一种自锚式花钢管支护装置及其锚固施工方法与流程

本发明属于基坑支护技术领域，更具体地说，尤其涉及一种自锚式花钢管支护装置及其锚固施工方法，适用于市政、房建等深基坑开挖支护施工中。

背景技术：

在现代化市政工程、房屋工程等建设过程中，有时会遇到现场地质条件与先期的勘察差别较大的情况，导致设计方案不能落实。其中，软弱围岩是市政、房建工程中经常遇到的一种岩体。软弱围岩由于自稳能力较差，所以在施工过程中需要控制围岩的沉降和大变形以保证施工安全。

锚杆支护是指在边坡、岩土深基坑等地表工程及隧道、采场等地下硐室施工中采用的一种加固支护方式。目前，大量工程实践表明，将锚管打入软弱围岩内并进行注浆，使得锚管可以对软弱围岩产生良好的支护效果，从而实现控制围岩的沉降和大变形以保证施工安全。锚杆不但支护效果好，且用料省、成本低、有利于机械化操作。同时由于其具有施工流程简单、施工速度快、占用施工净空少等优点，能够符合软弱围岩工程需要快速施工的施工要求，因此采用锚管对软弱围岩进行支护的方式已经得到了广泛的应用。

如，中国专利申请号为2017200579916的申请案公开了一种带锚杆套的锚杆支护结构，该申请案的锚杆支护结构，包括带锚杆套的锚杆，该带锚杆套的锚杆包括锚杆套和锚杆杆体；其中，锚杆杆体为中空管状体，且中空管状体上开设有若干个出浆孔，锚杆套套装在锚杆杆体的中部；使用状态时，锚杆杆体用于穿过基坑坑壁并倾斜设置在基坑边坡内，锚杆杆体内灌注有水泥浆液，部分水泥浆液从出浆孔挤出，使得水泥浆液充满钻孔与岩体之间，使带锚杆套的锚杆与岩体紧密咬合，形成锚杆支护结构。

但砂土层、流土层等地层中，上述传统的锚杆支护结构锚固力就会大幅下降，锚固效果相对差，再加上土层的流动，很有可能会失去锚固效果。同时，上述传统的锚杆支护基坑土层时，对土层的支护面积较小，因此锚杆对基坑支护的稳定性也相对较差。

经检索，中国专利申请号为2018107043326的申请案公开了一种m级支撑锚管，该申请案包括：花钢管，m级支撑展壁组依次间隔设置在花钢管上，任一级支撑展壁组中的至少两个支撑展壁均与花钢管转动连接，m为不小于2的整数。展壁打开杆用于在花钢管内的运动，推动至少两个支撑展壁相对于花钢管由嵌入到花钢管内的收置状态转动至位于花钢管外的展开状态；其中，n级支撑展壁组处于展开状态，n为不大于m的正整数。该申请案在一定程度上能够提高锚管在软弱围岩固定的稳定性，但在具备流行性的砂土层，或者流沙层中就无法起到强有力的锚固作用。

为了解决上述问题，本发明提出一种自锚式花钢管，可以广泛的运用于砂土层、流土层深基坑的开挖支护施工中，对于基坑稳定有非常重要的作用，且整个装置均可重复利用，节能环保，符合可持续发展的要求。

技术实现要素：

1.要解决的问题

针对现有锚杆支护结构的锚固效果以及其对基坑的支护稳定性相对较差的不足，本发明提供了一种自锚式花钢管支护装置及其锚固施工方法。采用本发明的自锚式花钢管结构可有效提高锚固效果，基坑的支护稳定性较好，可以广泛运用于砂土层、流土层深基坑的开挖支护施工中。

2.技术方案

为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：

本发明的一种自锚式花钢管支护装置，包括花钢管、注浆管和锚筋，其中，花钢管的表面加工有供浆液穿过的穿孔，锚筋可活动安装于穿孔内，其一端位于花钢管内部，其另一端伸出至花钢管外部，所述注浆管套装于花钢管内部并可沿花钢管长度方向自由移动，注浆管表面设有沿其长度方向间隔分布且与锚筋相配合的锯齿。

