用麻绳、碳纤维、纤维绳和植物纤维中的一种。

进一步的，第一受力支架采用玻璃纤维螺杆或光圆钢筋；第二支架采用柳枝、竹片和钢丝中的一种。

本发明还提供了一种用于土遗址加固的锚固方法，利用所述的用于土遗址加固的锚固系统进行加固处理；具体包括以下步骤：

步骤1、根据待加固土遗址的潜在滑移体体量和潜在滑移面位置，确定锚孔设计参数，并制作纤维组合锚杆；

步骤2、按照锚孔设计参数，在待加固土遗址中施钻锚孔，清孔后，将制作好的纤维组合锚杆植入锚孔内部；其中，纤维组合锚杆中的第一受力支架贯穿待加固土遗址的潜在滑移面设置；

步骤3、在锚孔中灌注锚固材料，形成灌浆体；其中，锚孔端头采用改性黄土泥灌注密实。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明提供了一种用于土遗址加固的锚固系统及方法，通过在土工纤维长丝的外侧均匀缠绕包裹纤维，形成锚杆芯材，并将第一受力支架和第二支架固定在土工纤维长丝的前后端；其中，土工纤维长丝、第一受力支架及灌浆体形成组合受力系统，土工纤维长丝能够抵抗水平向分力，灌浆体和第一受力支架用于共同抵抗剪压作用；通过设置包裹纤维有效提高了土工纤维长丝的表面阻力，提升抵抗水平向分力的能力；通过设置第二支架，起到了固定和提升局部锚固性能的作用；本发明结构简单，各部件能够实现标准化模块制作；通过植入第一受力支架，使得原来锚固端部由剪拉应力为主要控制因素的受力模式，变为由拉压为主要控制因素的受力模式，优化了锚固系统各组件的受力性能；由于受力模式的改变，原来锚杆端部浆体剪切破坏模式可得到有效控制，无需较大孔径来提升端部浆体抗剪切性能；因此，对土遗址潜在滑移体有效锚固的同时可减少开孔直径和锚固深度；第一受力支架可将滑移体竖向重力分量作用分散到浆体四周，减小土遗址表面局部土体剪切应力，降低加固区域土遗址表面剪压开裂的几率。

进一步的，将第一受力支架中倾斜段贯穿潜在滑移面，滑移段锚杆类似悬臂构件，第一受力支架增加了锚杆在滑移段和锚固段过度区的整体刚度，提升了该区域锚杆抗弯、抗剪能力，改善了过渡区灌浆体的应力状态，将部分竖向剪、压应力分量转化为灌浆体轴向的压应力分量。避免了以增大开孔直径的方法提升刚度和抵抗竖向剪、压应力的弊端。

进一步的，第二支架设置在锚固段端部，提升端部锚固能力的同时发挥固定土工纤维长丝位置和微调锚固角度的作用。

进一步的，土工长丝外侧均匀涂刷环氧胶，确保包裹纤维、第一受力支架、第二支架与土工纤维协同工作。

进一步的，包裹纤维采用螺旋缠绕设置在土工纤维长丝的外侧，一方面可以连接支架，另一方面提升土工纤维长丝表面粗糙程度增强锚固力。

附图说明

图1为实施例所述的锚固系统加固土遗址潜在滑移体的布置图；

图2为实施例所述的锚固系统在土遗址中的纵向剖视图；

图3为实施例所述的锚固系统在土遗址中的横剖图；

图4为实施例所述的锚固系统中的纤维组合锚杆结构示意图；

图5为实施例所述的锚固系统中的第一受力支架结构示意图；

图6为实施例所述的锚固系统中的第二支架结构示意图。

其中，1纤维组合锚杆，2土工纤维长丝，3包裹纤维，4第一受力支架，5第二支架，6灌浆体，7潜在滑移面，8土遗址本体；41第一固定段，42倾斜段，43垂直段，44第二固定段；51第一连接段，52第一倾斜连接段，53水平连接段，54第二倾斜连接段，55第二连接段。

