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贵港地力牌新型变直径钢筋笼扩大头锚杆桩

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最后更新: 2021-11-01 01:55
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产品详细说明

一种变直径钢筋笼扩大头锚杆桩系统

一种变直径钢筋笼扩大头锚杆桩系统,包括变直径钢筋笼、钢筋连接器、锚杆杆件、限位器为限位螺母,限位螺母可为开放式或封闭式等结构,变直径钢筋笼被限位螺母限位在锚杆杆件上(限定位置)锚杆杆件采用精轧或普通螺纹钢筋,钢筋连接器用于锚杆杆件钢筋的端部的长度连接; 锚杆杆件顶部与地板锚固、锚杆杆件底部与扩大头钢筋笼即变直径钢筋笼锚固;变直径钢筋笼设有约束和释放装置,混凝土或水泥砂浆结晶体部分结合扩大头变直径钢筋笼和轴向杆而形成的变直径钢筋笼扩大头锚杆桩系统;变直径钢筋笼扩大头锚杆桩骨架体系是全装配式的。

 

1、一种变直径钢筋笼扩大头锚杆桩系统,其特征是,包括变直径钢筋笼,变直径钢筋笼设有约束和释放装置;15锚杆杆件3;钢筋连接器、限位器5为限位螺母,限位螺母可为开放式或封闭式等结构,扩大头中的变直径钢筋笼与轴的固定器被限位螺母在锚杆杆件上;锚杆杆件采用精轧螺旋钢筋,钢筋连接器用于精轧螺旋钢筋的端部的长度连接; 锚杆杆件顶部与地板锚固、锚杆杆件底部与扩大头钢筋笼即变直径钢筋笼锚固;扩大头变直径钢筋笼、锚杆杆件、锚固件与混凝土或水泥浆结晶体进行结合,从而形成变直径钢筋笼扩大头锚杆桩系统;变直径钢筋笼扩大头锚杆桩骨架体系是全装配式的。

2、根据权利要求1所述的变直径钢筋笼扩大头锚杆桩系统,其特征是,轴向杆上端的固定层采用高强螺母三件套锚固形式、三通高强螺母或法兰锚固结构或其他传统锚固方式。

3、根据权利要求1所述的变直径钢筋笼扩大头锚杆桩系统,其特征是,钢筋笼的直径可变,通过对钢筋笼部分配筋的弹性化、柔性化、简约化,设置约束与释放机制,使钢筋笼的直径可约束和伸展变化。扩大头钢筋笼即变径钢筋笼包括钢筋主筋、箍筋与配置钢筋配筋材料,即包括轴向杆、圆环花件或环板和若干竖筋、若干筋条、圈状固定器,圆环或环板与轴向杆垂直,若干竖筋的一端在圆环或环板在均匀固定,每根竖筋的另一端或中部均连接一根筋条的一端,若干竖筋环绕轴向杆,筋条的另一端接到圈状固定器或圆环花件,圈状固定器或圆环花件在轴向杆杆上固定或滑动,形成钢筋笼的活络机制;变直径钢筋笼设有约束和释放装置,采用包括但不限于约束绳、约束销、约束罩等约束方式使钢筋笼直径处于缩小约束状态,采用包括但不限于释放弹簧、弹簧片、弹性球、气囊、配重、施加外力等方式展开释放,使钢筋笼直径可变。且变直径钢筋笼可形成多种不同特征的立体几何形状,如圆柱体、圆锥体、长方体、竹节体等等。

4、根据权利要求3所述的变直径钢筋笼扩大头锚杆桩系统,其特征是,扩大头钢筋笼若干竖筋外周设有活络连接的弹性箍筋;采用释放弹性箍筋的方式释放变直径钢筋笼。

5、根据权利要求1-4之一所述的变直径钢筋笼扩大头锚杆桩系统,其特征是,变直径钢筋笼外周可包裹***。

6、根据权利要求1-4之一所述的变直径钢筋笼扩大头锚杆桩系统,其特征是,所述锚杆杆件的前端,设有与变直径钢筋笼、固定直径钢筋笼、***或其他锚头进行连接或复合的装置,形成锚杆桩应用体系。

7、根据权利要求1-4之一所述的变直径钢筋笼扩大头锚杆桩系统,其特征是,锚杆杆件的数量,采用1根或若干根精轧高强螺纹钢筋(或普通螺纹钢);或进一步的变直径钢筋笼扩大头短桩与传统的灌注桩、预制管桩、钢桩等结合,形成既可抗抜又可抗压的复合功能的桩。

8、根据权利要求1-4之一所述的变直径钢筋笼扩大头锚杆桩系统,其特征是,变直径钢筋笼扩大头锚杆桩体系中的钢筋骨架的各个组成部分是装配式的;锚杆杆件与变直径钢筋笼、固定直径钢筋笼、***或其他锚头进行连接时,采取在锚杆杆件的下端,预留与变直径钢筋笼、固定直径钢筋笼、***或其他锚头的长度相适应钢筋,在锚头底部分与锚垫板进行连接,或留有适当的钢筋长度,和成品锚杆头顶部用衔接螺母连接;或通过改进杆件和锚头,使锚杆杆件与变直径钢筋笼、固定直径钢筋笼、***成为一个有机整体。

9、根据权利要求1-4之一所述的变直径钢筋笼扩大头锚杆桩系统,其特征是,锚杆杆件顶端,拉杆杆件上端的固定层采用高强螺母三件套锚固形式、三通高强螺母或法兰锚固结构均采用高强螺母;基本结构锚杆顶部通过埋入套住锚杆的法兰螺母固定,或通过锚板并用螺母固定,与基础底板的钢筋骨架体系连接。

10、根据权利要求1-4之一所述的变直径钢筋笼扩大头锚杆桩系统,其特征是,可根据需要在变直径钢筋笼内设置注浆管,或外设注浆管,变直径钢筋笼扩大头锚杆桩骨架体系与混凝土或水泥砂包裹并凝结最终成桩,。

 

说明书

 

一种变直径钢筋笼扩大头锚杆桩系统

 

技术领域

本发明涉及一种锚杆桩,尤其是变径钢筋笼及其扩体锚杆桩系统,主要用于建筑地下室抗浮基坑支护,边坡支护,以及加固等技术范畴,也用于抗压桩。本发明可提供的抗拔力较大,性能稳定可靠锚杆中及骨架,对减少环境污染,是加快工程进度的装置与应用技术。

 

背景技术

直通或扩大头锚杆技术是一种新型的地下工程应用技术,符合国家倡导的“节能减排、绿色发展”精神。在解决地下室抗浮、基坑支护等方面,与一般传统工艺相比,更加的经济、环保;同时在成本、工期与耐久性等方面,也有较大的优势。随着扩体锚杆技术的推广,越来越多的工程采用扩体锚杆技术进行地下室抗浮、基坑支护等。与此同时,大量的工程实践表明,锚杆的承拉力远大于普通锚杆,普通锚杆变形位移的较大,因而在位移控制方面比传统的桩基础要求更高,因此如何更好的控制锚杆的变形,是对扩体锚杆技术改进的一个重要方向。业界公知的是,锚杆变形包括杆体自由段弹性变形和扩大头锚固段的土体蠕变变形两种,需要有相对应的产品和工法,也涉及承压型直通或变直径钢筋笼扩体锚杆工法。

现阶段扩大头抗浮锚杆解决变形方法存在的问题,大量的工程实践表明,直通或扩大头锚杆变形比传统的桩基础大,因此如何更好的控制锚杆的变形,是对扩体锚杆技术改进的一个重要方向。

锚杆扩体段的受压土体塑性变形及残余变形,与扩体段承受的端压力有关以及所在土层性质相关,与杆体采用的钢筋根数无关。

锚杆自由段杆体的弹性变形控制,杆体的弹性变形即钢筋的弹性变形主要由杆体钢筋的截面积、钢筋的弹性模量以及杆体的长度控制。轴向拉压变形公式:

                

 

以南京某项目地下室抗浮锚杆为例,锚杆总长13m(其中锚杆普通段长10.0m,直径200mm;扩体段直径750mm,长3.0m),抗拔特征值500KN的锚杆为例。抗拔锚杆理论弹性位移量计算表如下:


在极限荷载的状态下,锚杆的理论自由变形达51.75mm

经过试锚试验,其在极限抗拔力作用下,锚杆的最大变形81.6mm,残余变形约31.3mm,则其发生的实际弹性变形为50.3mm。由此可见,锚杆的弹性变形占扩大头锚杆最大变形量的50%以上。

对于扩大头抗浮锚杆变形的控制,现阶段主要方法是通过后张法施加来解决锚杆自由段的弹性变形,具体实施步骤是,在主体结构底板浇筑完成以后,在底板上开槽,通过底板作为施加的支点,然后施加完成后,再后浇开槽处混凝土完成锚杆锁定。这种变形控制的方法主要缺陷在于,需要在底板施工完成并达到设计强度后才能施加,这样会大大延误工期,同时施加时需要在主体结构底板上开槽,对主体结构产生不同程度的破坏,对地下室防水产生不利影响,同时对基坑降水要求更长,相对成本增加更多。未解决承压型直通或变直径钢筋笼扩体锚杆自由段变形的控制的方法。

锚杆必须具备几个要素:抗拉强度高于岩土体的杆体, 杆体一端可以和岩土体紧密接触形成摩擦(或粘结)阻力;锚杆杆体位于岩土体外部的另一端能够形成对岩土体的径向阻力;锚杆作为深入地层的受拉构件,它一端与工程构筑物连接,另一端深入地层中,整根锚杆分为自由段和锚固段,自由段是指将锚杆头处的拉力传至锚固体的区域,其功能是对锚杆施加;锚固段是指水泥浆体将筋与土层粘结的区域,其功能是将锚固体与土层的粘结摩擦作用增大,增加锚固体的承压或抗浮作用,将自由段的拉力传至土体深处。

本申请人申请的CN2017208194362、一种克服抗浮抗拉锚杆施工变形的装置,用变直径的钢筋笼的锚杆,是用于岩土体加固的杆件体系结构。通过锚杆杆体的纵向拉力作用,克服岩土体抗拉能力远远低于抗压能力的缺点。从力学观点上是主要是提高了围岩体的粘聚力C和内摩擦角φ。其实质上锚杆位于岩土体内与岩土体形成一个新的复合体。这个复合体中的锚杆是解决围岩体的抗拉能力低的关键。从而使得岩土体自身的承载能力大大加强。

锚杆是当代地下开采的矿山当中巷道支护的最基本的组成部分,将巷道的围岩束缚在一起,使围岩自身支护自身;现在锚杆不仅用于矿山,也用于建筑工程技术中,对地下室、边坡,隧道,坝体等进行主动加固。

锚杆的基本型是:钢筋或钢丝绳砂浆锚杆。以水泥砂浆作为锚杆与围岩的粘结剂。还包括倒楔式金属锚杆。管缝式锚杆。树脂锚杆。用树脂作为锚杆的粘结剂,成本较高。西安科技大学惠兴田发明了一种新型的螺旋式锚杆→自旋锚杆。自旋锚杆包括以下种类:自攻挤压旋进锚杆→在土层中无需钻孔直接挤压旋进安装锚固力20KN/m;自旋注浆锚杆→在钻孔中安装结束后利用自旋锚杆注浆就成为具有初锚力的自旋注浆锚杆;自旋树脂锚杆→在钻孔中安装的同时自旋锚杆将树脂药卷搅拌成为具有初锚力的自旋树脂锚杆;自钻自锚固锚杆→在自旋锚杆中空内放入钻杆使钻眼安装一次完成是具有初锚力的自钻锚杆;自旋喷浆锚杆→在土层中边喷浆边钻进安装锚注一次完成锚固力35KN/m;目前市场上常用的扩体锚杆技术有素浆体,###扩体锚杆技术等。

本发明人已经就变径钢筋笼的结构作了限定,但对于如何释放钢筋笼扩大变径还需要专门结构,且要求稳定可靠的释放,因为变径在地下钻孔内。

CN201710363883一种克服抗浮固定直径锚头或扩大头锚杆体系变形的工法是本申请人在先申请,当钻孔钻进至设计深度,能够开展高压旋喷施工或机械扩孔施工,放下锚杆的拉杆与固定直径锚头或扩大头,扩大头到位后扩大机构将扩大头扩大至设计尺寸,然后高压注浆或灌注混凝土在扩体段和整个自由段成桩;锚杆中拉杆采用能施加的螺纹钢筋;绑扎螺旋箍筋以及基底上的基础底板钢筋,绑扎过程中避免碰撞钢筋;最后,支模浇筑基础混凝土基础底板。

工程实际表明:承压型变直径钢筋笼扩体锚杆的位移由杆体的弹性变形和扩体段的滑移(塑性变形)两部分组成。锚杆至今仍未有发明。本申请人还申请了如下专利:包括但不限于CN2017211488836、一种变直径钢筋笼及锚杆,CN2017213763240一种***扩张变直径钢筋笼及锚杆,CN2017211496584一种锚杆杆件,CN2017208194362一种克服抗浮抗拉锚杆施工变形的装置。CN2019205482437一种开放式限位螺母CN2019205482441一种锚杆锁锚装置

 

发明内容

本发明目的是,提出一种变直径钢筋笼扩大头锚杆桩系统,可以广泛应用于各种抗浮抗拉的场合,包括锚杆杆件主体,利用直通或尤其是扩大头变直径钢筋笼构成的锚头一起组合形成变直径钢筋笼扩大头锚杆桩系统,克服抗浮变形、杆体自由段弹性变形。一种变直径钢筋笼扩大头锚杆桩系统的钢筋笼能扩大变径及释放结构,使变径钢筋笼工作,可应用于所有扩体锚杆技术,克服素浆体扩大头的锚固承载能力和整体性差的不足。

本发明的技术方案是,一种变直径钢筋笼扩大头锚杆桩系统,包括扩大头钢筋笼15、钢筋连接器、锚杆杆件即轴向杆3;限位器5为限位螺母,限位螺母可为开放式或封闭式等结构,扩大头钢筋笼中的与轴的固定器被限位螺母在锚杆杆件上(限定位置);轴向杆采用精轧螺旋钢筋,钢筋连接器用于精轧螺旋钢筋的端部的长度连接; 锚杆杆件顶部与地板锚固、锚杆杆件底部与扩大头钢筋笼即变直径钢筋笼锚固,混凝土或砂浆结晶体部分结合扩大头钢筋笼和轴向杆而形成的变直径钢筋笼扩大头锚杆桩系统。轴向杆上端的固定层采用高强螺母三件套锚固形式、三通高强螺母或法兰锚固结构,或其他传统锚固方式。均采用高强螺母13

扩大头钢筋笼即变径钢筋笼包括钢筋主筋与配置钢筋配筋材料,即包括轴向杆即主筋、圆环或环板和若干竖筋、若干筋条、圈状固定器,圆环或环板与轴向杆垂直,若干竖筋的一端在圆环或环板在均匀固定,每根竖筋的另一端或中部均连接一根筋条的一端,若干竖筋环绕轴向杆,筋条的另一端接到圈状固定器,圈状固定器在轴向杆杆上固定或滑动;采用可释放弹簧或其他形式的变直径和不变直径的钢筋笼。

进一步,扩大头钢筋笼若干竖筋外周设有活络连接的弹性箍筋;采用释放弹性箍筋的方式释放变直径钢筋笼,轴向杆即钢筋主筋与配置钢筋配筋材料一并由混凝土或水泥砂浆、水泥浆或其他能固化材料包裹并凝结。以上钢筋笼及释放结构结构本申请人已经公开。

变直径钢筋笼外周包裹***。

进一步,所述锚杆杆件的前端,根据工程设计的需要选择设有与变直径钢筋笼、固定直径钢筋笼、***或其他锚头进行连接或复合的装置,形成锚杆桩应用体系。

进一步,锚杆杆件内轴向杆的数量,是一根或者一根以上,满足设计需要的适当数量。

进一步,变直径钢筋笼扩大头锚杆桩体系中的钢筋骨架的各个组成部分是装配式的;锚杆杆件与变直径钢筋笼、固定直径钢筋笼、***或其他锚头进行连接时,采取在锚杆杆件的下端,预留与变直径钢筋笼、固定直径钢筋笼、***或其他锚头的长度相适应钢筋,在锚头底部分与锚垫板进行连接,或留有适当的钢筋长度,和成品锚杆头顶部用衔接螺母连接;或通过改进杆件和锚头,使锚杆杆件与变直径钢筋笼、固定直径钢筋笼、***或其他锚头成为一个有机整体。

进一步,锚杆杆件顶端,拉杆杆件上端的固定层采用高强螺母三件套锚固形式、三通高强螺母或法兰锚固结构均采用高强螺母13;基本结构锚杆(拉杆)顶部通过埋入套住锚杆(拉杆)的法兰螺母固定,或通过锚板并用螺母固定,与基础底板的钢筋骨架体系连接,最后,安装支模浇筑混凝土基础底板固定锚板。

