一种抢险专用击入式伞型锚及应用方法.pdf

本发明提供一种抢险专用击入式伞型锚，包括伞型锚锚头、连接杆；伞型锚锚头包括击入头、承压盘、滑移连杆、锚头主杆、锚板、支撑杆，锚头主杆通过滑移连杆与击入头连接，承压盘套设在滑移连杆上且可沿滑移连杆上下滑动，两个锚板的一端与锚头主杆转动连接，两个锚板的中部与支撑杆的一端转动连接，支撑杆的另一端与承压盘转动连接；伞型锚锚头上端的锚头主杆与连接杆连接，伞型锚锚头和连接杆由击入设备击入土体内，连接杆向上张拉时带动锚头向上移动，两个锚板受土体摩阻力作用向锚头主杆两侧展开并刺入土体内，支撑杆带动承压盘沿着滑移连杆向下滑动。本发明施工速度快、效率高，结构抗力大、稳定性好，对土体结构无扰动。

1.  一种抢险专用击入式伞型锚，包括伞型锚锚头(1)及与伞型锚锚头(1)连接的连接杆(2)，其特征在于：所述伞型锚锚头(1)包括击入头(5)、承压盘(6)、滑移连杆(7)、锚头主杆(8)、锚板(10)、支撑杆(11)，锚头主杆(8)通过滑移连杆(7)与击入头(5)连接，承压盘(6)套设在滑移连杆(7)上且可沿滑移连杆(7)上下滑动，两个锚板(10)的一端与锚头主杆(8)转动连接，两个锚板(10)的中部与支撑杆(11)的一端转动连接，支撑杆(11)的另一端与承压盘(6)转动连接，伞型锚锚头(1)上端的锚头主杆(8)与连接杆(2)连接，伞型锚锚头(1)和连接杆(2)由击入设备击入土体内，连接杆(2)向上张拉时带动锚头主杆(8)、滑移连杆(7)、击入头(5)整体向上移动，两个锚板(10)受土体摩阻力作用向锚头主杆(8)两侧展开并刺入土体内，两个锚板(10)向外张开的同时推动支撑杆(11)向外张开进而带动承压盘(6)沿着滑移连杆(7)向下滑动。

2.  如权利要求1所述的抢险专用击入式伞型锚，其特征在于：还包括承压板(3)和锁定装置(4)，承压板(3)用于套装在伸出土体的连接杆(2)上，锁定装置(4)用于将伸出土体的连接杆(2)、承压板(3)锁定并形成整体。

3.  如权利要求2所述的抢险专用击入式伞型锚，其特征在于：所述锁定装置(4)包括套筒和卡瓦，套筒为金属制做的圆环，中间为用于穿过连接杆(2)的倒圆台形的空腔，卡瓦安装于套筒与连接杆间(3)的楔形间隙，将连接杆(2)、套筒与承压板(3)锁定并形成整体。

4.  如权利要求1所述的抢险专用击入式伞型锚，其特征在于：锚板(10)近似为方形宽板，锚板(10)长为10cm～30cm，宽为10cm～20cm。

5.  一种抢险专用击入式伞型锚的应用方法，其特征在于包括如 下步骤：
步骤一、将伞型锚及施工设备运至现场，查明滑坡体上缘和下缘、滑动面位置和深度、滑坡规模，采用经验法或边坡稳定分析法确定抢险加固方案，包括伞型锚数量、锚固深度、间距和方向；
步骤二、现场放线，确定伞型锚加固点；并将斜坡施工专用平台安装于第一个加固点，调整高度和角度，期间将伞型锚锚头(1)与连接杆(2)相接；将便携式击入设备的动力头安装于专用平台的滑动车上，并将带有伞型锚锚头(1)的连接杆(2)与动力头相连并夹紧；
步骤三、开启击入设备，用动力头将伞型锚锚头(1)及第一根连接杆(2)击入土体内，然后连接第二根连接杆(2)，直至超过预定击入深度1m以上；
步骤四、将动力头从专用平台上卸下，移至下一个伞型锚加固点施工，同时，安装承压板(3)和锁定装置(4)；然后，将大行程中空千斤顶安装于施工平台和承压板上，用卡瓦将千斤顶与连接杆(2)夹紧；
