一种抗浮自修复锚固装置、轻质土路基结构及施工方法与流程

本发明涉及木工程锚固领域，尤其涉及一种抗浮自修复锚固装置、轻质土路基结构及施工方法。

背景技术：

随着道路工程的发展，泡沫轻质土路基能够有效减小路基荷载对地基产生的附加应力，减少路基总沉降量等优点，被广泛用于路基换填工程中。然而，当应用于积水低洼路段、过水路基、沿河路基等路段时，因为轻质土密度较小，当地下水位较高时，地下水会对轻质路基产生较大的浮力，造成路基上浮、路面结构损坏，严重影响交通安全。

发明人发现，现有抗浮措施大多采用增设注浆锚杆或微型桩方式，然而，由于土层注浆锚杆抗拔能力偏低，为满足抗拔要求，锚杆长度普遍较长。同时，受上拔力重复作用影响，注浆体不可避免会产生细微裂缝，从而引起锚杆腐蚀的破坏，导致抗浮结构耐久性降低甚至失效。

技术实现要素：

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种抗浮自修复锚固装置、轻质土路基结构及施工方法，解决了现有技术抗拔力不足、锚杆长度过大、锚固装置在抗拔过程中易产生结构裂缝等问题，能够提高轻质土路基的抗浮性能，减小拉拔产生的位移，锚固装置耐久性增强。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

第一方面，本发明的实施例提供了一种抗浮自修复锚固装置，包括连接为一体的锚头、混凝土锚杆段和自愈合锚杆段，所述混凝土锚杆段外侧间隔设有多个扩头锚。

作为进一步的实现方式，所述混凝土锚杆段和自愈合锚杆段内部设有锚筋束，锚筋束外侧由多个箍筋紧固。

作为进一步的实现方式，所述锚筋束包括中心钢筋和围绕中心钢筋等间距分布的外围钢筋。

作为进一步的实现方式，所述中心钢筋超出自愈合锚杆段表面设定长度，以连接锚板。

作为进一步的实现方式，所述中心钢筋的直径大于外围钢筋的直径。

作为进一步的实现方式，所述锚筋束外侧填注普通混凝土形成混凝土锚杆段，锚固束外侧填注微胶囊混凝土形成自愈合锚杆段。

作为进一步的实现方式，所述扩头锚包括设于外层的土工膜袋，土工膜袋内填注混凝土。

第二方面，本发明实施例还提供了一种抗浮轻质土路基结构，包括所述的锚固装置。

作为进一步的实现方式，还包括路基土，路基土上方从下至上依次设置厚碎石垫层、轻质土层、混凝土板；

所述混凝土锚杆段埋设于路基土中，自愈合锚杆段埋置于轻质土层和混凝土板中。

第三方面，本发明实施例还提供了一种抗浮自修复锚固装置的施工方法，包括：

采用扩孔装置钻孔，将土工膜袋套设于扩孔装置头部进行扩孔；

移出扩孔装置，将连接为一体的锚头、锚筋束插入孔中，且锚筋束外侧套设有套管；

灌浆，在灌浆过程中，套管随浆液升高；

首先填注普通混凝土注浆，到达地基土与轻质土衔接部位停止注浆；之后填注微胶囊混凝土，直至到达混凝土板，停止注浆；

将自愈合锚杆段顶端预留的钢筋束插入锚板，进行混凝土养护。

上述本发明的实施例的有益效果如下：

(1)本发明的一个或多个实施方式通过在锚杆部分掺加微胶囊混凝土，提高锚固装置的自修复能力，提高了锚固装置的耐久性；

(2)本发明的一个或多个实施方式通过预设土工膜袋，易于扩孔成型，防止往常扩孔出现的质量问题，提高扩孔稳定性；

(3)本发明的一个或多个实施方式将轻质土与路基土层通过锚固装置锚固，能够有效的预防泡沫轻质土路基中的出现的上浮问题，可提高轻质土路基的结构耐久性；施工可操作性好，施工速度快，锚固成型质量高，不会出现断径现象。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1是本发明根据一个或多个实施方式的锚固装置应用在换填轻质土路基中的结构示意图；

图2是本发明根据一个或多个实施方式的锚杆段横截面示意图；

图3是本发明根据一个或多个实施方式的锚固装置结构示意图；

图4是本发明根据一个或多个实施方式的锚固装置内部结构示意图；

图5是本发明根据一个或多个实施方式的混凝土浇筑时套管上拔的某时刻示意图；

图6是本发明根据一个或多个实施方式的扩孔作业效果示意图；

图7是本发明根据一个或多个实施方式的土工膜袋结构示意图；

其中，1、锚头，2、中心钢筋，3、外围钢筋，4、套管，5、箍筋，6、混凝土锚杆段，7、自愈合锚杆段，8、扩头锚，9、锚板，10、混凝土板，11、轻质土层，12、厚碎石垫层，13、路基土，14、成孔，15、土工膜袋。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合；