扩大头钢筋笼为本申请人已经申请的技术方案,变径钢筋笼或弹簧状螺旋钢筋,变径钢筋笼包括轴向杆即主筋、圆环或环板和若干竖筋、若干筋条、圈状固定器,圆环或环板与轴向杆垂直,若干竖筋的一端在圆环或环板在均匀固定,每根竖筋的另一端或中部均连接一根筋条的一端,若干竖筋环绕轴向杆,筋条的另一端接到圈状固定器,圈状固定器在轴向杆杆上固定或滑动。竖筋外周设有箍筋,箍筋且与竖筋或轴向杆设有固定点,箍筋为绳状;轴向杆上设有轴向弹簧,并受到限位器或限位板条的限制;箍筋收紧时是未使用状态,箍筋的端部设有释放装置;箍筋也可以是螺旋弹簧状。旋箍筋的材质:玻璃纤维、芳纶纤维、碳纤维、石墨烯、碳元素相关的材料及其复合材料等。活络机构9、箍筋10、轴向杆套11、承压板12是本申请人变径钢筋笼的基本构件。

轴向杆主筋为精轧螺纹钢筋,并配置变径钢筋笼为配筋材料,钢筋主筋与配置钢筋配筋材料一并凝结固化。混凝土或水泥砂浆、水泥浆或其他能固化材料包裹并凝结固化主筋(一般采用精轧螺纹钢筋)和扩大头钢筋笼15形成锚杆杆件系统;扩大头钢筋笼结合的混凝土或砂浆体(砼体)4在锚杆杆件的适当位置设置适当数量的吊装扣、吊装环、安装吊点。

所述锚杆杆件的前端,设有与变直径钢筋笼、固定直径钢筋笼、***或其他锚头进行连接或复合的装置,形成锚杆应用体系。

所述的锚杆杆件,适用领域包括但不限于抗浮抗拉,道路、矿山开采、隧道桥梁、基坑和山体护坡、地质灾害处理;也用于抗压工程等领域。

所述的锚杆体系统,其应用工法的步骤是:用于克服抗浮固定直径锚头或扩大头锚杆变形的工法,钻孔至设计深度,开展高压旋喷施工或机械扩孔施工,成孔后,放置锚杆杆件与变直径钢筋笼、固定直径钢筋笼、***或其他锚头进行嫁接的锚杆体,带变径钢筋笼的扩大头到位后,释放约束机构使变径钢筋笼扩大至设计尺寸,然后高压注浆或灌注混凝土在扩体段和整个锚杆杆件与孔的空隙处成桩,完成锚杆桩。

锚杆杆件顶端,轴向杆上端的固定层采用高强螺母三件套锚固形式、三通高强螺母或法兰锚固结构,均采用高强螺母13。基本结构是,锚杆中拉杆顶部通过埋入套住钢筋(拉杆)的法兰螺母固定,或可通过锚板并用螺母固定,与基础底板的钢筋骨架体系连接,最后,安装支模浇筑混凝土基础底板固定锚板。

有益效果,通过锚杆的预先制备,可成为工厂化生产的标准化产品,形成系列规格的应力锚杆,先张法锚杆消除锚杆的变形量,可以很好的减少工程锚杆的位移。在施工中无须再次施加并浇注固定应力的材料,显然易见,工厂化的生产锚杆在质量、时间、操作方便性、综合效率、绿色环保、及成本价格上均远优于现场的操作。综合考虑,本发明通过锚杆的运用,使其承载力达到设计所需要的施加值,克服了采用的后张法施加施工的种种不便,可以大大减小扩体锚杆自由段的变形量,同时本方案施工更加简单,对基础的施工基本无影响。对于提高工程质量和技术的安全性,有着积极的作用。

承压型变径钢筋笼扩大头锚杆技术参照《JGT/T282-2012高压喷射扩大头锚杆技术规程》设计、施工、验收。本发明运用都属于扩大头锚杆或大头桩基技术的应用。

有益效果:本发明方案能形成有足够摩擦力的拉力或抗力传递的锚杆,锚固力明显增大且整个锚杆的一体性好,同样也用于大头桩基的混凝土钢筋笼骨架。主要用于建筑地下室抗浮基坑支护,边坡支护,以及加固等技术范畴。本发明技术可提供的抗拔力较大,性能稳定可靠,对减少环境污染,加快工程进度方面都有良好的作用。

 

附图说明

1为本发明锚杆制备示意图;

2为本发明锚杆上端锚固结构示意图;

3为图2的具体化,是法兰锚固结构示意图;

4为图2的具体化,是三通高强锚固形式;

5为图2的具体化,是高强螺母三件套锚固形式,

 

具体实施方式

如图所示,图1与图2是连接成整体的结构,图2结构位于图1的上方。对中支架1、钢筋连接器(连接螺母)2、轴向杆3、扩大头钢筋笼结合的混凝土或砂浆体(砼体)4、限位器5、竖筋6、动力弹簧7、固定器8、活络机构9、螺旋箍筋10、轴向杆套11、承压板12、高强螺母13、导向帽14。限位器5中限位螺母,可为开放式或封闭式等结构,参见本申请人的在先专利申请。限位螺母,可为开放式。

3-5中,轴向杆上端的固定层采用高强螺母三件套锚固形式、三通高强螺母或法兰锚固结构。混凝土垫层15、斜拉钢筋28、钢筋16、止水胶条17、螺旋弹簧27、混凝土底板18、法兰螺母19、三通螺母20、钢垫板22、螺母21如图1所示,一种锚杆杆件,将(高强)钢筋预先施加并锁定后,用包括但不限于混凝土或水泥砂浆、水泥浆或其他能固化材料包裹,混凝土、水泥砂浆、水泥浆或其他能固化材料凝固后,形成锚杆杆件。锚杆杆件内的配筋通常可选择包括但不限于/或者不选择配置钢筋笼、箍筋、钢套筒、钢丝网笼、承压板、承压法兰螺母或其他筋骨配筋材料。

1-2中,是锚杆和带有变直径钢筋笼骨架扩大头短桩的结合体。包括扩大头钢筋笼15、预应力拉杆连接器(连接螺母)2、预应力拉杆3;限位器5为限位螺母,可开放式或封闭式结构,扩大头钢筋笼中的与轴的固定器被限位螺母在主筋上限定位置;预应力拉杆一般采用高强精轧螺旋钢筋,或其他诸如预制预应力杆件、若干普通螺纹钢、或与传统预制桩、钢桩结合,钢筋连接器用于精轧螺旋钢筋的端部的长度连接;预应力拉杆上端的锚固方式选择高强螺母三件套锚固、三通高强螺母、特制高强法兰锚固结构或其他传统锚固方式。水泥浆或砂浆体(砼体)4浇铸扩大头钢筋笼25、钢筋连接器(连接螺母,具休相当的长度)2用于连接精轧螺纹主钢筋主筋即轴向杆3至任意长度。

变直径钢筋笼扩大头锚杆桩系统,包括扩大头钢筋笼15、钢筋连接器(连接螺母)2主筋即轴向杆3;限位器5为限位螺母,限位螺母可为开放式或封闭式等结构,扩大头钢筋笼中的与轴的固定器被限位螺母在主筋上限定位置;轴向杆采用精轧螺旋钢筋,钢筋连接器用于精轧螺旋钢筋的端部的长度连接。

轴向杆上端的固定层采用高强螺母三件套锚固形式、三通高强螺母或法兰锚固结构,均采用高强螺母13

锚杆杆件内主筋的数量,是一根或者一根以上,但一般不多于15根(否则成混凝土桩了),钢筋的规格、性能、强度、直径可根据设计要求具体确定;锚杆杆件的长度、横截面的形状和面积,则根据具体的工程技术要求设定;当工程需要杆件的长度超长时,可以采取用螺母连接器的方式或其他方式,将两根或两根以上的锚杆杆件加以连接,以达成所需的长度

锚杆杆件的主筋和变径钢筋笼使用的材料,包括但不限于:钢、玻璃纤维、树脂、玻璃纤维增强树脂、芳纶纤维、碳纤维、石墨烯、碳元素相关的材料及其复合材料、高分子、高分子聚合物材料、纳米材料、金属材料和非金属材料等。

所述的变径钢筋笼立体几何形态包括但不限于:立方体、多面体、正多面体、四面体、长方体、圆柱、圆台、棱柱、棱台、圆锥、棱锥、竹节状、串状、凸凹状,其可以是实心的,亦可以是空心的;平面横截面的形状包括但不限于:正方形、长方形、三角形、四边形、菱形、梯形、多边形、圆、椭圆、圆环、扇形、弓形;锚杆杆件可以是实心的,亦可以是空心的截面。

锚杆杆件与变直径钢筋笼、固定直径钢筋笼、***或其他锚头进行连接时,采取在锚杆杆件的下端,预留与变直径钢筋笼、固定直径钢筋笼、***或其他锚头的长度相适应钢筋,在锚头底部分与锚垫板进行连接,也可以留有适当的钢筋长度,和成品锚头顶部用衔接螺母连接;或通过改进杆件和锚头,使锚杆杆件与变直径钢筋笼、固定直径钢筋笼、***或其他锚头成为一个有机整体能够传递应力。

锚杆杆件的钢筋主筋和钢筋笼使用的材料,包括但不限于钢材、钢绞线、玻璃纤维、芳纶或其它高分子材料纤维、碳纤维、石墨烯、碳元素相关的材料及其复合材料。碳纤维等高分子材料也能用于锚杆。

本发明所述利用先张法锚杆杆件的应用,适用领域包括但不限于抗浮抗拉,道路、矿山开采、隧道桥梁、基坑和山体护坡、地质灾害处理;也用于抗压工程等领域。可以根据工程设计用途的的需要,可以作为抗压桩使用。

使用本发明克服抗浮直通或扩大头锚杆

①开挖桩杆上端即锚杆顶部的周围基底并清理浮浆;并在锚杆顶部周围铺施遇水膨胀止水胶条;

②锚杆顶部的周围基底上浇筑混凝土垫层;

③螺纹钢筋上至底板上层钢筋底部用法兰螺母固定(而不需要螺母),不需要再施加;并在基底上浇筑带钢筋的基础底板。

④若预制构件为多根钢筋,则用相应数量开孔钢板做锚板,拧上螺母固定,再浇筑底板混凝土。

所述的承压型直通或变直径钢筋笼扩体锚杆工法,承压型直通或变直径钢筋笼扩体锚杆锚固段土体蠕变变形的控制法,在对扩大头部分高压注浆或灌注混凝土施工,待强度达到设计要后,进行对锚杆整体施加外力拉拔,使扩大头顶部土体产生挤压,从而减小锚杆工作状态下的土体蠕变变形。

施加的大小:根据地下室抗浮计算时,计算的上浮水头放大1.05倍;抗浮计算锚杆的安全系数取K=2.0;因此锚杆施加的小于锚杆的特征值,且要大于常水位时所需要的锚杆抗浮力,综合考虑取承载力特征值的50%

在制备锚杆件时,不同的直径具有不同的施加的(伸长不同,相对伸长系数不同)。

参照本申请人的在先申请:变径钢筋笼,包括轴向杆、圆环或环板和若干竖筋、若干筋条、圈状固定器,圆环或环板与轴向杆垂直,若干竖筋的一端在圆环或环板在均匀固定,每根竖筋的另一端或中部均连接一根筋条的一端,若干竖筋环绕轴向杆,筋条的另一端接到圈状固定器,圈状固定器在轴向杆杆上固定或滑动。竖筋外周设有箍筋,箍筋且与竖筋或轴向杆设有固定点,箍筋为绳状;轴向杆上设有轴向弹簧,并受到限位器或限位板条的限制;箍筋收紧时是未使用状态,箍筋的端部设有释放装置;箍筋也可以是螺旋弹簧状。旋箍筋的材质:玻璃纤维、芳纶纤维、碳纤维、石墨烯、碳元素相关的材料及其复合材料等。

第二种变径钢筋笼,包括轴向杆、若干竖筋、两组若干筋条、第一和第二两个圈状固定器,第一与第二两个圈状固定器滑动在轴向杆杆上,第一和第二两个圈状固定器各固定一组与竖筋数相同的筋条,每根竖筋的上下两处分别有第一组和第二组的一根筋条与这根竖筋活络连接,若干竖筋环绕轴向杆,至少有一个圈状固定器在轴向杆杆上设有定位装置;竖筋外周设有箍筋,箍筋且与竖筋或轴向杆设有固定点,箍筋为绳状;轴向杆上设有轴向弹簧,并受到限位器或限位板条的限制;环状箍筋收紧时是未使用状态,箍筋的端部设有释放装置。

箍筋为环状箍筋或多道绕制在竖筋外围的紧箍绳索,环状箍筋收紧时是未使用状态时轴向杆上的轴向弹簧是压簧或拉簧。压簧释放后伸长,拉簧释放后则收缩。

压簧或拉簧限位装置是限位器或限位板条;环状箍筋打开后,即约束打开,轴向弹簧是压簧或拉簧本来的应力状态释放,并受到限位器或限位板条的限制;即四周竖筋水平侧向打开:比自动伞的在主轴上限位器的打开方式结构简单且使用,环状箍筋采用软钢绳或较硬弹簧均可,亦可作为钢筋笼的的一个成份。

竖筋、螺旋箍筋的立体几何形态包括:立方体 长方体 圆柱 圆台 棱柱 棱台 圆锥 棱锥等;平面横截面的形状是:正方形 长方形 三角形 四边形 平行四边形 菱形 梯形 扇形 弓形 圆环等;竖筋、螺旋箍筋的规格、型号、形状、尺寸、材料,各项参数随不同项目地质条件进行调整

筋条与竖筋活络连接的方式:圈状固定器分别通过销轴3-1、销轴支架(U型固定支架)3-2将筋条连接到竖筋。竖筋筋条的根数不必多,一般5-12根即可。

本发明的第一种变径钢筋笼释放撑伞状,轴向杆、圆环或环板和若干竖筋、筋条的类似伞骨状结构,但圆环或环板取代伞尖,但的箍筋的结构与箍筋弹性箍住与释放结构,竖筋可以是如伞骨的直杆。第二种变径钢筋笼是圆柱状,结构更为合理,但制备稍复杂。

进一步的,第一种变径钢筋笼:圆环或环板的直径与钻孔相当或略小于钻孔直径;筋条可以是直线的或是弯曲的。

第一、二种变径钢筋笼的圈状固定器均可以环形圈为基本结构,在轴向杆上进行滑动。

筋条为弹性筋条时,环状箍筋在竖筋箍住内周筋条。竖筋与箍筋在扩体端同步展开、贴紧、形成钢筋笼。箍筋弹性箍住与释放结构有多种,如箍筋端部制备成轴销或轴孔的结构最为常见,轴销时插入某固定孔,轴孔时则另有销轴固定箍筋的端部。且需要上便于释放,即变径钢筋笼在扩体孔内张开。

筋条为弹性筋条时,筋条在应力下收缩,且被箍筋限制动作的范围,箍筋释放后,则筋条应力释放后则筋条张开,且带动竖筋张开,此种结构的圈状固定器固定在杆上,无需要固定器在杆上滑动。

本发明的承压变径钢筋笼扩体锚杆,变径钢筋笼在置于扩体段时展开释放,在变径钢筋笼上注浆或注入混凝土成为锚杆,变径钢筋笼成为锚杆的骨架。

本发明的工法应用:旋喷桩机钻进至设计深度→高压旋喷施工或机械扩孔施工→下锚头→打开锚头中扩大机构,将钢筋笼打开至设计尺寸→高压注浆或灌注混凝土。

变径钢筋笼;普通钢筋经特殊加工处理后,成为弹性钢筋;用处理后的弹性钢筋加工成减小直径的箍筋(通过紧绕或收紧方式箍住整个竖筋或筋条);即通过紧绕或收紧方式箍住整个竖筋或筋条,竖筋外周设有环状箍筋,环状箍筋且与竖筋设有固定点(钢丝捆扎最为常用)。

典型的成品中:钢筋笼箍筋直径≤200mm(与实际形成的钻孔有关的参数,不同钻孔可以有不同规格的直径钢筋笼(箍筋)),置于锚杆扩体段后,打开钢筋笼中的约束机构,箍筋直径达到400mm左右的直径;

竖筋或筋条在机构作用下展开紧贴箍筋至不能展开止;在扩体段底部即锚杆的底部用锚垫板(锚垫板为环板)将锚杆的杆体与扩大头机械连接。

图中的部件所示,轴向杆(高强抗拉钢筋)、轴向弹簧套在轴向杆上,圆环或环板、若干竖筋、筋条、圈状固定器、环状箍筋、箍筋端部的钢套环、环状箍筋与轴向杆的连接点、释放机构,环状箍筋钢套环配合的插孔、钢托盘与钢管焊接、配重、限位器、第一支架和第二支架、底盘、钢托盘(即圈状固定器)、筋条可以是扁杆;销轴、销轴支架(U型固定支架)、缺口。