步骤五、启动千斤顶，对尾端的连接杆(2)进行张拉，连接杆(2)向上张拉时带动锚头主杆(8)、滑移连杆(7)、击入头(5)整体向上移动，两个锚板(10)受土体摩阻力作用向锚头主杆(8)两侧展开并刺入土体内，两个锚板(10)向外张开的同时推动支撑杆(11)向外张开进而带动承压盘(6)沿着滑移连杆(7)向下滑动，千斤顶压力计显示拉力达预定锚固力时，用锁定装置(4)将连接杆(2)与承压板(3)锁定，形成整体，第一根伞型锚施工完成；
步骤六、按步骤二至步骤五的步骤，逐步完成所有伞型锚加固工作，施工结束。

一种抢险专用击入式伞型锚及应用方法
技术领域
本发明涉及岩土体加固技术领域，具体是一种抢险专用击入式伞型锚及应用方法。
背景技术
公路、铁路、港口码头、水利、建筑、输变电等工程建设中，土质边坡、基坑、抗浮基础、防倾倒基础、防滑移基础等是常用的土工构筑物。按国家有关规程规范，土工构筑物通常是按工程等级和标准进行设计和施工的，正常使用条件下一般是稳定的；但当遭遇超标准设计工况时，如洪水、地震、冲击等或设计施工质量存在重大隐患时，易产生滑移、倾倒、大变形或滑坡等破坏，对人民生命和财产安全造成重大影响，管理部门通常会配备一定的物资，以便及时进行抢险加固。
当土工构筑物出现问题，需要抢险加固时，有以下几个特点：
(1)通常事发突然，需要快速完成施工；需要加固方法工艺简单，施工速度快；
(2)工程运行期间，施工空间比较狭窄，交通不便，很难使用大型设备；需要加固的材料和设备轻便，使用人力即可完成；
(3)采取的加固措施能及时发挥作用，以便及时阻止灾害的进一步发展；加固方法不能依靠水泥等时效性的材料。
目前，土工构筑物的抢险加固措施主要包括钢管桩(木桩)支挡、锚固等。
钢管桩(木桩)是通过打击设备击入土体内，依靠钢管桩(木桩)自身的抗弯能力来提供抗力，由于施工条件限制，抢险用的钢管桩(木桩)的直径较小，其抗弯能力非常有限，所需数量非常巨大，导致施工时间较长，但加固效果却相当有限。
锚固方法包括注浆锚杆和非注浆锚固两种类型。
注浆锚杆需要水泥浆凝固达到龄期后才能发挥作用，且工艺复杂、灌浆质量很难控制、施工需要的仪器设备较多，不满足抢险加固的要求。
非注浆锚固方法是近些年发展起来的，主要是利用土体自身的抗力来提供加固所需的锚固力，施工完成后即可发挥作用，如螺旋锚、伞型锚等。
螺旋锚是武汉大学王钊教授提出的一种加固方法，主要是将一定尺寸的螺旋锚头通过旋转的方式旋入土体锚固部位，提供所需的锚固力；为提高锚固力，螺旋锚头尺寸较大，旋入的深度有限，一般加固深度只有3m左右，仅适用浅层滑坡的处理；但工程中的浅层滑坡较少，一般都属深层滑动(滑面埋深大于3m以上)，所以，螺旋锚的应用范围有限。
伞型锚是近些年来提出来的锚固方法，其主要利用锚头在土体内部张开后，借助于土体自身的抗力提供所需的锚固力；陈书申等研制了伞式锚杆(专利号：CN96243261.X)，张继红等发明了伞式锚具(专利号：CN97103512.1)，本申请人研制了张拉自锁伞型锚(专利号：ZL201220009494.6)；以上伞型锚方法在工程抢险中尚存在以下不足之处：
