二序元扩径锚固体及其制造方法与流程
- 国知局
- 2024-07-09 17:34:26
本发明涉及岩土工程锚固领域,如房建、公路、桥梁、铁道、冶金、港航、水利水电、人防、地下工程、国防、航空航天、采矿等各行业的临时性基坑支护、永久性边坡支护、抗浮锚杆锚索,主要涉及扩体锚杆索在抗浮领域的应用。
背景技术:
1、由于岩土工程的本质是对原生地层进行结构改造,施工对象是位于地下的岩土体,是隐蔽的、无法直观可视的,不是钢筋沙石水泥砖瓦混凝土等在地面上直观可视范围内的建筑材料;而旋喷锚杆索施工工艺上的差别,导致钻孔内水泥土固结体的成型状态、固结强度、抗劣化抗锈蚀能力全然不同,进而影响锚杆索的承载力,以及全生命周期的抗变形能力。因此,业内应当重视:岩土工程设计内容中需要对灌注施工工艺作出详细设计,否则无法避免钻孔内生成物的工程特性与设计目标的大幅偏离,这是岩土工程与地面工程的根本不同。
2、因为一些新的行业规范的加持,搭乘囊式锚杆索和无粘结可回收锚杆索推广的便车,近两年全长粘结/部分粘结直杆式旋喷锚杆索或直杆式旋喷扩径锚杆索(或称作旋喷扩大头锚杆索,包括先植筋后旋喷或先旋喷后植筋再灌浆做法的拉力型、压力型、拉压复合型在内)也得到了较多使用,但设计承载力值总是很低(与传统灌浆锚杆索相比基本没有进步)、锚杆索受荷后的变形量也总是很大(致使支护结构的变形量较大),使得锚杆索设计的长度很长、数量很多,根本无法起到降低工程造价、实现绿色低碳的目的,甚至相比于原来的灌浆锚杆索而言都没能起到增加抗拔力的作用,究其原因,这是因为在根本上我们一直在沿用照搬自西方的落后的圆柱形、摩阻型锚杆索设计施工体系,而实际上摩阻型锚杆索(拉力型、压力型、拉压复合型)提供的侧摩阻力终归是不稳定、不可靠、离散性很大甚至若有若无的(设计能够放心、安心地取用的侧摩阻系数非常的低,这是由锚固结构的选型本身所注定了的。并且原来一同照搬来的锚杆索的预应力施工方法也是严重错误的(见申请人先期申请文件“伞状扩大头预应力岩土锚固结构的灌注、预应力施工方法”(cn113585251a)”所述),而且白白浪费材料(本来旋喷锚杆可以设计成为螺旋形以增加抗拔能力但是设计上并没能采用),可谓是费力不讨好,这就需要研究新的方法给予大幅、可靠的增强。但更加重要的是,传统的直杆式旋喷扩径锚杆索或直杆式旋喷锚杆索以及囊式锚杆索还存在其他问题:
3、正如程良奎教授所言,作为传统的基坑支护手段,旋喷自携式结构(附图12所示)(包括旋喷锚杆索/旋喷扩大头锚杆索),因为只能在喷头前进过程中实施一次超前均匀切割实现全圆截面,而无法在退行旋喷和往复进退旋喷(即复喷)过程中实现射流无屏蔽,所以最终勉强能实现附图22所示的风扇形低强度固结体,但根本无法实现附图8所示的设计期望的均质的或保护层厚度足够、自防水厚度足够、锚固层厚度足够的圆形截面高强度固结体(其实,旋喷注浆方式根本就无法形成高强度固结体)。如果不是采用后灌注或膜袋灌注的方法,而是仅仅以旋喷射流方式切削土体实施成孔、扩孔、搅拌,则所造成旋喷固结体的强度很低(由于高压旋喷管路只能输送稀浆而无法输送浓浆/水泥砂浆,并且与土搅拌混合的产物为水泥土浆,通常在砂层、粉土、粉质粘土、粘土层中搅拌形成固结体强度在1兆帕左右,最高不超过4兆帕,即使在砂卵石层中的旋喷固结体强度也很难超过10兆帕,这与常规锚杆索设计采用的固结体强度30兆帕相距太远),至少与锚筋的高抗拉强度并不适配,这也许不会影响压力型锚杆索的短期承载能力(多设计几米锚固段即可),但势必将造成锚杆索的固结体本身材料易蠕变、易劣化,锚筋易遭锈蚀等问题。而且,基坑锚杆索通常不会永久性服务,这不是问题;但是,永久性边坡支护、抗浮结构如果采用旋喷锚杆索,就不是没有问题了。
4、当前某些地区尤其是砂层、砂卵石层分布地区,因为需要及时拔出套管,然后再灌注水泥浆,导致钻扩孔内常常严重沉积细砂,无法通过压缩空气吹出,或锚孔越吹洗则坍塌越厉害,甚至造成流沙、管涌产生,不仅危及基坑和周边环境安全,而且造成灌浆无法包裹锚筋,囊袋被沉砂挤压也无法扩张,因此这些地区目前盛行先植筋后旋喷的做法:跟套管成孔→下锚筋/锚筋笼→插入旋喷钻杆(也可在植筋的同时预埋旋喷钻杆)→旋喷注浆,这种锚筋与喷具的平行布设结构(侧管式/心管式),这样的施工方式,其实有着极大的隐形危害,造成射流无法在锚筋背后形成固结体(见附图9、附图10、附图11所示的吃豆形、蘑菇形、花瓣形固结体),即使因为射流受阻后的粘滞效应或因为射流在卵石上的溅射形成了一层薄薄的浆皮(见附图9、附图10、附图11所示),也根本无法按照大家想象的附图8所示的为受力钢筋提供足够锚固厚度、足够强度的固结体,也无法保证为受力钢筋提供全断面防腐蚀保护,即使依靠增加锚固段粘结长度来暂时获得了一定的承载力并通过了检测,也无法保证旋喷锚杆索的长期承载能力、长期抗变形能力。
5、在生产实际中还有一种植锚前先全长旋喷(或前部先旋喷扩径)然后植锚再通过灌浆管灌注高标号水泥浆的做法,这些做法的设计概念不明确,施工操作也不可控,无法像囊式锚杆索那样将两种固结体在时间空间上分隔开,最终的是形成一种说不清道不明无规律的混杂物(例如附图18所示),其仍然无法成为设计图纸上要求的m30固结体,同时也仍然无法保障锚筋与固结体之间的粘结强度(在这一点上后灌注工序是低效甚至是无效的),产品实际与设计严重脱离,设计愿望是美好的,希望通过“高压劈裂灌浆”方式来增加一点承载力,但是从设计环节开始就是稀里糊涂的,怎么能保证工程的质量?
6、申请人的先期申请“射流零屏蔽中心式旋喷钻杆及自携锚杆索步进式施工方法”(申请号2023111366932)中所述的设置喷嘴超前度和相应改进的钻孔、扩孔、灌注施工工艺,可以实现设计预想的如附图8所示的均匀包裹锚筋、均质且保护层厚度足够、强度足够的旋喷固结体,但因为砂卵石、砂泥岩地层中无法应用钻喷携一体化施工工艺,及传统的旋喷自携结构无法适用于砂卵石、砂泥岩地层中先做预成孔再以旋喷自携方式竖向植入锚杆索工艺(附图25所示,锚筋与内承载板(又称作锚板/顶推板/反力板)会向下掉落而脱离旋喷钻杆,从而无法实施超前旋喷),设置超前度的结构以及该工法仍然无法适用于只能竖向设置的抗浮锚(即使能够应用于细粒土层也会发生截面成型的问题)。同时,对卵碎石层、破碎岩层,因为坍塌严重,即使扩张动力强劲,就算伞笼扩张主要是在扩径段后部,沉石很多时仍会一定程度地阻碍伞笼扩张,在应用预扩孔后植式伞状扩大头技术时尤其是大直径伞笼的复张程度仍会不够理想。
7、除上述各种方法以外,按理旋喷扩径之后如果在外层固结体尚未固结之时植入混凝土预制构件也是不错的解决方法,但是,且不说锚杆索工程存在抗拔力规格难固定、长度难固定的规律,对植入预制混凝土构件的施工方式其实并不友好,单说在砂卵碎石地层、破碎岩层中就同样存在植入困难的问题,而且桩基础尚且可以采用打入、振动植入,但预制的混凝土锚杆索就难于采用打入或振动植入手段了。
8、其实还有囊式扩头就能够解决旋喷锚杆索锚固体成型残缺、强度低的问题,但是,囊式扩大头锚杆索自身也存在两个问题(这就必须要有新的手段予以解决):
9、第一,囊袋材料为非亲水材料(聚酯纤维织物),造成固结体与囊皮的“离壳”,即囊内、囊外的固结剂皆因为囊皮的材料特性,无法粘结到一起,导致相互无法传递摩阻力;当锚筋拉力直接传递给囊内固结体或通过内承载板传递给囊内固结体,囊内固结体却无法传递给侧面的囊外固结体,反之,囊外固结体也无法将侧向地层摩阻力传递给囊内固结体。按照囊式锚杆索的作用原理,囊袋内、外固结体接受到内承载板、后方囊外固结体/岩土体传递的压力,会产生径向膨胀,但同时也会伴随沿纵向包括在囊皮处(附图13所示沿囊皮形成软弱结构面)产生张裂破坏,这样就更进一步使得囊式扩大头的侧摩阻力发生失效。作为设计理论上本就需要侧摩阻力参与的直杆式扩径锚杆索类型,侧摩阻力失效无疑是其致命伤,并且这致使承压型囊式锚杆索的囊内固结体无法实现在前端(靠近内承载板处)承接高荷载,因此荷载向囊后端及囊后固结体后端集中,而囊内并未设置扩展配筋,这导致了囊内、囊后固结体容易产生纵向裂隙,囊后端及囊后固结体后端处容易发生锚筋与扩大头固结体之间的拉裂破坏。
10、第二,如果预钻裸孔后植入的锚筋/锚筋笼,则存在锚筋/锚笼筋被孔壁坍塌物或钻孔下部沉积物或孔壁泥皮泥团或钻孔缩颈等阻滞,时常发生植入困难或下不到位,以及架线环(隔离支架、分载体等)刮蹭孔壁土导致锚筋被泥皮泥团接触/包裹、无法实现被灌浆固结体包裹保护等问题;这种情况下要指望囊袋扩张发挥抗拔就更加不现实了。
11、如果采用跟套管预钻孔后从套管内植入锚杆索,则因只能采取先拔管、后灌浆的工艺,导致垮孔严重,普遍出现锚筋被泥团/沉沙/坍塌物接触/包裹而不被灌浆固结体包裹保护,以及囊袋被泥团/沉沙/坍塌物围裹、阻挡、限制而无法扩张(或出现上部扩张、下部无法扩张)的情况。
12、总而言之,在抗浮锚固领域,尤其是在以砂卵石层、砂泥岩层为锚杆索载体的透水地质场区,要么是旋喷自携式锚杆索无法实施,要么是在施工程序上进行了变通,即先钻引导孔(跟套管或不跟套管),然后放入锚筋/锚筋笼,同时或之后再下旋喷钻杆,然后再旋喷注浆形成锚固体,这不仅使得形成的芯部固结体强度很低,而且还因为锚筋对旋喷射流的阻挡,导致了锚筋无法被浆液充分、足够地包裹,固结体无法像设计师预想的那样如愿成型,从而无法长久地耐受锈蚀和锚杆荷载,潜在极大的耐久性风险(如附图5、附图6、附图7所示)。因此,在透水地层(通常是粗颗粒地层、全~强风化岩层)中实施抗浮锚时,仍然需要找到一个既适合于预钻孔后植入式(即非自携式)锚杆索,又能解决旋喷固结体成型问题与强度问题的结构与方法。
13、再者,在基坑支护、边坡支护领域,假如不采用性价皆优的旋喷自携式膜袋型伞状扩大头技术,如果仍然沿用长条状摩阻型扩大头(例如旋喷扩径锚杆索的的直杆式扩大头锚固段直径300毫米长度10米、自由段直径180毫米长度6米),则因为上述成型、强度等问题,其锚固力仍然很低,变形量仍然很大,即使搞了一些花哨的数字化方面的进步,其根基仍然不稳,必然支绌于深大基坑、永续工程锚固的挑战,也远远做不到节能低碳,其锚固体结构与施工工艺仍有很大必要研究改进。
14、同时,传统旋喷工艺锚杆索无论是采用单喷嘴或多喷嘴,制造出来的固结体均是圆柱形,其表面产生的摩阻力对形成锚固体抗拔力的贡献非常有限,也无法提供锚固的稳定性、可靠度,而如果将扩大头设计为端承型,则无论无囊或有囊,只要没有伞笼参与,扩大头固结体的抗拉压刚度就远远不够(陷入程良奎教授所言及的致命缺陷),因此,如果置性价皆优的膜袋型伞状扩大头技术于不用(何况旋喷自携式伞状扩大头技术、预扩孔后植式伞状扩大头技术在应用于卵碎石层、破碎岩体时以及应用于竖向锚孔时其本身仍有局限性!),则传统的旋喷扩大头锚杆索还需要考虑从其他方面改进,以找到能够增强各项锚固性能尤其是耐久性能、永续抗变形性能的突破方向。
技术实现思路
1、本发明从传统无囊无扩展配筋的直杆式旋喷扩径锚杆索或直杆式旋喷锚杆索技术改良的角度,从传统囊式旋喷扩径锚杆索技术改良的角度,从内芯固结体在外层固结体中的锚固、外层固结体在围岩土体中的锚固两方面着手进行强化,采用成套、成系列的二序元扩径或二序元特异型扩径锚固体新结构、新的工法,以克服背景技术中所述传统旋喷锚杆索、旋喷扩体锚杆索技术的种种弊端,包括固结体成型缺陷、固结体强度不足的问题,包括固结体强度不足导致锚筋与固结体的粘结强度不足、粘结可靠度低的问题,包括囊袋内、外固结体产生“离壳”现象、受到纵向挤压后产生纵向的张拉应力裂缝、无法传递侧向摩阻力从而使得袋内固结体受力更加向后端集中(但该类无筋扩大头结构又无法承担高荷载)的问题,包括直杆式摩阻型扩体锚杆索侧阻系数小、锚杆承载力低、变形量大的问题,包括既有伞状扩大头技术在适用于卵碎石地层、破碎岩层时伞笼复张程度受限等等背景技术中述及的全部问题。本发明技术方案如下:
2、锚杆索的锚固体或为全长扩径,或包括上部段与扩径段;且当锚固体全长扩径时,锚固体包括内外两层结构,当锚固体包括上部段与扩径段时,扩径段仍包括内外两层结构;其中,内层结构包括内芯固结体与配筋,在横向上内芯固结体将配筋包裹在内;锚杆索是所有品种的锚杆与锚索的简称,扩径段又称作扩体段或扩大头。(全长为扩径段是指锚杆全长均为扩径段,没有非扩径段(即上部段),但其实扩径并不一定是在每个部位发生,例如使用旋喷射流构筑的螺旋形锚固体,只有当螺纹间距较密或锯齿螺旋形锚固体的旋喷射流冲刷范围可以互相搭接时看上去似乎每个部位都扩径了。)与申请人的伞状扩大头系列先期申请相同,如无特殊说明,以钻头向地层中钻进的方向为前、为内,以锚孔的口部方向为后、为外;以靠近锚杆索轴心方向为内,以远离锚杆索轴心方向为外。内芯可以具有扩大头(即内芯包括扩径段与非扩径段共两段),也可以不具有扩大头(即内芯在全长上同径,或称作通长同径);本发明的上部段类似于传统锚杆索的非锚固段。锚孔即岩土体中锚杆索所在的孔洞,是第一次钻凿的引导孔及扩孔、第二次钻凿的引导孔及扩孔的总称。