本发明基本结构如图1-2所示:变径钢筋笼,包括轴向杆、圆环或环板和若干竖筋、筋条,圆环或环板与轴向杆垂直,若干竖筋的一端在圆环或环板在均匀固定,每根竖筋的另一端或中部均连接一根筋条的一端,筋条的一端接到一圈状固定器,圈状固定器固定在轴向杆杆上。筋条类似于伞骨。

变径钢筋笼的竖筋外周设有环状箍筋,且为弹性材质的环状箍筋。环状箍筋可以是螺旋弹簧状。环状箍筋收紧是未使用状态(用于放入钻孔),箍筋的端部设有释放装置。收紧且弹性约束的未使用状态,环状箍筋释放后变直径,直径扩大成环状箍筋原先松弛状态,即直径较小环状箍筋释放到锚杆的扩体端后,环状箍筋直径放大至设计要求(如典型的一款是从直径不到200mm扩大到-400mm)。

变径钢筋笼的制备方法:3D打印成型、注塑成型、人工机械组装焊接等方法。竖筋外周设有环状箍筋,环状箍筋且与竖筋设有固定点,且为弹性材质的环状箍筋;环状箍筋收紧是未使用状态,箍筋的端部设有释放装置;环状箍筋是螺旋弹簧或普通钢丝绳或炭纤维绳子均可。

所述释放装置的结构为:箍筋端部制备成轴销或轴孔的结构,当箍筋端部为轴销时插入一固定孔,当箍筋端部为轴孔时则另有销轴固定箍筋的端部。

筋条为弹簧是一种选择,也可以是弹簧钢片,被折叠变形后受到应力,在箍筋的约束下整个一束竖筋均被收起,箍筋放开后弹簧钢片折叠变形应力释放撑开竖筋;取代弹簧钢片的还可以是各种材质的弹力棒,包括橡胶棒、碳纤弹力棒等,参见在本申请人在先申请。

 

1


 

2

 

3

 

4

 

图5



说明书

 

一种变直径钢筋笼扩大头锚杆桩系统

 

技术领域

本实用新型涉及一种锚杆桩,尤其是变径钢筋笼及其扩体锚杆桩系统,主要用于建筑地下室抗浮基坑支护,边坡支护,以及加固等技术范畴,也用于抗压桩。本实用新型可提供的抗拔力较大,性能稳定可靠锚杆中及骨架,对减少环境污染,是加快工程进度的装置与应用技术。

 

背景技术

直通或扩大头锚杆技术是一种新型的地下工程应用技术,符合国家倡导的“节能减排、绿色发展”精神。在解决地下室抗浮、基坑支护等方面,与一般传统工艺相比,更加的经济、环保;同时在成本、工期与耐久性等方面,也有较大的优势。随着扩体锚杆技术的推广,越来越多的工程采用扩体锚杆技术进行地下室抗浮、基坑支护等。与此同时,大量的工程实践表明,锚杆的承拉力远大于普通锚杆,普通锚杆变形位移的较大,因而在位移控制方面比传统的桩基础要求更高,因此如何更好的控制锚杆的变形,是对扩体锚杆技术改进的一个重要方向。业界公知的是,锚杆变形包括杆体自由段弹性变形和扩大头锚固段的土体蠕变变形两种,需要有相对应的产品和工法,也涉及承压型直通或变直径钢筋笼扩体锚杆工法。

现阶段扩大头抗浮锚杆解决变形方法存在的问题,大量的工程实践表明,直通或扩大头锚杆变形比传统的桩基础大,因此如何更好的控制锚杆的变形,是对扩体锚杆技术改进的一个重要方向。

锚杆扩体段的受压土体塑性变形及残余变形,与扩体段承受的端压力有关以及所在土层性质相关,与杆体采用的钢筋根数无关。

锚杆自由段杆体的弹性变形控制,杆体的弹性变形即钢筋的弹性变形主要由杆体钢筋的截面积、钢筋的弹性模量以及杆体的长度控制。轴向拉压变形公式:

 

 

以南京某项目地下室抗浮锚杆为例,锚杆总长13m(其中锚杆普通段长10.0m,直径200mm;扩体段直径750mm,长3.0m),抗拔特征值500KN的锚杆为例。抗拔锚杆理论弹性位移量计算表如下:


在极限荷载的状态下,锚杆的理论自由变形达51.75mm

经过试锚试验,其在极限抗拔力作用下,锚杆的最大变形81.6mm,残余变形约31.3mm,则其发生的实际弹性变形为50.3mm。由此可见,锚杆的弹性变形占扩大头锚杆最大变形量的50%以上。

对于扩大头抗浮锚杆变形的控制,现阶段主要方法是通过后张法施加来解决锚杆自由段的弹性变形,具体实施步骤是,在主体结构底板浇筑完成以后,在底板上开槽,通过底板作为施加的支点,然后施加完成后,再后浇开槽处混凝土完成锚杆锁定。这种变形控制的方法主要缺陷在于,需要在底板施工完成并达到设计强度后才能施加,这样会大大延误工期,同时施加时需要在主体结构底板上开槽,对主体结构产生不同程度的破坏,对地下室防水产生不利影响,同时对基坑降水要求更长,相对成本增加更多。未解决承压型直通或变直径钢筋笼扩体锚杆自由段变形的控制的方法。

锚杆必须具备几个要素:抗拉强度高于岩土体的杆体, 杆体一端可以和岩土体紧密接触形成摩擦(或粘结)阻力;锚杆杆体位于岩土体外部的另一端能够形成对岩土体的径向阻力;锚杆作为深入地层的受拉构件,它一端与工程构筑物连接,另一端深入地层中,整根锚杆分为自由段和锚固段,自由段是指将锚杆头处的拉力传至锚固体的区域,其功能是对锚杆施加;锚固段是指水泥浆体将筋与土层粘结的区域,其功能是将锚固体与土层的粘结摩擦作用增大,增加锚固体的承压或抗浮作用,将自由段的拉力传至土体深处。

本申请人申请的CN2017208194362、一种克服抗浮抗拉锚杆施工变形的装置,用变直径的钢筋笼的锚杆,是用于岩土体加固的杆件体系结构。通过锚杆杆体的纵向拉力作用,克服岩土体抗拉能力远远低于抗压能力的缺点。从力学观点上是主要是提高了围岩体的粘聚力C和内摩擦角φ。其实质上锚杆位于岩土体内与岩土体形成一个新的复合体。这个复合体中的锚杆是解决围岩体的抗拉能力低的关键。从而使得岩土体自身的承载能力大大加强。

锚杆是当代地下开采的矿山当中巷道支护的最基本的组成部分,将巷道的围岩束缚在一起,使围岩自身支护自身;现在锚杆不仅用于矿山,也用于建筑工程技术中,对地下室、边坡,隧道,坝体等进行主动加固。

锚杆的基本型是:钢筋或钢丝绳砂浆锚杆。以水泥砂浆作为锚杆与围岩的粘结剂。还包括倒楔式金属锚杆。管缝式锚杆。树脂锚杆。用树脂作为锚杆的粘结剂,成本较高。西安科技大学惠兴田实用新型了一种新型的螺旋式锚杆→自旋锚杆。自旋锚杆包括以下种类:自攻挤压旋进锚杆→在土层中无需钻孔直接挤压旋进安装锚固力20KN/m;自旋注浆锚杆→在钻孔中安装结束后利用自旋锚杆注浆就成为具有初锚力的自旋注浆锚杆;自旋树脂锚杆→在钻孔中安装的同时自旋锚杆将树脂药卷搅拌成为具有初锚力的自旋树脂锚杆;自钻自锚固锚杆→在自旋锚杆中空内放入钻杆使钻眼安装一次完成是具有初锚力的自钻锚杆;自旋喷浆锚杆→在土层中边喷浆边钻进安装锚注一次完成锚固力35KN/m;目前市场上常用的扩体锚杆技术有素浆体,###扩体锚杆技术等。

本实用新型人已经就变径钢筋笼的结构作了限定,但对于如何释放钢筋笼扩大变径还需要专门结构,且要求稳定可靠的释放,因为变径在地下钻孔内。

CN201710363883一种克服抗浮固定直径锚头或扩大头锚杆体系变形的工法是本申请人在先申请,当钻孔钻进至设计深度,能够开展高压旋喷施工或机械扩孔施工,放下锚杆的拉杆与固定直径锚头或扩大头,扩大头到位后扩大机构将扩大头扩大至设计尺寸,然后高压注浆或灌注混凝土在扩体段和整个自由段成桩;锚杆中拉杆采用能施加的螺纹钢筋;绑扎螺旋箍筋以及基底上的基础底板钢筋,绑扎过程中避免碰撞钢筋;最后,支模浇筑基础混凝土基础底板。

工程实际表明:承压型变直径钢筋笼扩体锚杆的位移由杆体的弹性变形和扩体段的滑移(塑性变形)两部分组成。锚杆至今仍未有实用新型。2018042301812000

本申请人还申请了如下专利:包括但不限于CN2017211488836、一种变直径钢筋笼及锚杆,CN2017213763240一种***扩张变直径钢筋笼及锚杆,CN2017211496584一种锚杆杆件,CN2017208194362一种克服抗浮抗拉锚杆施工变形的装置。CN2019205482437一种开放式限位螺母CN2019205482441一种锚杆锁锚装置

 

实用新型内容

本实用新型目的是,提出一种变直径钢筋笼扩大头锚杆桩系统,可以广泛应用于各种抗浮抗拉的场合,包括锚杆杆件主体,利用直通或尤其是扩大头变直径钢筋笼构成的锚头一起组合形成变直径钢筋笼扩大头锚杆桩系统,克服抗浮变形、杆体自由段弹性变形。一种变直径钢筋笼扩大头锚杆桩系统的钢筋笼能扩大变径及释放结构,使变径钢筋笼工作,可应用于所有扩体锚杆技术,克服素浆体扩大头的锚固承载能力和整体性差的不足。

本实用新型的技术方案是,一种变直径钢筋笼扩大头锚杆桩系统,包括扩大头钢筋笼15、钢筋连接器、锚杆杆件即轴向杆3;限位器5为限位螺母,限位螺母可为开放式或封闭式等结构,扩大头钢筋笼中的与轴的固定器被限位螺母在锚杆杆件上(限定位置);轴向杆采用精轧螺旋钢筋,钢筋连接器用于精轧螺旋钢筋的端部的长度连接; 锚杆杆件顶部与地板锚固、锚杆杆件底部与扩大头钢筋笼即变直径钢筋笼锚固,混凝土或砂浆结晶体部分结合扩大头钢筋笼和轴向杆而形成的变直径钢筋笼扩大头锚杆桩系统。轴向杆上端的固定层采用高强螺母三件套锚固形式、三通高强螺母或法兰锚固结构,或其他传统锚固方式。均采用高强螺母13

扩大头钢筋笼即变径钢筋笼包括钢筋主筋与配置钢筋配筋材料,即包括轴向杆即主筋、圆环或环板和若干竖筋、若干筋条、圈状固定器,圆环或环板与轴向杆垂直,若干竖筋的一端在圆环或环板在均匀固定,每根竖筋的另一端或中部均连接一根筋条的一端,若干竖筋环绕轴向杆,筋条的另一端接到圈状固定器,圈状固定器在轴向杆杆上固定或滑动;采用可释放弹簧或其他形式的变直径和不变直径的钢筋笼。

进一步,扩大头钢筋笼若干竖筋外周设有活络连接的弹性箍筋;采用释放弹性箍筋的方式释放变直径钢筋笼,轴向杆即钢筋主筋与配置钢筋配筋材料一并由混凝土或水泥砂浆、水泥浆或其他能固化材料包裹并凝结。以上钢筋笼及释放结构结构本申请人已经公开。

变直径钢筋笼外周包裹***。

进一步,所述锚杆杆件的前端,根据工程设计的需要选择设有与变直径钢筋笼、固定直径钢筋笼、***或其他锚头进行连接或复合的装置,形成锚杆桩应用体系。

进一步,锚杆杆件内轴向杆的数量,是一根或者一根以上,满足设计需要的适当数量。

进一步,变直径钢筋笼扩大头锚杆桩体系中的钢筋骨架的各个组成部分是装配式的;锚杆杆件与变直径钢筋笼、固定直径钢筋笼、***或其他锚头进行连接时,采取在锚杆杆件的下端,预留与变直径钢筋笼、固定直径钢筋笼、***或其他锚头的长度相适应钢筋,在锚头底部分与锚垫板进行连接,或留有适当的钢筋长度,和成品锚杆头顶部用衔接螺母连接;或通过改进杆件和锚头,使锚杆杆件与变直径钢筋笼、固定直径钢筋笼、***或其他锚头成为一个有机整体。

进一步,锚杆杆件顶端,拉杆杆件上端的固定层采用高强螺母三件套锚固形式、三通高强螺母或法兰锚固结构均采用高强螺母13;基本结构锚杆(拉杆)顶部通过埋入套住锚杆(拉杆)的法兰螺母固定,或通过锚板并用螺母固定,与基础底板的钢筋骨架体系连接,最后,安装支模浇筑混凝土基础底板固定锚板。

扩大头钢筋笼为本申请人已经申请的技术方案,变径钢筋笼或弹簧状螺旋钢筋,变径钢筋笼包括轴向杆即主筋、圆环或环板和若干竖筋、若干筋条、圈状固定器,圆环或环板与轴向杆垂直,若干竖筋的一端在圆环或环板在均匀固定,每根竖筋的另一端或中部均连接一根筋条的一端,若干竖筋环绕轴向杆,筋条的另一端接到圈状固定器,圈状固定器在轴向杆杆上固定或滑动。竖筋外周设有箍筋,箍筋且与竖筋或轴向杆设有固定点,箍筋为绳状;轴向杆上设有轴向弹簧,并受到限位器或限位板条的限制;箍筋收紧时是未使用状态,箍筋的端部设有释放装置;箍筋也可以是螺旋弹簧状。旋箍筋的材质:玻璃纤维、芳纶纤维、碳纤维、石墨烯、碳元素相关的材料及其复合材料等。活络机构9、箍筋10、轴向杆套11、承压板12是本申请人变径钢筋笼的基本构件。

轴向杆主筋为精轧螺纹钢筋,并配置变径钢筋笼为配筋材料,钢筋主筋与配置钢筋配筋材料一并凝结固化。混凝土或水泥砂浆、水泥浆或其他能固化材料包裹并凝结固化主筋(一般采用精轧螺纹钢筋)和扩大头钢筋笼15形成锚杆杆件系统;扩大头钢筋笼结合的混凝土或砂浆体(砼体)4在锚杆杆件的适当位置设置适当数量的吊装扣、吊装环、安装吊点。

所述锚杆杆件的前端,设有与变直径钢筋笼、固定直径钢筋笼、***或其他锚头进行连接或复合的装置,形成锚杆应用体系。

所述的锚杆杆件,适用领域包括但不限于抗浮抗拉,道路、矿山开采、隧道桥梁、基坑和山体护坡、地质灾害处理;也用于抗压工程等领域。

所述的锚杆体系统,其应用工法的步骤是:用于克服抗浮固定直径锚头或扩大头锚杆变形的工法,钻孔至设计深度,开展高压旋喷施工或机械扩孔施工,成孔后,放置锚杆杆件与变直径钢筋笼、固定直径钢筋笼、***或其他锚头进行嫁接的锚杆体,带变径钢筋笼的扩大头到位后,释放约束机构使变径钢筋笼扩大至设计尺寸,然后高压注浆或灌注混凝土在扩体段和整个锚杆杆件与孔的空隙处成桩,完成锚杆桩。

锚杆杆件顶端,轴向杆上端的固定层采用高强螺母三件套锚固形式、三通高强螺母或法兰锚固结构,均采用高强螺母13。基本结构是,锚杆中拉杆顶部通过埋入套住钢筋(拉杆)的法兰螺母固定,或可通过锚板并用螺母固定,与基础底板的钢筋骨架体系连接,最后,安装支模浇筑混凝土基础底板固定锚板。

有益效果,通过锚杆的预先制备,可成为工厂化生产的标准化产品,形成系列规格的应力锚杆,先张法锚杆消除锚杆的变形量,可以很好的减少工程锚杆的位移。在施工中无须再次施加并浇注固定应力的材料,显然易见,工厂化的生产锚杆在质量、时间、操作方便性、综合效率、绿色环保、及成本价格上均远优于现场的操作。综合考虑,本实用新型通过锚杆的运用,使其承载力达到设计所需要的施加值,克服了采用的后张法施加施工的种种不便,可以大大减小扩体锚杆自由段的变形量,同时本方案施工更加简单,对基础的施工基本无影响。对于提高工程质量和技术的安全性,有着积极的作用。

