玄武岩纤维锚杆双止浆囊预应力结构及其施工方法

本发明涉及边坡结构，更具体地是涉及一种玄武岩纤维锚杆双止浆囊预应力结构及其施工方法。

背景技术：

1、在岩土工程领域中，边坡锚固技术一直被视为保护路基边坡安全稳定的重要手段。传统的边坡锚固方法主要依赖于钢筋作为锚杆，然而，这种方法在带来工程效益的同时，也对环境造成了不小的污染。随着环保意识的日益增强，人们开始寻求更加环保、高效的锚固材料和技术。

2、玄武岩纤维筋作为一种新型环保材料，因其高强度、耐酸碱腐蚀、密度小等优点，逐渐在岩土工程领域得到应用。在边坡预应力锚固工程中，玄武岩纤维锚杆预张拉构件存在易产生剪切破坏、预张拉力值低、耐久性不足、张拉预应力易松弛的问题，导致玄武岩纤维锚杆无法在预应力锚固工程中得到充分发挥。

3、目前，边坡锚固工程中常用的预张拉施工方法主要包括单口锚套夹片和多孔锚索夹具预张拉构件。这些方法在钢筋及钢绞线等具有较强抗剪切能力的材料上应用广泛，但在玄武岩纤维筋这类抗剪切能力较弱的材料上则不太合适。传统的预张拉构件容易对玄武岩纤维筋造成剪切破坏，尽管能够产生暂时性的预张拉力，但预张拉力值小、预应力易松弛的问题十分明显。

4、因此，开发一种适用于玄武岩纤维锚杆的预张拉施工工艺，能够有效解决玄武岩纤维锚杆预张拉过程中易受剪切破坏、预张拉力值低、耐久性不足、预应力易松弛等问题，对于推动这种环保材料在边坡预应力锚固工程中的应用具有重要意义。

技术实现思路

1、鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种玄武岩纤维锚杆双止浆囊预应力结构及其施工方法，以解决现有预张拉技术中易产生剪切破坏、预张拉力值低、耐久性不足、张拉预应力易松弛的问题，以及缺少适配抗剪能力弱的玄武岩纤维锚杆的灌浆孔施工工艺的问题。

2、本发明提供了玄武岩纤维锚杆双止浆囊预应力结构，包括预张拉构件和预张拉形变复合构造；

3、所述预张拉构件包括：玄武岩纤维锚杆、填充层、钢筋套管连接件、第一预制螺母、第二预制螺母、锚固托盘和密封对中两用橡胶圈，其中，

4、所述钢筋套管连接件设置有内腔，所述玄武岩纤维锚杆套设于所述钢筋套管连接件的内腔，并通过所述填充层与所述钢筋套管连接件相连接；所述钢筋套管连接件还设置有外螺纹，所述外螺纹与第一预制螺母和第二预制螺母分别相适配；所述第一预制螺母逆向旋转相接于所述钢筋套管连接件的外螺纹形成第一端，所述第二预制螺母正向旋转相接于所述钢筋套管连接件的外螺纹形成第二端；所述锚固托盘与所述第二预制螺母相连接并朝向远离所述第一端的方向；所述密封对中两用橡胶圈设置在所述玄武岩纤维锚杆与钢筋套管连接件之间的间隙中；

5、所述预张拉形变复合构造包括：与边坡造孔轴向平行设置的若干支撑杆、孔底固定件、端部固定件、第一止浆部件、孔底注浆管、深部注浆管、浅部注浆管、第二止浆部件、端部注浆管及排气管，所述孔底固定件与所述第二止浆部件之间的空间形成孔底注浆段，所述第二止浆部件和所述第一止浆部件之间的空间形成自由段，所述第一止浆部件和所述端部固定件之间的空间形成端部注浆段，其中，

6、所述玄武岩纤维锚杆、孔底注浆管和若干支撑杆的一端均固定于所述孔底固定件，所述第一止浆部件和第二止浆部件均预设由贯穿孔和半通孔，所述孔底注浆管的另一端固定于所述第一止浆部件的半通孔，所述深部注浆管贯通所述端部固定件、第二止浆部件的贯穿孔固定于所述第一止浆部件的半通孔，所述浅部注浆管贯通所述端部固定件固定于所述第二止浆部件的半通孔，所述端部注浆管贯通所述端部固定件且其出浆口位于第二止浆部件和端部固定件之间，所述排气管贯通所述端部固定件、第二止浆部件的贯穿孔和第一止浆部件的贯穿孔，所述支撑杆贯穿所述端部固定件、第二止浆部件的贯穿孔和第一止浆部件的贯穿孔以及孔底固定件。

7、区别于现有技术，上述技术方案具有如下优点：通过钢筋套管连接件和填充层的设置，有效提升了玄武岩纤维锚杆的抗剪切能力，使其能够适应预张拉施工的需求，从而拓宽了玄武岩纤维锚杆在边坡锚固工程中的应用范围。双止浆囊(第一止浆部件和第二止浆部件)的设置使得注浆过程更加精准和高效。通过孔底注浆段、自由段和端部注浆段的划分，实现了注浆过程的分段控制，有效防止了浆液泄露，确保了注浆效果。通过使用玄武岩纤维锚杆替代传统的钢筋锚杆，显著降低了对环境的污染，符合绿色建筑和可持续发展的要求。若干支撑杆的设置，不仅提供了对锚杆的额外支撑，还增强了整个结构的稳定性，并且支撑杆贯穿各个部件，形成了一个整体结构，使得锚杆在受到外力作用时能够保持稳定。该结构采用模块化设计，各部件之间通过螺纹连接等简单方式连接，大大简化了施工流程，提高了施工效率。同时，预张拉形变复合构造的设计也使得预张拉过程更加简便易行。综上所述，该玄武岩纤维锚杆双止浆囊预应力结构在环保性、抗剪切能力、注浆效果、稳定性、施工简便性和适用性等方面均表现出显著的优势，为边坡锚固工程提供了一种新的解决方案。