(1)陈书申等研制的伞式锚杆是一种较好的思路，但还是存在一定不足：锚板为悬臂结构，由拉条提供抗力，结构抗力有限(2-3t拉条即会断裂)；锚头如何安装于原状土体内未做详细说明；采用了柔性拉条，不利于锚板张开，张开后对受压一侧土体产生较明显的破坏；
(2)张继红等发明的伞式锚具较上述结构有一定改进：采用钻进的方式安装于预定加固部位，采用刚性杆件作为锚板支撑骨架；但由于采用刚性杆件作为受力拉件，锚板张开更困难且需借助外力，对受压一侧土体破坏作用更大；而且结构过于复杂，造价很高；
(3)本申请人研制的张拉自锁式伞型锚为预钻孔后安装，锚固 深度不受限制；但由于锚齿面积较小，锚固力不大；且实施过程包括钻孔、安装、张拉和锁定等环节，工艺较复杂，不满足抢险的要求。
发明内容
本发明针对已有伞型锚方法在抢险加固中的不足，提供了一种抢险专用击入式伞型锚及应用方法，采用击入设备将伞型锚直接击入预定锚固部位，张拉并锁定后即可形成锚固力，完全满足抢险加固的要求，整个工艺非常简单，施工速度快、效率高，结构抗力大、稳定性好，对土体结构无扰动。
本发明所要解决的技术问题是通过如下技术方案实现的：
一种抢险专用击入式伞型锚，包括伞型锚锚头、连接杆，所述伞型锚锚头包括击入头、承压盘、滑移连杆、锚头主杆、锚板、支撑杆，锚头主杆通过滑移连杆与击入头连接，承压盘套设在滑移连杆上且可沿滑移连杆上下滑动，两个锚板的一端与锚头主杆转动连接，两个锚板的中部与支撑杆的一端转动连接，支撑杆的另一端与承压盘转动连接，伞型锚锚头上端的锚头主杆与连接杆连接，伞型锚锚头和连接杆由击入设备击入土体内，连接杆向上张拉时带动锚头主杆、滑移连杆、击入头整体向上移动，两个锚板受土体摩阻力作用向锚头主杆两侧展开并刺入土体内，两个锚板向外张开的同时推动支撑杆向外张开进而带动承压盘沿着滑移连杆向下滑动。
如上所述的抢险专用击入式伞型锚，还包括承压板和锁定装置，承压板用于套装在伸出土体的连接杆上，锁定装置用于将伸出土体的连接杆、承压板锁定并形成整体。
如上所述的抢险专用击入式伞型锚，所述锁定装置包括套筒和卡瓦，套筒为金属制做的圆环，中间为用于穿过连接杆的倒圆台形的空腔，卡瓦安装于套筒与连接杆间的楔形间隙，将连接杆、套筒与承压板锁定并形成整体。
如上所述的抢险专用击入式伞型锚，锚板近似为方形宽板，锚板长为10cm～30cm，宽为10cm～20cm。
一种抢险专用击入式伞型锚的应用方法，包括如下步骤：
步骤一、将伞型锚及施工设备运至现场，查明滑坡体上缘和下缘、滑动面位置和深度、滑坡规模，采用经验法或边坡稳定分析法确定抢险加固方案，包括伞型锚数量、锚固深度、间距和方向；
步骤二、现场放线，确定伞型锚加固点；并将斜坡施工专用平台安装于第一个加固点，调整高度和角度，期间将伞型锚锚头与连接杆相接；将便携式击入设备的动力头安装于专用平台的滑动车上，并将带有伞型锚锚头的连接杆与动力头相连并夹紧；
步骤三、开启击入设备，用动力头将伞型锚锚头及第一根连接杆击入土体内，然后连接第二根连接杆，直至超过预定击入深度1m以上；
步骤四、将动力头从专用平台上卸下，移至下一个伞型锚加固点施工，同时，安装承压板和锁定装置；然后，将大行程中空千斤顶安装于施工平台和承压板上，用卡瓦将千斤顶与连接杆夹紧；
步骤五、启动千斤顶，对尾端的连接杆进行张拉，连接杆向上张拉时带动锚头主杆、滑移连杆、击入头整体向上移动，两个锚板受土体摩阻力作用向锚头主杆两侧展开并刺入土体内，两个锚板向外张开的同时推动支撑杆向外张开进而带动承压盘沿着滑移连杆向下滑动，千斤顶压力计显示拉力达预定锚固力时，用锁定装置将连接杆与承压板锁定，形成整体，第一根伞型锚施工完成；