承压型变径钢筋笼扩大头锚杆技术参照《JGT/T282-2012高压喷射扩大头锚杆技术规程》设计、施工、验收。本实用新型运用都属于扩大头锚杆或大头桩基技术的应用。

有益效果:本实用新型方案能形成有足够摩擦力的拉力或抗力传递的锚杆,锚固力明显增大且整个锚杆的一体性好,同样也用于大头桩基的混凝土钢筋笼骨架。主要用于建筑地下室抗浮基坑支护,边坡支护,以及加固等技术范畴。本实用新型技术可提供的抗拔力较大,性能稳定可靠,对减少环境污染,加快工程进度方面都有良好的作用。

 

附图说明

1为本实用新型锚杆制备示意图;

2为本实用新型锚杆上端锚固结构示意图;

3为图2的具体化,是法兰锚固结构示意图;

4为图2的具体化,是三通高强锚固形式;

5为图2的具体化,是高强螺母三件套锚固形式,

 

具体实施方式

如图所示,图1与图2是连接成整体的结构,图2结构位于图1的上方。对中支架1、钢筋连接器(连接螺母)2、轴向杆3、扩大头钢筋笼结合的混凝土或砂浆体(砼体)4、限位器5、竖筋6、动力弹簧7、固定器8、活络机构9、螺旋箍筋10、轴向杆套11、承压板12、高强螺母13、导向帽14。限位器5中限位螺母,可为开放式或封闭式等结构,参见本申请人的在先专利申请。限位螺母,可为开放式。

3-5中,轴向杆上端的固定层采用高强螺母三件套锚固形式、三通高强螺母或法兰锚固结构。混凝土垫层15、斜拉钢筋28、钢筋16、止水胶条17、螺旋弹簧27、混凝土底板18、法兰螺母19、三通螺母20、钢垫板22、螺母21如图1所示,一种锚杆杆件,将(高强)钢筋预先施加并锁定后,用包括但不限于混凝土或水泥砂浆、水泥浆或其他能固化材料包裹,混凝土、水泥砂浆、水泥浆或其他能固化材料凝固后,形成锚杆杆件。锚杆杆件内的配筋通常可选择包括但不限于/或者不选择配置钢筋笼、箍筋、钢套筒、钢丝网笼、承压板、承压法兰螺母或其他筋骨配筋材料。

1-2中,是锚杆和带有变直径钢筋笼骨架扩大头短桩的结合体。包括扩大头钢筋笼15、预应力拉杆连接器(连接螺母)2、预应力拉杆3;限位器5为限位螺母,可开放式或封闭式结构,扩大头钢筋笼中的与轴的固定器被限位螺母在主筋上限定位置;预应力拉杆一般采用高强精轧螺旋钢筋,或其他诸如预制预应力杆件、若干普通螺纹钢、或与传统预制桩、钢桩结合,钢筋连接器用于精轧螺旋钢筋的端部的长度连接;预应力拉杆上端的锚固方式选择高强螺母三件套锚固、三通高强螺母、特制高强法兰锚固结构或其他传统锚固方式。水泥浆或砂浆体(砼体)4浇铸扩大头钢筋笼25、钢筋连接器(连接螺母,具休相当的长度)2用于连接精轧螺纹主钢筋主筋即轴向杆3至任意长度。

变直径钢筋笼扩大头锚杆桩系统,包括扩大头钢筋笼15、钢筋连接器(连接螺母)2主筋即轴向杆3;限位器5为限位螺母,限位螺母可为开放式或封闭式等结构,扩大头钢筋笼中的与轴的固定器被限位螺母在主筋上限定位置;轴向杆采用精轧螺旋钢筋,钢筋连接器用于精轧螺旋钢筋的端部的长度连接。

轴向杆上端的固定层采用高强螺母三件套锚固形式、三通高强螺母或法兰锚固结构,均采用高强螺母13

锚杆杆件内主筋的数量,是一根或者一根以上,但一般不多于15根(否则成混凝土桩了),钢筋的规格、性能、强度、直径可根据设计要求具体确定;锚杆杆件的长度、横截面的形状和面积,则根据具体的工程技术要求设定;当工程需要杆件的长度超长时,可以采取用螺母连接器的方式或其他方式,将两根或两根以上的锚杆杆件加以连接,以达成所需的长度

锚杆杆件的主筋和变径钢筋笼使用的材料,包括但不限于:钢、玻璃纤维、树脂、玻璃纤维增强树脂、芳纶纤维、碳纤维、石墨烯、碳元素相关的材料及其复合材料、高分子、高分子聚合物材料、纳米材料、金属材料和非金属材料等。

所述的变径钢筋笼立体几何形态包括但不限于:立方体、多面体、正多面体、四面体、长方体、圆柱、圆台、棱柱、棱台、圆锥、棱锥、竹节状、串状、凸凹状,其可以是实心的,亦可以是空心的;平面横截面的形状包括但不限于:正方形、长方形、三角形、四边形、菱形、梯形、多边形、圆、椭圆、圆环、扇形、弓形;锚杆杆件可以是实心的,亦可以是空心的截面。

锚杆杆件与变直径钢筋笼、固定直径钢筋笼、***或其他锚头进行连接时,采取在锚杆杆件的下端,预留与变直径钢筋笼、固定直径钢筋笼、***或其他锚头的长度相适应钢筋,在锚头底部分与锚垫板进行连接,也可以留有适当的钢筋长度,和成品锚头顶部用衔接螺母连接;或通过改进杆件和锚头,使锚杆杆件与变直径钢筋笼、固定直径钢筋笼、***或其他锚头成为一个有机整体能够传递应力。

锚杆杆件的钢筋主筋和钢筋笼使用的材料,包括但不限于钢材、钢绞线、玻璃纤维、芳纶或其它高分子材料纤维、碳纤维、石墨烯、碳元素相关的材料及其复合材料。碳纤维等高分子材料也能用于锚杆。

本实用新型所述利用先张法锚杆杆件的应用,适用领域包括但不限于抗浮抗拉,道路、矿山开采、隧道桥梁、基坑和山体护坡、地质灾害处理;也用于抗压工程等领域。可以根据工程设计用途的的需要,可以作为抗压桩使用。

使用本实用新型克服抗浮直通或扩大头锚杆

①开挖桩杆上端即锚杆顶部的周围基底并清理浮浆;并在锚杆顶部周围铺施遇水膨胀止水胶条;

②锚杆顶部的周围基底上浇筑混凝土垫层;

③螺纹钢筋上至底板上层钢筋底部用法兰螺母固定(而不需要螺母),不需要再施加;并在基底上浇筑带钢筋的基础底板。

④若预制构件为多根钢筋,则用相应数量开孔钢板做锚板,拧上螺母固定,再浇筑底板混凝土。

所述的承压型直通或变直径钢筋笼扩体锚杆工法,承压型直通或变直径钢筋笼扩体锚杆锚固段土体蠕变变形的控制法,在对扩大头部分高压注浆或灌注混凝土施工,待强度达到设计要后,进行对锚杆整体施加外力拉拔,使扩大头顶部土体产生挤压,从而减小锚杆工作状态下的土体蠕变变形。

施加的大小:根据地下室抗浮计算时,计算的上浮水头放大1.05倍;抗浮计算锚杆的安全系数取K=2.0;因此锚杆施加的小于锚杆的特征值,且要大于常水位时所需要的锚杆抗浮力,综合考虑取承载力特征值的50%

在制备锚杆件时,不同的直径具有不同的施加的(伸长不同,相对伸长系数不同)。

参照本申请人的在先申请:变径钢筋笼,包括轴向杆、圆环或环板和若干竖筋、若干筋条、圈状固定器,圆环或环板与轴向杆垂直,若干竖筋的一端在圆环或环板在均匀固定,每根竖筋的另一端或中部均连接一根筋条的一端,若干竖筋环绕轴向杆,筋条的另一端接到圈状固定器,圈状固定器在轴向杆杆上固定或滑动。竖筋外周设有箍筋,箍筋且与竖筋或轴向杆设有固定点,箍筋为绳状;轴向杆上设有轴向弹簧,并受到限位器或限位板条的限制;箍筋收紧时是未使用状态,箍筋的端部设有释放装置;箍筋也可以是螺旋弹簧状。旋箍筋的材质:玻璃纤维、芳纶纤维、碳纤维、石墨烯、碳元素相关的材料及其复合材料等。

第二种变径钢筋笼,包括轴向杆、若干竖筋、两组若干筋条、第一和第二两个圈状固定器,第一与第二两个圈状固定器滑动在轴向杆杆上,第一和第二两个圈状固定器各固定一组与竖筋数相同的筋条,每根竖筋的上下两处分别有第一组和第二组的一根筋条与这根竖筋活络连接,若干竖筋环绕轴向杆,至少有一个圈状固定器在轴向杆杆上设有定位装置;竖筋外周设有箍筋,箍筋且与竖筋或轴向杆设有固定点,箍筋为绳状;轴向杆上设有轴向弹簧,并受到限位器或限位板条的限制;环状箍筋收紧时是未使用状态,箍筋的端部设有释放装置。

箍筋为环状箍筋或多道绕制在竖筋外围的紧箍绳索,环状箍筋收紧时是未使用状态时轴向杆上的轴向弹簧是压簧或拉簧。压簧释放后伸长,拉簧释放后则收缩。

压簧或拉簧限位装置是限位器或限位板条;环状箍筋打开后,即约束打开,轴向弹簧是压簧或拉簧本来的应力状态释放,并受到限位器或限位板条的限制;即四周竖筋水平侧向打开:比自动伞的在主轴上限位器的打开方式结构简单且使用,环状箍筋采用软钢绳或较硬弹簧均可,亦可作为钢筋笼的的一个成份。

竖筋、螺旋箍筋的立体几何形态包括:立方体 长方体 圆柱 圆台 棱柱 棱台 圆锥 棱锥等;平面横截面的形状是:正方形 长方形 三角形 四边形 平行四边形 菱形 梯形 扇形 弓形 圆环等;竖筋、螺旋箍筋的规格、型号、形状、尺寸、材料,各项参数随不同项目地质条件进行调整

筋条与竖筋活络连接的方式:圈状固定器分别通过销轴3-1、销轴支架(U型固定支架)3-2将筋条连接到竖筋。竖筋筋条的根数不必多,一般5-12根即可。

本实用新型的第一种变径钢筋笼释放撑伞状,轴向杆、圆环或环板和若干竖筋、筋条的类似伞骨状结构,但圆环或环板取代伞尖,但的箍筋的结构与箍筋弹性箍住与释放结构,竖筋可以是如伞骨的直杆。第二种变径钢筋笼是圆柱状,结构更为合理,但制备稍复杂。

进一步的,第一种变径钢筋笼:圆环或环板的直径与钻孔相当或略小于钻孔直径;筋条可以是直线的或是弯曲的。

第一、二种变径钢筋笼的圈状固定器均可以环形圈为基本结构,在轴向杆上进行滑动。

筋条为弹性筋条时,环状箍筋在竖筋箍住内周筋条。竖筋与箍筋在扩体端同步展开、贴紧、形成钢筋笼。箍筋弹性箍住与释放结构有多种,如箍筋端部制备成轴销或轴孔的结构最为常见,轴销时插入某固定孔,轴孔时则另有销轴固定箍筋的端部。且需要上便于释放,即变径钢筋笼在扩体孔内张开。

筋条为弹性筋条时,筋条在应力下收缩,且被箍筋限制动作的范围,箍筋释放后,则筋条应力释放后则筋条张开,且带动竖筋张开,此种结构的圈状固定器固定在杆上,无需要固定器在杆上滑动。

本实用新型的承压变径钢筋笼扩体锚杆,变径钢筋笼在置于扩体段时展开释放,在变径钢筋笼上注浆或注入混凝土成为锚杆,变径钢筋笼成为锚杆的骨架。

本实用新型的工法应用:旋喷桩机钻进至设计深度→高压旋喷施工或机械扩孔施工→下锚头→打开锚头中扩大机构,将钢筋笼打开至设计尺寸→高压注浆或灌注混凝土。

变径钢筋笼;普通钢筋经特殊加工处理后,成为弹性钢筋;用处理后的弹性钢筋加工成减小直径的箍筋(通过紧绕或收紧方式箍住整个竖筋或筋条);即通过紧绕或收紧方式箍住整个竖筋或筋条,竖筋外周设有环状箍筋,环状箍筋且与竖筋设有固定点(钢丝捆扎最为常用)。

典型的成品中:钢筋笼箍筋直径≤200mm(与实际形成的钻孔有关的参数,不同钻孔可以有不同规格的直径钢筋笼(箍筋)),置于锚杆扩体段后,打开钢筋笼中的约束机构,箍筋直径达到400mm左右的直径;

竖筋或筋条在机构作用下展开紧贴箍筋至不能展开止;在扩体段底部即锚杆的底部用锚垫板(锚垫板为环板)将锚杆的杆体与扩大头机械连接。

图中的部件所示,轴向杆(高强抗拉钢筋)、轴向弹簧套在轴向杆上,圆环或环板、若干竖筋、筋条、圈状固定器、环状箍筋、箍筋端部的钢套环、环状箍筋与轴向杆的连接点、释放机构,环状箍筋钢套环配合的插孔、钢托盘与钢管焊接、配重、限位器、第一支架和第二支架、底盘、钢托盘(即圈状固定器)、筋条可以是扁杆;销轴、销轴支架(U型固定支架)、缺口。

本实用新型基本结构如图1-2所示:变径钢筋笼,包括轴向杆、圆环或环板和若干竖筋、筋条,圆环或环板与轴向杆垂直,若干竖筋的一端在圆环或环板在均匀固定,每根竖筋的另一端或中部均连接一根筋条的一端,筋条的一端接到一圈状固定器,圈状固定器固定在轴向杆杆上。筋条类似于伞骨。

变径钢筋笼的竖筋外周设有环状箍筋,且为弹性材质的环状箍筋。环状箍筋可以是螺旋弹簧状。环状箍筋收紧是未使用状态(用于放入钻孔),箍筋的端部设有释放装置。收紧且弹性约束的未使用状态,环状箍筋释放后变直径,直径扩大成环状箍筋原先松弛状态,即直径较小环状箍筋释放到锚杆的扩体端后,环状箍筋直径放大至设计要求(如典型的一款是从直径不到200mm扩大到-400mm)。

变径钢筋笼的制备方法:3D打印成型、注塑成型、人工机械组装焊接等方法。竖筋外周设有环状箍筋,环状箍筋且与竖筋设有固定点,且为弹性材质的环状箍筋;环状箍筋收紧是未使用状态,箍筋的端部设有释放装置;环状箍筋是螺旋弹簧或普通钢丝绳或炭纤维绳子均可。

所述释放装置的结构为:箍筋端部制备成轴销或轴孔的结构,当箍筋端部为轴销时插入一固定孔,当箍筋端部为轴孔时则另有销轴固定箍筋的端部。

筋条为弹簧是一种选择,也可以是弹簧钢片,被折叠变形后受到应力,在箍筋的约束下整个一束竖筋均被收起,箍筋放开后弹簧钢片折叠变形应力释放撑开竖筋;取代弹簧钢片的还可以是各种材质的弹力棒,包括橡胶棒、碳纤弹力棒等,参见在本申请人在先申请。




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一种变直径钢筋笼扩大头锚杆桩系统

一种变直径钢筋笼扩大头锚杆桩系统,包括变直径钢筋笼、钢筋连接器、锚杆杆件、限位器为限位螺母,限位螺母可为开放式或封闭式等结构,变直径钢筋笼被限位螺母限位在锚杆杆件上(限定位置);锚杆杆件采用精轧或普通螺纹钢筋,钢筋连接器用于锚杆杆件钢筋的端部的长度连接; 锚杆杆件顶部与地板锚固、锚杆杆件底部与扩大头钢筋笼即变直径钢筋笼锚固;变直径钢筋笼设有约束和释放装置,混凝土或水泥砂浆结晶体部分结合扩大头变直径钢筋笼和轴向杆而形成的变直径钢筋笼扩大头锚杆桩系统;变直径钢筋笼扩大头锚杆桩骨架体系是全装配式的。

1、一种变直径钢筋笼扩大头锚杆桩系统,其特征是,包括变直径钢筋笼,变直径钢筋笼设有约束和释放装置;15、锚杆杆件3;钢筋连接器、限位器5为限位螺母,限位螺母可为开放式或封闭式等结构,扩大头中的变直径钢筋笼与轴的固定器被限位螺母在锚杆杆件上;锚杆杆件采用精轧螺旋钢筋,钢筋连接器用于精轧螺旋钢筋的端部的长度连接; 锚杆杆件顶部与地板锚固、锚杆杆件底部与扩大头钢筋笼即变直径钢筋笼锚固;扩大头变直径钢筋笼、锚杆杆件、锚固件与混凝土或水泥浆结晶体进行结合,从而形成变直径钢筋笼扩大头锚杆桩系统;变直径钢筋笼扩大头锚杆桩骨架体系是全装配式的。

