压力型锚杆.pdf

本发明公开了一种压力型锚杆，该锚杆包括：拉杆、承载体和注浆体，拉杆为长条形的可受拉部件；承载体固接在拉杆底端，为一金属实体，用于将拉杆所受的拉力转化成压力传递给注浆体，注浆体为与钻孔形状相一致的柱状，所述注浆体至少包括有由不同材料制成的第一注浆体和第二注浆体，所述第一注浆体和第二注浆体沿拉杆的长度方向相邻布置。本发明提供的压力型锚杆，是一种压力扩散型抗拔微型桩，它采用机械连接接头将钢筋锚固于桩端部的承载体，通过浆体反回注浆工艺将桩体灌注，先注入普通混凝土沙浆，在最后一段注入高分子聚合物混凝土砂浆，即桩头部分为聚合物混凝土，从而解决注浆体底端承载力不足的问题。

1.  一种压力型锚杆，包括：拉杆、承载体和注浆体，拉杆为长条形的可受拉部件；承载体固接在拉杆底端，为一金属实体，用于将拉杆所受的拉力转化成压力传递给注浆体，注浆体为与钻孔形状相一致的柱状，其特征在于：所述注浆体至少包括有由不同材料制成的第一注浆体和第二注浆体，所述第一注浆体和第二注浆体沿拉杆的长度方向相邻布置。

2.  根据权利要求1所述的压力型锚杆，其特征在于：所述第二注浆体为含有高分子聚合物的混凝土注浆体；第二注浆体设置在拉杆上与承载体相连接的一端。

3.  根据权利要求2所述的压力型锚杆，其特征在于：所述第二注浆体设置在岩层中，第一注浆体设置在土层中。

4.  根据权利要求3所述的压力型锚杆，其特征在于：所述第二注浆体的高度与岩层中的钻孔深度相当。

5.  根据权利要求2所述的压力型锚杆，其特征在于：所述高分子聚合物的混凝土注浆体包括环氧乳液、固化剂、水泥、填充料；其中环氧乳液与水泥与固化剂的配比为1∶10∶0.25。