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。

本发明提供了一种用于土遗址加固的锚固系统，包括纤维组合锚杆1及灌浆体6；纤维组合锚杆1设置在待加固土遗址上的锚孔中，灌浆体6灌注在纤维组合锚杆1与锚孔之间的空隙中。

纤维组合锚杆1包括土工纤维长丝2、包裹纤维3、第一受力支架4及第二支架5；包裹纤维3均匀缠绕在土工纤维长丝2的外侧，第一受力支架4设置在土工纤维长丝2的后端，第二支架5设置在土工纤维长丝2的前端，第一受力支架4及第二支架5的两端分别通过包裹纤维3与土工纤维长丝2紧贴固定。

土工纤维长丝2的横截面为矩形结构，第一受力支架4及第二支架5均设置在土工纤维长丝2的横截面长边侧；土工纤维长丝2包括若干根纤维长丝，纤维长丝采用土工长丝、碳纤维或玻璃纤维；缠绕有包裹纤维3的土工纤维长丝2的外侧均匀涂刷有环氧胶。

包裹纤维3采用螺旋缠绕设置在土工纤维长丝2的外侧，包裹纤维3在土工纤维长丝2两端端部、第一受力支架4、第二支架5处的采用加密缠绕；包裹纤维3采用麻绳、碳纤维、纤维绳和植物纤维中的一种。

本发明中，第一受力支架4采用玻璃纤维螺杆或光圆钢筋；优选的，玻璃纤维螺杆或光圆钢筋的直径为6-12mm；第一受力支架4的个数为两个，两个第一受力支架4对称设置在土工纤维长丝2的底部，两个第一受力支架4之间的夹角为60°。

第一受力支架4包括第一固定段41、倾斜段42、垂直段43及第二固定段44；第一固定段41与第二固定段44同轴线设置，且分别与土工纤维长丝2的轴线平行；第一固定段41设置在土工纤维长丝2的后端端部，第二固定段44靠近土工纤维长丝2的中部设置；倾斜段42的一端与第一固定段41的后端连接，倾斜段42的另一端与垂直段43的一端连接，倾斜段42贯穿潜在滑移面设置；垂直段43与土工纤维长丝2的轴线垂直，垂直段43的另一端与第二固定段44的前端连接；第一固定段41及第二固定段44分别通过包裹纤维3与土工纤维长丝2紧贴固定。

本发明中，第二支架5采用柳枝、竹片和钢丝中的一种；第二支架5的个数为两个，两个第二支架5对称设置在土工纤维长丝2的底部，两个第二支架5之间的夹角为60°。

第二支架5包括第一连接段51、第一倾斜连接段52、水平连接段53、第二倾斜连接段54及第二连接段55；第一连接段51与第二连接段55同轴线设置，且分别与土工纤维长丝2的轴线平行；第一连接段51靠近土工纤维长丝2的中部设置，第二连接段55靠近土工纤维长丝2的前端设置，并分别通过包裹纤维3与土工纤维长丝2紧贴固定；水平连接段53与土工纤维长丝2平行间隔设置，且置于第一连接段51与第二连接段55之间；第一倾斜连接段52的一端与第一连接段51的前端连接，第一倾斜连接段52的另一端与水平连接段53的后端连接；第二倾斜连接段54的一端与水平连接段53的前端连接，第二倾斜连接段54的另一端与第二连接段55的后端连接。

灌浆体6采用土、水泥及粉煤灰混合配制得到，并通过灌浆机灌注至锚孔中。

本发明还提供了一种用于土遗址加固的锚固方法，包括以下步骤：

步骤1、根据待加固土遗址的潜在滑移体体量和潜在滑移面位置，确定锚孔设计参数，并制作纤维组合锚杆1；

步骤2、按照锚孔设计参数，在待加固土遗址中施钻锚孔，清孔后，将制作好的纤维组合锚杆1植入锚孔内部；其中，纤维组合锚杆1中的第一受力支架贯穿待加固土遗址的潜在滑移面设置；

