一种环保型拉压复合分散式锚杆的施工方法

技术领域

本发明属于岩土锚固技术领域，具体涉及一种环保型拉压复合分散式锚杆的施工方法。

背景技术

随着城市化进程的加快，高楼大厦鳞次栉比，地铁、管廊纵横交错，复杂的深基坑工程由此大量涌现。深基坑支护形式多种多样，常规支护形式包括喷锚支护、桩锚支护、锚杆复合土钉墙支护，而这些支护体系无一不依靠锚杆提供预应力以维持基坑的整体稳定性能。

锚杆作为一种常见的锚固结构在岩土工程领域应用广泛，但其普遍存在下列问题：1)锚杆的锚固力不随锚固长度线性增长，过大增加锚固长度无法有效增强锚固性能；2)压力型锚杆的应力主要集中在承压板附近，而拉力型锚杆的应力主要集中于靠近锚固段与自由段交界面处，应力过于集中且分布不合理，对锚杆抗拔性能不利；3)随着地铁、管廊等基建工程的增多，盾构掘进技术被广泛采用，残留于地下的锚杆会损坏盾构刀盘，造成工期停滞及不必要的经济损失；4)留存地下的锚杆钢筋杆体严重破坏地下环境，造成地下水体污染。

发明内容

针对上述技术问题，本发明旨在提供一种应力分布合理，抗拔承载力强，不影响周边施工，绿色环保、可回收、节能减排的锚杆。

本发明采用的技术方案是：

一种环保型拉压复合分散式锚杆的施工方法，所述锚杆包括若干根压力型锚杆、若干根拉力型锚杆、若干块拉压锚杆承力板、垫板和锚头；所述压力型锚杆为可回收压力型锚杆，包括钢筋杆体和解锁装置，钢筋杆体末端为解锁端；所述解锁端自下而上包括第一常规段、第一径缩段、第二常规段、螺纹段和第二径缩段，所述第二径缩段直径小于或等于螺纹段的螺纹小径(内径)，第二径缩段顶端截面呈放射性锯齿状；所述解锁装置包括壳体，位于壳体顶端的顶部限位器，与壳体固定连接的固定面板，固定面板上设有环形的升降螺杆限位器，升降螺杆贯穿于升降螺杆限位器，所述升降螺杆限位器内螺纹与升降螺杆的外螺纹啮合，升降螺杆底端截面呈放射性锯齿状，与第二径缩段顶端截面相配合，传动齿轮通过传动齿轮轴对称固定于固定面板的左右两侧，齿轮夹臂通过齿轮夹臂轴固定于固定面板的左右两端，传动齿轮与升降螺杆的外螺纹啮合连接，齿轮夹臂上端的齿轮与传动齿轮啮合连接，齿轮夹臂下端设有开合式承压半圆环，固定面板下方设有与壳体固定连接的螺纹限位器，螺纹段贯穿于螺纹限位器，螺纹段的外螺纹与螺纹限位器内螺纹啮合连接，壳体下端设有高强金属承压板；高强金属承压板与拉压锚杆承力板固定连接；

所述施工方法包括如下步骤：

步骤一，确定锚杆安装位置；

步骤二，钻孔处理；

步骤三，组合、安装锚杆：组合解锁端和解锁装置，两个开合式承压半圆环粘结为开合式承压环，第一径缩段贯穿开合式承压环且相互间无摩擦，通过齿轮夹臂拉紧第一径缩段，开合式承压环、螺纹限位器实现对钢筋杆体的双重锁定；安置锚杆；

步骤四，一次注浆；

步骤五，二次劈裂注浆；

步骤六，锚杆张拉锁定；

步骤七，锚杆完成支护任务后，回收压力型锚杆：拆除垫板和锚头，顺时针上旋钢筋杆体，钢筋杆体上升，第一径缩段在开合式承压环内向上移动，第二径缩段顶端截面锯齿与升降螺杆底端截面锯齿啮合，同时带动升降螺杆旋转上升，升降螺杆旋转上升带动传动齿轮旋转，从而带动齿轮夹臂展开，开合式承压环张开，对钢筋杆体第一径缩段的锁定解除，完成第一道解锁程序，然后持续顺时针旋转钢筋杆体，当升降螺杆触碰顶部限位器后，再反方向旋转钢筋杆体，当钢筋杆体的螺旋段逆时针旋出螺纹限位器时，完成第二道解锁程序，即可抽出钢筋杆体。