步骤六、按步骤二至步骤五的步骤，逐步完成所有伞型锚加固工作，施工结束。
在上述技术方案中，便携式击入设备可采用便携式打桩机或其它具有类似功能可人工搬运的设备；在边坡施工中应采用斜坡施工专用平台，平台高度和角度可调节，以保证伞型锚击入的角度和方向；伞型锚张拉采用大行程中空千斤顶。
本发明提出的抢险专用击入式伞型锚及应用方法，较以往的加固技术有以下方面的进步和优势：
(1)伞型锚锚头的锚板采用铰支座(转轴)和斜支撑的受力结构型式，结构抗力大、稳定性好，可保证在预定锚固力作用下不破坏， 锚板与土体接触一侧平滑，对土体结构无扰动；锚头在击入过程对土体形成较大的挤压作用，则锚板上形成垂直板面的土压力和平行板面的摩阻力，在反向张拉时，摩阻力促使锚板自动张开，张拉行程可控，可保证施工质量；
(2)击入式伞型锚不需要注浆，利用土体自身抗力提供锚固力，施工完成即可发挥作用，克服了灌浆质量差、龄期长等缺点；
(3)击入式伞型锚施工只有击入和张拉两个环节，工艺非常简单，施工速度快、效率高，工程造价低；
(4)抢险专用击入式伞型锚所用仪器和设备均为便携式，采用人工搬运即可完成，可适应运输条件差、空间小等抢险加固的需求；
(5)可适用于边坡、基坑、结构物基础等土工构筑物抢险加固，包括整体抗滑、水平抗滑、抗浮和防倾倒等。
附图说明
图1是本发明抢险专用击入式伞型锚的结构示意图；
图2是本发明抢险专用击入式伞型锚中伞型锚锚头的结构示意图，图2(a)是收拢状态示意图，图2(b)是展开状态示意图；
图3是本发明所用的便携式击入设备示意图；
图4是本发明提出的斜坡施工专用平台示意图；
图5是本发明所用的大行程中空千斤顶示意图；
图6是本发明抢险专用击入式伞型锚张拉试验的拉力与位移关系曲线图。
图中：1—伞型锚锚头；2—连接杆；3—承压板；4—锁定装置；5—击入头；6—承压盘；7—滑移连杆；8—锚头主杆；9—主杆螺纹；10—锚板；11—支撑杆；12—锚板转轴；13—锚板与支撑杆连接转轴；14—支撑杆与承压盘连接转轴。
具体实施方式
下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。
请参考图1，本发明提供一种抢险专用击入式伞型锚，包括伞型 锚锚头1、连接杆2、承压板3和锁定装置4。
请进一步参考图2，所述伞型锚锚头1包括击入头5、承压盘6、滑移连杆7、锚头主杆8、锚板10、支撑杆11。锚头主杆8通过滑移连杆7与击入头5连接，承压盘6套设在滑移连杆7上且可沿滑移连杆7上下滑动，两个锚板10的一端与锚头主杆8转动连接，两个锚板10的中部与支撑杆11的一端转动连接，支撑杆11的另一端与承压盘6转动连接。击入头5上端与滑移连杆7相接，下端为圆锥形，以便于击入土体。
锚板10的一端通过锚板转轴12与锚头主杆8连接，锚板10的中部通过锚板与支撑杆连接转轴13与支撑杆11的一端连接，支撑杆11的另一端通过支撑杆与承压盘连接转轴14与承压盘6连接，这样锚板10可绕锚板转轴12张开(如图2(b)所示)或收起(如图2(a)所示)。伞型锚极限锚固力为10t～25t，击入成孔直径为4cm～8cm，锚板10近似为方形宽板，锚板10长为10cm～30cm，宽为10cm～20cm。