6.  根据权利要求5所述的压力型锚杆，其特征在于：所述环氧乳液与固化剂的比例为4∶1。

7.  根据权利要求1至6任一项所述的压力型锚杆，其特征在于：所述拉杆为一条或多条钢筋，多条钢筋均匀分布在承载体上。

8.  根据权利要求8所述的压力型锚杆，其特征在于：所述承载体上设有注浆孔及钢筋孔，所述钢筋穿过钢筋孔后，由机械连接接头固定在承载板上。

压力型锚杆
技术领域
本发明涉及岩土工程中的锚固支护技术，具体是一种压力型锚杆。
背景技术
在岩土工程涉及的地下工程、采矿工程、基坑与边坡工程中，为防止底层变形坍塌或失稳而危及安全，对底层进行加固的一种主要的支护技术是采用锚杆。锚杆按照注浆体工作时所处的应力状态不同可分为拉力型锚杆和压力型锚杆。
拉力型锚杆的拉杆直接与注浆体粘结，工作时，锚固段的注浆体处于受拉状态，易出现拉裂缝，防腐性能较差。
压力锚杆由不与灌浆体相互粘结的带保护套管的杆体和位于锚固段注浆体底端的承载体组成，这种特殊的结构使其受力机理与拉力型锚杆完全不同。压力型锚杆的拉杆受拉力时，拉力直接由无粘结拉杆传至锚杆底端的承载体，通过承载体对注浆体施加压应力，使注浆体与周围岩土体产生抗剪握裹力，以此提供锚杆所需的承载力。由于压力型锚杆工作时锚固注浆体为受压状态，不易开裂，且锚固段注浆体受压膨胀增大了锚固段与周围土体之间的极限握裹力，其承载能力和变形性能比拉力型锚杆均有所改善，用于永久性锚固工程较拉力型锚杆具有很大的优越性。
压力型锚杆的破坏模式有三种：(1)注浆体与周围土体的握裹力不足导致锚杆被拔起；(2)拉杆材料强度达到极限而被拔断；(3)注浆体锚固段底端局部受到的压力超过其承载极限抗压强度而被压碎破坏。
《工程勘察》1999年第1期公开了文献“压力型锚杆的抗拔试验研究”(顾亮，中国建筑东北设计研究院岩土公司，沈阳，110006)，也表明了压力型锚杆在注浆体底端会出现局部承压不足的问题。
为了解决压力型锚杆底端局部受力不足的问题，现有的压力型锚杆多采用压力分散型结构，即在注浆体锚固段的不同位置设置多个承载体，并采用无粘结的若干根不同长度的拉杆将总拉力分散传递到各个承载体上，将集中拉力转化为几个较小的拉力，分散地作用于几个较短的锚固段上，大幅度降低了锚杆锚固段的的应力峰值，使粘结应力较均匀地分布于整个锚固长度上。然而这种压力分散型锚杆由于其结构特殊，使得注浆工艺及张拉锁定工艺较一般的锚杆复杂，施工质量难以保证且造价较高。
因此提供一种结构简单，施工方便，且可以克服注浆体底端局部承载力不足的压力型锚杆是一个需要解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足和缺陷，提供一种压力型锚杆，使得其结构简单，施工方便，且可以解决注浆体底端承载力不足的问题，充分发挥压力型锚杆的优点。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种压力型锚杆，一种压力型锚杆，包括：拉杆、承载体和注浆体，拉杆为长条形的可受拉部件；承载体固接在拉杆底端，为一金属实体，用于将拉杆所受的拉力转化成压力传递给注浆体，注浆体为与钻孔形状相一致的柱状，其特征在于：所述注浆体至少包括有由不同材料制成的第一注浆体和第二注浆体，所述第一注浆体和第二注浆体沿拉杆的长度方向相邻布置。
所述第二注浆体为含有高分子聚合物的混凝土注浆体；第二注浆体设置在拉杆上与承载体相连接的一端。
所述第二注浆体设置在岩层中，第一注浆体设置在土层中。
所述第二注浆体的高度与岩层中的钻孔深度相当。
所述高分子聚合物的混凝土注浆体包括环氧乳液、固化剂、水泥、填充料；其中环氧乳液与水泥与固化剂的配比为1∶10∶0.25。
所述环氧乳液与固化剂的比例为4∶1。
所述拉杆为一条或多条钢筋，多条钢筋均匀分布在承载体上。
所述承载体上设有注浆孔及钢筋孔，所述钢筋穿过钢筋孔后，由机械连接接头固定在承载板上。
本发明提供的压力型锚杆，是一种压力扩散型抗拔微型桩，它采用机械连接接头将钢筋锚固于桩端部的承载体，通过浆体反回注浆工艺将桩体灌注，先注入普通混凝土沙浆，在最后一段注入高分子聚合物混凝土砂浆，即桩头部分为聚合物混凝土，从而解决注浆体底端承载力不足的问题。在受力时，通过桩体混凝土砂浆与周围地层的抗剪握裹，由承载体锚板挤压锚固段，由机械连接接头将拉压转换，从而传递给杆体拉力，因其结构并无施加预应力，因此，当荷载外力发生变化是，它可作为桩体受压。因此，本发明的压力型锚杆，可有效控制结构变形，施工工艺简单，无需施加预应力即可提供抗拔力，又可提供抗压承载力，其抗拉载体为普通钢筋，节省造价。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明所公开的压力型锚杆作进一步的说明。