更进一步的，所述锚筋为由锚固段、连接段和承力段组成的型结构，承力段在注浆管表面锯齿的推力作用下推动锚筋运动，从而使锚固段与软弱围岩进行锚固。

更进一步的，还包括套管，套管套装于注浆管的外部并可沿花钢管长度方向自由移动。

更进一步的，所述注浆管表面沿其周向设有均匀间隔分布的多道锯齿，且同一条锯齿中相邻锯齿之间的间隔距离为20-30cm，锯齿宽度为20-30cm。

更进一步的，所述锯齿为铸铁锯齿，其宽度为20cm，且注浆管表面设有均匀对称分布的3道锯齿。

更进一步的，所述套管采用pvc管，其厚度为3-5mm。

更进一步的，所述花钢管为圆柱形空心管结构，且其一端加工为锥形结构，锥角为105°-120°。

更进一步的，所述花钢管与锥形结构相对的另一端设有塞堵帽，该塞堵帽采用橡胶制成，其厚度为3-5mm。

本发明的自锚式花钢管支护装置的锚固施工方法，包括以下步骤：

步骤一、利用锚杆机，根据图纸设计的间距及角度，在砂土层中打孔，然后将自锚式花钢管支护装置打入孔中；

步骤二、推动注浆管，通过注浆管表面锯齿与锚筋承力段之间的作用推动锚筋沿花钢管表面的穿孔向外滑移，使锚筋的锚固段锚固至土壤中；

步骤三、当锚筋的锚固段锚入土层中且注浆管基本不受力时，将套管套装于注浆管的外部，在套管的作用下锚筋与注浆管完全分隔；

步骤四、通过注浆管中心孔洞向整个装置进行注浆，待注浆完成后安装塞堵帽，且安装完成后进行补压密实；

步骤五、最后抽出注浆管，供下次锚固施工重复利用。

更进一步的，注浆时遵循先小压，后加压的原则进行注浆，小压压力值为0.01-0.02mpa，加压后的压力值为0.04-0.06mpa，且安装完成后采用恒压的方式进行补压，并保持压力控制在0.04-0.06mpa，持压20-30s。

3.有益效果

相比于现有技术，本发明的有益效果为：

(1)本发明的一种自锚式花钢管支护装置，包括花钢管、注浆管和锚筋，通过注浆管表面的锯齿推动锚筋沿花钢管表面的穿孔向土壤中运动，使锚筋与土体最大面积接触来增加摩擦力阻力，然后通过花钢管上的穿孔将浆液扩散，待浆液凝固后使得花钢管与锚筋和周边土层形成整体，增加整体性，达到增强锚固的效果，相对于现有花钢管支护装置有效提高了支护装置的结构稳定性。

(2)本发明的一种自锚式花钢管支护装置，通过对锚筋的结构及分布进行优化，从而有利于进一步提高该支护装置与周围土壤锚固的稳定性。同时，本发明的支护装置可以直接打入土层中，而不需要借助其他外界引孔设备的引孔施工，大大减少施工周期，提高施工效率。

(3)本发明的一种自锚式花钢管支护装置，所述的注浆管一管多用，一方面作为受力装置，推进锚筋使得锚筋最大限度的嵌入土层中，增强锚固效果以及整体支护的结构稳定性；另一方面作为花钢管的注浆管道，可直接通过注浆管的中心孔道对整个装置进行注浆，加固；同时，待浆液固化后，可以直接拔出注浆管，安装到下一个花钢管中重复使用，从而有利于降低工程成本造价。

(4)本发明的一种自锚式花钢管支护装置，注浆管的外部设有套管，通过套管的设置一方面可以对锚筋进行支撑固定，有利于保证支护装置的结构稳定性，防止注浆过程中以及后续注浆管抽出过程中锚筋发生移动和晃动，另一方面还能够对注浆管进行保护，防止注浆管及其表面的锯齿受浆液影响。

(5)本发明的一种自锚式花钢管支护装置的锚固施工方法，通过花钢管、浆液、锚筋三位一体形成一个整体，并对花钢管的结构进行优化，从而能够有效提高锚固效果以及整个支护装置的支护稳定性。采用本发明的花钢管支护装置进行锚固施工，并对具体锚固施工工艺进行优化，尤其是对注浆工艺进行优化，从而能够进一步保证对软弱地基的支护效果，提高支护结构的稳定性和牢固性。

附图说明

图1为本发明的一种自锚式花钢管支护装置的平面结构示意图；

图2为本发明的自锚式花钢管支护装置的侧面示意图；

图3为图1中a-a方向的剖视图；

图4为本发明的自锚式花钢管支护装置的状态图(一)；

图5为本发明的自锚式花钢管支护装置的状态图(二)；

图6为本发明的自锚式花钢管支护装置的最终状态示意图；

图7为锚筋的结构示意图。

图中：1、花钢管；101、穿孔；2、注浆管；201、锯齿；3、锚筋；301、锚固段；302、连接段；303、承力段；4、套管；5、塞堵帽。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进一步进行描述。

实施例1

结合图1-图3，本实施例的一种自锚式花钢管支护装置，包括花钢管1、注浆管2和锚筋3，其中，花钢管1的表面加工有供浆液穿过的穿孔101，锚筋3可活动安装于穿孔101内，其一端位于花钢管1内部，其另一端伸出至花钢管1外部，所述注浆管2套装于花钢管1内部并可沿花钢管1长度方向自由移动，注浆管2表面设有沿其长度方向间隔分布且与锚筋3相配合的锯齿201。