步骤3、在锚孔中灌注锚固材料，形成灌浆体6；其中，锚孔端头采用黄土泥灌注密实。

本发明所述的一种用于土遗址加固的锚固系统及方法，采用土工纤维长丝、第一受力支架及灌浆体组合，形成受力系统；通过在土工纤维长丝的表面均匀缠绕包裹纤维，包裹纤维起到固定连接和表面阻力增强作用；第二支架起固定和提升局部锚固性能作用；本发明构造简单，各组件可标准化模块制作，优化了锚固系统各组件的受力性能，对土遗址潜在滑移体有效锚固的同时可减少开孔直径和锚固深度，同时能避免传统锚固技术导致土遗址表面局部土体受剪压开裂的不足。

实施例

如附图1-6所示，以某处土遗址为例，该土遗址的潜在滑移面的深度在100-600mm之间，在土遗址上形成小型潜在滑移体；本实施例提供了一种用于土遗址加固的锚固系统，包括纤维组合锚杆1及灌浆体6。

纤维组合锚杆1设置在待加固土遗址上的锚孔中，纤维组合锚杆1按照预设间距、长度及角度设置于待加固土遗址中；根据待加固土遗址的土体力学特性，配制灌浆体材料，利用灌浆机将灌浆体材料灌注至锚孔中，在纤维组合锚杆1与锚孔之间的空隙中形成灌浆体6。

纤维组合锚杆1包括土工纤维长丝2、包裹纤维3、第一受力支架4及第二支架5；包裹纤维3均匀缠绕在土工纤维长丝2的外侧，第一受力支架4设置在土工纤维长丝2的后端，第二支架5设置在土工纤维长丝2的前端，第一受力支架4及第二支架5的两端分别通过包裹纤维3与土工纤维长丝2紧贴固定。

本实施例中，通过在土工纤维长丝2的外侧，均匀缠绕包裹纤维3，土工纤维长丝2和外包裹纤维3构成锚杆芯材；并通过包裹纤维3将第一受力支架4和第二支架5与土工纤维长丝2固定连接；根据遗址潜在滑移规模和特征，第一受力支架4贯穿遗址潜在滑移面设置，且并第一受力支架4的两端预留预设锚固长度。

土工纤维长丝2的横截面为矩形结构，第一受力支架4及第二支架5均设置在土工纤维长丝2的横截面长边侧；土工纤维长丝2采用单根或多根纤维长丝；纤维长丝采用土工长丝、碳纤维或玻璃纤维；缠绕有包裹纤维3的土工纤维长丝2的外侧均匀涂刷有环氧胶。

包裹纤维3采用螺旋缠绕设置在土工纤维长丝2的外侧，包裹纤维3在土工纤维长丝2两端端部、第一受力支架4、第二支架5处的采用加密缠绕；包裹纤维3采用麻绳、碳纤维、纤维绳和植物纤维中的一种。

本实施例中，第一受力支架4采用玻璃纤维螺杆或光圆钢筋，其中，玻璃纤维螺杆或光圆钢筋的直径为6-8mm；第一受力支架4的个数为两个，两个第一受力支架4对称设置在土工纤维长丝2的底部，两个第一受力支架4之间的夹角为60°。

第一受力支架4包括第一固定段41、倾斜段42、垂直段43及第二固定段44；第一固定段41与第二固定段44同轴线设置，且分别与土工纤维长丝2的轴线平行；第一固定段41设置在土工纤维长丝2的后端端部，第二固定段44靠近土工纤维长丝2的中部设置；倾斜段42的一端与第一固定段41的后端连接，倾斜段42的另一端与垂直段43的一端连接；垂直段43与土工纤维长丝2的轴线垂直，垂直段43的另一端与第二固定段44的前端连接；第一固定段41及第二固定段44分别通过包裹纤维3与土工纤维长丝2紧贴固定；本实施例中，第一固定段41的长度为待加固土遗址中潜在滑移体宽度的1/3；倾斜段42贯穿潜在滑移面设置，倾斜段42的长度为待加固土遗址中潜在滑移体宽度的2倍；垂直段43的长度为锚孔孔径的1/2，第二固定段44的长度为30-50mm。