3、本技术所述的扩径段是指其直径相对于非扩径段即上部段更大,且扩径段具有内芯与外层两层结构;但非扩径段(即上部段,或称非扩孔段等)既可以对应具有内芯与外层两层结构(例如附图3所示),也可以仅有单层固结体结构(单层是指内芯或外层,其中仅有外层固结体结构的情况例如锚筋包裹有pe套与水泥砂浆固结体隔绝,例如附图14所示;仅有内层固结体的情况例如附图5所示),也可以没有固结体结构(例如拉力型/压力型锚杆索的自由段)。非扩径段的内芯结构与外层结构之间、外层结构与岩土体之间,可以全长粘结,也可以局部粘结,也可以无粘结。内芯固结体是在外层固结体已经形成固结的基础上,进行第二次钻孔或钻孔并扩孔,再经第二次灌注(或膜袋外灌注、膜袋内灌注)形成的第二次固结体(或膜袋外固结体、膜袋内固结体);或内芯固结体已经事先预制成型,在进行第二次钻孔或扩孔后植入,再经过第二次灌注而形成间隙固结体将外层固结体、内芯固结体进行粘合。上部段的锚筋与上部段的固结体之间,可以粘结,也可以不粘结,还可以部分粘结。扩径段通常位于锚孔的前端,但是本发明并不排除多个扩径段呈串珠状排列这种情形的存在。本技术暂不涉及锚固段的概念,对摩阻型扩径锚杆而言,扩径段即锚固段;但对端承型锚杆而言,锚固段的定义尚有待商榷。内芯固结体将配筋包裹在内,二者可以是粘结关系,也可以是无粘结或部分粘结关系。
4、所述配筋包括锚筋;配筋包括锚筋或及扩大配筋在内,包括但不限于伞笼筋(即伞状折叠杆组或及纵向柱,见申请人关于伞状扩大头锚固技术的系列申请)与锚筋,或荷载转换装置与锚筋,或荷载转换装置、内承载板/推拉板与锚筋,等等各种情形。外层固结体的形状必须是扩大头,但内芯固结体不一定;扩大头即固结体的扩径部位,又称作扩径段或扩体段,是指锚杆索的前部比后部的直径更大(例如附图14所示)。外层结构是第一次钻(扩)孔时或第一次钻(扩)孔后经过第一次灌注形成的无锚筋参与、无扩展配筋参与的扩大头固结体,例如素浆(即纯水泥浆)固结体,或早强水泥砂浆固结体,或纤维增强固结体例如碳纤维增强的水泥浆固结体,或旋喷射流切割、切削、搅拌岩土体形成的水泥土固结体,或在破碎岩层中高压灌浆形成的球形固结体(例如附图5所示),等等各种情形。无配筋是指外层固结体内没有配置锚筋,也没有配置伞笼筋,也没有配置变径钢筋笼,也没有配置钢丝网笼等等;但是外层固结体内允许均匀分布的增强纤维(例如聚乙烯醇纤维)存在,这些增强纤维原本就是分布在灌注材料中、与灌注材料一同灌注进入锚孔的,不需要专门的植入程序,而配筋则需要专门的植入程序(例如通过植锚工具送入),这是二者的区别。本技术所述的直径均指横向直径,横向为与锚孔、锚杆索的中轴线(即纵轴,也称轴心)垂直的方向。附图1至附图7所示的配筋均是经由外层结构穿过,而不是针对外层结构配置的受力筋,具有直接粘结关系的才能称作配筋,并且在某个构件内通长或连续配置的受力筋或构造筋才能称作配筋。当外层固结体中掺加纤维物质(例如钢纤维、棉纤维、竹/木纤维)增强时不能被称作配筋,因为纤维物质是分散的,不能构成连续的构造筋或受力筋,虽可以对混凝土强度进行增强,但无法在混凝土结构中起到骨架作用。
5、其中,外层结构为无配筋的外层固结体,或在同时外层固结体的直径大于上部段的直径;并且内芯固结体的强度比外层固结体更高;外层固结体由锚孔内第一次灌注形成;内芯固结体或包含预制构件,或由锚孔内第二次灌注形成,或在同时,第一次钻凿的引导孔经第一次灌注形成虫洞固结体,或在同时,内芯固结体由第二次钻凿的引导孔经第二次灌注形成;此处第一次使用“或在同时”是因为其仅适用于锚固体具备上部段的情况;当仅对第一次钻凿的扩孔实施第一次灌注、未对第一次钻凿的引导孔(上部)实施灌注时,按本技术的定义,可以只形成内芯扩大头固结体,并不一定形成虫洞固结体,所以此处第二次使用“或在同时”;当未经第二次钻凿引导孔即已实施第二次灌注,或当内芯固结体包含预制构件时,或当内芯固结体为扩大头时,内芯固结体或许并不是由第二次钻凿的引导孔经第二次灌注形成,并且发生钻凿第一次引导孔情况下不一定会发生钻凿第二次引导孔,所以此处第三次使用“或在同时”。
6、锚孔即植入的锚杆索的钻孔/扩孔,第一次钻凿的引导孔、第二次钻凿的引导孔、第一次钻凿的扩孔、第二次钻凿的扩孔均为锚孔。第一次灌注方式例如高压旋喷注浆,第二次灌注方式例如高强度无收缩灌浆料的低压灌注,两次灌注的方式方法、材料不受限制,例如第二次灌注可以包括膜袋外灌注、膜袋内灌注,也可以是预制内芯固结体与外层固结体之间的灌注(形成间隙固结体)。灌注可以与钻/扩孔同时进行,也可以先后进行,例如旋喷注浆就是同时进行。在本技术中,如果内芯固结体包含预制构件,则必须经过第二次钻凿引导孔再植入。
7、这里需要强调的是,本发明的内芯固结体与外层固结体是分时灌注的、分步灌注的,这就决定了二者之间有着明确的、毫不含糊的分界面(也是粘结界面),可以赋予二者不同的强度、不同的分工,且粘结和/或啮合关系让二者合作承载,没有囊袋的隔阂,这是由本发明的特殊工艺决定的,这是本发明与很多现有技术根本不同之处。更进一步地,本发明的内芯固结体(第二次灌注的产物)的构筑,是建立在对原虫洞固结体(第一次灌注的产物)进行破拆的基础上,二者均是位于锚固体的中轴线部位,既是一种更新、替代关系,但同时又团结了外层的低强度固结体共同发挥承载作用。
8、外层固结体、内芯固结体的外形包括但不限于螺旋形、波纹型、锥柱形、杯形、塔型、锥台型、球形、阶梯形或倒阶梯形等等。内芯固结体的高强度是相对于外层固结体而言,采用旋喷射流构筑的外层固结体的强度通常为不足1兆帕至4兆帕、难于超过10兆帕,而内芯固结体的强度通常为25至40兆帕。形成高强度或低强度固结体不是设计师能够单方面主观决定的,客观上受限于灌注工艺、固结剂的成分与配比以及地下水条件,固结剂包括水泥素浆(即纯水泥浆)、膏浆、无收缩灌浆料、微膨胀水泥砂浆、纤维增强混凝土、水下不分散混凝土等等各种情形,灌注工艺例如泵送混凝土、旋喷、膜袋封闭等等。
9、并且,
10、当锚固体全长扩径时,内芯固结体和外层固结体直接粘合,并且,外层固结体直径大于第二次钻凿的引导孔直径大于虫洞固结体直径(这句话表达的是一个a>b>c类型的连续不等式);这样就使得内芯固结体与外层固结体的连接比之前的虫洞固结体与外层固结体的连接无论从强度还是从连接面积都大幅得到改善,从而增强了锚固体的抗拉压承载能力。
11、之所以本技术使用“第二次钻凿的引导孔直径”/“用于第二次钻凿引导孔的钻头直径”而不是使用“内芯固结体直径”阐述直径特征,是因为内芯固结体有可能是内芯扩大头固结体,并且套管外缘之内均为内芯固结体范围,而第二次钻凿的引导孔仅限于钻杆钻头(不含偏心潜孔锤/抵压扩张冲击锤头的扩张状态)的外缘所及,即第二序钻凿的引导孔(包括裸孔情形在内)直径在理论上等于(在实际上略微大于)钻杆钻头(不含扩张状态)的外缘直径,因为钻凿引导孔的目的是植入锚筋和/或扩孔钻头以及灌注管等,钻凿引导孔本身并不需要扩孔,扩孔的目的是为了得到扩大头固结体。在本技术中“钻凿第二次引导孔”与“第二次钻凿引导孔”同义,简称“二钻”,在锚孔内实施第二次灌注以形成内芯固结体/间隙固结体简称“二灌”;在锚孔内实施第一次灌注以形成外层固结体或及上部段护壁固结体简称“一灌”。
12、在本技术中,对第一次钻凿引导孔及扩孔、第一次灌注的手段不做任何限制,可以使用也可以不使用任何护壁措施(泥浆、套管、裸孔等);在第二次钻凿中,为了确保灌注的质量,才对钻凿的手段进行详细分类和做相应限制,其中,套管是只能用来护壁(即稳定、隔绝孔壁上的坍塌物,使之不能掉入锚孔内)的而决不能挪作/兼做他用,并且进行钻凿引导孔、钻凿扩孔是由钻杆、钻头、扩孔钻头承担的而不是套管,只有这样才能将孔壁坍塌物与外部环境隔绝以保证锚孔内清孔的顺利、灌注的高质量,其中钻杆、钻头、扩孔钻头在本技术中不做任何限制,例如附图28所示的钻头、扩孔翼,以及公开号cn218964137u、cn111663903a、cn106988773a、cn101280665a、cn204024476u、cn217300569u等等所记载的钻扩孔器具。
13、锚固体全长扩径时的形状包括但不限于螺旋形、圆柱形、台阶形等等。在第一次钻凿引导孔时,不排除有使用公开号cn110306549a专利申请中“成孔套管”的可能,但这时的虫洞固结体直径应为套管外缘直径。当钻具在岩土体中第一次钻凿引导孔时不需要安设套管,或即使需要安设套管,但第一次钻凿引导孔是单独安设套管(即不与第二次钻凿引导孔共用套管),并且,第一次钻凿的引导孔被第一次灌注的固结剂或固结剂与岩土颗粒的混合物填充,在此前提下,第一次钻凿的引导孔简称虫洞,虫洞被第一次灌注的固结剂及或固结剂与岩土颗粒的混合物充填后形成的固结体简称虫洞固结体;引导孔是由钻杆(除了常规的各类钻杆,也包括公开号专利cn110306549a申请中所述的“成孔套筒”在内)、钻头在岩土体中钻掘出的用于植入锚筋与灌注管等的长条形洞穴,简称引孔/导孔。需要注意的是,附图6所示第一次钻凿的引导孔并非虫洞,即:当未对引导孔进行灌注或第一次钻凿引导孔时与第二次钻凿引导孔时共用套管和/或裸孔的情况下该引导孔并非虫洞;只有同时满足两个条件:第一次钻凿引导孔不与第二次钻凿引导孔共用套管和/或裸孔,且第一次钻凿的引导孔被第一次灌注施工实施充填,这样的第一次钻凿的引导孔才能成为虫洞,才能形成虫洞固结体。第二次钻凿的引导孔被固结剂充填后形成的固结体从前至后/从下至上分别为(扩径段)内芯固结体、上部段内芯固结体;内芯固结体与虫洞固结体在根本上是不同的,虫洞固结体是低强度的(其属于在第二次钻凿引导孔之前上部段护壁固结体、(扩径段)外层固结体的中心部分),而内芯固结体是第二次钻凿引导孔对虫洞固结体进行破拆后重新构筑的高强度固结体。
14、当锚固体包括上部段与扩径段时,
15、内芯固结体和外层固结体直接粘合,并且,在第二次钻凿引导孔过程中,上部段设置有裸孔(例如附图6所示),和/或构筑有上部段护壁固结体(例如附图1、附图2、附图3、附图4、附图17、附图21(设有上部段护壁固结体)所示与附图26(扩径段设有螺旋翼外层固结体)所示),和/或安设有套管;其中,当构筑有上部段护壁固结体时,外层固结体直径大于上部段护壁固结体直径大于用于第二次钻凿引导孔的钻头直径大于虫洞固结体直径(这句话表达的是一个a>b>c>d类型的连续不等式);当安设有套管时,用于第二次钻凿引导孔的钻头直径小于套管内缘直径小于外层固结体直径(这句话表达的是一个a<b<c类型的连续不等式);当上部段设置有裸孔时,用于第二次钻凿引导孔的钻头直径小于裸孔直径小于外层固结体直径(这句话表达的是一个a<b<c类型的连续不等式,理论上第二次钻凿引导孔的钻头直径可以等于裸孔直径,但通常实际是小于或略小于)。需要指出,当第二次钻凿引导孔使用扩孔钻头(例如单偏心、双偏心或抵扩式锤头,或伞形扩孔钻头等等)时,扩孔钻头的直径仍视为第二次钻凿引导孔的钻头直径。附图19未进行第二次钻孔,不属于本发明。附图14虽为未进行第二次钻凿引导孔的情况,但属于本发明的第二种情形。用于钻凿第二次引导孔的钻头直径(换言之,为第二次钻凿的引导孔直径)比套管口径小、比裸孔口径小,例如附图6的右三图即自右起第三图所示。非扩体段即非扩径段,即上部段即上覆地层段。裸孔是指未构筑上部段护壁固结体且未安设套管的引导孔。允许上部段为裸孔时有着苛刻的条件,孔壁应为硬质粘土或较完整的岩石等不易坍塌的地层。在同一个锚孔中,上部段护壁固结体、裸孔、套管允许以分段形式同时存在。其中,上部段护壁固结体与(扩径段)外层固结体同时灌注施工,灌注材料及标号均相同;上部段内芯固结体也有可能与(扩径段)内芯固结体/间隙固结体/膜袋外固结体同时灌注施工,灌注材料即标号也相同。裸孔和空孔的概念不同;当设置有裸孔/上部段护壁固结体/套管时,上部段既可能灌注形成固结体(包括上部段内芯固结体的可能在内),也可能保持空孔。
16、收缩状态直径是指扩孔钻头在收缩状态下的直径,钻头是专门用于钻凿引导孔或及扩孔的钻头,包括非扩孔钻头和扩孔钻头,扩孔钻头通常是机械式钻头,例如伞形扩孔钻头、附图28所示的抵压式扩孔钻头等;本技术的第二次灌注是通过能够灌注高标号固结剂的后灌注管实施的,而不是cn110306549a中所述的“注浆钻头”,在本技术的第二次灌注工序中灌注只管灌注,没有钻头的事,只有在前面的第二次钻凿引导孔工序中才有钻头一说,另一方面,钻头只管钻孔,也没有注浆一说,为了实现高强度固结体,钻孔工序与灌注工序各做各的事情,钻头与灌注管各承担各的功能,均不能混为一谈,从附图28可以看出,本发明在二钻二灌阶段的钻头与注浆没有关系,如果混为一谈、钻与灌两个工作混淆,则势必无法完成高标号固结剂的灌注即无法形成高强度固结体;再从第二次钻凿引导孔工序本身来讲,对设置有套管的情形,套管是套管,钻头是钻头,各是各的功能、作用,套管只管护壁,钻头只管钻孔或及扩孔,如果混为一谈、钻与护两个工作混淆,将两种器具混合成为“钻头套管”,则在“钻头套管”退出后将无法护壁,在接下来的植锚工序中无法顺利下锚,也无法在锚孔中顺利实施高标号固结剂的灌注,更具体地讲,如果采用管状取芯钻头(cn110306549a对“成孔套筒”没有做具体结构介绍,从其功能上猜测相当于管状取芯钻头)进行取芯钻进,则需要反复多次进出锚孔循环实施钻芯、取芯工作,这样在每次退出锚孔时,都不可避免会造成护壁措施缺失,造成孔壁的坍塌,及造成孔壁地层与引导孔内泥浆、流沙、固结剂浆液的互联互通、无法隔断,从而造成第二次灌注工作甚至连植锚工作都无法正常进行。所以,本发明与cn110306549a所解决的问题是根本不同的,钻孔、灌注方法是根本不同的,结构设置也是根本不同的,效果也是根本不同的。当套管具有管靴时套管内缘直径为管靴内缘直径。