2、根据权利要求1所述的变直径钢筋笼扩大头锚杆桩系统,其特征是,轴向杆上端的固定层采用高强螺母三件套锚固形式、三通高强螺母或法兰锚固结构或其他传统锚固方式。

3、根据权利要求1所述的变直径钢筋笼扩大头锚杆桩系统,其特征是,钢筋笼的直径可变,通过对钢筋笼部分配筋的弹性化、柔性化、简约化,设置约束与释放机制,使钢筋笼的直径可约束和伸展变化。扩大头钢筋笼即变径钢筋笼包括钢筋主筋、箍筋与配置钢筋配筋材料,即包括轴向杆、圆环花件或环板和若干竖筋、若干筋条、圈状固定器,圆环或环板与轴向杆垂直,若干竖筋的一端在圆环或环板在均匀固定,每根竖筋的另一端或中部均连接一根筋条的一端,若干竖筋环绕轴向杆,筋条的另一端接到圈状固定器或圆环花件,圈状固定器或圆环花件在轴向杆杆上固定或滑动,形成钢筋笼的活络机制;变直径钢筋笼设有约束和释放装置,采用包括但不限于约束绳、约束销、约束罩等约束方式使钢筋笼直径处于缩小约束状态,采用包括但不限于释放弹簧、弹簧片、弹性球、气囊、配重、施加外力等方式展开释放,使钢筋笼直径可变。且变直径钢筋笼可形成多种不同特征的立体几何形状,如圆柱体、圆锥体、长方体、竹节体等等。

4、根据权利要求3所述的变直径钢筋笼扩大头锚杆桩系统,其特征是,扩大头钢筋笼若干竖筋外周设有活络连接的弹性箍筋;采用释放弹性箍筋的方式释放变直径钢筋笼。

5、根据权利要求1-4之一所述的变直径钢筋笼扩大头锚杆桩系统,其特征是,变直径钢筋笼外周可包裹***。

6、根据权利要求1-4之一所述的变直径钢筋笼扩大头锚杆桩系统,其特征是,所述锚杆杆件的前端,设有与变直径钢筋笼、固定直径钢筋笼、***或其他锚头进行连接或复合的装置,形成锚杆桩应用体系。

7、根据权利要求1-4之一所述的变直径钢筋笼扩大头锚杆桩系统,其特征是,锚杆杆件的数量,采用1根或若干根精轧高强螺纹钢筋(或普通螺纹钢);或进一步的变直径钢筋笼扩大头短桩与传统的灌注桩、预制管桩、钢桩等结合,形成既可抗抜又可抗压的复合功能的桩。

8、根据权利要求1-4之一所述的变直径钢筋笼扩大头锚杆桩系统,其特征是,变直径钢筋笼扩大头锚杆桩体系中的钢筋骨架的各个组成部分是装配式的;锚杆杆件与变直径钢筋笼、固定直径钢筋笼、***或其他锚头进行连接时,采取在锚杆杆件的下端,预留与变直径钢筋笼、固定直径钢筋笼、***或其他锚头的长度相适应钢筋,在锚头底部分与锚垫板进行连接,或留有适当的钢筋长度,和成品锚杆头顶部用衔接螺母连接;或通过改进杆件和锚头,使锚杆杆件与变直径钢筋笼、固定直径钢筋笼、***成为一个有机整体。

9、根据权利要求1-4之一所述的变直径钢筋笼扩大头锚杆桩系统,其特征是,锚杆杆件顶端,拉杆杆件上端的固定层采用高强螺母三件套锚固形式、三通高强螺母或法兰锚固结构均采用高强螺母;基本结构锚杆顶部通过埋入套住锚杆的法兰螺母固定,或通过锚板并用螺母固定,与基础底板的钢筋骨架体系连接。

10、根据权利要求1-4之一所述的变直径钢筋笼扩大头锚杆桩系统,其特征是,可根据需要在变直径钢筋笼内设置注浆管,或外设注浆管,变直径钢筋笼扩大头锚杆桩骨架体系与混凝土或水泥砂包裹并凝结最终成桩,。


说明书

一种变直径钢筋笼扩大头锚杆桩系统

技术领域

本发明涉及一种锚杆桩,尤其是变径钢筋笼及其扩体锚杆桩系统,主要用于建筑地下室抗浮基坑支护,边坡支护,以及加固等技术范畴,也用于抗压桩。本发明可提供的抗拔力较大,性能稳定可靠锚杆中及骨架,对减少环境污染,是加快工程进度的装置与应用技术。


背景技术

直通或扩大头锚杆技术是一种新型的地下工程应用技术,符合国家倡导的“节能减排、绿色发展”精神。在解决地下室抗浮、基坑支护等方面,与一般传统工艺相比,更加的经济、环保;同时在成本、工期与耐久性等方面,也有较大的优势。随着扩体锚杆技术的推广,越来越多的工程采用扩体锚杆技术进行地下室抗浮、基坑支护等。与此同时,大量的工程实践表明,锚杆的承拉力远大于普通锚杆,普通锚杆变形位移的较大,因而在位移控制方面比传统的桩基础要求更高,因此如何更好的控制锚杆的变形,是对扩体锚杆技术改进的一个重要方向。业界公知的是,锚杆变形包括杆体自由段弹性变形和扩大头锚固段的土体蠕变变形两种,需要有相对应的产品和工法,也涉及承压型直通或变直径钢筋笼扩体锚杆工法。

现阶段扩大头抗浮锚杆解决变形方法存在的问题,大量的工程实践表明,直通或扩大头锚杆变形比传统的桩基础大,因此如何更好的控制锚杆的变形,是对扩体锚杆技术改进的一个重要方向。

锚杆扩体段的受压土体塑性变形及残余变形,与扩体段承受的端压力有关以及所在土层性质相关,与杆体采用的钢筋根数无关。

锚杆自由段杆体的弹性变形控制,杆体的弹性变形即钢筋的弹性变形主要由杆体钢筋的截面积、钢筋的弹性模量以及杆体的长度控制。轴向拉压变形公式:


以南京某项目地下室抗浮锚杆为例,锚杆总长13m(其中锚杆普通段长10.0m,直径200mm;扩体段直径750mm,长3.0m),抗拔特征值500KN的锚杆为例。抗拔锚杆理论弹性位移量计算表如下:


在极限荷载的状态下,锚杆的理论自由变形达51.75mm。

经过试锚试验,其在极限抗拔力作用下,锚杆的最大变形81.6mm,残余变形约31.3mm,则其发生的实际弹性变形为50.3mm。由此可见,锚杆的弹性变形占扩大头锚杆最大变形量的50%以上。

对于扩大头抗浮锚杆变形的控制,现阶段主要方法是通过后张法施加来解决锚杆自由段的弹性变形,具体实施步骤是,在主体结构底板浇筑完成以后,在底板上开槽,通过底板作为施加的支点,然后施加完成后,再后浇开槽处混凝土完成锚杆锁定。这种变形控制的方法主要缺陷在于,需要在底板施工完成并达到设计强度后才能施加,这样会大大延误工期,同时施加时需要在主体结构底板上开槽,对主体结构产生不同程度的破坏,对地下室防水产生不利影响,同时对基坑降水要求更长,相对成本增加更多。未解决承压型直通或变直径钢筋笼扩体锚杆自由段变形的控制的方法。

锚杆必须具备几个要素:抗拉强度高于岩土体的杆体, 杆体一端可以和岩土体紧密接触形成摩擦(或粘结)阻力;锚杆杆体位于岩土体外部的另一端能够形成对岩土体的径向阻力;锚杆作为深入地层的受拉构件,它一端与工程构筑物连接,另一端深入地层中,整根锚杆分为自由段和锚固段,自由段是指将锚杆头处的拉力传至锚固体的区域,其功能是对锚杆施加;锚固段是指水泥浆体将筋与土层粘结的区域,其功能是将锚固体与土层的粘结摩擦作用增大,增加锚固体的承压或抗浮作用,将自由段的拉力传至土体深处。

本申请人申请的CN2017208194362、一种克服抗浮抗拉锚杆施工变形的装置,用变直径的钢筋笼的锚杆,是用于岩土体加固的杆件体系结构。通过锚杆杆体的纵向拉力作用,克服岩土体抗拉能力远远低于抗压能力的缺点。从力学观点上是主要是提高了围岩体的粘聚力C和内摩擦角φ。其实质上锚杆位于岩土体内与岩土体形成一个新的复合体。这个复合体中的锚杆是解决围岩体的抗拉能力低的关键。从而使得岩土体自身的承载能力大大加强。

锚杆是当代地下开采的矿山当中巷道支护的最基本的组成部分,将巷道的围岩束缚在一起,使围岩自身支护自身;现在锚杆不仅用于矿山,也用于建筑工程技术中,对地下室、边坡,隧道,坝体等进行主动加固。

锚杆的基本型是:钢筋或钢丝绳砂浆锚杆。以水泥砂浆作为锚杆与围岩的粘结剂。还包括倒楔式金属锚杆。管缝式锚杆。树脂锚杆。用树脂作为锚杆的粘结剂,成本较高。西安科技大学惠兴田发明了一种新型的螺旋式锚杆→自旋锚杆。自旋锚杆包括以下种类:自攻挤压旋进锚杆→在土层中无需钻孔直接挤压旋进安装锚固力20KN/m;自旋注浆锚杆→在钻孔中安装结束后利用自旋锚杆注浆就成为具有初锚力的自旋注浆锚杆;自旋树脂锚杆→在钻孔中安装的同时自旋锚杆将树脂药卷搅拌成为具有初锚力的自旋树脂锚杆;自钻自锚固锚杆→在自旋锚杆中空内放入钻杆使钻眼安装一次完成是具有初锚力的自钻锚杆;自旋喷浆锚杆→在土层中边喷浆边钻进安装锚注一次完成锚固力35KN/m;目前市场上常用的扩体锚杆技术有素浆体,###扩体锚杆技术等。

本发明人已经就变径钢筋笼的结构作了限定,但对于如何释放钢筋笼扩大变径还需要专门结构,且要求稳定可靠的释放,因为变径在地下钻孔内。

CN201710363883一种克服抗浮固定直径锚头或扩大头锚杆体系变形的工法是本申请人在先申请,当钻孔钻进至设计深度,能够开展高压旋喷施工或机械扩孔施工,放下锚杆的拉杆与固定直径锚头或扩大头,扩大头到位后扩大机构将扩大头扩大至设计尺寸,然后高压注浆或灌注混凝土在扩体段和整个自由段成桩;锚杆中拉杆采用能施加的螺纹钢筋;绑扎螺旋箍筋以及基底上的基础底板钢筋,绑扎过程中避免碰撞钢筋;最后,支模浇筑基础混凝土基础底板。

工程实际表明:承压型变直径钢筋笼扩体锚杆的位移由杆体的弹性变形和扩体段的滑移(塑性变形)两部分组成。锚杆至今仍未有发明。本申请人还申请了如下专利:包括但不限于CN2017211488836、一种变直径钢筋笼及锚杆,CN2017213763240一种***扩张变直径钢筋笼及锚杆,CN2017211496584一种锚杆杆件,CN2017208194362一种克服抗浮抗拉锚杆施工变形的装置。CN2019205482437一种开放式限位螺母,CN2019205482441一种锚杆锁锚装置


发明内容

本发明目的是,提出一种变直径钢筋笼扩大头锚杆桩系统,可以广泛应用于各种抗浮抗拉的场合,包括锚杆杆件主体,利用直通或尤其是扩大头变直径钢筋笼构成的锚头一起组合形成变直径钢筋笼扩大头锚杆桩系统,克服抗浮变形、杆体自由段弹性变形。一种变直径钢筋笼扩大头锚杆桩系统的钢筋笼能扩大变径及释放结构,使变径钢筋笼工作,可应用于所有扩体锚杆技术,克服素浆体扩大头的锚固承载能力和整体性差的不足。

本发明的技术方案是,一种变直径钢筋笼扩大头锚杆桩系统,包括扩大头钢筋笼15、钢筋连接器、锚杆杆件即轴向杆3;限位器5为限位螺母,限位螺母可为开放式或封闭式等结构,扩大头钢筋笼中的与轴的固定器被限位螺母在锚杆杆件上(限定位置);轴向杆采用精轧螺旋钢筋,钢筋连接器用于精轧螺旋钢筋的端部的长度连接; 锚杆杆件顶部与地板锚固、锚杆杆件底部与扩大头钢筋笼即变直径钢筋笼锚固,混凝土或砂浆结晶体部分结合扩大头钢筋笼和轴向杆而形成的变直径钢筋笼扩大头锚杆桩系统。轴向杆上端的固定层采用高强螺母三件套锚固形式、三通高强螺母或法兰锚固结构,或其他传统锚固方式。均采用高强螺母13。

扩大头钢筋笼即变径钢筋笼包括钢筋主筋与配置钢筋配筋材料,即包括轴向杆即主筋、圆环或环板和若干竖筋、若干筋条、圈状固定器,圆环或环板与轴向杆垂直,若干竖筋的一端在圆环或环板在均匀固定,每根竖筋的另一端或中部均连接一根筋条的一端,若干竖筋环绕轴向杆,筋条的另一端接到圈状固定器,圈状固定器在轴向杆杆上固定或滑动;采用可释放弹簧或其他形式的变直径和不变直径的钢筋笼。

进一步,扩大头钢筋笼若干竖筋外周设有活络连接的弹性箍筋;采用释放弹性箍筋的方式释放变直径钢筋笼,轴向杆即钢筋主筋与配置钢筋配筋材料一并由混凝土或水泥砂浆、水泥浆或其他能固化材料包裹并凝结。以上钢筋笼及释放结构结构本申请人已经公开。

变直径钢筋笼外周包裹***。

进一步,所述锚杆杆件的前端,根据工程设计的需要选择设有与变直径钢筋笼、固定直径钢筋笼、***或其他锚头进行连接或复合的装置,形成锚杆桩应用体系。

进一步,锚杆杆件内轴向杆的数量,是一根或者一根以上,满足设计需要的适当数量。

进一步,变直径钢筋笼扩大头锚杆桩体系中的钢筋骨架的各个组成部分是装配式的;锚杆杆件与变直径钢筋笼、固定直径钢筋笼、***或其他锚头进行连接时,采取在锚杆杆件的下端,预留与变直径钢筋笼、固定直径钢筋笼、***或其他锚头的长度相适应钢筋,在锚头底部分与锚垫板进行连接,或留有适当的钢筋长度,和成品锚杆头顶部用衔接螺母连接;或通过改进杆件和锚头,使锚杆杆件与变直径钢筋笼、固定直径钢筋笼、***或其他锚头成为一个有机整体。

进一步,锚杆杆件顶端,拉杆杆件上端的固定层采用高强螺母三件套锚固形式、三通高强螺母或法兰锚固结构均采用高强螺母13;基本结构锚杆(拉杆)顶部通过埋入套住锚杆(拉杆)的法兰螺母固定,或通过锚板并用螺母固定,与基础底板的钢筋骨架体系连接,最后,安装支模浇筑混凝土基础底板固定锚板。

扩大头钢筋笼为本申请人已经申请的技术方案,变径钢筋笼或弹簧状螺旋钢筋,变径钢筋笼包括轴向杆即主筋、圆环或环板和若干竖筋、若干筋条、圈状固定器,圆环或环板与轴向杆垂直,若干竖筋的一端在圆环或环板在均匀固定,每根竖筋的另一端或中部均连接一根筋条的一端,若干竖筋环绕轴向杆,筋条的另一端接到圈状固定器,圈状固定器在轴向杆杆上固定或滑动。竖筋外周设有箍筋,箍筋且与竖筋或轴向杆设有固定点,箍筋为绳状;轴向杆上设有轴向弹簧,并受到限位器或限位板条的限制;箍筋收紧时是未使用状态,箍筋的端部设有释放装置;箍筋也可以是螺旋弹簧状。旋箍筋的材质:玻璃纤维、芳纶纤维、碳纤维、石墨烯、碳元素相关的材料及其复合材料等。活络机构9、箍筋10、轴向杆套11、承压板12是本申请人变径钢筋笼的基本构件。

轴向杆主筋为精轧螺纹钢筋,并配置变径钢筋笼为配筋材料,钢筋主筋与配置钢筋配筋材料一并凝结固化。混凝土或水泥砂浆、水泥浆或其他能固化材料包裹并凝结固化主筋(一般采用精轧螺纹钢筋)和扩大头钢筋笼15形成锚杆杆件系统;扩大头钢筋笼结合的混凝土或砂浆体(砼体)4。在锚杆杆件的适当位置设置适当数量的吊装扣、吊装环、安装吊点。

所述锚杆杆件的前端,设有与变直径钢筋笼、固定直径钢筋笼、***或其他锚头进行连接或复合的装置,形成锚杆应用体系。

所述的锚杆杆件,适用领域包括但不限于抗浮抗拉,道路、矿山开采、隧道桥梁、基坑和山体护坡、地质灾害处理;也用于抗压工程等领域。

所述的锚杆体系统,其应用工法的步骤是:用于克服抗浮固定直径锚头或扩大头锚杆变形的工法,钻孔至设计深度,开展高压旋喷施工或机械扩孔施工,成孔后,放置锚杆杆件与变直径钢筋笼、固定直径钢筋笼、***或其他锚头进行嫁接的锚杆体,带变径钢筋笼的扩大头到位后,释放约束机构使变径钢筋笼扩大至设计尺寸,然后高压注浆或灌注混凝土在扩体段和整个锚杆杆件与孔的空隙处成桩,完成锚杆桩。