如图7所示，所述锚筋3为由锚固段301、连接段302和承力段303组成的型结构，承力段303在注浆管2表面锯齿201的推力作用下推动锚筋3运动，从而使锚固段301与软弱围岩进行锚固。具体的，推动注浆管2，通过其表面锯齿和锚筋承力段303的相互作用使锚筋沿花钢管表面的穿孔向土壤中运动，锚固段301插入土壤中，从而使锚筋3与土体最大面积接触来增加摩擦力阻力，进而提高支护装置的锚固效果及结构稳定性，而通过对锚筋3结构进行优化有利于进一步保证支护装置与周围软弱地基支护的稳定性和牢固性。本实施例通过注浆管2的设置一方面作为受力装置，推进锚筋使得锚筋最大限度的嵌入土层中；另一方面作为花钢管1的注浆管道，可直接通过注浆管2的中心孔道对整个装置进行注浆，加固；同时，待浆液固化后，可以直接拔出注浆管2，安装到下一个花钢管1中重复使用，从而有利于降低工程成本造价。

此外，本实施例还包括套管4，套管4套装于注浆管2的外部并可沿花钢管1长度方向自由移动。通过套管4的设置一方面可以对锚筋2进行支撑固定，有利于保证支护装置的结构稳定性，并便于将注浆管2抽出，防止注浆过程中以及后续注浆管2抽出过程中锚筋3发生移动和晃动，另一方面还能够对注浆管2进行保护，防止注浆管2及其表面的锯齿受浆液影响。

实施例2

本实施例的一种自锚式花钢管支护装置，其结构基本同实施例1，其区别主要在于：本实施例中注浆管2表面沿其周向设有均匀间隔分布的多道锯齿201，花钢管表面设有与各道锯齿201分别对应的多个锚筋3，且同一条锯齿201中相邻锯齿之间的间隔距离为20-30cm，锯齿宽度为20-30cm，从而有利于进一步保证对周围地基的支护效果。具体的，本实施例中锯齿201为铸铁锯齿，其宽度为20cm，且注浆管2表面设有均匀对称分布的3道锯齿201，当锚筋锚固后，三个锚筋3在一个圆周上均匀排列，相互之间的圆心角为120°，从而可以进一步增加花钢管的反向爪合能力，提高花钢管1对周边土壤的抗拉性能。本实施例中花钢管1的一端设有塞堵帽5，该塞堵帽5采用橡胶制成，其厚度为3-5mm。

本实施例的自锚式花钢管支护装置的锚固施工方法，包括以下步骤：

步骤一、利用锚杆机，根据图纸设计的间距及角度，在砂土层中打孔，然后将自锚式花钢管支护装置打入孔中，自锚式花钢管支护装置打入孔时的初始状态如图4所示。

步骤二、推动注浆管2，通过注浆管2表面锯齿201与锚筋承力段303之间的作用推动锚筋3沿花钢管1表面的穿孔101向外滑移，使锚筋3的锚固段301完全锚固至土壤中，如图5所示；

步骤三、如图6所示，当锚筋3的锚固段301锚入土层中且注浆管2基本不受力时(由于注浆管2在推动锚筋3向上伸入砂土层的过程中，会受到沙土的阻力，待锚筋3的一边即锚固段301与注浆管2平行后，推动注浆管2将不再受到锚筋3传来的阻力，这时确保锚筋3已经成功锚入土层中)，将套管4套装于注浆管2的外部，在套管4的作用下锚筋3与注浆管2完全分隔；

步骤四、通过注浆管2中心孔洞向整个装置进行注浆，待注浆完成后安装塞堵帽5，且安装完成后进行补压密实；

步骤五、最后抽出注浆管2，供下次锚固施工重复利用。

注浆时遵循先小压，后加压的原则进行注浆，小压压力值为0.01-0.02mpa，加压后的压力值为0.04-0.06mpa，且安装完成后采用恒压的方式进行补压，并保持压力控制在0.04-0.06mpa，持压20-30s。

实施例3

本实施例的一种自锚式花钢管支护装置，其结构基本同实施例2，其区别主要在于：本实施例的套管4采用pvc管，其厚度为3-5mm，花钢管1为圆柱形空心管结构，且其与塞堵帽相对的另一端加工为锥形结构，锥角为105°-120°，因此采用本实施例的支护装置也可以直接打入土层中，而不需要借助其他外界引孔设备的引孔施工，大大减少施工周期，提高施工效率(具体的原理：通过锥角搅动前进方向的土层，之后通过锚筋再一次扩大锚固洞口，使得整个装置可以便捷地打入土层中)。花钢管1的内径和厚度根据图纸设计要求确定，若图纸无相关设计说明，则内径为3-5cm，厚度为5-8mm。

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