所述第二径缩段直径小于或等于螺纹段的螺纹内径以便于第二径缩段顺利穿过螺纹限位器。

升降螺杆限位器对称设置在固定面板的上下两端。

所述压力型锚杆还包括塑料套管，所述钢筋杆体与塑料套管间润滑处理，两者之间无摩擦。钢筋杆体可在塑料套管内自由地转动、滑动，以便钢筋杆体旋进、旋出以及抽出。塑料套管为可降解塑料。

开合式承压半圆环的两侧采用胶带粘结成开合式承压环，胶带在开合式承压环闭合时，发挥固定作用，当齿轮夹臂展开，开合式承压环张开，胶带发生破坏。

所述拉力型锚杆为玄武岩纤维增强材料(BFRP)锚杆。

所述拉力型锚杆每组的长度不同，一长一短对称设置。

所述步骤三中，还包括扩孔处理，形成扩体段；拉压锚杆承力板位于所对应扩体段的中间部位。

所述锚杆还包括若干个锚杆对中支架。

所述步骤三中，回收压力型锚杆解锁装置的高强金属承压板与拉压锚杆承力板采用焊接、螺栓连接固定方式。

所述步骤三中，拉力型锚杆可通过楔形夹片固定于拉压锚杆承力板之上。

本发明的有益效果：

(1)锚杆应力分布更加合理。现有压力型锚杆的应力主要集中在承压板附近，拉力型锚杆的应力主要集中于靠近锚固段与自由段交界面处，拉压复合型锚杆的应力主要集中拉压界面，上述锚杆均未解决锚杆应力集中的问题。本发明通过分散设置拉压复合锚杆，将一个大的集中荷载合理划分为沿杆体均匀分布的多个较小荷载，通长锚固段可有效发挥锚固作用，有效提高锚固性能。

(2)有效提高拉力型锚杆部分的锚固性能。本发明提出一种新型的拉力型锚杆杆体布设方法，通过长短交错布置杆体来分散集拉力型锚杆集中应力的峰值荷载，实现应力错峰，避免发生应力峰值叠加。将应力峰值进行分散不但可以有效提升锚杆的锚固性能，也可减小锚杆的应力损失。

(3)有效增强锚杆的抗拔承载力。从相关研究可知拉压复合型锚杆的应力主要集中拉压界面处，此处为锚杆锚固的薄弱部位，极易发生滑移破坏。基于此，具有针对性的在该部位设置了扩体段，一则有效增加此部位的粘结性能，二则通过扩体段端部挤压土体提供端承力，可有效增强锚杆的抗拔承载力。不仅如此，由于扩体段的设置可有效抑制锚杆-土体间的蠕变，极大的减小了锚杆的长期应力损失。

(4)保障邻近工程施工顺畅。本发明中的压力型锚杆为可回收锚杆，其杆体可全部回收；而拉力型锚杆为玄武岩纤维增强材料(BFRP)，其本质是玄武岩岩体。该锚杆可有效解决盾构掘进施工时存在钢绞线绞盾构刀盘的问题，不影响周边基坑开挖及邻近地下结构施工。

(5)绿色环保、节能减排。深埋于地下的钢筋、钢绞线杆体随着地下水的锈蚀会严重污染地下环境。本发明将钢筋杆体进行回收，可有效避免环境污染，另外可回收的钢筋可再次利用，节能减排，实现可持续发展。

(6)解锁装置性能优异。本发明提出一种新型解锁装置，该装置锁定杆体时，通过开合式承压环、螺纹限位器实现对杆体的双重锁定，防止解锁装置在预应力张拉时发生失效；另外本解锁装置为机械型解锁装置，其操作简单、性能稳定，可实现锚杆筋体的全部回收。

附图说明

图1为本发明的示意图；

图2为本A-A剖视图；

图3为本发明解锁装置锁定示意图；

图4为B-B剖视图；

图5为本发明解锁装置解锁示意图A；

图6为本发明解锁装置解锁示意图B；

其中，1、压力型锚杆；2、拉力型锚杆；3、拉压锚杆承力板；4、锚杆对中支架；5、垫板；6、锚头；7、塑料套管；8、钢筋杆体；801、第一常规段；802、第一径缩段；803、第二常规段；804、螺纹段；805、第二径缩段；9、解锁装置；901、壳体；902、顶部限位器；903、固定面板；904、升降螺杆限位器；905、升降螺杆；906、传动齿轮；907、传动齿轮轴；908、齿轮夹臂；909、齿轮夹臂轴；910、螺纹限位器；911、高强金属承压板；912、开合式承压半圆环；913、胶带；10、扩体段。