本实施例中，第二支架5采用柳枝、竹片和钢丝中的一种；第二支架5的个数为两个，两个第二支架5对称设置在土工纤维长丝2的底部，两个第二支架5之间的夹角为60°；第二支架5包括第一连接段51、第一倾斜连接段52、水平连接段53、第二倾斜连接段54及第二连接段55；第一连接段51与第二连接段55同轴线设置，且分别与土工纤维长丝2的轴线平行；第一连接段51靠近土工纤维长丝2的中部设置，第二连接段55靠近土工纤维长丝2的前端设置，并分别通过包裹纤维3与土工纤维长丝2紧贴固定；水平连接段53与土工纤维长丝2平行间隔设置，且置于第一连接段51与第二连接段55之间；第一倾斜连接段52的一端与第一连接段51的前端连接，第一倾斜连接段52的另一端与水平连接段53的后端连接；第二倾斜连接段54的一端与水平连接段53的前端连接，第二倾斜连接段54的另一端与第二连接段55的后端连接；本实施例中，第一连接段51与第二连接段55等长设置，长度为30-50mm；第一倾斜连接段52与第二倾斜连接段54等长设置，长度为锚孔孔径的1/2；水平连接段53的长度为40-60mm。

灌浆体6采用土、水泥及粉煤灰混合配制得到，并通过灌浆机灌注至锚孔中。

本实施例所述的一种用于土遗址加固的锚固系统的施工方法，具体包括以下步骤：

步骤1、根据待加固土遗址的潜在滑移体体量和潜在滑移面位置，确定锚孔设计参数；其中，锚孔设计参数包括锚孔间距、孔径、长度及角度。

步骤2、制作纤维组合锚杆1

将包裹纤维3均匀缠绕在土工纤维长丝2的外侧，通过包裹纤维3分别将第一受力支架4及第二支架5固定在土工纤维长丝2的外侧；本实施例中，包裹纤维3采用螺旋缠绕；包裹纤维3在土工纤维长丝2两端端部、第一受力支架4、第二支架5处的采用加密缠绕；之后，在缠绕有包裹纤维3的土工纤维长丝2的外侧均匀涂刷有环氧胶，确保包裹纤维、第一受力支架、第二支架与土工纤维长丝粘接紧密。

步骤3、按照锚孔设计参数，在待加固土遗址中施钻锚孔，清孔后，将制作好的纤维组合锚杆1植入锚孔内部；本实施例中，采用无震动机械进行钻孔；孔径清理采用电吹风外设套管，并用软毛刷或喷壶润湿孔径；其中，纤维组合锚杆1中的第一受力支架贯穿待加固土遗址的滑移面设置。

步骤4、纤维组合锚杆1安装完成后，进行灌浆体6灌注施工；灌浆前对锚孔进行清理并润湿；利用灌浆机将灌浆体材料灌注至锚孔中，灌浆压力为0.5-1.5MPa，确保浆体灌注密实；锚孔端头采用改性黄土泥浆灌注密实，改性黄土泥浆的灌注长度为10-20mm。

本实施例所述的用于土遗址加固的锚固系统及方法，在发挥锚固性能时，土工纤维长丝、受力支架和灌浆体形成组合受力系统，可以充分发挥土工纤维长丝的纤维材料受拉及灌浆体受压的力学性能，在对遗址本体很小干预的前提下，发挥良好的锚固性能。

本发明所述的用于土遗址加固的锚固系统及方法，用于土遗址潜在滑移体的结构加固，通过在土遗址锚固系统中设计了受力支架构件，改变了传统锚杆的受力模式；受力支架、受拉土工纤维与灌浆体形成组合受力骨架，能充分发挥土工纤维受拉、灌浆体受压力学性能；本发明作为基于“最小干预”原则下的土遗址潜在滑移体的结构锚固方法，利用纤维组合锚杆能充分发挥锚固系统各组件力学性能，实现对土遗址潜在滑移体有效锚固的同时减少对遗址本体8的损坏；本发明具有整体受力合理、综合性价比高、施工方便、构造简单、性能可控、具有对土遗址本体干预小、不会造成遗址土体后期局部剪压开裂的特点。

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。