锚头主杆8与滑移连杆7采用螺纹连接，滑移连杆7与击入头5可采用螺纹连接或为整体部件。
连接杆2为可承受击入冲击力和锚固所需拉伸力的厚壁钢管，单根长度为1～2m，连接杆2与伞型锚锚头1以及连接杆2之间采用螺纹9连接。
承压板3为承受锚固所需压力的方形或圆形金属构件，承压板3底面(与土体接触一侧)为光滑的平面，承压板顶面可根据受力要求设肋，承压板3在设计受力条件下弯曲变形量不应超过1％。
锁定装置4包括套筒和卡瓦；套筒为金属制做的圆环，中间为倒圆台形的空腔，可穿过连接杆2，卡瓦安装于套筒与连接杆间3的楔形间隙，将连接杆2、套筒与承压板3锁定并形成整体。
初始状态时，两个锚板10和与其连接的支撑杆11呈竖直状态紧贴在锚头主杆8的两侧，使用时，伞型锚锚头1和连接杆2由击入设备击入土体内，连接杆2向上张拉时带动锚头主杆8、滑移连杆7、击入头5整体向上移动，两个锚板10受土体摩阻力作用向锚头主杆 8两侧展开并刺入土体内，两个锚板10向外张开的同时推动支撑杆11向外张开，进而带动承压盘6沿着滑移连杆7向下滑动。
请参考图3至图5，应用方法中便携式击入设备可采用便携式打桩机或其它具有类似功能且人工可搬运的设备，见图3；在边坡施工中应采用斜坡施工专用平台，平台高度和角度可调节，以保证伞型锚击入的角度和方向，见图4；伞型锚张拉采用大行程中空千斤顶，见图5。在使用时采用便携式击入设备将伞型锚击入预定位置在，张拉过程中，伞型锚自动打开并刺入两侧土体内，从而形成整体，并借助于土体自身抗力提供所需的锚固力。
本发明提供一种抢险专用击入式伞型锚的应用方法，包括如下步骤(以边坡为例)：
步骤一、将伞型锚及施工设备运至现场，查明滑坡体上缘和下缘(或剪出口)、滑动面位置和深度、滑坡规模，采用经验法或边坡稳定分析法确定抢险加固方案，包括伞型锚数量、锚固深度、间距和方向；
步骤二、现场放线，确定伞型锚加固点；并将斜坡施工专用平台安装于第一个加固点，调整高度和角度，期间将伞型锚锚头1与连接杆2相接；将便携式击入设备的动力头安装于专用平台的滑动车上，并将带有伞型锚锚头1的连接杆2与动力头相连并夹紧；
步骤三、开启击入设备，用动力头将伞型锚锚头1及第一根连接杆2击入土体内，然后连接第二根连接杆2，直至超过预定击入深度1m以上；
步骤四、将动力头从专用平台上卸下，移至下一个伞型锚加固点施工，同时，安装承压板3和锁定装置4；然后，将大行程中空千斤顶安装于施工平台和承压板上，用卡瓦将千斤顶与连接杆2夹紧；
步骤五、启动千斤顶，进行张拉，千斤顶压力计显示拉力达预定锚固力时，用锁定装置4将连接杆2与承压板3锁定，形成整体，第一根伞型锚施工完成；
步骤六、按步骤二至步骤五的步骤，逐步完成所有伞型锚加固工 作，施工结束。
为证明本发明的效果，选取某一边坡进行了现场试验，试验场地的土层为残坡积土，试验击入深度为8m，伞型锚加固方向为与水平向呈40度夹角，伞型锚击入孔直径6cm，锚板尺寸20cm(长)×10cm(宽)；利用便携式打桩机将击入式伞型锚按预定方向打入土中，安装千斤顶，进行张拉试验，记录拉力与上拔位移，绘制关系曲线；试验表明，击入式伞型锚在完全张开后，锚固力迅速上升，极限锚固力为17t，锚固力随锚板尺寸和土层力学性质不同而有一定的差异，见图6。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。