锚杆杆件顶端,轴向杆上端的固定层采用高强螺母三件套锚固形式、三通高强螺母或法兰锚固结构,均采用高强螺母13。基本结构是,锚杆中拉杆顶部通过埋入套住钢筋(拉杆)的法兰螺母固定,或可通过锚板并用螺母固定,与基础底板的钢筋骨架体系连接,最后,安装支模浇筑混凝土基础底板固定锚板。

有益效果,通过锚杆的预先制备,可成为工厂化生产的标准化产品,形成系列规格的应力锚杆,先张法锚杆消除锚杆的变形量,可以很好的减少工程锚杆的位移。在施工中无须再次施加并浇注固定应力的材料,显然易见,工厂化的生产锚杆在质量、时间、操作方便性、综合效率、绿色环保、及成本价格上均远优于现场的操作。综合考虑,本发明通过锚杆的运用,使其承载力达到设计所需要的施加值,克服了采用的后张法施加施工的种种不便,可以大大减小扩体锚杆自由段的变形量,同时本方案施工更加简单,对基础的施工基本无影响。对于提高工程质量和技术的安全性,有着积极的作用。

承压型变径钢筋笼扩大头锚杆技术参照《JGT/T282-2012高压喷射扩大头锚杆技术规程》设计、施工、验收。本发明运用都属于扩大头锚杆或大头桩基技术的应用。

有益效果:本发明方案能形成有足够摩擦力的拉力或抗力传递的锚杆,锚固力明显增大且整个锚杆的一体性好,同样也用于大头桩基的混凝土钢筋笼骨架。主要用于建筑地下室抗浮基坑支护,边坡支护,以及加固等技术范畴。本发明技术可提供的抗拔力较大,性能稳定可靠,对减少环境污染,加快工程进度方面都有良好的作用。


附图说明

图1为本发明锚杆制备示意图;

图2为本发明锚杆上端锚固结构示意图;

图3为图2的具体化,是法兰锚固结构示意图;

图4为图2的具体化,是三通高强锚固形式;

图5为图2的具体化,是高强螺母三件套锚固形式,

具体实施方式

如图所示,图1与图2是连接成整体的结构,图2结构位于图1的上方。对中支架1、钢筋连接器(连接螺母)2、轴向杆3、扩大头钢筋笼结合的混凝土或砂浆体(砼体)4、限位器5、竖筋6、动力弹簧7、固定器8、活络机构9、螺旋箍筋10、轴向杆套11、承压板12、高强螺母13、导向帽14。限位器5中限位螺母,可为开放式或封闭式等结构,参见本申请人的在先专利申请。限位螺母,可为开放式。

图3-5中,轴向杆上端的固定层采用高强螺母三件套锚固形式、三通高强螺母或法兰锚固结构。混凝土垫层15、斜拉钢筋28、钢筋16、止水胶条17、螺旋弹簧27、混凝土底板18、法兰螺母19、三通螺母20、钢垫板22、螺母21。如图1所示,一种锚杆杆件,将(高强)钢筋预先施加并锁定后,用包括但不限于混凝土或水泥砂浆、水泥浆或其他能固化材料包裹,混凝土、水泥砂浆、水泥浆或其他能固化材料凝固后,形成锚杆杆件。锚杆杆件内的配筋通常可选择包括但不限于/或者不选择配置钢筋笼、箍筋、钢套筒、钢丝网笼、承压板、承压法兰螺母或其他筋骨配筋材料。

图1-2中,是锚杆和带有变直径钢筋笼骨架扩大头短桩的结合体。包括扩大头钢筋笼15、预应力拉杆连接器(连接螺母)2、预应力拉杆3;限位器5为限位螺母,可开放式或封闭式结构,扩大头钢筋笼中的与轴的固定器被限位螺母在主筋上限定位置;预应力拉杆一般采用高强精轧螺旋钢筋,或其他诸如预制预应力杆件、若干普通螺纹钢、或与传统预制桩、钢桩结合,钢筋连接器用于精轧螺旋钢筋的端部的长度连接;预应力拉杆上端的锚固方式选择高强螺母三件套锚固、三通高强螺母、特制高强法兰锚固结构或其他传统锚固方式。水泥浆或砂浆体(砼体)4浇铸扩大头钢筋笼25、钢筋连接器(连接螺母,具休相当的长度)2用于连接精轧螺纹主钢筋主筋即轴向杆3至任意长度。

变直径钢筋笼扩大头锚杆桩系统,包括扩大头钢筋笼15、钢筋连接器(连接螺母)2、主筋即轴向杆3;限位器5为限位螺母,限位螺母可为开放式或封闭式等结构,扩大头钢筋笼中的与轴的固定器被限位螺母在主筋上限定位置;轴向杆采用精轧螺旋钢筋,钢筋连接器用于精轧螺旋钢筋的端部的长度连接。

轴向杆上端的固定层采用高强螺母三件套锚固形式、三通高强螺母或法兰锚固结构,均采用高强螺母13。

锚杆杆件内主筋的数量,是一根或者一根以上,但一般不多于15根(否则成混凝土桩了),钢筋的规格、性能、强度、直径可根据设计要求具体确定;锚杆杆件的长度、横截面的形状和面积,则根据具体的工程技术要求设定;当工程需要杆件的长度超长时,可以采取用螺母连接器的方式或其他方式,将两根或两根以上的锚杆杆件加以连接,以达成所需的长度

锚杆杆件的主筋和变径钢筋笼使用的材料,包括但不限于:钢、玻璃纤维、树脂、玻璃纤维增强树脂、芳纶纤维、碳纤维、石墨烯、碳元素相关的材料及其复合材料、高分子、高分子聚合物材料、纳米材料、金属材料和非金属材料等。

所述的变径钢筋笼立体几何形态包括但不限于:立方体、多面体、正多面体、四面体、长方体、圆柱、圆台、棱柱、棱台、圆锥、棱锥、竹节状、串状、凸凹状,其可以是实心的,亦可以是空心的;平面横截面的形状包括但不限于:正方形、长方形、三角形、四边形、菱形、梯形、多边形、圆、椭圆、圆环、扇形、弓形;锚杆杆件可以是实心的,亦可以是空心的截面。

锚杆杆件与变直径钢筋笼、固定直径钢筋笼、***或其他锚头进行连接时,采取在锚杆杆件的下端,预留与变直径钢筋笼、固定直径钢筋笼、***或其他锚头的长度相适应钢筋,在锚头底部分与锚垫板进行连接,也可以留有适当的钢筋长度,和成品锚头顶部用衔接螺母连接;或通过改进杆件和锚头,使锚杆杆件与变直径钢筋笼、固定直径钢筋笼、***或其他锚头成为一个有机整体能够传递应力。

锚杆杆件的钢筋主筋和钢筋笼使用的材料,包括但不限于钢材、钢绞线、玻璃纤维、芳纶或其它高分子材料纤维、碳纤维、石墨烯、碳元素相关的材料及其复合材料。碳纤维等高分子材料也能用于锚杆。

本发明所述利用先张法锚杆杆件的应用,适用领域包括但不限于抗浮抗拉,道路、矿山开采、隧道桥梁、基坑和山体护坡、地质灾害处理;也用于抗压工程等领域。可以根据工程设计用途的的需要,可以作为抗压桩使用。

使用本发明克服抗浮直通或扩大头锚杆

①开挖桩杆上端即锚杆顶部的周围基底并清理浮浆;并在锚杆顶部周围铺施遇水膨胀止水胶条;

②锚杆顶部的周围基底上浇筑混凝土垫层;

③螺纹钢筋上至底板上层钢筋底部用法兰螺母固定(而不需要螺母),不需要再施加;并在基底上浇筑带钢筋的基础底板。

④若预制构件为多根钢筋,则用相应数量开孔钢板做锚板,拧上螺母固定,再浇筑底板混凝土。

所述的承压型直通或变直径钢筋笼扩体锚杆工法,承压型直通或变直径钢筋笼扩体锚杆锚固段土体蠕变变形的控制法,在对扩大头部分高压注浆或灌注混凝土施工,待强度达到设计要后,进行对锚杆整体施加外力拉拔,使扩大头顶部土体产生挤压,从而减小锚杆工作状态下的土体蠕变变形。

施加的大小:根据地下室抗浮计算时,计算的上浮水头放大1.05倍;抗浮计算锚杆的安全系数取K=2.0;因此锚杆施加的小于锚杆的特征值,且要大于常水位时所需要的锚杆抗浮力,综合考虑取承载力特征值的50%。

在制备锚杆件时,不同的直径具有不同的施加的(伸长不同,相对伸长系数不同)。

参照本申请人的在先申请:变径钢筋笼,包括轴向杆、圆环或环板和若干竖筋、若干筋条、圈状固定器,圆环或环板与轴向杆垂直,若干竖筋的一端在圆环或环板在均匀固定,每根竖筋的另一端或中部均连接一根筋条的一端,若干竖筋环绕轴向杆,筋条的另一端接到圈状固定器,圈状固定器在轴向杆杆上固定或滑动。竖筋外周设有箍筋,箍筋且与竖筋或轴向杆设有固定点,箍筋为绳状;轴向杆上设有轴向弹簧,并受到限位器或限位板条的限制;箍筋收紧时是未使用状态,箍筋的端部设有释放装置;箍筋也可以是螺旋弹簧状。旋箍筋的材质:玻璃纤维、芳纶纤维、碳纤维、石墨烯、碳元素相关的材料及其复合材料等。

第二种变径钢筋笼,包括轴向杆、若干竖筋、两组若干筋条、第一和第二两个圈状固定器,第一与第二两个圈状固定器滑动在轴向杆杆上,第一和第二两个圈状固定器各固定一组与竖筋数相同的筋条,每根竖筋的上下两处分别有第一组和第二组的一根筋条与这根竖筋活络连接,若干竖筋环绕轴向杆,至少有一个圈状固定器在轴向杆杆上设有定位装置;竖筋外周设有箍筋,箍筋且与竖筋或轴向杆设有固定点,箍筋为绳状;轴向杆上设有轴向弹簧,并受到限位器或限位板条的限制;环状箍筋收紧时是未使用状态,箍筋的端部设有释放装置。

箍筋为环状箍筋或多道绕制在竖筋外围的紧箍绳索,环状箍筋收紧时是未使用状态时轴向杆上的轴向弹簧是压簧或拉簧。压簧释放后伸长,拉簧释放后则收缩。

压簧或拉簧限位装置是限位器或限位板条;环状箍筋打开后,即约束打开,轴向弹簧是压簧或拉簧本来的应力状态释放,并受到限位器或限位板条的限制;即四周竖筋水平侧向打开:比自动伞的在主轴上限位器的打开方式结构简单且使用,环状箍筋采用软钢绳或较硬弹簧均可,亦可作为钢筋笼的的一个成份。

竖筋、螺旋箍筋的立体几何形态包括:立方体 长方体 圆柱 圆台 棱柱 棱台 圆锥 棱锥等;平面横截面的形状是:正方形 长方形 三角形 四边形平行四边形 菱形 梯形 圆 扇形 弓形 圆环等;竖筋、螺旋箍筋的规格、型号、形状、尺寸、材料,各项参数随不同项目地质条件进行调整

筋条与竖筋活络连接的方式:圈状固定器分别通过销轴3-1、销轴支架(U型固定支架)3-2将筋条连接到竖筋。竖筋筋条的根数不必多,一般5-12根即可。

本发明的第一种变径钢筋笼释放撑伞状,轴向杆、圆环或环板和若干竖筋、筋条的类似伞骨状结构,但圆环或环板取代伞尖,但的箍筋的结构与箍筋弹性箍住与释放结构,竖筋可以是如伞骨的直杆。第二种变径钢筋笼是圆柱状,结构更为合理,但制备稍复杂。

进一步的,第一种变径钢筋笼:圆环或环板的直径与钻孔相当或略小于钻孔直径;筋条可以是直线的或是弯曲的。

第一、二种变径钢筋笼的圈状固定器均可以环形圈为基本结构,在轴向杆上进行滑动。

筋条为弹性筋条时,环状箍筋在竖筋箍住内周筋条。竖筋与箍筋在扩体端同步展开、贴紧、形成钢筋笼。箍筋弹性箍住与释放结构有多种,如箍筋端部制备成轴销或轴孔的结构最为常见,轴销时插入某固定孔,轴孔时则另有销轴固定箍筋的端部。且需要上便于释放,即变径钢筋笼在扩体孔内张开。

筋条为弹性筋条时,筋条在应力下收缩,且被箍筋限制动作的范围,箍筋释放后,则筋条应力释放后则筋条张开,且带动竖筋张开,此种结构的圈状固定器固定在杆上,无需要固定器在杆上滑动。

本发明的承压变径钢筋笼扩体锚杆,变径钢筋笼在置于扩体段时展开释放,在变径钢筋笼上注浆或注入混凝土成为锚杆,变径钢筋笼成为锚杆的骨架。

本发明的工法应用:旋喷桩机钻进至设计深度→高压旋喷施工或机械扩孔施工→下锚头→打开锚头中扩大机构,将钢筋笼打开至设计尺寸→高压注浆或灌注混凝土。

变径钢筋笼;普通钢筋经特殊加工处理后,成为弹性钢筋;用处理后的弹性钢筋加工成减小直径的箍筋(通过紧绕或收紧方式箍住整个竖筋或筋条);即通过紧绕或收紧方式箍住整个竖筋或筋条,竖筋外周设有环状箍筋,环状箍筋且与竖筋设有固定点(钢丝捆扎最为常用)。

典型的成品中:钢筋笼箍筋直径≤200mm(与实际形成的钻孔有关的参数,不同钻孔可以有不同规格的直径钢筋笼(箍筋)),置于锚杆扩体段后,打开钢筋笼中的约束机构,箍筋直径达到400mm左右的直径;

竖筋或筋条在机构作用下展开紧贴箍筋至不能展开止;在扩体段底部即锚杆的底部用锚垫板(锚垫板为环板)将锚杆的杆体与扩大头机械连接。

图中的部件所示,轴向杆(高强抗拉钢筋)、轴向弹簧套在轴向杆上,圆环或环板、若干竖筋、筋条、圈状固定器、环状箍筋、箍筋端部的钢套环、环状箍筋与轴向杆的连接点、释放机构,环状箍筋钢套环配合的插孔、钢托盘与钢管焊接、配重、限位器、第一支架和第二支架、底盘、钢托盘(即圈状固定器)、筋条可以是扁杆;销轴、销轴支架(U型固定支架)、缺口。

本发明基本结构如图1-2所示:变径钢筋笼,包括轴向杆、圆环或环板和若干竖筋、筋条,圆环或环板与轴向杆垂直,若干竖筋的一端在圆环或环板在均匀固定,每根竖筋的另一端或中部均连接一根筋条的一端,筋条的一端接到一圈状固定器,圈状固定器固定在轴向杆杆上。筋条类似于伞骨。

变径钢筋笼的竖筋外周设有环状箍筋,且为弹性材质的环状箍筋。环状箍筋可以是螺旋弹簧状。环状箍筋收紧是未使用状态(用于放入钻孔),箍筋的端部设有释放装置。收紧且弹性约束的未使用状态,环状箍筋释放后变直径,直径扩大成环状箍筋原先松弛状态,即直径较小环状箍筋释放到锚杆的扩体端后,环状箍筋直径放大至设计要求(如典型的一款是从直径不到200mm扩大到-400mm)。

变径钢筋笼的制备方法:3D打印成型、注塑成型、人工机械组装焊接等方法。竖筋外周设有环状箍筋,环状箍筋且与竖筋设有固定点,且为弹性材质的环状箍筋;环状箍筋收紧是未使用状态,箍筋的端部设有释放装置;环状箍筋是螺旋弹簧或普通钢丝绳或炭纤维绳子均可。

所述释放装置的结构为:箍筋端部制备成轴销或轴孔的结构,当箍筋端部为轴销时插入一固定孔,当箍筋端部为轴孔时则另有销轴固定箍筋的端部。

筋条为弹簧是一种选择,也可以是弹簧钢片,被折叠变形后受到应力,在箍筋的约束下整个一束竖筋均被收起,箍筋放开后弹簧钢片折叠变形应力释放撑开竖筋;取代弹簧钢片的还可以是各种材质的弹力棒,包括橡胶棒、碳纤弹力棒等,参见在本申请人在先申请。


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图5



说明书

一种变直径钢筋笼扩大头锚杆桩系统

技术领域

本实用新型涉及一种锚杆桩,尤其是变径钢筋笼及其扩体锚杆桩系统,主要用于建筑地下室抗浮基坑支护,边坡支护,以及加固等技术范畴,也用于抗压桩。本实用新型可提供的抗拔力较大,性能稳定可靠锚杆中及骨架,对减少环境污染,是加快工程进度的装置与应用技术。