17、申请人在本技术的撰写过程中检索到了公开号为cn110306549a的专利,发现其工法的施工步骤与申请人解决上述问题的思路较为接近,但是,该工法提出需要解决的问题却是:“对于卵石砂地层、地下水较丰富的地层、灰岩地区涉及空洞的地层,在这些地层中完成了钻孔步骤之后,由于地层中泥土之间的间隙较大,在进行下一注浆步骤时,注浆的浆液会快速渗入至地层的间隙中,导致严重的泥浆流失,使得即使注浆时间再长也无法达到溢浆状态,造成泥浆的大量浪费和工程的滞后,因此有待改善”,也就是说,其需要解决的是防止漏浆、防止水泥浆浪费的问题,其与本技术需要解决的问题,完全是两码事;本技术需要解决的是旋喷自携式锚杆索、先植筋后旋喷工法的成型缺陷、强度低的问题,以及囊式锚固体侧面囊皮处发生“离壳”致使锚固体与侧向岩土孔壁之间摩阻力不能有效传递的问题,以及塌孔造成锚筋被坍塌物包裹和囊袋无法扩张的问题;cn110306549a专利申请人并未意识到在本领域中本技术所述问题的存在,更未提出针对本技术所述问题的解决方案。虽然本技术在同时还针对传统圆柱形固结体的侧摩阻系数很低的问题提交了外层固结体变化直径的解决方法,但本技术的目的与侧重点仍在于解决旋喷锚的固结体成型、强度以及囊式锚的“离壳”问题,本技术的实质性特征仍将是第二次钻凿引导孔与第二次灌注,即二序元的特征,因此,本技术仍然以二序元为主权特征进行提交。也就是说,虽然cn110306549a专利有一些方法特征能够歪打正着,但正是因为目标的不同,所以在结构上还是有实质性的差别(上、下文结构特征中的若干个“大于”、“小于”、一个“固定”),从整体上并不影响本技术以二序元结构、方法解决本领域本技术所提出问题的创造性。本技术中的所有“大于”、“小于”在理论上其实是“大于或等于”、“小于或等于”,但在实际效果上都是无法等于的,本技术均按实际效果进行特征提交。
18、相对于扩径段而言,上部段护壁固结体具有“非扩径”属性,但上部段护壁固结体又不同于虫洞固结体(例如直径为5~9cm的钻具在岩土体中钻过之后形成的虫洞固结体直径为5~9cm或轻微大于5~9cm例如6~10cm),即上部段护壁固结体的直径通常相对于以一次钻凿的引导孔口径(即虫洞口径)更大(例如直径为5~9cm的旋喷钻具利用10mpa的射流压力制造出的固结体直径为20cm),且通常可以通过从旋喷钻杆前端的喷头上的喷嘴喷出的旋喷射流实现;上部段护壁固结体虽然理论上也可以通过较大直径的钻孔手段(例如钻具口径200~300mm)加灌注的方法实现,但毕竟不经济(例如利用直径为50mm的旋喷钻杆的旋喷射流实现上部段护壁固结体直径200~300mm的效率更高),所以通常可以采用旋喷射流的方法来实现,除非是在岩石、硬质黏土中常规的旋喷射流基本无效从而钻孔、扩孔均需要纯机械手段;需要注意的是,虫洞固结体是钻杆(也包括cn110306549a申请中所述的“成孔套筒”在内)与钻头本身在岩土体中的钻孔(不含旋喷射流的作用)形成的固结体,虫洞固结体在当锚固体全长为扩径段且喷头提升较快从而形成螺旋形固结体的情况下很容易找寻得到(例如附图20所示),有时在圆柱形旋喷固结体上部的横截面中心部位也能找寻得到(内芯固结体为单纯固结剂的固结体,外层固结体为水泥砂/水泥土的固结体,二者在成分、颜色上有所区别,且二者呈同心圆状);第二次钻凿引导孔时钻杆钻头本身在岩土体中的钻孔被固结剂充填后形成的固结体从前至后/从下至上分别为(扩径段)内芯固结体、上部段内芯固结体;除非采用纯机械手段钻凿较大直径的钻孔,上部段护壁固结体相比虫洞而言都将有少量的扩径(例如可以利用15mpa旋喷射流制造出直径为300mm的固结体),既比虫洞固结体直径更大,也比第二次钻凿的引导孔直径即上部段内芯固结体直径更大。
19、对全长为扩径段的锚固体(包括圆柱形固结体在内)尤其是螺旋形(包括锯齿螺旋形)固结体而言,不会有上部段护壁固结体的存在。现有技术在旋喷射流施工之后形成的固结体只有螺旋翼固结体(提升较慢时螺旋翼相互搭接成为圆柱形)与虫洞固结体,虫洞固结体因为直径较小从而与螺旋翼固结体之间的连接作用较弱,在锚筋拉力下容易发生连接处的断裂;因此,需要使用钻孔机械破拆虫洞固结体以及中心部位的螺旋翼固结体,即实施第二次钻凿引导孔,以按照本发明的精神内核重构内芯固结体(例如直径为200mm的摩阻/粘结型内芯固结体,例如附图1所示),即:第二次钻凿的引导孔(即非扩径部位的内芯固结体)的直径必须一定程度大于虫洞固结体直径,例如附图20、附图1至附图五、附图7、附图27所示,这样才能使得内芯固结体与螺旋翼之间的连接变得牢固,从而使得相对较高的锚筋拉力能够通过内芯固结体传递到外层固结体上去,进而通过外层固结体传递到侧壁的岩土体上去;在某些情况下(例如纯机械钻扩孔)的情况下则可能小于或等于第一次钻凿的引导孔直径,例如附图6所示,但其并不经济,不在本发明的技术方案选择之内。因此,本发明的这条特征(第二次钻凿的引导孔直径大于虫洞固结体直径)是其他工法所不具备的,该特征对保证螺旋翼固结体(外层固结体)与内芯固结体之间连接的有效性、可靠性起到了关键作用,对本发明锚固体的锚固力相比现有技术一定程度地提高起到了重要作用。
20、对扩径段的锚固体而言,外层固结体为内芯固结体的构筑提供了保护(环境隔离);但是对非扩径段而言,同样需要为构筑内芯固结体提供环境隔离,当上覆地层难以自稳的情况下,需要在第二次钻凿的引导孔与第一次钻凿的引导孔之间设置上部段护壁固结体以提供护壁作用(例如附图1至附图4所示),或设置套管用于护壁(即:将外层固结体上覆的易坍塌地层隔离并且当实施第二次灌注时及时撤除,例如附图5至附图7所示),但是也有特殊情况存在,例如原生地层的自稳性良好(例如老粘土和中风化岩石层)就不需要设置套管或上部段护壁固结体,只需要第二次钻凿引导孔的口径小于第一次钻凿的引导孔口径就行;上述这三种情况下的特征设置分别基于第二次钻凿引导孔时,钻具从上部段护壁固结体中穿过,或从套管中穿过,或从第一次钻凿的引导孔裸孔中穿过,这三条特征都证明了第二次钻凿引导孔时是采用了比上部段护壁固结体、比套管、比裸孔更小规格的钻具(或可折叠扩孔机具),并且都保证了将上部易坍塌的地层环境与第二次灌注施工隔离开来,从而保证第二次灌注的质量、实现内芯固结体的高强度目标,这几条特征也都是其他任何工法所不具备的,对保证第二次灌注形成内芯固结体起到了关键作用;并且,更重要的是,本发明的套管通过第一次钻凿引导孔植入上部段地层后,是固定不动的,不会用于钻孔,只用于对易坍塌地层的护壁,直到第二次钻凿引导孔结束后、第二次灌注时才从锚孔中拔出,这个特征确保了将环境介质与第二次灌注的介质分隔开,也确保了将第一次灌注已经进入地层的低标号水泥浆液和地层坍塌物不会因为套管的抽离而回流进入第二次钻凿的引导孔。cn110306549a中的“成孔套筒”其设置目的虽是为减少灌注过程中水泥浆向地层的漏失,但其“成孔套筒”随时都在因为多次钻进、退出锚孔而在做反复进出锚孔的动作,这样就会不可避免造成“成孔套筒”向外抽出过程中水泥浆向地层继续漏失,也不可避免已经灌注进入地层的泥浆、水泥浆和地层坍塌物回流进入锚孔,如果本技术也采用该类随时进出锚孔的“成孔套筒”,则势必造成无论第一次灌注已经进入地层的低标号固结剂回流进入第二次钻凿的引导孔,还是第二次灌注进入锚孔的高标号固结剂向地层中漏失,那么都会危害第二次灌注的质量,造成第二次灌注的不合格。
21、cn110306549a中的“套筒”虽然其名字与本技术的套管接近,但根据该专利申请原文记载,其“套筒”实质上是“成孔套筒”(即用于钻孔的钻具),虽然同时还兼用作泥浆、水泥浆、“旋喷注浆”“注浆钻头”、“锚索体和注浆管”的通道,但在该专利申请中并没有看见任何将“套筒”用于隔离不同固结剂/固结体的的描述,也并未看见关于其他任何结构用于将不同序次的固结剂进行分隔的记载(实际上,该专利申请根本就未将不同序次的固结剂进行分隔,该专利申请中的“成孔套筒”,因为用于钻孔而随时实施交替重复的进退动作,证明该专利的申请人在主观上根本就没有将“套筒”用于分隔不同的固结剂的意图),并且,该专利申请权利要求7还专门指出:“根据权利要求1所述的支护工程中的锚索施工方法,其特征在于,所述水泥浆为po42.5r水泥浆,其水灰比为1:1”,由此可见,该专利的申请人并没有认识到为了确保内芯固结体的灌注质量和高强度,不同灌注序次的固结剂种类应该是不同的,更没有认识到需要将不同灌注序次的固结剂进行分开,即该专利的申请人从未遇到过/提出过/思考过如何将不同灌注序次的固结剂进行分开、隔离以形成不同功能的固结体并如何合理传递锚固力的问题;而本技术中的上部段护壁固结体/套管(或者当上覆地层能够自稳时的无套管裸孔措施),第二次钻凿引导孔是使用专门的钻杆钻头而不是使用套管,用于钻凿第二次引导孔的钻头直径(即第二次钻凿的引导孔直径,也相当于上部段内芯固结体直径)大于虫洞固结体直径、小于上部段护壁固结体直径、小于套管内径、小于裸孔内径,以及共用套管植入后固定不动这些特征,本质上都是用于对上部段孔壁地层(即外层固结体上覆的易坍塌地层)环境进行隔离的,目的都是从时间和空间上将第一次灌注、第二次灌注的固结剂分开、隔离,从而确保内芯固结体的灌注质量和高强度以实现锚固力从内芯到外层的良好传递和扩散,而cn110306549a中的“套筒”因反复进出锚孔从而无法对不同标号的固结剂进行隔离、无法做出是内芯固结体还是外层固结体的区分,所以,本技术的“套管”与该专利申请的“套筒”显然不是同一个/同一类的结构;并且,本技术所提出的结构,与既有技术的囊袋结构不同,并且还克服了囊袋的致命缺陷。
22、此处需要说明,为了实现良好的可喷射性,旋喷注浆均是使用高水灰比水泥浆(例如1:1);而本技术的内芯固结体,如果使用水泥浆作为固结剂的话,需要使用低水灰比的水泥浆(例如0.45:1),否则根本无法保证内芯固结体强度,并且,通常使用特殊灌浆料即复合成分的固结剂,例如无收缩灌浆料,与旋喷注浆的材料是完全不同的;并且,本技术的必要特征包括外层固结体与内芯固结体的构筑和固结是按前后顺序分时实施的,否则也难以实现两种固结剂既直接粘结又不互相混凝。cn110306549a其灌注的固结剂就是互相混凝的,没有实现空间上的区分、隔离,所以其尽管前后进行了多次灌注,但灌注材料却仅仅只有一种(即1:1水泥浆),其分做多次灌注(并且多次进退“套筒”)的目的仅仅是“填满渗出的浆液部分”“避免浆液的流失”而已。
23、此处还需要说明,本发明进行第二次钻孔或及扩孔的目的是为了在第一次灌注形成的固结体(即外层固结体)的内部营造出一个独立/封闭的、与围岩土体完全分隔开的、安全稳定的植锚与灌注的净空环境,是为了能够通过第二次灌注(只需要低压或超低压灌注、充填性质的灌注即可)实现高强度的内芯固结体,而不是为了所谓“第二次旋喷注浆”或“第二次高压劈裂注浆”甚至“第三次高压劈裂注浆”之类提供注浆插管通道,也不是为了在漏浆地层中“填满渗漏部分”!某专利提出的第二次旋喷注浆其实质仅仅就是进行了复喷而已,其只能将旋喷桩径再扩大一点或将水泥土搅拌得更细碎更均匀一点,将附图19所示的传统旋喷固结体缺陷弥补到更加接近圆柱体而已,其无法将第二次注浆的固结体与第一次注浆的固结体分开为内外两个(不同强度)的部分;而第二次甚至第三次所谓“高压”注浆只能在第一次注浆的固结体中冲出一些浆脉或填充一些收缩缝而已(附图18所示),其同样也无法将第二次注浆的固结体与第一次注浆的固结体分开为内外两个(不同强度)的部分。本发明的第二次钻孔或扩孔过程中倒是很有可能采用特高压射流,但不是在第二次灌注中使用。cn110306549a的“二次钻孔和注浆工序”是为了向地层中“补浆”,而不是本发明第二次钻凿引导孔所要实现的将第一次灌注的固结剂、第二次灌注的固结剂分开、隔离,从而实现内芯固结体的高强度。
24、当然,植入套管的方法,除了可以镶嵌钻齿并安装在钻机上直接钻入地层以外,本技术还可以利用钻凿引导孔的成孔钻头(例如潜孔钻机的冲击钻具)的底脚台阶同步携带套管进入地层,或跟随在成孔钻头后面通过其他动力源振动/冲击进入地层(例如钢板桩施工机具、搓管机等),拔管可以使用液压拔管机拔出、钻机反冲击拔出、振动器或顶驱振动拔出等等方法。
25、当构筑有上部段护壁固结体时,凿穿第一次灌注形成的上部段护壁固结体,会引起孔壁坍塌,危害第二次灌注施工。当上部段为裸孔即上部段护壁固结体与套管均未设置时,即上覆地层能够自稳的情况下,无论是非扩径段/上部段(或称上覆地层段)还是扩径段,仍需要将第二次钻凿的引导孔限制在第一次钻凿的引导孔范围之内,如果超出第一次钻凿的引导孔边缘(即凿挖位于旁侧本能自稳、尚未坍塌的原生地层孔壁),产生的岩土碎屑混杂进入锚孔内,会成为第二次灌注时的环境杂质,影响和破坏第二次灌注所要形成内芯固结体的高强度。
26、或,在扩径段沿纵向设置有波纹管(例如附图14所示),内芯固结体与波纹管的内侧密切贴合,外层固结体与波纹管的外侧密切贴合,外层固结体通过波纹管与内芯固结体相互啮合;其中,波纹管套设在锚筋的外侧,波纹管的前端设置于扩径段的前部,后端设置于扩径段的后部或向后延伸进入上部段的前部。
27、通常地,外层固结体在第一次钻凿引导孔的同时或之后构筑,并在外层固结体尚未固结之时将波纹管、配筋植入第一次钻凿的引导孔,然后再在波纹管内构筑内芯固结体,或在外层固结体固结的同时或之后第二次钻凿引导孔/扩孔,然后将波纹管与锚筋植入第二次钻凿的引导孔/第二次钻凿的扩孔且浇筑固定形成间隙固结体,并在波纹管内构筑内芯固结体。固结之后是指固结剂或固结剂与岩土碎屑混合物(例如水泥土或水泥砂等)初凝后或终凝后;由于第一次灌注与第二次灌注的强度标号不同,第二次灌注的固结剂严禁被第一次的固结剂或其与岩土体的混合物混杂进入,需要在第一次灌注的固结剂凝固成型的前提下再实施第二次钻凿引导孔,然后清孔(例如循环水洗或压缩空气吹洗)并实施植锚(即植入配筋,或植入波纹管与配筋)与第二次灌注。构筑间隙固结体与内芯固结体可以同时实施,也可以分开实施,可以使用同一种固结剂,也可使用不同种类固结剂。第一次钻凿引导孔可以是与第一次灌注同时进行,也可以是在第一次灌注之前进行。