具体实施方式

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖向”、“纵向”、“横向”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

实施例1

如图1、2、3、4、5、6所示，一种环保型拉压复合分散式扩体式锚杆包括若干根压力型锚杆1、若干根拉力型锚杆2、若干块拉压锚杆承力板3、若干个锚杆对中支架4、垫板5和锚头6；所述压力型锚杆1为可回收压力型锚杆，包括塑料套管7、钢筋杆体8和解锁装置9，钢筋杆体8末端为解锁端；所述钢筋杆体8的解锁端自下而上包括第一常规段801、第一径缩段802、第二常规段803、螺纹段804和第二径缩段805；所述第二径缩段805直径与螺纹段804的螺纹内径相等，第二径缩段805顶端截面呈放射性锯齿状；所述解锁装置包括壳体901，位于壳体901顶端的顶部限位器902，与壳体901固定连接的固定面板903，固定面板903上下两端对称设有环形的升降螺杆限位器904，升降螺杆905贯穿于升降螺杆限位器904，升降螺杆905螺纹与升降螺杆限位器904内螺纹啮合，升降螺杆905底端截面呈放射性锯齿状，与第二径缩段顶端截面相配合，传动齿轮906通过传动齿轮轴907对称固定于固定面板903的左右两侧，齿轮夹臂908通过齿轮夹臂轴909固定于固定面板903的左右两端，传动齿轮906与升降螺杆905的外螺纹啮合连接，齿轮夹臂上端的齿轮与传动齿轮906啮合连接，齿轮夹臂908下端设有开合式承压半圆环，固定面板903下方设有与壳体901固定连接的螺纹限位器910，螺纹段804贯穿于螺纹限位器910，螺纹段804的外螺纹与螺纹限位器910内螺纹啮合，壳体901下端设有高强金属承压板911；高强金属承压板911与拉压锚杆承力板3固定连接；所述钢筋杆体8与塑料套管7间润滑处理，两者之间无摩擦，钢筋杆体可在塑料套管内自由地转动、滑动，以便钢筋杆体旋进、旋出以及抽出；所述拉力型锚杆2为玄武岩纤维增强材料(BFRP)锚杆；所述拉力型锚杆2每组的长度不同，一长一短对称设置。

所述施工方法包括如下步骤：

步骤一，确定锚杆安装位置；

步骤二，钻孔、扩孔处理；

步骤三，组合、安装锚杆：组合解锁端和解锁装置，两个开合式承压半圆环912通过胶袋913粘结为开合式承压环，第一径缩段802贯穿开合式承压环且相互间无摩擦，通过齿轮夹臂8拉紧第一径缩段，开合式承压环、螺纹限位器实现对钢筋杆体8的双重锁定；安置锚杆；

步骤四，一次注浆；

步骤五，二次劈裂注浆；

步骤六，锚杆张拉锁定；

步骤七，锚杆完成支护任务后，回收压力型锚杆：拆除垫板和锚头，顺时针上旋钢筋杆体8，钢筋杆体8上升，第一径缩段802在开合式承压环内向上移动，第二径缩段803顶端截面锯齿与升降螺杆905底端截面锯齿啮合，同时带动升降螺杆905旋转上升，升降螺杆905旋转上升带动传动齿轮906旋转，从而带动齿轮夹臂908展开，胶带913发生破坏，开合式承压环张开，对钢筋杆体第一径缩段802的锁定解除，完成第一道解锁程序，然后持续顺时针旋转钢筋杆体8，当升降螺杆905触碰顶部限位器902后，再反方向旋转钢筋杆体8，当钢筋杆体的螺旋段804逆时针旋出螺纹限位器910时，完成第二道解锁程序，即可抽出钢筋杆体8。

所述步骤三中，拉压锚杆承力板3位于所对应扩体段10的中间部位。

所述步骤三中，回收压力型锚杆解锁装置的高强金属承压板911与拉压锚杆承力板3采用焊接或螺栓连接的固定方式固定。

所述步骤三中，拉力型锚杆2通过楔形夹片201固定于拉压锚杆承力板3之上。

本发明有效解决了锚杆应力集中、锚固性能差、长期应力损失大、邻近工程施工受限、污染环境等问题，提供一种应力分布合理，抗拔承载力强，不影响周边施工，绿色环保、节能减排的锚杆，具有广泛的应用前景和显著的经济、社会效益。