背景技术

直通或扩大头锚杆技术是一种新型的地下工程应用技术,符合国家倡导的“节能减排、绿色发展”精神。在解决地下室抗浮、基坑支护等方面,与一般传统工艺相比,更加的经济、环保;同时在成本、工期与耐久性等方面,也有较大的优势。随着扩体锚杆技术的推广,越来越多的工程采用扩体锚杆技术进行地下室抗浮、基坑支护等。与此同时,大量的工程实践表明,锚杆的承拉力远大于普通锚杆,普通锚杆变形位移的较大,因而在位移控制方面比传统的桩基础要求更高,因此如何更好的控制锚杆的变形,是对扩体锚杆技术改进的一个重要方向。业界公知的是,锚杆变形包括杆体自由段弹性变形和扩大头锚固段的土体蠕变变形两种,需要有相对应的产品和工法,也涉及承压型直通或变直径钢筋笼扩体锚杆工法。

现阶段扩大头抗浮锚杆解决变形方法存在的问题,大量的工程实践表明,直通或扩大头锚杆变形比传统的桩基础大,因此如何更好的控制锚杆的变形,是对扩体锚杆技术改进的一个重要方向。

锚杆扩体段的受压土体塑性变形及残余变形,与扩体段承受的端压力有关以及所在土层性质相关,与杆体采用的钢筋根数无关。

锚杆自由段杆体的弹性变形控制,杆体的弹性变形即钢筋的弹性变形主要由杆体钢筋的截面积、钢筋的弹性模量以及杆体的长度控制。轴向拉压变形公式:


以南京某项目地下室抗浮锚杆为例,锚杆总长13m(其中锚杆普通段长10.0m,直径200mm;扩体段直径750mm,长3.0m),抗拔特征值500KN的锚杆为例。抗拔锚杆理论弹性位移量计算表如下:


在极限荷载的状态下,锚杆的理论自由变形达51.75mm。

经过试锚试验,其在极限抗拔力作用下,锚杆的最大变形81.6mm,残余变形约31.3mm,则其发生的实际弹性变形为50.3mm。由此可见,锚杆的弹性变形占扩大头锚杆最大变形量的50%以上。

对于扩大头抗浮锚杆变形的控制,现阶段主要方法是通过后张法施加来解决锚杆自由段的弹性变形,具体实施步骤是,在主体结构底板浇筑完成以后,在底板上开槽,通过底板作为施加的支点,然后施加完成后,再后浇开槽处混凝土完成锚杆锁定。这种变形控制的方法主要缺陷在于,需要在底板施工完成并达到设计强度后才能施加,这样会大大延误工期,同时施加时需要在主体结构底板上开槽,对主体结构产生不同程度的破坏,对地下室防水产生不利影响,同时对基坑降水要求更长,相对成本增加更多。未解决承压型直通或变直径钢筋笼扩体锚杆自由段变形的控制的方法。

锚杆必须具备几个要素:抗拉强度高于岩土体的杆体, 杆体一端可以和岩土体紧密接触形成摩擦(或粘结)阻力;锚杆杆体位于岩土体外部的另一端能够形成对岩土体的径向阻力;锚杆作为深入地层的受拉构件,它一端与工程构筑物连接,另一端深入地层中,整根锚杆分为自由段和锚固段,自由段是指将锚杆头处的拉力传至锚固体的区域,其功能是对锚杆施加;锚固段是指水泥浆体将筋与土层粘结的区域,其功能是将锚固体与土层的粘结摩擦作用增大,增加锚固体的承压或抗浮作用,将自由段的拉力传至土体深处。

本申请人申请的CN2017208194362、一种克服抗浮抗拉锚杆施工变形的装置,用变直径的钢筋笼的锚杆,是用于岩土体加固的杆件体系结构。通过锚杆杆体的纵向拉力作用,克服岩土体抗拉能力远远低于抗压能力的缺点。从力学观点上是主要是提高了围岩体的粘聚力C和内摩擦角φ。其实质上锚杆位于岩土体内与岩土体形成一个新的复合体。这个复合体中的锚杆是解决围岩体的抗拉能力低的关键。从而使得岩土体自身的承载能力大大加强。

锚杆是当代地下开采的矿山当中巷道支护的最基本的组成部分,将巷道的围岩束缚在一起,使围岩自身支护自身;现在锚杆不仅用于矿山,也用于建筑工程技术中,对地下室、边坡,隧道,坝体等进行主动加固。

锚杆的基本型是:钢筋或钢丝绳砂浆锚杆。以水泥砂浆作为锚杆与围岩的粘结剂。还包括倒楔式金属锚杆。管缝式锚杆。树脂锚杆。用树脂作为锚杆的粘结剂,成本较高。西安科技大学惠兴田实用新型了一种新型的螺旋式锚杆→自旋锚杆。自旋锚杆包括以下种类:自攻挤压旋进锚杆→在土层中无需钻孔直接挤压旋进安装锚固力20KN/m;自旋注浆锚杆→在钻孔中安装结束后利用自旋锚杆注浆就成为具有初锚力的自旋注浆锚杆;自旋树脂锚杆→在钻孔中安装的同时自旋锚杆将树脂药卷搅拌成为具有初锚力的自旋树脂锚杆;自钻自锚固锚杆→在自旋锚杆中空内放入钻杆使钻眼安装一次完成是具有初锚力的自钻锚杆;自旋喷浆锚杆→在土层中边喷浆边钻进安装锚注一次完成锚固力35KN/m;目前市场上常用的扩体锚杆技术有素浆体,###扩体锚杆技术等。

本实用新型人已经就变径钢筋笼的结构作了限定,但对于如何释放钢筋笼扩大变径还需要专门结构,且要求稳定可靠的释放,因为变径在地下钻孔内。

CN201710363883一种克服抗浮固定直径锚头或扩大头锚杆体系变形的工法是本申请人在先申请,当钻孔钻进至设计深度,能够开展高压旋喷施工或机械扩孔施工,放下锚杆的拉杆与固定直径锚头或扩大头,扩大头到位后扩大机构将扩大头扩大至设计尺寸,然后高压注浆或灌注混凝土在扩体段和整个自由段成桩;锚杆中拉杆采用能施加的螺纹钢筋;绑扎螺旋箍筋以及基底上的基础底板钢筋,绑扎过程中避免碰撞钢筋;最后,支模浇筑基础混凝土基础底板。

工程实际表明:承压型变直径钢筋笼扩体锚杆的位移由杆体的弹性变形和扩体段的滑移(塑性变形)两部分组成。锚杆至今仍未有实用新型。2018042301812000

本申请人还申请了如下专利:包括但不限于CN2017211488836、一种变直径钢筋笼及锚杆,CN2017213763240一种***扩张变直径钢筋笼及锚杆,CN2017211496584一种锚杆杆件,CN2017208194362一种克服抗浮抗拉锚杆施工变形的装置。CN2019205482437一种开放式限位螺母,CN2019205482441一种锚杆锁锚装置


实用新型内容

本实用新型目的是,提出一种变直径钢筋笼扩大头锚杆桩系统,可以广泛应用于各种抗浮抗拉的场合,包括锚杆杆件主体,利用直通或尤其是扩大头变直径钢筋笼构成的锚头一起组合形成变直径钢筋笼扩大头锚杆桩系统,克服抗浮变形、杆体自由段弹性变形。一种变直径钢筋笼扩大头锚杆桩系统的钢筋笼能扩大变径及释放结构,使变径钢筋笼工作,可应用于所有扩体锚杆技术,克服素浆体扩大头的锚固承载能力和整体性差的不足。

本实用新型的技术方案是,一种变直径钢筋笼扩大头锚杆桩系统,包括扩大头钢筋笼15、钢筋连接器、锚杆杆件即轴向杆3;限位器5为限位螺母,限位螺母可为开放式或封闭式等结构,扩大头钢筋笼中的与轴的固定器被限位螺母在锚杆杆件上(限定位置);轴向杆采用精轧螺旋钢筋,钢筋连接器用于精轧螺旋钢筋的端部的长度连接; 锚杆杆件顶部与地板锚固、锚杆杆件底部与扩大头钢筋笼即变直径钢筋笼锚固,混凝土或砂浆结晶体部分结合扩大头钢筋笼和轴向杆而形成的变直径钢筋笼扩大头锚杆桩系统。轴向杆上端的固定层采用高强螺母三件套锚固形式、三通高强螺母或法兰锚固结构,或其他传统锚固方式。均采用高强螺母13。

扩大头钢筋笼即变径钢筋笼包括钢筋主筋与配置钢筋配筋材料,即包括轴向杆即主筋、圆环或环板和若干竖筋、若干筋条、圈状固定器,圆环或环板与轴向杆垂直,若干竖筋的一端在圆环或环板在均匀固定,每根竖筋的另一端或中部均连接一根筋条的一端,若干竖筋环绕轴向杆,筋条的另一端接到圈状固定器,圈状固定器在轴向杆杆上固定或滑动;采用可释放弹簧或其他形式的变直径和不变直径的钢筋笼。

进一步,扩大头钢筋笼若干竖筋外周设有活络连接的弹性箍筋;采用释放弹性箍筋的方式释放变直径钢筋笼,轴向杆即钢筋主筋与配置钢筋配筋材料一并由混凝土或水泥砂浆、水泥浆或其他能固化材料包裹并凝结。以上钢筋笼及释放结构结构本申请人已经公开。

变直径钢筋笼外周包裹***。

进一步,所述锚杆杆件的前端,根据工程设计的需要选择设有与变直径钢筋笼、固定直径钢筋笼、***或其他锚头进行连接或复合的装置,形成锚杆桩应用体系。

进一步,锚杆杆件内轴向杆的数量,是一根或者一根以上,满足设计需要的适当数量。

进一步,变直径钢筋笼扩大头锚杆桩体系中的钢筋骨架的各个组成部分是装配式的;锚杆杆件与变直径钢筋笼、固定直径钢筋笼、***或其他锚头进行连接时,采取在锚杆杆件的下端,预留与变直径钢筋笼、固定直径钢筋笼、***或其他锚头的长度相适应钢筋,在锚头底部分与锚垫板进行连接,或留有适当的钢筋长度,和成品锚杆头顶部用衔接螺母连接;或通过改进杆件和锚头,使锚杆杆件与变直径钢筋笼、固定直径钢筋笼、***或其他锚头成为一个有机整体。

进一步,锚杆杆件顶端,拉杆杆件上端的固定层采用高强螺母三件套锚固形式、三通高强螺母或法兰锚固结构均采用高强螺母13;基本结构锚杆(拉杆)顶部通过埋入套住锚杆(拉杆)的法兰螺母固定,或通过锚板并用螺母固定,与基础底板的钢筋骨架体系连接,最后,安装支模浇筑混凝土基础底板固定锚板。

扩大头钢筋笼为本申请人已经申请的技术方案,变径钢筋笼或弹簧状螺旋钢筋,变径钢筋笼包括轴向杆即主筋、圆环或环板和若干竖筋、若干筋条、圈状固定器,圆环或环板与轴向杆垂直,若干竖筋的一端在圆环或环板在均匀固定,每根竖筋的另一端或中部均连接一根筋条的一端,若干竖筋环绕轴向杆,筋条的另一端接到圈状固定器,圈状固定器在轴向杆杆上固定或滑动。竖筋外周设有箍筋,箍筋且与竖筋或轴向杆设有固定点,箍筋为绳状;轴向杆上设有轴向弹簧,并受到限位器或限位板条的限制;箍筋收紧时是未使用状态,箍筋的端部设有释放装置;箍筋也可以是螺旋弹簧状。旋箍筋的材质:玻璃纤维、芳纶纤维、碳纤维、石墨烯、碳元素相关的材料及其复合材料等。活络机构9、箍筋10、轴向杆套11、承压板12是本申请人变径钢筋笼的基本构件。

轴向杆主筋为精轧螺纹钢筋,并配置变径钢筋笼为配筋材料,钢筋主筋与配置钢筋配筋材料一并凝结固化。混凝土或水泥砂浆、水泥浆或其他能固化材料包裹并凝结固化主筋(一般采用精轧螺纹钢筋)和扩大头钢筋笼15形成锚杆杆件系统;扩大头钢筋笼结合的混凝土或砂浆体(砼体)4。在锚杆杆件的适当位置设置适当数量的吊装扣、吊装环、安装吊点。

所述锚杆杆件的前端,设有与变直径钢筋笼、固定直径钢筋笼、***或其他锚头进行连接或复合的装置,形成锚杆应用体系。

所述的锚杆杆件,适用领域包括但不限于抗浮抗拉,道路、矿山开采、隧道桥梁、基坑和山体护坡、地质灾害处理;也用于抗压工程等领域。

所述的锚杆体系统,其应用工法的步骤是:用于克服抗浮固定直径锚头或扩大头锚杆变形的工法,钻孔至设计深度,开展高压旋喷施工或机械扩孔施工,成孔后,放置锚杆杆件与变直径钢筋笼、固定直径钢筋笼、***或其他锚头进行嫁接的锚杆体,带变径钢筋笼的扩大头到位后,释放约束机构使变径钢筋笼扩大至设计尺寸,然后高压注浆或灌注混凝土在扩体段和整个锚杆杆件与孔的空隙处成桩,完成锚杆桩。

锚杆杆件顶端,轴向杆上端的固定层采用高强螺母三件套锚固形式、三通高强螺母或法兰锚固结构,均采用高强螺母13。基本结构是,锚杆中拉杆顶部通过埋入套住钢筋(拉杆)的法兰螺母固定,或可通过锚板并用螺母固定,与基础底板的钢筋骨架体系连接,最后,安装支模浇筑混凝土基础底板固定锚板。

有益效果,通过锚杆的预先制备,可成为工厂化生产的标准化产品,形成系列规格的应力锚杆,先张法锚杆消除锚杆的变形量,可以很好的减少工程锚杆的位移。在施工中无须再次施加并浇注固定应力的材料,显然易见,工厂化的生产锚杆在质量、时间、操作方便性、综合效率、绿色环保、及成本价格上均远优于现场的操作。综合考虑,本实用新型通过锚杆的运用,使其承载力达到设计所需要的施加值,克服了采用的后张法施加施工的种种不便,可以大大减小扩体锚杆自由段的变形量,同时本方案施工更加简单,对基础的施工基本无影响。对于提高工程质量和技术的安全性,有着积极的作用。

承压型变径钢筋笼扩大头锚杆技术参照《JGT/T282-2012高压喷射扩大头锚杆技术规程》设计、施工、验收。本实用新型运用都属于扩大头锚杆或大头桩基技术的应用。

有益效果:本实用新型方案能形成有足够摩擦力的拉力或抗力传递的锚杆,锚固力明显增大且整个锚杆的一体性好,同样也用于大头桩基的混凝土钢筋笼骨架。主要用于建筑地下室抗浮基坑支护,边坡支护,以及加固等技术范畴。本实用新型技术可提供的抗拔力较大,性能稳定可靠,对减少环境污染,加快工程进度方面都有良好的作用。


附图说明

图1为本实用新型锚杆制备示意图;

图2为本实用新型锚杆上端锚固结构示意图;

图3为图2的具体化,是法兰锚固结构示意图;

图4为图2的具体化,是三通高强锚固形式;

图5为图2的具体化,是高强螺母三件套锚固形式,

具体实施方式

如图所示,图1与图2是连接成整体的结构,图2结构位于图1的上方。对中支架1、钢筋连接器(连接螺母)2、轴向杆3、扩大头钢筋笼结合的混凝土或砂浆体(砼体)4、限位器5、竖筋6、动力弹簧7、固定器8、活络机构9、螺旋箍筋10、轴向杆套11、承压板12、高强螺母13、导向帽14。限位器5中限位螺母,可为开放式或封闭式等结构,参见本申请人的在先专利申请。限位螺母,可为开放式。

图3-5中,轴向杆上端的固定层采用高强螺母三件套锚固形式、三通高强螺母或法兰锚固结构。混凝土垫层15、斜拉钢筋28、钢筋16、止水胶条17、螺旋弹簧27、混凝土底板18、法兰螺母19、三通螺母20、钢垫板22、螺母21。如图1所示,一种锚杆杆件,将(高强)钢筋预先施加并锁定后,用包括但不限于混凝土或水泥砂浆、水泥浆或其他能固化材料包裹,混凝土、水泥砂浆、水泥浆或其他能固化材料凝固后,形成锚杆杆件。锚杆杆件内的配筋通常可选择包括但不限于/或者不选择配置钢筋笼、箍筋、钢套筒、钢丝网笼、承压板、承压法兰螺母或其他筋骨配筋材料。