为了方便叙述，本申请中如果出现“上”、“下”、“左”“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用,仅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设备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申请的限制。

术语解释部分:本申请中的术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或为一体；可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部连接，或者两个元件的相互作用关系，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明的具体含义。

实施例一：

本实施例提供了一种抗浮自修复锚固装置，如图3所示，包括锚头1、扩头锚8、混凝土锚杆段6、自愈合锚杆段7，锚头1末端依次连接混凝土锚杆段6和自愈合锚杆段7；混凝土锚杆段6外侧设置若干扩头锚8。

具体的，锚头1为圆锥形的金属制锚头。所述锚头1末端(与锥形尖端相背)连接锚筋束，锚筋束由中心钢筋2和外围钢筋3构成。锚头1与锚筋束可以整体连接也可以分别连接。在本实施例中，锚筋束与锚头1焊接。

如图2所示，中心钢筋2连接于锚头1的中心位置，外围钢筋3围绕中心钢筋2等间距分布，且与中心钢筋2平行。外围钢筋3的个数根据实际锚固要求选择，在本实施例中，设置四个外围钢筋3。所述中心钢筋2的直径大于外围钢筋3的直径。

如图4所示，锚筋束外侧沿其长度方向间隔均匀设置多个箍筋5，通过箍筋5将锚筋束箍住。锚筋束外侧包覆有不同类型的混凝土以形成混凝土锚杆段6和自愈合锚杆段7。中心钢筋2的端部凸出于自愈合锚杆段7顶端表面，以连接锚板9；所述锚板9与锚筋束垂直。

中心钢筋2和外围钢筋3组成的钢筋束和箍筋5外表面涂有环氧树脂涂层，环氧树脂涂层有很好的耐蚀性。在本实施例中，中心钢筋2的直径为25mm，外围钢筋3的直径为20mm，箍筋5直径为28mm。整个锚固装置长度为15-35m，具体长度视现场情况而定。混凝土锚杆段6、自愈合锚杆段7的直径为15-30cm，具体直径视现场工况而定。

进一步的，混凝土锚杆段6由普通混凝土填充而成，自愈合锚杆段7由微胶囊混凝土填充而成。微胶囊混凝土与普通混凝土相比，水、水泥掺量相同，微胶囊混凝土中砂和胶囊的掺量与普通混凝土中砂的掺量相同。微胶囊混凝土掺和了一定量的微胶囊。微胶囊混凝土中的微胶囊由囊壁和囊芯组成，囊壁为聚氨酯材料，囊芯为硫铝酸钙水泥膨胀材料和碳酸钠材料。

微胶囊混凝土配制质量比：水:水泥:沙子:胶囊＝6.6:22:41.8:2.2。普通混凝土材料配制质量比:水:水泥:沙子＝6.6：22:44。微胶囊均匀分布在微胶囊混凝土中，微胶囊的释放方式是当锚固结构出现细微变形时，锚固结构出现裂缝，裂缝处的微胶囊破裂。微胶囊破裂，硫铝酸钙水泥膨胀材料和碳酸钠材料流出，与空隙处的水、混凝土发生化学反应。反应生成物填充修补缝隙并恢复混凝土的力学性能，同时恢复锚固装置的力学性能。

混凝土锚杆段6和自愈合锚杆段7是通过在锚筋束外侧套设套管4，之后进行灌浆形成。如图5所示，套管4套设于锚筋束外侧，且能够相对锚筋束移动。在注浆过程中，随着混凝土浆液的慢慢升高，套管4缓缓提升，套管4一直保持在混凝土升高液面的上部位置，套管4和混凝土液面相对静止。

根据实际情况，可设置2-3个扩头锚8。在本实施例中，设置两个扩头锚8，其中一个扩头锚8位于锚头1后方，另一个扩头锚8与前一扩头锚8之间间隔一定距离，共同形成压力分散型锚头。所述扩头锚8呈圆柱形，其直径大于混凝土锚杆段6、自愈合锚杆段7直径。在本实施例中，扩头锚8直径为600-800mm；单个扩头锚8长度为1-2m。

扩头锚8的外层为土工膜袋15，土工膜袋15的结构如图7所示，通过在土工膜袋15内注浆形成扩头锚8。

本实施例通过设置扩头锚8埋置在地基土中深度、控制板间距、设计锚固装置尺寸等途径有效的解决了抗拔力不足、锚杆长度过大等问题。在扩孔阶段锚固处设置土工膜袋15，易于扩孔成型，防止土体垮塌变形，使注入的浆液形体不变形。

本实施例在锚杆部分掺和微胶囊自愈合混凝土，通过微胶囊混凝土的自愈合行为，解决了锚固装置在抗拔过程中产生的结构裂缝，提升了锚固装置的耐久性。

实施例二：

本实施例提供了一种抗浮轻质土路基结构，如图1所示，包括实施例一所述的锚固装置，还包括路基土13、厚碎石垫层12、轻质土层11、混凝土板10，路基土13上方铺设厚碎石垫层12，厚碎石垫层12上方换填有轻质土层11,轻质土层11在未换填之前为未还填路基土13；轻质土层11上方设置混凝土板10。