28、换言之,内芯固结体、外层固结体均各自与波纹管直接啮合,内芯固结体与外层固结体的相互啮合是通过波纹管做媒介实现的;实质上,内芯与外层通过波纹管间接啮合的同时还叠加了粘合。内芯固结体、外层固结体的啮合加粘合所达到紧密结合程度是囊袋/膜袋所无法实现的;其中粘合的界面粘结强度因材料不同而异,例如金属波纹管表面粗糙度较高时其粘结强度高于金属波纹管表面光滑时的粘结强度,又例如含聚氨酯成分水泥浆与金属管的粘合强度高于纯水泥浆与金属管的粘合强度。纵向即锚孔的布设方向,也即锚杆索的延伸方向。
29、设置波纹管时构筑外层固结体、内芯固结体的实施方法例如:先以水泥浆旋喷扩孔然后放入扩体段带波纹管的锚杆索然后再对波纹管内灌浆达到m30,波纹管的前端、后端可以封闭,也可以不封闭,封闭可以是软性材料(例如布料)也可以是硬质材料,通常为避免在植入过程中沙泥进入波纹管可将波纹管前端置于导向帽或内承载板的遮盖防护之下。本发明设置有扩径段波纹管时不需要进行第二次钻凿引导孔/扩孔,当然,也可以设计为二次钻引孔然后植入波纹管并灌注,或如果植入时间滞后,也可以第二次钻凿引导孔/扩孔,浇筑间隙固结体可以与构筑内芯固结体同时进行,也可以分开、分步进行,浇筑可以采用任何灌注工艺、工具。需要澄清的是,本发明的波纹管不是锚筋的防护管(防腐蚀),也不是既有技术锚固工程中非锚固段用来隔离水泥浆的套管。
30、如无特别指出,“构筑”一词在本技术中的含义是通过灌注固结剂(例如水泥)的方式形成固结体,灌注包括但不限于各种灌浆/砼、高压旋喷注浆等等任何可以灌注固结剂的手段。当本发明未设置波纹管时,钻孔有两次(包括在旋喷的同时进行钻孔在内),现浇(即在施工现场即在锚孔内灌注)有两次甚至三次;当本发明设置波纹管时,钻孔可以仅需一次,但现浇(即在施工现场即在锚孔内灌注)有两次。本发明的内芯固结体、外壳固结体相互粘结或相互啮合,是为了解决囊式锚杆索的内外固结体被囊皮阻隔、无法相互提供摩阻力的问题;本发明二次钻凿引导孔然后将预制内芯植入并灌注,或一次钻凿引导孔并在固结剂尚未固结时植入波纹管然后灌注或植入预制内芯,是为了解决固结体成型缺陷与固结体强度问题。
31、除开膜袋型伞状扩大头以外,本发明的内芯和外层之间没有囊/膜袋,内芯和外层之间是直接粘合的,或通过波纹管进行相互啮合的,内、外固结体已经相互结合成为一体,成为连续介质;内芯的构筑实质是先对外层固结体的中心部位进行破拆或当未固结时植入,然后提高强度级别对外层固结体的中心部位进行重构,并使得内芯与外层固结体完全融合为一体、成为连续介质,即外层固结体成为内芯固结体与岩土体之间无障碍、无折扣进行力(也包括侧向摩阻力在内)传递的过渡层、缓冲层、扩散层,以及在重构内芯过程中的壳体、保护层;第一种情形是直接无缝粘合成为连续介质,第二种情形的内芯与外层通过啮合或啮合与粘合共同作用而形成连续介质。而位于囊袋内、外两侧(包括前、后两侧在内)的固结体是相互脱开的,没有粘合为一体,不是连续介质,也无啮合连接关系。膜袋型伞状扩大头则只能传递也只需传递纵向压力。
32、内芯固结体的形状主要决定于第二次钻孔、扩孔机具的原理、结构与性能,除了第二种情形是波纹状(在纵截面上)的以外,可以是任意的,例如可能是圆柱状的,或圆柱加两端圆锥体的,或圆锥形/多边形锥体的,或塔型/杯形的,或螺旋状的等等。内芯除了可以是现浇的外,还可以是预制构件,即在植锚之前已将锚筋(例如钢绞线或可螺纹连接的钢筋)与内芯以及附件(例如荷载转换装置、内承载板等等)制造、安装完毕,植锚前后只需现浇外层固结体、间隙固结体即可;预制件可以是任意形状,可以是波纹状/螺旋状等,也可以是圆柱状/圆锥状等表面无凹凸构件。
33、波纹管可以是螺纹式的或非螺纹式(例如附图21所示预制内芯构件的波纹形即为非螺纹式)的,不限材料种类,但应该是能够与水泥浆等固结剂有较好粘结的材料(如果采用水泥浆做固结剂,则波纹管材料的亲水性应较好,决不能是囊式锚杆索所用的聚酯纤维材料),例如毛面/凹凸面的金属、玻璃纤维复合材料、水泥预制管等等,以及能与含聚氨酯成分的固结剂较好粘合的金属材料、硬质塑胶材料等等。波纹管通常是套设在整个锚筋笼的外侧,当然,也可以套设在单根锚筋的外侧,只是这样的话实施灌注会麻烦一些。本发明专门将波纹管设置在扩大头段,同时并不限制在锚孔内其他部位、以其他功能使用波纹管。本发明所述波纹管为单层,且内侧、外侧均应为波纹形/螺旋形等,其设置目的在于将波纹管内、外的固结体制造分做两个过程分别完成,且通过波纹管将二者啮合或啮合与粘合共同作用在一起成为一个整体。
34、二序元扩大头锚固体,是指在结构上:所制造的锚固体结构为内外两层结构,内芯为高强度结构(直杆式或螺旋形或前端嵌固式/阶梯式扩体结构或伞状扩大头等形式),外层为低强度扩大头结构(包括定直径的圆柱形、变直径的各种形状素浆固结体/水泥砂浆/纤维增强混凝土等),以实现锚筋拉力的间接传递扩散、锚固体与岩土体变形协调可控、锚固体结构的耐久永续服务,此为二元;在实施工序上:外层(即低强度固结体)先行制造(包括但不限于以旋喷/压灌工艺制造),内芯(即高强度固结体)在后制造(包括但不限于以灌浆/砼工艺制造),且内芯是在外层固结体已凝固形成的基础上,经过第二次钻孔或第二次钻孔并扩孔,然后实施配筋、再次灌注而凝固形成,或内芯是在外层固结体尚未固结之时植入的预制内芯/扩径段波纹管经再次灌注形成,此为二序。二序并不是仅仅指具有两个工序,而是指与二元有机螯合的在施工现场实施的两个特定的工序,对应产生的是能够真正传递扩径段侧阻力的二元结构,或对应解决现有旋喷自携式伞状扩大头无法在砂卵碎石层、破碎岩层中和抗浮锚杆索工况施工,和预扩孔伞状扩大头尚未解决好的在卵碎石地层、破碎岩层容易因垮孔而影响伞笼尤其是大直径伞笼的扩张度的工艺问题,从而产生端承型锚杆索的前后叠压状扩散传力的二元结构(附图7所示由内芯扩大头固结体及其后侧外层固结体构成的二元结构),或内外嵌套以多种综合作用进行力的传递扩散的二元结构等。
35、当然,本技术所述的三种结构与方法中,在外层固结体尚未固结之时植入预制内芯或扩径段波纹管这两种结构及方法,同样难以适用于砂卵碎石层、破碎岩层,但是它们可以解决其他地层中的同类问题或者其余问题。唯有第一种即二次钻/扩孔、二次灌注的结构与方法可以全面地解决所有地层所有问题(二序元主要是指第一种结构与方法),但是包含的这三者各有优势、各有长短,或许第一种结构与方法的造价更高一些。
36、现有技术中的囊式扩大头、膜袋型伞状扩大头、钻孔植筋后旋喷再注浆锚杆索、旋喷后植筋再注浆锚杆索的灌注工作虽然也是分成两个工序完成,但并不是本发明所述的二序元扩大头锚固体;囊式扩大头、膜袋型伞状扩大头虽也类似二元结构(即包括袋内固结体与袋外固结体共两部分),但其袋内固结体的制造过程与本发明不同,其没有经过二次钻孔、扩孔的过程,和/或其受力特征与本发明不同,其不具备内芯与外层之间的啮合关系和/或粘结关系、连续介质特征,即不满足二序元的实质性特征条件,在效果上它们也无法实现本发明实现的真正意义上的侧阻型锚杆索(即锚固力源自侧向孔壁岩土体),或无法解决旋喷自携式伞状扩大头技术应用于砂卵石层、基岩层以及竖向抗浮工程的问题,或无法解决预扩孔后植式伞状扩大头技术在卵碎石层、破碎岩层中扩张度受到局限的问题。
37、本发明最主要的结构特征在于:内芯固结体与外层固结体直接粘合且内芯固结体的强度比外层固结体更高,且第二次钻凿的引导孔口径大于虫洞固结体直径,和/或小于上部段护壁固结体直径或固定式套管直径或裸孔直径;或在同时,外层固结体呈现变直径特征,和/或内芯固结体是二钻扩大头或二灌波纹头。外层固结体为第一次灌注产生的低强度固结体,内芯固结体为第二次灌注产生或预制的高强度固结体(也可以把间隙固结体、膜袋外固结体视作内芯固结体的一部分),且外层固结体无配筋(是素混凝土),内芯固结体有配筋(内芯本身就是锚固体);且第一次灌注产生的扩大头固结体(即外层固结体)与第二次灌注产生的固结体(即内芯固结体)之间是直接粘结的,没有囊皮(聚酯纤维织物)之类隔绝物,或外层固结体与内芯固结体之间是通过波纹管进行密切啮合或加粘合的;或在同时外层固结体还位于(承托于)膜袋型伞状扩大头(内芯扩大头固结体)的后侧;且还将原来传统的低强度旋喷固结体与锚筋的直接粘结改进为:低强度外层固结体与锚筋之间通过高强度内芯实施间接的应力传递,这样就大幅增强了锚筋在旋喷固结体或其他次固结体(例如成型不可靠的灌浆固结体)中的锚固能力、锚固可靠度、锚固耐久性;这样的结构,能够把锚筋拉力均匀合理地扩散分布到作为周围(包括扩径段侧方与后方)的围岩土体上,杜绝囊式扩大头的囊内囊外无法有效传递侧向摩阻力的缺陷,还解决了伞状扩大头系列技术的剩余难题。除此之外,本发明还有:灌注形成外层固结体的固结剂输送管路及排泄出口与灌注形成内芯固结体的固结剂输送管路及排泄出口分别设置在不同的机具上;例如外层固结体为锯齿螺旋形/锥台形、阶梯或倒阶梯形、球形、塔形等变直径结构,和/或内芯固结体呈波纹型/杯形等异形结构或扩大头结构,构筑外层固结体的喷头上高、低压喷嘴同截面同侧设置等结构特征。
38、本发明的主要方法特征在于:通过第一次钻孔(或及扩孔)与灌注,产生低强度(强度介于内芯固结体与岩土体之间)的外层扩大头结构,通过第二次钻孔(或及扩孔)与灌注,产生高强度的内芯结构(或者高强度的内芯扩大头结构),这样的施工方法,将传统的旋喷自携式扩大头锚杆索施工程序(即锚固体构筑过程为钻喷分开的一钻一灌程序或钻喷一体的一钻二灌程序,致使锚固体整体为低强度或低强度固结体与高强度固结体之间无法传递侧摩阻力,例如囊式锚索的高强度内芯因无法通过低强度外壳与旁侧岩土体传递侧摩阻力,故在高强度内芯的后侧仍然不得不依赖很长一段低强度水泥土浆固结体与锚筋直接粘结以传递侧摩阻力)打破,并重新建构通过一钻一灌制造低强度扩径段、通过二钻二灌制造高强度内芯(包括内芯扩大头在内)这两个程序,能够杜绝旋喷自携式锚杆索的成型缺陷、钻孔植筋后旋喷并扩孔工法的成型缺陷,从而克服旋喷自携式锚杆索的低强度缺陷、钻孔植筋后旋喷并扩孔工法的成型缺陷与低强度缺陷、旋喷后植筋再注浆工法的低强度缺陷以及在设计上的先天性理论缺陷,从固结体成型和强度两方面解决了锚筋与固结体之间的界面粘结弱、粘结不稳定、粘结不可靠、粘结不耐久的问题;同时也克服了囊式扩大头锚杆索受力产生纵向裂缝、无法真正利用扩径段侧阻力的缺陷。
39、或,本发明的主要方法特征在于:在第一次灌注后固结剂尚未固结之时,植入波纹管与锚筋,然后对波纹管内进行灌注(即第二次灌注)生成高强度的内芯固结体,这样既实现了锚筋拉力经由高强度内芯扩散至低强度外层,又避免了囊式锚杆索的囊皮导致的内外不粘合、无法传递侧摩阻力、易沿囊皮产生张拉裂缝等缺陷。在本技术中暂不涉及对囊式扩大头、直杆式旋喷扩大头的端承力的讨论。扩径段又称作扩体段、扩孔段等。
40、除此之外,本发明还有:构筑外层固结体的喷头上高、低压喷嘴同截面同侧设置等结构特征,以及手动/通过计算机编程自动调节高压泵输出压力等本领域的开创性方法特征。
41、本发明并不是囊式扩大头结构或现有技术的伞状扩大头结构或现有的旋喷扩大头锚杆索,本发明的内芯结构并不是通过对囊的灌注实现,而是在对外层固结体的中心部位及虫洞固结体进行破拆的基础上进行的二次(提质)重建,或者通过波纹管将外层与内芯相互密贴啮合,因而内芯与外层之间完全粘结或密切结合为一体,成为连续介质,相互无障碍传递侧向摩阻力、纵向压力,与囊袋内、外固结体之间的力学传递特征相比,发生了本质的变化,这与囊袋前、后固结体之间的纵向压力能够传递但囊袋内、外固结体之间的侧向摩阻力(即纵向摩阻力,侧向其实是指力的作用部位,纵向是指力的作用方向)不能够传递是完全不同的。
42、本发明对非扩孔段即上部段的锚固体不做要求,既可以是单层锚固体(例如附图6所示),也可以是内外双层锚固体(例如附图21所示的情形,或防护套管内为内芯、防护套管外为外层的情形),也可以是锚固体外套设pvc套管/波纹管,还可以是锚筋外套设防护套管、防护套管外为单层或双层固结体(例如附图7、附图17所示),还可以是无锚固体,即仅有锚筋或仅有锚筋与防护套管,而无固结剂形成的固结体,等等各种情况。