图1-2中,是锚杆和带有变直径钢筋笼骨架扩大头短桩的结合体。包括扩大头钢筋笼15、预应力拉杆连接器(连接螺母)2、预应力拉杆3;限位器5为限位螺母,可开放式或封闭式结构,扩大头钢筋笼中的与轴的固定器被限位螺母在主筋上限定位置;预应力拉杆一般采用高强精轧螺旋钢筋,或其他诸如预制预应力杆件、若干普通螺纹钢、或与传统预制桩、钢桩结合,钢筋连接器用于精轧螺旋钢筋的端部的长度连接;预应力拉杆上端的锚固方式选择高强螺母三件套锚固、三通高强螺母、特制高强法兰锚固结构或其他传统锚固方式。水泥浆或砂浆体(砼体)4浇铸扩大头钢筋笼25、钢筋连接器(连接螺母,具休相当的长度)2用于连接精轧螺纹主钢筋主筋即轴向杆3至任意长度。

变直径钢筋笼扩大头锚杆桩系统,包括扩大头钢筋笼15、钢筋连接器(连接螺母)2、主筋即轴向杆3;限位器5为限位螺母,限位螺母可为开放式或封闭式等结构,扩大头钢筋笼中的与轴的固定器被限位螺母在主筋上限定位置;轴向杆采用精轧螺旋钢筋,钢筋连接器用于精轧螺旋钢筋的端部的长度连接。

轴向杆上端的固定层采用高强螺母三件套锚固形式、三通高强螺母或法兰锚固结构,均采用高强螺母13。

锚杆杆件内主筋的数量,是一根或者一根以上,但一般不多于15根(否则成混凝土桩了),钢筋的规格、性能、强度、直径可根据设计要求具体确定;锚杆杆件的长度、横截面的形状和面积,则根据具体的工程技术要求设定;当工程需要杆件的长度超长时,可以采取用螺母连接器的方式或其他方式,将两根或两根以上的锚杆杆件加以连接,以达成所需的长度

锚杆杆件的主筋和变径钢筋笼使用的材料,包括但不限于:钢、玻璃纤维、树脂、玻璃纤维增强树脂、芳纶纤维、碳纤维、石墨烯、碳元素相关的材料及其复合材料、高分子、高分子聚合物材料、纳米材料、金属材料和非金属材料等。

所述的变径钢筋笼立体几何形态包括但不限于:立方体、多面体、正多面体、四面体、长方体、圆柱、圆台、棱柱、棱台、圆锥、棱锥、竹节状、串状、凸凹状,其可以是实心的,亦可以是空心的;平面横截面的形状包括但不限于:正方形、长方形、三角形、四边形、菱形、梯形、多边形、圆、椭圆、圆环、扇形、弓形;锚杆杆件可以是实心的,亦可以是空心的截面。

锚杆杆件与变直径钢筋笼、固定直径钢筋笼、***或其他锚头进行连接时,采取在锚杆杆件的下端,预留与变直径钢筋笼、固定直径钢筋笼、***或其他锚头的长度相适应钢筋,在锚头底部分与锚垫板进行连接,也可以留有适当的钢筋长度,和成品锚头顶部用衔接螺母连接;或通过改进杆件和锚头,使锚杆杆件与变直径钢筋笼、固定直径钢筋笼、***或其他锚头成为一个有机整体能够传递应力。

锚杆杆件的钢筋主筋和钢筋笼使用的材料,包括但不限于钢材、钢绞线、玻璃纤维、芳纶或其它高分子材料纤维、碳纤维、石墨烯、碳元素相关的材料及其复合材料。碳纤维等高分子材料也能用于锚杆。

本实用新型所述利用先张法锚杆杆件的应用,适用领域包括但不限于抗浮抗拉,道路、矿山开采、隧道桥梁、基坑和山体护坡、地质灾害处理;也用于抗压工程等领域。可以根据工程设计用途的的需要,可以作为抗压桩使用。

使用本实用新型克服抗浮直通或扩大头锚杆

①开挖桩杆上端即锚杆顶部的周围基底并清理浮浆;并在锚杆顶部周围铺施遇水膨胀止水胶条;

②锚杆顶部的周围基底上浇筑混凝土垫层;

③螺纹钢筋上至底板上层钢筋底部用法兰螺母固定(而不需要螺母),不需要再施加;并在基底上浇筑带钢筋的基础底板。

④若预制构件为多根钢筋,则用相应数量开孔钢板做锚板,拧上螺母固定,再浇筑底板混凝土。

所述的承压型直通或变直径钢筋笼扩体锚杆工法,承压型直通或变直径钢筋笼扩体锚杆锚固段土体蠕变变形的控制法,在对扩大头部分高压注浆或灌注混凝土施工,待强度达到设计要后,进行对锚杆整体施加外力拉拔,使扩大头顶部土体产生挤压,从而减小锚杆工作状态下的土体蠕变变形。

施加的大小:根据地下室抗浮计算时,计算的上浮水头放大1.05倍;抗浮计算锚杆的安全系数取K=2.0;因此锚杆施加的小于锚杆的特征值,且要大于常水位时所需要的锚杆抗浮力,综合考虑取承载力特征值的50%。

在制备锚杆件时,不同的直径具有不同的施加的(伸长不同,相对伸长系数不同)。

参照本申请人的在先申请:变径钢筋笼,包括轴向杆、圆环或环板和若干竖筋、若干筋条、圈状固定器,圆环或环板与轴向杆垂直,若干竖筋的一端在圆环或环板在均匀固定,每根竖筋的另一端或中部均连接一根筋条的一端,若干竖筋环绕轴向杆,筋条的另一端接到圈状固定器,圈状固定器在轴向杆杆上固定或滑动。竖筋外周设有箍筋,箍筋且与竖筋或轴向杆设有固定点,箍筋为绳状;轴向杆上设有轴向弹簧,并受到限位器或限位板条的限制;箍筋收紧时是未使用状态,箍筋的端部设有释放装置;箍筋也可以是螺旋弹簧状。旋箍筋的材质:玻璃纤维、芳纶纤维、碳纤维、石墨烯、碳元素相关的材料及其复合材料等。

第二种变径钢筋笼,包括轴向杆、若干竖筋、两组若干筋条、第一和第二两个圈状固定器,第一与第二两个圈状固定器滑动在轴向杆杆上,第一和第二两个圈状固定器各固定一组与竖筋数相同的筋条,每根竖筋的上下两处分别有第一组和第二组的一根筋条与这根竖筋活络连接,若干竖筋环绕轴向杆,至少有一个圈状固定器在轴向杆杆上设有定位装置;竖筋外周设有箍筋,箍筋且与竖筋或轴向杆设有固定点,箍筋为绳状;轴向杆上设有轴向弹簧,并受到限位器或限位板条的限制;环状箍筋收紧时是未使用状态,箍筋的端部设有释放装置。

箍筋为环状箍筋或多道绕制在竖筋外围的紧箍绳索,环状箍筋收紧时是未使用状态时轴向杆上的轴向弹簧是压簧或拉簧。压簧释放后伸长,拉簧释放后则收缩。

压簧或拉簧限位装置是限位器或限位板条;环状箍筋打开后,即约束打开,轴向弹簧是压簧或拉簧本来的应力状态释放,并受到限位器或限位板条的限制;即四周竖筋水平侧向打开:比自动伞的在主轴上限位器的打开方式结构简单且使用,环状箍筋采用软钢绳或较硬弹簧均可,亦可作为钢筋笼的的一个成份。

竖筋、螺旋箍筋的立体几何形态包括:立方体 长方体 圆柱 圆台 棱柱 棱台 圆锥 棱锥等;平面横截面的形状是:正方形 长方形 三角形 四边形平行四边形 菱形 梯形 圆 扇形 弓形 圆环等;竖筋、螺旋箍筋的规格、型号、形状、尺寸、材料,各项参数随不同项目地质条件进行调整

筋条与竖筋活络连接的方式:圈状固定器分别通过销轴3-1、销轴支架(U型固定支架)3-2将筋条连接到竖筋。竖筋筋条的根数不必多,一般5-12根即可。

本实用新型的第一种变径钢筋笼释放撑伞状,轴向杆、圆环或环板和若干竖筋、筋条的类似伞骨状结构,但圆环或环板取代伞尖,但的箍筋的结构与箍筋弹性箍住与释放结构,竖筋可以是如伞骨的直杆。第二种变径钢筋笼是圆柱状,结构更为合理,但制备稍复杂。

进一步的,第一种变径钢筋笼:圆环或环板的直径与钻孔相当或略小于钻孔直径;筋条可以是直线的或是弯曲的。

第一、二种变径钢筋笼的圈状固定器均可以环形圈为基本结构,在轴向杆上进行滑动。

筋条为弹性筋条时,环状箍筋在竖筋箍住内周筋条。竖筋与箍筋在扩体端同步展开、贴紧、形成钢筋笼。箍筋弹性箍住与释放结构有多种,如箍筋端部制备成轴销或轴孔的结构最为常见,轴销时插入某固定孔,轴孔时则另有销轴固定箍筋的端部。且需要上便于释放,即变径钢筋笼在扩体孔内张开。

筋条为弹性筋条时,筋条在应力下收缩,且被箍筋限制动作的范围,箍筋释放后,则筋条应力释放后则筋条张开,且带动竖筋张开,此种结构的圈状固定器固定在杆上,无需要固定器在杆上滑动。

本实用新型的承压变径钢筋笼扩体锚杆,变径钢筋笼在置于扩体段时展开释放,在变径钢筋笼上注浆或注入混凝土成为锚杆,变径钢筋笼成为锚杆的骨架。

本实用新型的工法应用:旋喷桩机钻进至设计深度→高压旋喷施工或机械扩孔施工→下锚头→打开锚头中扩大机构,将钢筋笼打开至设计尺寸→高压注浆或灌注混凝土。

变径钢筋笼;普通钢筋经特殊加工处理后,成为弹性钢筋;用处理后的弹性钢筋加工成减小直径的箍筋(通过紧绕或收紧方式箍住整个竖筋或筋条);即通过紧绕或收紧方式箍住整个竖筋或筋条,竖筋外周设有环状箍筋,环状箍筋且与竖筋设有固定点(钢丝捆扎最为常用)。

典型的成品中:钢筋笼箍筋直径≤200mm(与实际形成的钻孔有关的参数,不同钻孔可以有不同规格的直径钢筋笼(箍筋)),置于锚杆扩体段后,打开钢筋笼中的约束机构,箍筋直径达到400mm左右的直径;

竖筋或筋条在机构作用下展开紧贴箍筋至不能展开止;在扩体段底部即锚杆的底部用锚垫板(锚垫板为环板)将锚杆的杆体与扩大头机械连接。

图中的部件所示,轴向杆(高强抗拉钢筋)、轴向弹簧套在轴向杆上,圆环或环板、若干竖筋、筋条、圈状固定器、环状箍筋、箍筋端部的钢套环、环状箍筋与轴向杆的连接点、释放机构,环状箍筋钢套环配合的插孔、钢托盘与钢管焊接、配重、限位器、第一支架和第二支架、底盘、钢托盘(即圈状固定器)、筋条可以是扁杆;销轴、销轴支架(U型固定支架)、缺口。

本实用新型基本结构如图1-2所示:变径钢筋笼,包括轴向杆、圆环或环板和若干竖筋、筋条,圆环或环板与轴向杆垂直,若干竖筋的一端在圆环或环板在均匀固定,每根竖筋的另一端或中部均连接一根筋条的一端,筋条的一端接到一圈状固定器,圈状固定器固定在轴向杆杆上。筋条类似于伞骨。

变径钢筋笼的竖筋外周设有环状箍筋,且为弹性材质的环状箍筋。环状箍筋可以是螺旋弹簧状。环状箍筋收紧是未使用状态(用于放入钻孔),箍筋的端部设有释放装置。收紧且弹性约束的未使用状态,环状箍筋释放后变直径,直径扩大成环状箍筋原先松弛状态,即直径较小环状箍筋释放到锚杆的扩体端后,环状箍筋直径放大至设计要求(如典型的一款是从直径不到200mm扩大到-400mm)。

变径钢筋笼的制备方法:3D打印成型、注塑成型、人工机械组装焊接等方法。竖筋外周设有环状箍筋,环状箍筋且与竖筋设有固定点,且为弹性材质的环状箍筋;环状箍筋收紧是未使用状态,箍筋的端部设有释放装置;环状箍筋是螺旋弹簧或普通钢丝绳或炭纤维绳子均可。

所述释放装置的结构为:箍筋端部制备成轴销或轴孔的结构,当箍筋端部为轴销时插入一固定孔,当箍筋端部为轴孔时则另有销轴固定箍筋的端部。

筋条为弹簧是一种选择,也可以是弹簧钢片,被折叠变形后受到应力,在箍筋的约束下整个一束竖筋均被收起,箍筋放开后弹簧钢片折叠变形应力释放撑开竖筋;取代弹簧钢片的还可以是各种材质的弹力棒,包括橡胶棒、碳纤弹力棒等,参见在本申请人在先申请。




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变直径钢筋笼扩大头锚杆桩应用领域和优势

承压型变直径钢筋笼扩大头锚杆桩技术为新型地下工程应用技术,积极践行国家倡导的“节能减排、绿色发展”精神。主要用于建筑地下室抗浮、抗压桩基、基坑支护、边坡支护以及地基加固等技术领域。适用于砂层,粘性土层,等各类岩土层,与现有常规技术方法相比,有以下多方面优势:

1、 抗拔力大:通过在扩大头段加入变直径钢筋笼,使传统的锚杆与灌注桩的有机结合,形成了一种新型的带有变直径钢筋笼骨架的钢筋混凝土扩大头锚杆桩,使其在整体受力,锚固段稳定性以及抗拔承载力性能等方面都有较大的提高。

2、 安全性 :扩大头锚杆技术在欧洲已有了 30 多年的应用,国内已有相当多应用案例和国家行业技术标准(高压喷射扩大头锚杆技术规程,编号:JGJ/T282-2012),但扩大头段基本上都是素混凝土和素水泥砂浆体;采用带有变直径钢筋笼骨架的扩大头锚杆桩后,扩大头段变成了带有变直径钢筋笼骨架的短桩,在突出抗浮效率优点的同时对其耐久性进行完善,并通过现场试锚试验和工艺试验、以及大量的工程实例,验证了技术的安全性。

3、 经济性:采用高强钢绞线或精轧螺纹钢代替普通钢筋抗拉,采用底端局部扩大头较常规等直径桩体大量减少混凝土用量,采用变直径钢筋笼注浆扩体段材料不浪费并可对周边土体产生胀压挤密作用,使结构受力得到大优化,与常规钻孔灌注桩(或预制桩)方案相比可以大幅节省工程造价(15%~45%左右)。

4、 技术性:由于较好地解决了传统扩大头锚杆桩的钢筋笼直径可变、约束与释放、变形锚固控制等行业技术难题,对埋深较大的抗浮结构,可依据项目地质土层资料选择较适合土层作为扩体锚固段,采用高压旋喷扩孔或机械、爆破工艺在锚杆端头形成一段加入变直径钢筋笼的扩大体,大大提高抗浮效率;进一步的和传统的较小直径的灌注桩、钢桩、预制管桩等不同桩型的结合,形成既可抗抜又可抗压的复合功能作用的变直径钢筋笼扩底桩基。

5、 变形锚固控制:通过施加预应力或采用预应力杆件,从而较大幅度的减少变形量。变直径钢筋笼端部的承压板、法兰螺母底板锚固等构件,解决了高强钢筋在抗拉锚杆桩体系中,桩底承压和建筑底板中的锚固问题,对于提高扩大头锚杆技术的安全性,有着积极的作用。 符合抗浮结构和构件的承载力、变形及抗浮设施有效性的设计规范的要求。

6、 工期:采用长臂专业钻机,可以连续作业,单机组效率可提高到常规钻桩机组的 4~6倍;浆体强度凝结速度可提高到常规混凝土的 3 倍,由于对工地施工作业场地的适应性较强,可采取多台机器协同作业的方式,可以灵活把握并有效缩短项目工期。

7、 环保性:采用带有变直径钢筋笼骨架的扩大头锚杆桩后,锚杆施工较灌注桩施工置换土量很少(仅 10%左右),现场可以大量减少泥浆排出和外运量,有效降低污染,方便现场管理,提高环保效益。

8、 耐久性:该技术为承压型扩大头锚杆,采用机械锚固和有效握包裹结合的锚固方式,受力直接传至锚固端分配,可有效避免常规拉力型桩锚的混凝土受力开裂带来的腐蚀隐患,同时变直径钢筋笼技术可使锚杆在扩体段有效置中,保障了保护层厚度和有效握裹力。

9、 便捷性 :变直径钢筋笼扩大头锚杆桩体系中的钢筋骨架的各个组成部分是可装配式的,现场组装简单便捷,便于施工人员装配操作,提高了施工效率。

10. 可检测性:变直径钢筋笼扩大头锚杆桩体系中的钢筋骨架和成桩,通过科学的方法,对其在地下存在的状态、工程安全性能、质量状况等,可以进行全程和主要节点动态和可追溯检测,保证桩基的安全性和稳定性。




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