上述各层可根据现场实际要求铺设，在本实施例中，厚碎石垫层12的厚度为20cm，设于在地下工程之上。轻质土层11厚度为4.2m，混凝土板10的厚度为40cm，厚碎石垫层12、轻质土层11、混凝土板10宽度为16m。

锚固装置埋设在路基土13内并延伸穿过轻质土层11直至混凝土板10。其中，锚头1、扩头锚8、混凝土锚杆段6埋置在路基土13中，自愈合锚杆段7埋置在轻质土层11和混凝土板10中。自愈合锚杆段7的顶端埋置在混凝土板10上表面的下方，中心钢筋2的凸出段和锚板9同处在混凝土板10上表面的下方。

中心钢筋2超出自愈合锚杆段7顶部的长度，不大于锚板9的厚度。锚板9可采用方形混凝土板、圆形混凝土板或其他形状的混凝土板。

本实施例将轻质土层11与路基土13通过锚固装置锚固，提高轻质土路基的抗浮性能，分散型锚固将上拔产生的应力分散，减小拉拔产生的位移。通过微胶囊混凝土锚杆段自修复功能使得锚固装置耐久性增强，内置膜袋利于分散型扩孔成型。本实施例用于防止轻质土路基上浮给路面结构及交通安全带来的工程危害。

实施例三：

本实施例提供了一种抗浮自修复锚固装置的施工方法，包括以下步骤：

步骤一：用全站仪在现场通过测量确定出空位的大体位置。锚孔定位偏差不大于2cm，根据设计确定钻孔方位，然后用测角仪准确确定钻杆的倾角，保证符合设计要求。

步骤二：使用长螺旋钻机作为扩孔装置，为锚固装置钻孔。首先进行稳钻，调整好角度，角度与施工设计和测角仪确定的钻杆倾角保持一致。钻孔在地面进行扩孔测试，达到扩孔直径，稳定即可。

下放钻头进行钻孔，钻孔直径略大于套管4的直径。钻孔至预设深度(锚头1)位置停止钻孔，将螺旋钻孔装置缓缓提出。

步骤三：下放扩孔装置进行扩孔。

在下放扩孔装置之前，将单个土工膜袋15包裹于扩孔装置的头部，准备完成后，下放扩孔装置至扩头锚8位置进行扩孔。扩孔至设计直径时，扩孔完成，将扩孔装置提出。再将第二个土工膜袋15包裹于扩孔装置头部，采用上述步骤进行扩孔，直至完成第二个扩孔，将扩孔装置缓慢从孔中移出。

遇到塌孔处理措施：根据施工设计图纸进行对土质条件的判断，如遇到土质条件较差，对钻孔中容易出现塌孔的部分锚孔，必须在孔口采用略大于钻距的套管进行跟管钻进，以防止孔口出现孔壁坍塌现象，套管长度与钻孔深度保持一致。

步骤四：清孔。钻孔钻进深度应按照设计要求超过设计深度0.5米，保证锚固效果，空气压缩机完成冲击钻孔，吹出钻渣，已达到清理锚孔效果。

步骤五：锚固装置下放。将锚固装置下放到钻孔中，即锚头1、中心钢筋2，外围钢筋3、箍筋5和套管4，套管4套在锚筋束外，其前端与锚头1贴合，但套管4可与锚头1相对移动，如图5所示。锚头1插入到未换填的路基土13中，其他部分(中心钢筋2、外围钢筋3、箍筋5、套管4)放置在钻得的成孔14(如图6所示)内。

步骤六：注浆。连接混凝土输送泵，进行注浆。在注浆过程中，随着混凝土浆液的慢慢升高，套管4缓缓提升，套管4一直保持在混凝土升高液面的上部位置，套管4和混凝土液面相对静止。

开始注浆的浆液为普通混凝土，到达未还填的路基土13与轻质土层11纵向衔接部位，停止注普通混凝土浆，完成混凝土锚杆段6和扩头锚8的浇筑。改换微胶囊混凝土，开始注浆，直至到达顶部完成自愈合锚杆段7的浇筑。自愈合锚杆段7顶部预留一部分中心钢筋2，与锚板9连接。

水泥浆的注浆压力，根据施工地点的地质条件不同而选定在3-15mpa之间，提升速度控制在每分钟45-60cm范围。在扩头锚8部位要根据其直径大小控制提升速度。当注浆到达自愈合锚杆段7顶部、同时处在混凝土板10时，停止注浆，将预留出来的中心钢筋2穿插到锚板9，等待完成混凝土完成养护时间。

重复以上施工方法，直至所有路段完成施工。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

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