43、需要说明的是,本发明与旋喷后植筋再注浆(例如在旋喷钻、扩孔后植入锚筋笼,然后再于未凝固状态或初凝之后,实施再注浆或二次高压注浆)之类的二次注浆工法之间有着本质的不同,因为那些正是本发明需要扬弃、改良的工法,因为那些再注浆工法无非是向第一次旋喷注浆形成的半固结体中强行灌注了一些高强度浆脉(如附图18所示)以及填充了旋喷浆液干缩形成的缝隙/洞穴(如附图18所示),即使再次采用旋转提升式注浆也是枉然(被锚筋挡住的地方无法接受到高标号浆液),其再注浆的效果是不可控的,即无法让补注的浆液对原水泥土浆形成有效的置换,再注浆工序所得到的是一种其成分说不清、道不明的非均质、杂乱无章的、无序的混杂体,有的部位能得到补注,大部分部位得不到补注/置换,使得钢筋暴露在第一次旋喷注浆制造的水泥土浆(甚至有些部位是岩土块、沙泥团块)介质之中,其抗渗性、粘结强度、固结体强度、粘结耐久性均无法得到保障,甚至其承载力能否真正保证也需要打个问号。旋喷后植筋再注浆工法与本发明的区别在于:前者未进行第二次钻孔,所以其再注浆的效果无法受控;本发明的后灌注是在第二次钻孔(第二次钻凿的引导孔)/扩孔(第二次钻凿的扩孔)中实施,是建立在第二次钻孔/扩孔并对钻孔/扩孔内的隔离环境进行高标号灌注基础上的,或建立在后植波纹管并针对波纹管提供的隔离环境进行高标号灌注基础上的,两次灌注分别产生的固结体是既截然分开(内、外或前、后)又有机结合(直接粘合和/或啮合)、既分工明确(外层固结体负责传力给与侧壁岩土体和/或后方岩土体,内芯固结体负责承接锚筋传递的荷载)又共同作用(外层固结体与内芯固结体之间通过粘结和/或啮合和/或叠压(即承托)相互交换力的作用)的;相比之下,本发明概念明确、施工受控、效果显著;因有别于日本动漫二次元(实质含义就是二维平面即二元,与“次”并没有关系)的概念,故本发明名为二序元(当然,本技术中有的方法、结构并不是严格的二序二元,所以本技术也可以称作多序元,但本技术的主体仍然是二序二元)。本发明除提出二序元扩径锚固体外其实还诞生了特异型锚固体即:外层固结体(即锚杆索的扩体部分)为纵向变直径的锚固体,和/或内芯固结体为二钻扩大头或二灌波纹头的锚固体,二钻是指内芯是经过了两次钻孔或及扩径(扩孔)后形成的,二灌是指内芯是经历了两次灌注后形成的(一钻或一钻一扩或一钻二扩);而之前的传统锚固体被设计为扩体部位(即外层固结体)直径恒定(例如旋喷锚杆索),或内芯为一钻压胀扩大头(例如囊式锚杆索,未经历二钻/二扩),或二灌常规锚头(例如二次灌注的压力型旋喷锚杆索)。
44、需要特别说明的是,本发明的二序元侧阻型锚固结构与实施程序中,均摈弃了膜袋的参与;但对于二序元端承型锚固结构的内芯,是可以有膜袋参与的(例如附图7所示),因为端承型伞状扩大头锚固不需要侧阻力的参与、可以完全无视囊式扩大头锚杆索的侧摩阻力无法传递这个技术缺陷;此时内芯的灌注也分为两个阶段完成,在工程生产的实际施工过程中,可以视是否渗水以及渗水情况是否影响灌注质量(即外层结构作为壳体的保护效果如何)考虑是否采用膜袋灌注这种方式(当然,也可以看作是三元锚固体结构,构筑内芯本身也分做了两个阶段,本发明中类似的情况还有预制内芯固结体),当然,无渗水或渗水不严重的情况下是可以没有膜袋的,即内芯的灌注仍只有一个阶段,仍只实施两层的锚固体结构(即侧阻型二序元)。有人可能会说,与其使用膜袋,还不如在钻孔后直接下膜袋型伞笼实施灌注,费这么多周折干么?其实,如果那样蛮干,则卵碎石和破碎岩体之类易坍塌地层很可能垮孔导致伞笼扩张的难度增加,至少可能导致扩张程度的问题,所以岩土设计与施工不能只孤立考虑水的因素就算了;除了提供缓冲、过渡与应力扩散以外,外层低强度固结体也是为构筑内芯高强度固结体提供保护壳的。
45、还需要说明的是,在本发明的一部分结构种类中也应用了膜袋型伞状扩大头,以及预制件内芯固结体如果选择在外层固结体固结之后再第二次钻孔植入,则还存在膜袋外固结体或间隙固结体,它们都是经过第二次钻孔/扩孔再灌注的,而膜袋内灌注、膜袋外灌注均为第二次灌注程序的子程序;从整个建造程序和相应产生的结构来讲,本发明与囊式扩大头/膜袋型伞状扩大头是完全不同的,并且,与之前的伞状扩大头锚固体结构、自携式或预扩孔后植式的工法也是不同的。
46、进一步的,外层固结体为变直径;是指纵向变直径,附图26、附图25、附图24、附图20、附图21、附图1、附图2、附图5、附图7、附图17均为变直径。但附图19的扩体部分并未变直径,故其不属于本发明。但如果内芯固结体符合二序元特征,则当外层固结体为定直径时仍属于本发明的范畴,例如附图27所示。
47、“变直径”的含义是该段固结体的扩体部分包括2个或2个以上的扩体直径规格,且不包括引导孔(即通孔)本身形成的直杆固结体在内,且扩体部分的直径应比上部段护壁固结体的直径更大,也应比(任何一序)引导孔的直径(即直杆固结体的直径)更大,“变”可以是渐变,也可以是陡变。附图19所示的锚固体全长均为扩径段,除开引导孔本身形成的直杆固结体以外,其扩径段仅具有一种直径,即通过快速提升旋喷扩径形成的螺旋翼固结体的直径,其不属于本发明的范畴。例如附图25的扩径段包括4个直径规格的台阶,例如附图20所示的扩径段包括2个直径规格的螺旋翼呈交错排列,又例如附图26所示的扩径段的扩体部分包括2个直径规格的螺旋翼呈前后排列,又例如附图1所示倒阶梯形外层固结体、附图7所示球形外层固结体均属本发明“变直径”所定义范围。在本发明之前,无扩径段的锚固体只有一个直径规格,有扩径段锚固体的扩体部分也只有一个直径规格,因此无论是否有扩径段,其锚固体的侧摩阻系数均很小或较小,也不稳定、不可靠,虽然理论上通过扩径机械或旋喷射流快速提升可以产生螺旋翼,但其翼板宽大而单薄(从直杆部分横向伸出很远,与直杆部分的连接较弱),易于折断,对抗拉拔的贡献有限,并且因为需要很快提升(例如每分钟提升50cm~1m)才能形成螺旋翼,导致机械切削或旋喷射流切削、搅拌更加不充分,有损直杆部分与螺旋翼的灌注质量,如果慢速提升又有损施工效率并且一般会形成圆柱形固结体,所以在实践中通过施工控制形成周期性的、规律性的、耐拉拔的螺旋较难,故旋喷桩、旋喷锚杆索通常都不设计为螺旋形,而是设计为圆柱形,提升速度控制在15~30cm且复喷。
48、锚固体由锚筋与固结体螯合而成。传统的锚固体均为圆柱形或两段式圆柱形或串珠状圆柱形,通过本发明实现的锚固体例如整体呈倒楔形、阶梯形、长条状均匀分布的锯齿螺旋形等。此前的锚固体其非扩径段为恒定直径,其扩径段仍为恒定直径,因此无论是其非扩径段还是其扩径段,其侧摩阻力均是不可靠的,本发明设置变直径的目的是实现锚固体与围岩土体的啮合(或称作嵌固),在锚固体的侧面实现类似端承的旁侧承载作用,或实现整个锚固体在围岩土体中的嵌固,而不是沿用过去的依靠摩阻力抗拔(当然,也可以视为锚固体与旁侧围岩土体的摩阻力因为啮合作用而增强),或在实现锚固体在围岩土体中的的端承作用或侧向啮合嵌固的同时,相比固定直径(例如圆柱形)的情况,还可实现固结剂材料的节省。传统技术上采用直径均一的圆柱形(全长粘结,或分为锚固段与非锚固段,例如全长注浆锚杆、旋喷注浆锚杆在设计理念上就是圆柱形摩阻型)或两段式圆柱形(通常分为非扩径段与扩径段,非扩径段也可能设置有锚固段,例如囊式锚索)或串珠状圆柱形(例如苏州能工的压力分散型旋喷扩大头锚索在设计目的上就是串珠状圆柱形),本发明则突破此限制,本发明对喷嘴的设置、对射流压力的控制,使得变径的全长扩径锚固体、变径的扩大头锚固体例如台阶形或倒台阶形、圆球形、弧曲线锥形或倒锥形、锥台或倒锥台形等成为了可能和现实的选项,本发明总体而言,可以系统地克服锚固体的成型缺陷、强度缺陷,实现旋喷锚杆索的稳定性、可靠度、耐久性,使得锚固体与围岩土体的锚固力大幅增强,和/或可以节省固结剂材料,当然,具体每一个发明点,其功能作用、优点和有益效果有所区别。
49、需要说明的是,当锚固体为纵向变直径结构(或称作特异型结构)时,锚固体通常是二元的(即由内外双层固结体构成,例如附图24、附图25所示),当然,可以将三元(例如附图7所示的内外双层固结体加膜袋外固结体、附图21所示的内外双层固结体加间隙固结体)仍视为二元,其中的内芯固结体既可以是圆柱形固结体,也可以是纵向变直径固结体例如倒阶梯形,还可以是两段式圆柱形、串珠状、波纹状等等。反之,如果锚固体为二钻扩大头或二灌波纹头结构,则扩体部分有可能是纵向变直径,也有可能恒定直径,例如附图3、附图4所示扩体部分即为恒定直径,也不排除串珠状圆柱形锚固体的存在。
50、和/或,内芯固结体包括内芯扩大头固结体,且内芯扩大头固结体的直径大于第二次钻凿的引导孔直径;这里有个隐含条件是:内芯扩大头固结体直径小于外层固结体直径,第二次钻凿的通孔直径小于第二次钻凿的扩孔直径。内芯固结体包括内芯扩大头固结体例如附图2至附图7、附图17所示,此处“内芯之所以用“和/或”,是因为既有外层固结体变直径、内芯固结体扩大头两种类型独立存在的情况,例如附图26、附图25、附图24、附图1、附图20、附图21所示,也有两种类型同时存在的情况,例如附图2至附图7所示。扩大头固结体”的含义是(扩径段)内芯固结体直径大于第二次钻凿的引导孔(即通孔)直径。
51、和/或,内芯固结体为现浇构件或包含预制构件,且当内芯固结体包含预制构件时,预制构件与外层固结体之间还设置有间隙固结体;或在同时,间隙固结体的强度高于外层固结体但低于预制构件;间隙固结体同样也是由第二次灌注产生的。此处现浇构件的含义是指内芯固结体是通过施工现场即锚孔内灌注形成,当然,外层固结体也是现浇构件。
52、通常地,其中,外层固结体在第一次钻凿引导孔的同时或之后构筑,且在外层固结体固结的同时或之后第二次钻凿引导孔/扩孔,并在第二次钻凿引导孔/扩孔的同时或之后植锚(即植入配筋)并构筑内芯固结体,或将预制构件植入第二次钻凿的引导孔/第二次钻凿的扩孔并浇筑(即第二次灌注)固定形成间隙固结体;
53、和/或,外层固结体还设置在所述内层结构的后侧,且内层结构为膜袋型伞状扩大头,且膜袋型伞状扩大头的直径大于第二次钻凿的引导孔直径;
54、现浇构件即在施工现场(即在锚孔内)用固结剂(例如混凝土/水泥砂浆/水泥浆/水泥土浆等)构筑的构件,例如附图21所示间隙固结体与外层固结体、附图1至附图7所示内芯固结体与外层固结体、膜袋外固结体;预制构件例如附图21所示内芯固结体。引导孔是为植锚或插入灌注管而钻凿的孔,但只要是钻机钻具实现了钻灌一体化都应视为钻凿引导孔与灌注同时进行,只要是钻机钻具实现了钻植一体化的情况都应视为钻凿引导孔与植锚同时进行。本发明不限制任何钻机、钻具、机具参与和实施第一次钻凿引导孔、第一次钻凿扩孔、第二次钻凿引导孔、第二次钻凿扩孔、第一次灌注、第二次灌注,可以是单功能机,可以是多功能机,例如单纯的潜孔钻机、单纯的灌浆机、单纯的旋喷机、复杂的钻扩灌植一体机等等。
55、伞状扩大头即本技术所述的伞状扩体结构经灌注形成的锚固体,伞状扩大头是本技术所述内芯扩大头固结体的一种形式,除此之外还可以有圆/棱柱体、圆椎体/锥柱体、锥台、球体、楔体等等多种形式。膜袋型伞状扩大头是指套设有外膜袋的伞状扩体结构经灌注形成的锚固体,伞状扩体结构包括但不限于申请人先期关于扩大头锚固技术申请系列申请中的任意伞状构件;膜袋型伞状扩大头的直径是指伞状扩体结构扩张后的直径或加上伞笼扩体配筋的固结体保护层的直径,例如附图7所示中铰接处的伞笼直径,该类情形的伞状扩大头无需利用锚固体扩径段与围岩土体之间的侧摩阻力,只需利用端承力进行设计,之所以无需利用侧摩阻力,是因为伞状扩大头是锥形传力的高刚度结构。使用膜袋并不是必须的,仅是为预防在实际生产中,外层固结体或套管不足以隔绝地下水影响,且未采取其他措施防止渗漏地下水对内芯灌注的影响而使用。
56、内芯固结体可以是现浇(即在施工现场即在锚孔内进行灌注产生),也可以是预制(即在运到施工现场之前固结体就已经浇筑好,运到施工现场后植入第二次钻凿的引导孔内再次浇筑(灌注)固定即可)。采用钻喷一体化施工工艺可以在构筑上部段护壁固结体、(扩径段)外层固结体的同时实施钻凿引导孔,而不需要专门钻凿引导孔,旋喷扩体锚杆索就是在旋喷钻进的同时构筑外层固结体;当然,也可以选择在钻凿引导孔之后再将旋喷钻杆插入引导孔进行旋喷扩体施工,本发明不做限制。通常,本发明的第一次钻凿扩孔是通过旋喷射流实现的(但也有例外,例如附图6所示在岩石层中直接钻扩孔),或通过扩孔钻具加旋喷射流亦可;如果仅通过扩孔钻具扩孔,通常会是在第二次钻凿引导孔的同时或之后发生,这在本技术中称作第二次钻凿的扩孔,当然,第二次扩孔也可以通过旋喷射流手段实现(如果旋喷工艺能够胜任的话),或通过扩孔钻具加旋喷射流实现。岩石层中还有一部分情况是通过渗透注浆、高压注浆等手段在第一次钻凿的引导孔中实施对破碎岩层的灌注形成球形的外层固结体等。
57、和/或,当第一次钻凿引导孔与第二次钻凿引导孔共用套管时,套管从第一次钻凿引导孔结束直至第二次钻凿引导孔结束均固定在锚孔内;当第二次钻凿引导孔单独安设套管时,用于第二次钻凿引导孔的钻头直径大于虫洞固结体直径;
58、和/或,当钻头上安设有扩孔翼时,扩孔翼收缩状态的直径小于上部段护壁固结体直径或套管内缘直径或裸孔直径;
59、和/或,第二次钻凿的引导孔/第二次钻凿的扩孔与第一次钻凿的引导孔同轴;同轴即两次钻孔中心轴重叠,即两次钻凿的引导孔其孔位重叠,换言之第二次钻凿引导孔的孔位就是第一次钻凿引导孔的原位。
60、和/或,外层固结体包裹在内芯固结体的外面,或分布于内芯固结体的后侧或后侧与外侧;外层固结体分布于内芯固结体后侧的情况见附图7。外层固结体分布在内芯固结体的“外侧”是指在横向上的外侧。其中,内芯固结体与外层固结体直接粘合情形的伞状扩大头只能是无膜袋的伞状扩大头,例如附图1附图6所示;其中附图1的内芯固结体与外层固结体之间为单纯的粘合(摩阻)作用,附图2的内芯固结体与外层固结体之间除了粘合(摩阻)作用外还存在轻微的嵌固(端承作用),附图21的内芯固结体与外层固结体之间存在复杂的粘合与嵌固关系(但仍存在锚筋与内芯之间拉裂的可能性、内芯与外层固结体之间拉裂伴随锚筋向外位移甚至拔出的可能性),附图3的内芯固结体与外层固结体之间除了粘合(摩阻)还有嵌固(端承作用)关系(但仍存在锚筋与内芯固结体之间产生拉裂破坏伴随锚筋向外位移甚至拔出的可能性);附图4至附图7的内芯固结体已经完全被禁锢(卡死)在外层固结体内(只要伞状扩体结构的钢结构强度足够,配合高强度内芯对扩展配筋的锚固作用,则锚筋与内芯固结体之间拉裂破坏以及锚筋向外位移甚至拔出的可能性几乎没有了);其中附图4、附图5、附图6的伞状扩大头内芯与外层固结体之间既有侧摩阻作用,又有端承作用;附图7则只存在端承作用。旋喷后植筋再注浆工法不具备本条特征,囊式锚杆索则不具备“内芯固结体与外层固结体直接粘合”这个特征。