图1为本发明中压力锚杆的结构示意图；
图2为图1中承载体的主视图；
图3为本发明中压力锚杆的传力原理示意图
具体实施方式
本实施例中的压力型锚杆是一种压力扩散型抗拔微型桩，它包括拉杆1、承载体3和注浆体4，承载体3上设有拉杆孔31和至少一个注浆孔32；拉杆1的一端设置有螺纹接头，该螺纹接头穿过承载体3上的拉杆孔31后，通过螺纹套管5固定到承载体3上。承载体3用于将拉杆1所受的拉力转化成压力传递给注浆体4，注浆体再通过与周围土体的握裹力将其所受压力传递到周围土体中；注浆体为注入用于容设锚杆的钻孔中的粘结材料所形成的实体，其形状取决于钻孔形状，一般为长条形圆柱体形状。注浆体4至少包括有由不同材料制成的第一注浆体41和第二注浆体42，第一注浆体41和第二注浆体42沿拉杆1的长度方向相邻布置。其中第二注浆体42为含有高分子聚合物的混凝土注浆体；第二注浆体42设置在拉杆上与承载体3相连接的一端，通常设置在岩层7中，第一注浆体41为普通的混凝土注浆体，通常设置在土层6中。第二注浆体42的高度与岩层7中的钻孔深度相当，如附图1中，第二注浆体42的高度为H＝1.0～2.0米，当然其高度根据锚杆需要承受的拉力来确定。图2中的2表示为压力扩散线，承载体3所承受的压力向锚杆的周边扩散。图中箭头表示锚杆的受力状态，在锚杆的底端，通过承载体3及螺纹套管5将拉力转换为压力，从而使拉杆具有较好的抗拔性。
其中第二注浆体42为高分子聚合物细石混凝土(砂浆)，高分子聚合物混凝土材料包括：环氧乳液、固化剂、水泥、填充料。其中环氧乳液约占水泥用量的10％，固化剂与环氧乳液的配比约为1∶4。压力扩散型抗拔微型桩采用螺纹套管5将钢筋锚固于桩端部的承载体3上，通过浆体反回注浆工艺将桩体灌注，在最后一段注入高分子聚合物细石混凝土(砂浆)，即桩头部分为聚合物混凝土(砂浆)。承载板3上的注浆孔32用于让高分子聚合物混凝土材料进入承载体3的另一侧。
本发明的压力型锚杆的基本原理是通过桩体混凝土砂浆与周围地层的抗剪握裹，由承载体锚板挤压锚固段，由机械连接接头将拉压转换，从而传递给杆体拉力，因其结构并无施加预应力，因此，当荷载外力发生变化是，它可作为桩体受压。其传力原理如图3所示，当拉杆1顶端受到拉力时，该拉力首先通过拉杆1传至拉杆底端的承接体3，承接体3对与之接触的注浆体4施加压力，使得注浆体4与周围岩土层之间的产生握裹力，达到抗拉拔的目的。由于采用高强度，高粘结力，且防水渗透的高分子聚合物混凝土材料，解决了锚杆底部承载力不足的问题；同时由于该种高分子聚合物混凝土材料与周围岩层之间的握裹力较一般的注浆材料要大，因此在相同设计承载力的条件下缩短了锚杆的整体长度，在降低施工成本和施工难度的同时也扩大本发明的应用范围。
本发明压力型锚杆的破坏模式有如下两种：(1)混凝土砂浆与周围土体的握裹力不足导致桩体拔起；(2)杆体材料强度达到极限而拔断。由于本发明中的压力型锚杆在桩头段注入高分子聚合物混凝土(砂浆)，其粘结强度较一般混凝土砂浆要大很多，实验证明，第一种破坏模式的失效概率较低，而从已有破坏实验可观察出其荷载-位移曲线与钢筋拉伸破坏曲线较为接近，因此可认为抗拔微型桩的破坏模式为第二种。另外，与现有技术相比，由于仅采用单一的承载体3，承接体3与拉杆1之间采用机械固定连接方式，使得本发明连接可靠，结构简单，安装方便；同时有效控制结构变形，施工工艺简单，无需施加预应力即可提供抗拔力，又可提供抗压承载力，其抗拉载体为普通钢筋，节省造价。
下面为本发明的压力型锚杆在实际应用中的举例：
某基础工程共设计抗拔锚杆1922根，该工程的抗拔锚杆原设计采用拉力型锚杆需入中风化岩5.5m。由于该场地地层非常复杂，岩层起伏很大，强风化或粘土夹层与中～微风化层多次互生。工程采用本发明的压力型锚杆既能满足结构的抗浮设计，又能满足荷载的受压设计，大大减少地下室底板的厚度及配筋，提高了施工的可操作性，同时又能大大节约工程造价。整个场地共试验了24条本发明的压力型锚杆和3条原设计的拉力型锚杆，其中有两条压力型锚杆和1条拉力型锚杆进行了破坏试验。
试验结果表明，所有试验锚杆均达到了设计承载能力，而本发明的压力型锚杆其锚固段相比原设计锚固段节约近2～3m。试验抗拔位移仅为拉力型锚杆的1/5～1/10，因此本发明的压力型锚杆的单位长度锚固力高，变形小，变形极易稳定。