61、和/或,所述配筋还包括扩展配筋/胀壳锚杆,并设置有扩张工具;扩展配筋仅在锚孔的扩体段内配置,扩展配筋主要是指成笼直径大于非扩径段(即上部段)锚孔直径的配筋,同时还包括纵向柱/加力柱(见申请人的关于伞状扩体结构的系列先期申请)。扩展配筋包括但不限于各种形式的可扩体的钢丝笼/钢筋笼或纤维材料筋笼,锥形/倒锥形/锥台形筋笼(例如各种伞状扩体结构包括附图6所示的伞笼在内),钢结构楔形或倒楔形扩体锚固机构(例如螺旋收扩式或抵扩式的锚筋扩大头)等等,扩体、扩展的意思是指锚固结构在植入锚孔时其直径并不大于非扩径段锚孔,但最终在灌注和/或承载时其直径大于非径孔段锚孔,即:其在植入锚孔扩径段之后实现了直径的增扩。扩展配筋的功能主要是对内芯固结体(外缘处)进行加筋,将锚筋的拉力通过反力板传递到扩展配筋上或及整个内芯固结体上,并后续传递给外层固结体以及周围的岩土体,起到应力扩散的作用。扩张工具包括但不限于各种形式扩展配筋钢筋笼的扩张工具,例如先期申请“预扩孔后植式伞状扩体设备”(cn213682090u)中的束绳、辐条、旋喷钻杆等,胀壳锚杆的螺杆螺帽等。胀壳锚杆又称作膨胀螺钉等,膨胀后的尺寸可以是通孔直径,也可以是第二次钻凿的扩孔直径(可能总共不止一个扩孔直径规格,只要是其中一个即可)。锚筋可以由膨胀螺钉的螺杆兼任。
62、和/或,还设置有导向帽和/或荷载转换装置和/或内承载板;荷载转换装置或称作承载体(也有将内承载板称作锚板/反力板/承载体,或将荷载转换装置与内承载板合称承载体的,荷载转换装置承担将锚筋拉力转化为对承载板压力的功能,内承载板则承担向囊内固结体、囊外固结体或向伞状扩大头或向内芯固结体、外层固结体传递压力的功能),包括内锚头上各种锚盘及夹具、冷挤压套、螺母、销轴等等,沿锚筋全长的分载体(例如挤压套、螺母、锚夹具等等),绑焊在锚筋前端的钢筋等。附图13、附图14中的前螺帽也是一种荷载转换装置,前架板也是一种内承载板,但其荷载转换、传递的吨位很低,或者在设计理念上并未赋予或并未倚仗其荷载转换、传递功能,通常的,前后架板、前后螺帽对囊袋、波纹管起到框架支撑作用,本技术为图示清晰,附图13、附图14均将框架螺杆与锚筋合体设置,但其实在生产实践中通常并不是合体设置。
63、和/或,还设置有后灌注装置;后灌注装置包括但不限于后灌注管,压浆栓塞,y形混合器,袖阀管,灌浆机,泥浆泵,灌浆套管,孔口封闭器或孔口套管及盖板、螺纹接头、阀门等。除与锚筋同步植入锚孔以外, 后灌注装置还可以单独插入锚孔,或与预制构件同步植入锚孔,用于灌注内芯固结体与外层固结体之间的间隙,例如附图21所示。本发明的后灌注即第二次灌注,灌注的目的就是形成内芯固结体或将预制构件内芯固结体浇筑固定到外层固结体的轴心(即浇筑固定到第二次钻凿的引导孔/第二次钻凿的扩孔中)。
64、和/或,灌注形成外层固结体的固结剂输送管路及排泄出口与灌注形成内芯固结体的固结剂输送管路及排泄出口分别设置在不同的机具上;例如某种旋喷扩径螺旋灌注桩就将螺旋钻杆的内孔作为输送混凝土的管路,混凝土的排出口(单向阀板兼钻头)设置在螺旋钻杆的下方,将输送高压水泥浆的管路安设在螺旋钻杆的芯管外侧、螺旋翼内侧,将高压水泥浆的出口设置在螺旋钻杆的侧方,其混凝土管路、排出口与高压水泥浆的管路、排出口都是设置在螺旋钻杆及钻头上的,因此其混凝土的灌注工作、水泥浆的喷射工作是同时进行的,且在空间上未进行并且也无法进行分隔(因此其无法将低强度水泥土浆从锚孔或引导孔中分离出来,也无法提供给高强度固结剂的灌注以净空,即无法制止两种固结剂的交错混杂、相互离岛,无法按照设计意愿获得准确的内芯固结体成型,这就造成内芯固结体的完整性、高强度受到损伤,进而内芯的承载与传载性能受到损伤),换言之,其灌注水泥浆形成水泥土外层固结体的管路及排泄口与灌注内芯混凝土的管路及排泄口是设置在同一个机具(螺旋钻杆及钻头)上的;而本发明用于第一次灌注的低标号固结剂输送管路、排出口是设置在专门从事第一次灌注的机具(钻具/钻喷具/灌具,常常需要钻机钻杆加压进入岩土体/第一次钻凿的引导孔,例如能够承受高压的旋喷钻杆及喷头,例如附图15、附图16所示喷头,当然,有时也存在砼管以自重落入第一次钻凿的引导孔的情况)上,并且该机具钻入/插入的是第一次钻凿的引导孔(虫洞),而用于第二次灌注的高标号固结剂(例如混凝土/无收缩灌浆料)输送管路及排出口是设置在专门从事第二次灌注的机具(仅为灌具,即权利要求中的后灌注装置,例如超低压灌浆钢管或pvc管)上,并且该机具插入/以自重落入的是第二次钻凿的引导孔,且第二次灌注工作与第二次钻凿引导孔及扩孔是严格分开进行的,机具也是分开的,第二次钻凿引导孔及扩孔是使用专门的钻扩机具,第二次灌注是使用专门的灌注机具,灌注机具进入第二次钻凿的引导孔时不需要钻机钻杆给压,只需要手动插入或以自重落入即可;本发明构筑锚固体实行的是分做两次于先后不同的时间分别成型(简称分时分序灌注),通过第二次灌注将第二次钻凿的引导孔及扩孔的净空填充从而形成完整、准确、纯净的内芯固结体,前后两种固结剂会准确地沿着设计预想的粘结面截然分开(同时又相互合作实施力的传递),并且还在内芯固结体与外层固结体之间形成嵌固作用;这个特征是本发明与现有众多旋喷扩径螺旋灌注桩技术的根本不同之处;再换言之,本发明经过了第二次钻凿引导孔/扩孔和专门的第二次灌注,这是任何旋喷扩径螺旋灌注桩工法所不具备的。当然,上述均为锚孔内现浇成型的情况,如果内芯固结体包含预制构件,二者同样也是设置在不同的机具上的,何况本发明还设置有间隙固结体,也要经过第二次灌注。
65、和/或,还设置有导向帽和/或前架板和/或后架板和/或框架螺杆和/或螺帽;螺帽包括前螺帽和/或后螺帽和/或顶推螺帽和/或固定螺帽等等。前架板也可以和内承载板合并设置。框架螺杆可以直接与前架板、后架板连接,也可以通过螺帽与之间接连接。前架板、后架板、框架螺杆均为构成扩径段内芯所需要的框架构件。
66、和/或,波纹管分别与外层固结体、内芯固结体相互粘结;
67、和/或,还设置有植锚工具。植锚工具例如旋喷钻杆,当设置有扩展配筋时植锚工具即为扩展配筋植入工具,当设置有伞状扩体装置时植锚工具即为植伞工具,锚筋本身、后灌注管等也可以作为植锚工具、扩展配筋植入工具、扩展配筋扩张工具。
68、进一步的,外层固结体的外形包括螺旋形/球形/塔形/锥台形/阶梯或倒阶梯形/杯型,螺旋形包括锯齿螺旋形、塔式螺旋形;例如附图1所示的外层固结体即为倒阶梯形,附图2所示的内芯固结体即为阶梯形。在某些领域比如钻具领域,锯齿螺旋形也可称作波纹形,但其实二者本质上不同,波纹形的波峰互不连续、波谷互不连续,但锯齿螺旋形的波峰是因连续成为大直径螺旋的、波谷是因连续成为小直径螺旋的。理论上,可通过渗透灌浆、高压灌浆实现球形固结体(包括在散体结构的全/强风化岩层中),或通过旋喷复喷扩径(当旋喷工艺有能力切割地层时)或压力控制的方法实现大致的近似球形固结体、近似锥台形固结体,锥台形是指外层固结体外缘在纵截面上呈前小后大的梯形,通常是圆锥台形。锯齿螺旋形是指固结体在纵截面上的外缘形状,锯齿螺旋形虽在纵截面上的形状类似波纹但并不是本技术所述的波纹形;锯齿螺旋形可通过本发明所述的喷嘴设置实现,严格说来锯齿螺旋形也是螺旋形的一种,但在本技术中,锯齿螺旋形需要和以往的螺旋形、波纹形区别开,锯齿螺旋形固结体(例如附图20所示)可视为以往的螺旋形固结体的螺旋叶片之间的土体被较小直径的螺旋固结体置换,以往的螺旋形固结体仅有一种直径的螺旋翼,而锯齿螺旋形固结体具有两种或两种以上直径的螺旋形固结体,例如包含有两种或两种以上不同直径的螺旋翼并列、相互间隔;波纹形固结体的波纹之间没有互相连接/交叉,波纹形固结体,例如附图21所示的内芯固结体。而以往的螺旋形固结体是同一种直径的翼板互相连续形成螺纹翼,例如附图19所示。正台阶形即逐级增大型扩径段一般用于锚孔较浅的情况,倒台阶形即逐级减小型扩径段一般用于锚孔较深的情况。锚固体实现附图24、附图25所示的多级倒台阶形时,可以通过人工调节高压射流泵压力的方法,或旋喷复喷的方法,也可以通过计算机编程设定高压泵压力大小变化的方法。螺旋形外层固结体例如附图26、附图27所示的等直径或变直径的螺旋翼固结体,附图26为塔式螺旋形。
69、和/或,内芯固结体的外形包括螺旋形/波纹形/锥柱形(例如附图3至附图6所示)/杯形(例如附图7所示伞状扩体结构)/锥台形/阶梯形;此处螺旋形可以是任意类型。锥柱形是指两头尖或一头尖、中间部位为柱体的情形,例如附图3至附图6所示内芯固结体。螺旋形内芯固结体可以采用螺旋钻、中偏心潜孔锤等钻具实现,或通过在外层固结体尚未固结之时插入外形为螺旋形的预制件(例如附图19所示)实现,或虽外层固结体固结之后经二次钻孔然后插入波纹形内芯最后再对缝隙灌浆实现;同理,波纹形内芯固结体可以通过在外层固结体尚未固结之时插入波纹管然后对管内灌注实现,或通过插入外套有波纹管的预制件实现,或通过插入剔除了波纹管外套的预制件实现,或虽外层固结体固结之后经二次钻孔然后插入二次钻孔最后再对缝隙灌浆实现;圆柱形、锥柱形、杯形内芯固结体可以通过伞形扩孔钻头、伸缩式扩孔钻头等钻具在外层固结体中钻凿扩孔,再进行灌注得到。
70、和/或,所述膜袋型伞状扩大头的直径大于套管直径、上部段护壁固结体直径、裸孔直径;引导孔即第一次钻凿的引导孔或第二次钻凿的引导孔。套管是临时性的护壁措施,在内芯固结体的灌注过程前/中/后即会撤除;而上部段护壁固结体的灌注本来是与第一步灌注(即外层固结体的灌注)同步完成的,但当外层固结体灌注完成且固结后,在第一次钻凿引导孔的原位实施第二次钻凿引导孔时,将中心部位凿除而余下周边部分,从而形成了附图1到附图4所示的永久性的护壁外壳,当采用旋喷注浆的方法构筑外层固结体时,构筑上部段护壁固结体的旋喷射流压力比构筑扩体段外层固结体的旋喷射流压力小,例如前者为15mpa,后者为45mpa,前者构筑的固结体直径为30cm,后者构筑的固结体直径为60cm,这样当第二次钻凿引导孔的直径为200mm时,上部段护壁固结体的理论壁厚为5cm。套管与上部段护壁固结体的设置都是为了给扩体段内芯固结体的构筑提供与易坍塌上部地层的隔离,以保障内芯固结体的灌注质量;扩径段外层固结体除了为内芯固结体的构筑提供隔离环境以外,还承担了传递和扩散锚筋受力的作用。当然,对于不易垮孔/缩颈的上部地层例如硬质黏土层、泥岩层,二者均可不予设置;并且,还可以采用相对大口径钻机钻凿第一次引导孔并对扩径段实施扩孔,然后灌注低强度混凝土直至孔口,然后采用相对小口径钻机钻凿第二次引导孔,这样也可以形成上部段护壁固结体保护壳。上部段(上覆地层段)/非扩径段可以有内芯,也可以没有内芯,当设置有内芯时可以与扩径段内芯一同灌注,也可以单独灌注不同设计强度的固结剂,本发明不做限制。套管直径、上部段护壁固结体直径均是指外缘直径。
71、和/或,所述后灌注装置包括后灌注管;后灌注管可以使用任何形式的灌浆/砼管,旋喷钻杆等等。当内芯固结体为预制件且选择在外层固结体固结后再钻/扩孔植入时,也需要安设后灌注管。后灌注管可以视需要附着或不附着在任何构件上。后灌注管的前端、出浆口可设置在锚孔内任意位置,后灌注管及其出浆口可以设置任意数量。
72、和/或,还设置有振动装置;振动装置包括但不限于振动棒、振动电机、振动管、振动杆、超声波振动发生器等等,振动装置可以安设在孔口或孔底或锚孔中任意位置,振动装置可以是一次性使用,也可以进行回收利用,可以预装在内锚头/锚筋上与锚筋笼一同植入锚孔内,也可以是在锚筋植入之后再插入锚孔内。振动装置是为了消除波纹管内、外的气穴和附着的气泡,实现将波纹管内、外的固结材料振捣密实的目的,或帮助锚筋、预制内芯、伞笼等插入引导孔内。
73、和/或,波纹管的前部与内承载板/导向帽连接,波纹管的后部与锚筋连接;此处连接包括但不限于螺纹连接、插销连接、粘结、热压等方式在内。连接可以是波纹管同时对多个构件发生连接,可以是直接连接,也可以是间接连接,连接包括但不限于固定连接、单向固定连接、活动链接等,通常为固定连接居多例如螺纹连接/焊接/熔接/销轴/绑扎等。波纹管直径可以和内承载板相等,也可以比内承载板大或小。内承载板包括可扩展的内承载板(例如通过横向旋转实现扩展的单层/多层锚板。波纹管前端、后端可以封闭,也可以不封闭。
74、和/或,还在内芯固结体的外缘部位设置有网笼,网笼的前端与导向帽和/或内承载板连接,后端与锚筋连接;网笼可以是钢丝网,也可以是钢筋网,或纤维增强材料网,例如玄武岩纤维筋网,其设置目的是增强扩体段的内芯与外层固结体交界部位的轴向抗压强度,以减轻或阻止该部位纵向裂隙的产生,其设置方法与时间可以是与锚杆索一同植入,也可后一步植入,与导向帽、内承载板、锚筋的连接不限连接方式,通常为固定连接例如绑扎/销轴/螺接/焊接等。网笼例如直径小于非扩径段直径的钢丝笼,尤其对一些高碳、胀笨的做法例如200~300毫米的钻孔,相对远离锚筋的位置有筋总比没有好,尽管这种小直径的钢丝笼起不到什么作用。网笼与波纹管可以只设置一种,也可以同时设置;网笼必须不能阻隔内芯固结体体与外层固结体的相互粘结,网笼不能是膜袋,网笼不能具有膜袋的功能,必须满足这个先决条件,否则不得设置网笼。
75、和/或,锚筋上还设置有分载体;锚筋无论是扩径段还是非扩径段均可设置分载体。分载体、测具等等本技术中未详部件敬请参见申请人关于伞状扩大头技术的系列先期申请。
76、和/或,锚筋上还套设有防护套管;锚筋上可以全长(例如内承载板后方)或局部套设pe/pvc之类防护套管,通常是对非扩径段套设防护套管,例如附图1、附图2、附图3所示;防护套管可以对每根锚筋单独套设,也可以对锚筋笼总体套设,同时锚筋与防护管之间填充防腐油脂或灌注固结剂充填防腐。
77、和/或,所述预制混凝土构件为预应力构件;此处预应力构件是指其在植入锚孔之前就已经完成了预应力张拉,或在同时还已经完成了预应力筋孔道的灌浆封闭。
78、和/或,还设置有测具;详见申请人关于伞状扩大头锚固系列先期申请对测具的描述和限定。
79、和/或,还设置有伞状扩体结构和扩伞工具;或在同时,所述伞状扩体结构外套设有膜袋;。本技术中的伞状扩体结构包括但不限于申请人先期申请的所有伞状钢筋笼扩大头、伞状扩大头、伞状扩体结构、伞状扩体装置、伞状扩体设备等等伞形/锥形/倒锥形锚固结构。扩伞工具包括各种针对伞笼的锁定与解锁装置、抵撞杵、螺旋杆/管等等在内,用于伞状扩体装置在锚孔内的扩张,详见申请人的系列先期申请。在一些特殊情况下例如外层固结体提供的防水效果较差,且未采取纤维混凝土或水下不分散混凝土等抗水措施,为了保证伞状扩大头的灌注质量而使用膜袋,膜袋不限材质,详见申请人的系列先期申请对膜袋的描述和限定。
80、进一步的,用于构筑外层固结体的喷头上同时设置有一个高压喷嘴、一个低压喷嘴;且高压喷嘴、低压喷嘴位于喷头的同一个横截面上,或位于喷头的同一个纵截面上且位于喷头的同一侧;喷头即位于旋喷钻杆前端的可喷射水泥浆的部位,通常与旋喷钻杆标准节可拆卸固定连接。在本技术中高压喷嘴、低压喷嘴只是相对的概念,并不涉及具体的压力分级,高压例如45mpa,低压例如25mpa;当高、低压喷嘴位于喷头的同一个横截面上,或当高、低压喷嘴在喷头上沿纵向一字排列/交错布置,且当喷头的转速、提速控制到各喷嘴射流的轨迹不发生重叠时,即可在围岩土层中制造出高峰与低谷交错的锯齿状固结体,否则外层固结体的形状仅仅为螺旋状,螺旋状固结体的特征是波峰扁平而宽阔,同时波谷(即螺旋叶片之间)为土体充填,这个特征严重损害整个扩大头的纵向抗拉抗压强度,但本发明增设的低压喷嘴可以将波谷土体切割、切削、搅拌成为直径较小的波谷固结体,这样既可对波谷的土体实施固化、增强外层固结体的纵向抗拉抗压性能,又可实现外层固结体与围岩土体的相互咬合,在受力性能上大大好于传统旋喷工艺产生的圆柱状固结体与围岩土体的相互摩阻。高、低压喷嘴可以是水泥浆喷嘴(即一次性完成切割、切削、搅拌),也可以是水喷嘴(即把切割围岩土体、切削岩土块、搅拌岩土碎屑分做两步完成,只要对岩土孔壁切割成型之后,后续实施灌注固结剂对泥浆进行置换、充填即可,后续灌注可使用比低压喷嘴更低压(本技术中称作超低压,与申请人先期申请中关于灌注分级压力的称呼有所不同)的喷孔进行固结剂的喷注/泄流灌浆,例如5~10mpa),还可以是化学浆液喷嘴等等。横截面是指与旋喷钻杆的纵轴(即中心轴)垂直的截面。
81、当高压喷嘴、低压喷嘴位于不同的横截面且位于不同的纵截面上时,难以掌控旋转的时空坐标,容易导致高压射流、低压射流的轨迹相互靠近甚至重叠,故难以实现精准的锯齿螺旋形。本发明规定了只能采用单喷嘴,即每个压力级别只能使用一个喷嘴,不能采用双喷嘴/三喷嘴,即无论喷嘴是对侧布设还是垂直方向布设(附图16的喷嘴布设方式即为对侧布设),对同一个压力级别都不能使用2个或2个以上的喷嘴,否则固结体波谷会被加高成为固结体波峰,制造不出锯齿螺旋形固结体;但本发明的单喷嘴可以是同心双重喷嘴、同心三重喷嘴等(例如气水喷嘴、气浆速凝剂喷嘴等,附图15所示的高压喷嘴、低压喷嘴均为气浆双重喷嘴)。需要提醒技术应用人的是,虽然高压喷嘴、低压喷嘴可以由同一台灌注泵供给介质,通过喷嘴大小来控制射流压力,但因为这样流量也会大受影响,故仍建议分别由不同的灌注泵供给同一种介质。
82、和/或,用于第二次钻凿引导孔/第二次扩孔的钻具为螺旋钻具和/或扩孔钻具和/或特高压水刀,和/或用于预制内芯固结体的模具为螺旋模具/波纹模具;第二次钻凿引导孔/第二次扩孔的钻具例如潜孔钻机使用的中偏心锤头或附图28所示的抵扩式锤头,或回转钻机(例如反循环钻机)使用的铣削式扩孔钻头等,这时的构筑方法为钻/扩孔后灌注,后灌注管可以专门布设,也可以由钻具兼任/搭载。模具有可能是波纹管,只不过在植入第二次钻凿的引导孔之前已经将波纹管拆除了。此处“扩孔钻具”即具有扩孔功能的钻具,例如带有一字形扩刀或楔形扩刀或伞形扩刀等的钻具,此处“特高压水刀”是指射流压力超过100mpa的至少能够切割混凝土、岩石甚至钢筋(压力最低在300mpa以上)的水刀,而不是指射流压力低于50mpa的旋喷设备/材料厂商、用户以及某些论文所谎称的水刀。此处“螺旋模具/波纹模具”是指模具带有螺旋槽/螺旋浮雕或阳面/阴面的波纹。
83、和/或,所述后灌注管包括膜袋内灌注管、膜袋外灌注管;内芯固结体包括膜袋外固结体、内芯扩大头固结体;或在同时,膜袋外固结体的强度高于外层固结体但低于内芯扩大头固结体;这种情况下内芯扩大头固结体即膜袋内固结体,内芯扩大头固结体由膜袋内灌注管灌注形成。通过膜袋外灌注管进行灌注的结果是形成膜袋外固结体,其强度可以和外层固结体相当,也可以和内芯扩大头固结体相当甚至更高,或介于二者之间。
84、和/或,波纹管前端封闭;后端封闭且设置有排气管/排气孔,排气管向后延伸出锚孔;排气管/排气孔即为排浆管/排浆孔。前后端封闭可以利用导向帽、前架板、后架板等进行封闭,也可以采用囊/膜袋的方式进行封闭。
85、和/或,波纹管的内侧和/或外侧套设有对中支架。对中支架又称作隔离支架/定位环/定位支架等,锚杆索制作安装所常用。
86、进一步的,高压喷嘴、低压喷嘴喷射同一种介质;本发明高压喷嘴与低压喷嘴喷射同一种介质,目的就是为制造出锯齿螺旋形固结体,例如同时喷射水泥浆,或同时喷射水,或同时喷射气裹浆,或同时喷射气裹水等等,在喷水的后续一定是要喷灌固结剂的,固结剂可以是一种,也可以是多种。mjs的搞法例如喷射高压浆、低压水,或喷射低压浆、高压水,对本发明而言没有任何意义,因为mjs目的是为了制造大直径的桩,先射水后射浆可以在增加切割半径的同时节约固结剂材料,而不是为了制造锯齿螺旋形的固结体。
87、和/或,喷头上还设置有用于喷灌或排泄固结剂的超低压喷孔/泄流孔;无论先期是否已经喷射固结剂(即无论位于喷孔后方的高压喷嘴、低压喷嘴在先期旋喷钻进过程、在随后的退行旋喷过程中是喷射的水射流还是固结剂射流或其他),均可通过对灌注泵和喷孔口径的控制,例如将喷孔的喷灌压力控制在5~10mpa范围,或将泄流压力控制在0~5mpa范围,实现在退行旋喷(或称作回程旋喷)过程中,从喷孔灌注的固结剂不能再对先期高压、低压射流切割出的孔壁构成切割(即不构成冲蚀),仅仅只对先期高压、 低压射流已经切割下来的、已经切削破碎的、已经搅拌均匀的岩土沙泥碎屑进行进一步搅拌、置换和包裹,从而进入固化为水泥土的过程。当然,喷孔还可以喷灌水下不分散固结剂等等。
88、和/或,当高压喷嘴、低压喷嘴由同一台灌注泵供给介质时,高压喷嘴的孔径相对于低压喷嘴更小;和/或,当高压喷嘴、低压喷嘴分别由不同的灌注泵供给介质时,高压喷嘴对应的泵压相对于低压喷嘴更大;泵压一般从安装在高压泵腔室上的压力表上读取,也可以在集成控制系统上读取。
89、进一步的,本发明包括以下制造程序:
90、第一步:在地层中通过第一次灌注,构筑无配筋低强度固结体;无配筋低强度固结体包括外层固结体在内,或同时还包括上部段护壁固结体。制造过程既可以不提前钻凿引导孔,直接采用钻喷一体化等施工工艺构筑扩大头固结体;也可以通过事先钻凿第一次引导孔或钻引导孔并扩孔(即为附图6中“第一次钻凿的扩孔”,扩孔方式不限),然后将灌注工具植入引导孔中或扩孔中进行灌注,根据不同的地层、地下水条件,灌注过程可以相应采用封闭或不封闭或袖阀管或旋转提升或高压劈裂或若干次灌浆或早强灌注或堵漏灌注或渗透注浆等等任何注浆方式、若干管旋喷或rjp/mjs或双高压大流量等任何旋喷方式、喷灌一体化复合灌注、直接灌砼填充、水下不分散灌注等等任何灌注方式方法;在本道工序中,钻凿引导孔、扩孔和灌注均可以重复实施若干次,灌注工具不限(例如栓塞、导管、旋喷钻机、钻注一体机等),灌注材料不限(例如水泥浆、低标号混凝土、早强水泥砂浆等);钻凿引导孔并灌注或实施钻喷/钻灌一体化可以在同一个点位、深度反复进行,也可以每次位于不同的点位、深度。总之目的就是在地层中先制造出一个符合设计预期的低强度扩大头即扩径段。若干指1或1以上的整数。
91、或在同时,锯齿螺旋形外层固结体的制造方法为:喷头每旋转一圈所提升的高度超过高压喷嘴与低压喷嘴之间的纵向距离;这样的情况可俗称为提速超过转速。喷头每旋转一圈经过360度。在现实的旋喷施工机械水平下,锯齿状固结体的施工过程中不能实施复喷,因为:如果未能精确掌握喷嘴的前后位置(即所处的深度)和面向角(即几点钟方向),则复喷将会破坏先期已经切割出的规则的锯齿,当然,如果能对变频控制系统进行自动化改造,通过可输入参数编程对旋喷过程进行精准数控,则复喷可以强化先期形成的锯齿。
92、或变直径外层固结体的制造方法为:通过在扩径段的深度范围内将旋喷钻杆反复进退、往复旋喷实现;和/或在旋喷钻杆进退的同时,针对不同的深度位置相应地手动/通过计算机编程自动调节高压射流泵的输出压力;例如在塔形外层固结体的顶端,旋喷压力为20~25mpa,在底端的旋喷压力为45~50mpa,旋喷压力需要严格按深度位置进行控制和实施渐变,并且可以实施复喷。例如高压泵的操作员实施手动旋转控制器的旋钮,实现高压泵输出压力的渐变,同时操作员紧盯压力表,实现手动控制结果的反馈;或对变频控制系统进行自动控制改造,通过可输入参数(包括但不限于高压泵参数、钻机钻具参数)的编程,实现自动化控制。高压射流泵包括泥浆泵、水泵、胶泵等。
93、第二步:在无配筋低强度固结体的中心部位,钻凿植锚引导孔,或在钻凿植锚引导孔的同时或之后进一步钻凿扩大孔;并实施清孔;植锚引导孔即为附图1至附图7中“第二次钻凿的引导孔”,钻凿植锚引导孔时进一步钻凿的扩大孔即为附图3至附图7中“第二次钻凿的扩孔”;在第一次钻凿的引导孔的上部未被封闭且孔径足够的情况下,钻凿植锚引导孔可以直接利用或沿用上步工序钻凿的第一次引导孔。钻孔方法可以是潜孔锤,可以是回旋取芯钻,可以是螺旋钻,可以是铣削钻、牙轮钻等,也可以是复合钻凿方式,钻孔方法不限;扩孔可以采用偏心钻头、抵扩钻头、一字形折叠扩刀、伸缩式扩孔器、旋喷射流等等,扩孔方法不限。清孔可以通过风、水吹送手段,由于第二次钻凿的引导孔内已经通过上部段护壁固结体、套管、裸孔等方式与上部易坍塌地层和外部环境隔离,很容易清洗、去除孔内的杂质,给第二次灌注固结剂提供干净的内部环境,以实现内芯固结体的高强度及其与外层固结体的粘结和/或啮合,这是与其他囊式锚索、旋喷自携式锚杆索、旋喷扩径螺旋灌注桩、钻孔植筋后旋喷并扩孔锚杆索、旋喷后植筋再注浆锚杆索等任何一种工法根本不同之处。
94、第三步:植锚,或在同时植伞并扩伞;并通过第二次灌注,构筑高强度内芯固结体,内芯固结体与外层固结体直接粘结;或在同时,灌注分为膜袋外灌注与膜袋内灌注。植锚是指向锚孔中植入锚筋/锚筋笼以及其他附设,包括但不限于植入拉力型、压力型、拉压复合型锚杆索以及后灌注管。植伞即植入伞状扩体结构,扩伞即扩张伞状扩体装置;有一部分种类伞状扩体装置的扩伞工作是与下步工序中伞笼灌注工作一并实施,参见申请人先期系列申请。外层固结体即无配筋低强度扩大头固结体。根据灌注对象、目的的不同,采取的灌注材料、灌注工具、灌注方式方法也不同,例如通过导管灌注细石混凝土、通过吊罐灌注水下不分散混凝土、通过螺杆泵送微膨胀水泥砂浆、通过柱塞泵送高强度无收缩灌浆料,又如分为膜袋外灌注与膜袋内灌注两个步骤等等;有一部分种类伞状扩体装置的灌注工作是与上步工序中的伞笼扩张工作一并实施,参见申请人先期系列申请。需要说明的是,本技术所述的制造程序中的第一步、第二步或及第三步或及第四步,只是大体的一个施工流程,重在说明总体而言有从前到后大体有哪些关键的施工内容,并非将施工程序绝对地、截然分开地划分为三四个毫不相干、毫不重叠的步骤;这一步的植锚与灌注可以同时实施,也可以一前一后实施,即先植锚、后灌注,还可以反过来实施,即先灌注、后植锚。只有当内芯固结体设计为伞状扩大头时,且只有当穿越外层固结体渗漏进来的地下水足以对灌注质量产生较大不利影响,且未采取纤维混凝土或水下不分散混凝土等抗水措施时,才使用膜袋进行灌注。当外层固结体上覆的原生地层其自稳性(自立性)较差时,需要在套管或上部段护壁固结体的保护之下进行内芯固结体的灌注,否则将会有坍塌物混入内芯固结体,从而破坏内芯固结体的成型完整性和高强度。
95、或本发明包括以下制造程序:
96、第一步:在地层中通过第一次灌注,构筑无配筋低强度扩大头固结体;无配筋低强度固结体包括外层固结体在内,或同时还包括上部段护壁固结体;此方法的第一步与前一种方法的第一步相同,详见前述。或在同时,锯齿螺旋形外层固结体的制造方法为:喷头每旋转一圈所提升的高度超过高压喷嘴与低压喷嘴之间的纵向距离;或变直径外层固结体的制造方法为:通过在扩径段的深度范围内将旋喷钻杆反复进退、往复旋喷实现;和/或在旋喷钻杆进退的同时,针对不同的深度位置相应地手动/通过计算机编程自动调节高压泵的输出压力;
97、第二步:当无配筋低强度固结体尚未固结之时,向锚孔中植入锚筋/锚筋笼;其中位于扩径段的锚筋/锚筋笼上套设有波纹管;例如高压喷嘴与低压喷嘴的纵向间距d为5厘米,转速为1转/分钟,则当提速大于或等于5厘米/分钟时,即可制造出锯齿螺旋形固结体,例如当提速为6厘米/分钟时,固结体波谷紧靠固结体波峰,或当提速为10厘米/分钟时,固结体波谷位于两个固结体波峰的中间。传统旋喷工艺的参数设置都是转速超过提速很多倍的,例如转速为15转/分钟,提速为15厘米/分钟,因此其制造出的固结体为圆柱形。
98、第三步:在波纹管内进行第二次灌注,构筑高强度的内芯固结体,内芯固结体与外层固结体通过波纹管进行啮合。
99、或本发明包括以下制造程序:
100、第一步:在地层中通过第一次灌注,构筑无配筋低强度固结体;无配筋低强度固结体包括外层固结体在内,或同时还包括上部段护壁固结体;此方法的第一步与前一种方法的第一步相同,详见前述。或在同时,锯齿螺旋形外层固结体的制造方法为:喷头每旋转一圈所提升的高度超过高压喷嘴与低压喷嘴之间的纵向距离;或变直径外层固结体的制造方法为:通过在扩径段的深度范围内将旋喷钻杆反复进退、往复旋喷实现;和/或在旋喷钻杆进退的同时,针对不同的深度位置相应地手动/通过计算机编程自动调节高压泵的输出压力;
101、第二步:当无配筋低强度固结体尚未固结之时,向锚孔中植入预制构件;在植锚前已将配筋浇筑固定在内芯固结体中。内芯固结体可以是任意形状,包括仅以实现摩阻力为目标的直杆状或为实现啮合/嵌固的锯齿螺旋状等在内。预制构件可以包括非扩径段锚固体,也可以不包括非扩径段锚固体。
102、或,当无配筋低强度固结体固结之后,在无配筋低强度固结体的中心部位,钻凿植锚引导孔,或在钻凿植锚引导孔的同时或之后进一步钻凿扩大孔;然后植入预制构件;最后通过第二次灌注形成间隙固结体,将内芯固结体浇筑固定在外层固结体中。此处植锚引导孔即附图21中第二次钻凿的引导孔,此处扩大孔即附图2至附图7中第二次钻凿的扩孔。预制构件可能是拉力型、压力型、拉压复合型等任意种类。因为要将固结剂灌注进入狭缝中,需要固结剂的可灌性良好,更多可能采用细粒物固结剂或化灌材料,如果再加地下水的影响,可能会导致固结后强度不高,不利于荷载的向外扩散,因此建议间隙固结体的设计强度应一定程度高于外层固结体或大于/等于内芯固结体;当然,也可以将间隙固结体也视作内芯固结体的一部分,例如附图21所示的波纹形内芯固结体嵌套在螺纹形内芯固结体内。本发明完全不支持在旋喷注浆之后插入锚筋的做法,因为难于将内承载板植入水泥土内,即使成功植入,旋喷固结体强度也无法匹配锚筋承受的高荷载,所谓压力型锚杆索没有拉应力存在的观点是完全错误的;本发明也不支持在钻具上附加喷具以实施在灌注混凝土的同时进行旋喷扩径,毕竟本发明构筑的是小直径的抗拔结构物,不容许旋喷射流造成的水泥土浆混杂到m30混凝土或高标号的灌浆料中。
103、进一步的,锯齿螺旋形外层固结体的制造方法为:喷头每旋转一圈所提升的高度2倍于高压喷嘴与低压喷嘴之间的纵向距离。高压喷嘴、低压喷嘴之间的距离需要根据施工实际状况进行把握和调整,以达到高、压喷嘴的切割、切削、搅拌范围相互搭接,避免出现无锯齿的螺旋状固结体(即因为喷嘴距离太远导致固结体的螺旋叶片腋部空虚未形成锯齿状)的情况。当高压喷嘴为双喷嘴(对侧布置),和/或低压喷嘴为双喷嘴(对侧布置)时,前排布设的喷嘴组很容易对后排布设的喷嘴组产生轨迹重叠,从而无法实现锯齿螺旋,因此最佳的提升速度应为每旋转一圈的提升高度小于高、低压喷嘴之间的两倍距离。
104、进一步的,本发明的制造程序还包括:预应力张拉,或在同时,还对锚筋伸长段的锚孔进行灌注充填。锚筋伸长段是指锚筋在预应力张拉荷载作用下产生了伸长的那一段。如果是有粘结锚杆索,则需要先施加预应力然后灌注伸长段,当然,也有可能在实施预应力之前就已经将伸长段灌注充填或只预留了1~2米未灌注以提供张拉,但其违背了预应力张拉的应有之义,其无法起到通过真正预应力张拉提前消减锚筋弹性大变形的目的。
105、进一步的,本发明的制造程序还包括:当外层固结体、内芯固结体均完成构筑(即对波纹管外、内均完成灌注并均具备规范规定的相应强度)之后,实施预应力张拉;当锚筋设计为无粘结锚筋时,在上部段完成灌注之后实施预应力张拉;当锚筋设计为有粘结锚筋时,在上部段实施灌注之前实施预应力张拉。此时上部段的灌注与扩径段的灌注应分开进行,即先灌注扩径段形成扩径段锚固体(包括内芯固结体与外层固结体在内),然后实施预应力张拉,最后再灌注上部段,参见申请人的先期申请“伞状扩大头预应力岩土锚固结构的灌注、预应力施工方法”(cn113585251a)。对上部段为无粘结锚筋或锚杆索全长均为无粘结锚筋的情况,上部段的灌注与扩径段的灌注同时进行或分开进行均可,当然,还可以对上部段局部灌注或全长不做灌注。
106、与现有技术相比,本发明的优点和有益效果为:
107、1、本发明将传统的旋喷自携式扩大头锚杆索施工程序(即导致锚固体整体为低强度的钻喷一体式程序)分做为低强度扩径段的制造与高强度内芯的制造两个程序,杜绝了旋喷自携式锚杆索的成型缺陷、钻孔植筋后旋喷并扩孔工法的成型缺陷,并通过不采用囊袋而实现与囊式灌浆同样的提高内芯固结体强度的效果,从而克服了旋喷自携式锚杆索的低强度缺陷、钻孔植筋后旋喷工法的低强度缺陷,从固结体成型和强度两方面解决了锚筋与旋喷固结体之间的界面粘结弱、粘结不稳定、粘结不可靠、粘结不耐久的问题,同时也避免了设计高强度与实际低强度的不相符合,解决了(附图8所示)设计意愿、设计目标、设计指标与施工实际严重脱节的问题。本发明凭借内芯固结体与外层固结体之间的直接粘合和/或紧密啮合,既可以依靠高强度内芯固结体承接锚筋的高荷载,又可以依靠低强度外层固结体向围岩土体传递和扩散高荷载,实现了(附图23所示)高强度内芯固结体与低强度外层固结体有机结合、共同作用从而构成的均质复合型锚固体。(在本技术中暂不涉及对传统无囊无扩展配筋直杆式旋喷扩大头的端承力的讨论。)
108、2、本发明的外层固结体是通过第一次灌注产生的低强度无配筋扩大头结构,内芯固结体是通过第二次灌注产生的高强度有配筋锚固体;且第一次灌注产生的扩大头固结体(即外层固结体)与第二次灌注产生的固结体(即内芯固结体)之间是直接粘结的,或相互紧密啮合的,没有囊皮(聚酯纤维织物)之类隔阂物、软弱结构面,同时避免了囊皮处受力产生纵向裂缝、无法真正利用扩径段侧阻力的缺点(虽然都位于侧位,但侧阻力与侧摩阻力是有区别的,侧阻力可能来自嵌固或粘结,侧摩阻力则来自粘结或法向挤压,泥皮的普遍存在可使粘结失效,而法向挤压早已释放,因此侧摩阻力是不可靠的,但侧阻力只要依托嵌固作用则是可靠的)。这样的锚固体结构,能把锚筋拉力均匀合理地扩散分布到周围(包括扩大头侧方与后方)的岩土体上,杜绝囊式扩大头的囊内囊外无法有效传递侧向摩阻力的缺陷。(在本技术中暂不涉及对囊式扩大头锚杆索的端承力的讨论。)
109、3、本发明在旋喷锚杆索领域内首次提出将波纹管用于构筑扩径段锚固体的内芯,首次提出螺旋/波纹状的预制混凝土结构内芯,首次提出将内芯固结体也设计为阶梯形、锥柱形、杯形、锥台形等等异形扩大头,以避免囊式锚杆索沿囊皮贯穿拉裂的缺陷;以避免传统无囊旋喷扩径锚杆索的后灌注程序实质上的低效甚至无效、避免设计高强度与实际低强度的不相符合、避免传统旋喷扩径锚杆索的低强度旋喷固结体与锚筋之间粘结的不可控、不可靠的缺陷,使得内芯固结体的高强度在设计上概念变得明确、在施工中质量变得切实可控,将原来传统的低强度旋喷固结体直接与锚筋粘结改为了通过高强度固结体间接与锚筋粘结,通过高强度内芯固结体这个中间媒介,高应力得到缓冲、分散降解为低应力再作用到低强度的外层固结体上,这样就大幅增强了锚筋在旋喷固结体中的锚固能力、锚固可靠度、锚固耐久性,在未使用伞状扩大头锚固技术的情况下,对提升传统摩阻型锚杆索(即直杆式灌浆锚杆索或直杆式旋喷扩径/旋喷锚杆索,包含拉力型/压力型/拉压复合型)的承载性能和稳定性、耐久性,对延续无囊无扩展配筋的传统旋喷扩径锚杆索技术的寿命,具有建设性作用。
110、4、原有的锚固体均为圆柱体,导致只能依赖不稳定、不可靠、若有若无的锚孔侧壁摩阻力提供锚固力,或实质上依赖因固结体刚度不足而无法提高承载等级的锚固体后端承载力(即端阻力或称端承力)提供锚固力,本发明在旋喷锚杆索领域内首次提出对扩径段锚固体采用锯齿螺旋形外层固结体,将原来锚固体与旁侧(即外侧)围岩土体之间的摩阻/粘合作用改进为啮合加粘合作用,在未使用伞状扩大头锚固技术(即未对锚固体的后端锚固能力进行增强)的情况下,使锚固体源自外层固结体旁侧的锚固能力得到大幅、可靠的增强,对提升传统摩阻型锚杆索(即直杆式灌浆锚杆索或直杆式旋喷扩径锚杆索或直杆式旋喷锚杆索)的承载性能和稳定性、耐久性,对延续无囊无扩展配筋的传统直杆式旋喷扩径或直杆式旋喷锚杆索技术的寿命,具有建设性作用;以及本发明首次提出的球形、塔形、阶梯形等变直径扩大头外层固结体,即使在未使用伞状扩大头锚固技术的情况下,也可一定程度增强锚固体源自外层固结体后端的锚固能力。同时,本发明也是本领域内首次提出采用高压喷嘴、低压喷嘴同时设置并喷射同一种介质,以配合完成锯齿螺旋形的构筑,以及在本领域内首次提出对高压射流泵的输出压力进行控制,以实现球形、圆锥形、阶梯形等变直径外层固结体的构筑,总体而言,就是通过改进旋喷射流相关技术获得非传统型锚固体,从而实现锚固工程领域的技术进步。
111、5、本发明的意义还在于:在本领域内第一次提出在整个建造过程中实施两次扩孔施工、两次制造扩大头固结体,第一次制造产生的是低强度的外层扩大头结构,第二次制造产生的是高强度的内芯扩大头结构,两次扩体结构呈内外嵌套状且直接粘结,通过粘结加嵌固双重作用,构成一个核心层与外围层既分工又合作的复合型锚固体,相比于原来高强度的非扩体锚杆索与低强度的扩体锚杆索,相比于原来内芯、外层固结体被囊皮隔阂的囊式锚杆索,相比于内芯外层固结体一次性同步成型(故而二者必然相互混杂,造成内芯的高强度、完整性受到损伤)的旋喷扩径螺旋灌注桩,能够把锚筋拉力更加有效地、更加均匀合理地扩散分布到周围(包括锚固体扩体段的侧方与后方的)的岩土体上。
112、6、本发明的意义还在于:在第一次钻凿引导孔同时或之后,实施旋喷扩孔,待旋喷固结体具备足够强度,然后再在扩孔中进行第二次钻孔(或及扩孔),这样的二序元施工方法,使得第二次钻孔(或及扩孔)能够在先前旋喷形成的保护壳之内进行施工,即使脱离了套管的保护,也能够避免流沙的干扰,这样就完美解决了囊式锚杆索在砂层或砂卵石地层中无法植入到位、囊袋因受坍塌物/沉沙包围限制而无法扩张的问题,这样的施工工艺避免了高标号水泥砂浆的灌注过程受到沉沙或垮孔影响,确保了形成高强度、高刚度、高承载力内芯(包括直杆式内芯和扩大头内芯)固结体,配合正确的、真正的预应力施工工艺,能够在地下水丰富的地区尤其是砂层、砂卵石层地区确保地下室抗浮工程质量,确保旋喷工艺抗浮锚杆索抗拔性能的可靠性、稳定性、耐久性,使得旋喷扩径工艺在地下工程抗浮领域具有了新的、真正的生命力。同时,本发明还设计了适用于地下水丰富地区尤其是漏水漏浆地区的喷头(附图16所示),其中超低压介质管路及喷孔/泄流孔对大流量补充漏失浆液具有重要的意义。
113、7、总体而言,采用了与现有技术“射流零屏蔽中心式旋喷钻杆及自携锚杆索步进式施工方法”截然不同的技术路线,将原来的旋喷自携式锚杆索、钻孔植筋后旋喷锚杆索、旋喷后植筋再注浆锚杆索、囊式(先旋喷后植囊)锚杆索的锚固结构和施工程序更改为二序二元锚杆索(二元与二序一一对应,因此称作二序元),克服了它们各自的缺点,解决了锚筋与固结体之间的粘结弱、粘结不可靠、不稳定、不可控、不耐久的问题,解决了固结体不成型、强度差或再注浆效果不可控的问题,解决了直杆式旋喷锚杆索或直杆式旋喷扩体锚杆索的侧摩阻力不可靠、侧摩阻系数过小的问题,解决了固结体沿囊皮不粘结、受荷产生纵向裂缝、侧摩阻力无法传递导致囊内固结体受力向后端集中(造成恶性循环致使无法承担高荷载更无法长期承担高荷载)的问题,提升了传统摩阻型(非扩体或扩体)旋喷锚杆索的强度、刚度、承载能力,诞生了高强度内芯固结体与低强度外层固结体直接粘结或相互啮合这一新型的高承载力复合锚固体,通过保障内芯固结体的高强度从而保障了所有种类旋喷锚杆索、旋喷扩径锚杆索的锚筋与固结体之间的良好粘结,通过高强度内芯固结体与低强度外层固结体之间的无缝粘结或紧密啮合保障了锚筋荷载向固结体径向远端传递的有效性;还通过变直径外层固结体和锯齿螺旋形外层固结体实现与侧方孔壁岩土体的啮合加粘合从而保障了所有种类旋喷扩径锚杆索承受的锚筋荷载向扩体段侧方孔壁岩土体传递的有效性,保障了所有种类旋喷扩体锚杆索的耐久性,保障了各类旋喷锚杆索工程的安全、周边环境的安全。
114、8、同时,本发明还解决了在砂卵石、砂泥岩地层中,以及竖向抗浮锚杆索工况,无法适用旋喷自携式伞状扩体结构的问题,同时在破碎/散体、易坍塌地层中,又较难适用预扩孔后植式伞状扩体结构的问题,这无疑是对伞状扩大头系列锚固技术的又一有力补充。
115、9、对于原来的圆柱形摩阻型扩大头锚固体、圆柱形摩阻型全长扩径锚固体,本发明的改进不仅使之成为真正的端承型扩大头锚固体或真正的摩阻型(实际是旁侧啮合嵌固,权且将其视为摩阻型)扩径锚固体,还节省了固结剂材料,更加节省了锚固段长度。
116、10、此外,本发明通过手动控制,或通过编程实现自动化控制高压泵的输出压力,从而实现塔形、锥台形、球形、阶梯形等变直径的外层固结体(换言之就是通过旋喷自携式锚杆索工法实现变直径即非传统型的锚固体),为本领域旋喷锚杆索的工程技术进步,为旋喷装备产业的技术进步,指引了新的发展方向。
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