8、需要说明的是，本发明中“第一预制螺母”和“第二预制螺母”的命名仅仅是为了区分所使用的两个螺母，具体的实际操作中，可能有以下四种情况：1)“第一预制螺母”为预制左旋螺母、“第二预制螺母”为预制右旋螺母；2)“第一预制螺母”和“第二预制螺母”均为预制左旋螺母；3)“第一预制螺母”和“第二预制螺母”均为预制右旋螺母；4)“第一预制螺母”为预制右旋螺母、“第二预制螺母”为预制左旋螺母。“右旋”指的是沿钢筋套管连接件的外壁罗纹顺时针旋进，“左旋”指的是沿钢筋套管连接件的外壁罗纹逆时针旋进。

9、作为本技术的一种优选实施例，所述支撑杆为钢骨，支撑杆的数量为四个以上。钢骨作为一种高强度材料能够显著提高支撑杆的承载能力和稳定性。在边坡锚固结构中，通过增加支撑杆的数量在四个以上可以形成更加稳固的支撑体系，更能承受着锚杆和注浆产生的各种力和压力，可以确保整个结构在承受外力时保持稳定，多个支撑杆从多个方向对锚杆进行支撑和固定，提高了结构的整体稳定性。这有助于确保在复杂的地质条件和外部环境作用下，边坡锚固结构仍然能够保持稳定和可靠，有效防止结构变形或破坏。钢骨支撑杆具有优异的抗剪切能力，这有助于进一步提升玄武岩纤维锚杆的抗剪切性能。在预张拉过程中，钢骨支撑杆能够有效地分散和传递应力，避免锚杆在受到剪切力时发生破坏。通过调整支撑杆的数量和布局，可以适应不同工程的实际需求。例如，在地质条件较差或受力情况复杂的地区，可以增加支撑杆的数量和密度，以提高结构的承载能力和稳定性。这种灵活性和适应性使得该结构具有更广泛的应用前景。

10、作为本技术的一种优选实施例，还包括环绕捆绑于所述支撑杆外围的捆绑圈。通过设置捆绑圈，便于对纵向钢骨的相对位置进行定位，并在纵向钢骨与灌浆孔之间形成支撑面。

11、作为本技术的一种优选实施例，沿边坡造孔延伸方向，孔底注浆段及端部注浆段各预留至少1m长度，其余部分长度为所述自由段的长度。孔底注浆段和端部注浆段作为注浆的关键区域，预留足够的长度能够确保注浆材料充分填充并凝固，形成稳定的锚固层。1m的长度为注浆材料提供了足够的空间和时间进行扩散和固化，从而确保了注浆效果。不同的地质条件对注浆效果有不同的要求，预留足够的注浆段长度可以适应各种地质条件，确保在各种情况下都能达到预期的锚固效果。在确保注浆效果的前提下，预留适当的注浆段长度可以避免过度注浆造成的浪费，从而控制成本。1m的长度是一个经过实际工程验证的合理值，既能保证注浆效果，又能控制成本。通过预留足够的孔底注浆段和端部注浆段长度，可以确保注浆材料充分填充并凝固，形成稳定的锚固层，有助于增强锚杆与岩土之间的粘结力，提高锚固效果。注浆材料在孔底注浆段和端部注浆段中凝固后，可以与岩土形成一个整体，提高整个结构的稳定性，不仅有助于抵抗外部荷载，还能有效防止边坡滑动等地质灾害的发生。通过预留适当的注浆段长度，可以在确保注浆效果的同时控制成本，有助于降低工程造价，提高经济效益，为边坡锚固工程提供了一种更加可靠和高效的解决方案。

12、作为本技术的一种优选实施例，所述钢筋套管连接件的内径比所述玄武岩纤维锚杆的直径大2mm。通过这样设置的实施例，可以确保填充于钢筋套管连接件与玄武岩纤维锚杆之间的间隙为1mm，这个间隙厚度适用于玄武岩纤维锚杆与其他材质之间的粘合，能够最大程度发挥玄武岩纤维锚杆的抗拉特性，不容易造成剪切破坏，从而保留玄武岩纤维锚杆的整体抗拉强度。

13、作为本技术的一种优选实施例，所述密封对中两用橡胶圈包括密封对中两用上端橡胶圈和密封对中两用下端橡胶圈，其中，所述密封对中两用下端橡胶圈设置于预设的加压设备反力底座上端处、玄武岩纤维锚杆与钢筋套管连接件之间的间隙中。在玄武岩纤维锚杆与钢筋套管连接件之间的间隙中设置密封对中两用橡胶圈，能够确保在预张拉过程中，该间隙不会被注浆材料或外部杂质侵入，从而提高结构的密封性能。密封对中两用橡胶圈不仅具有密封功能，还能够起到对中的作用。在预张拉过程中，橡胶圈能够确保玄武岩纤维锚杆与钢筋套管连接件之间的对中，防止因偏移而导致的应力集中或结构破坏。将密封对中两用下端橡胶圈设置于预设的加压设备反力底座上端处，能够确保在加压过程中，橡胶圈能够有效地承受反力，并防止因加压导致的间隙增大或泄漏。总之，这样的设置能够提高结构的密封性能、增强对中功能、适应加压设备并提高施工效率，为边坡锚固工程提供了一种更加可靠和高效的解决方案。

14、作为本技术的一种优选实施例，所述第一止浆部件和第二止浆部件均为预设了贯穿孔和半通孔的柔性容置腔。柔性容置腔的设计使得第一止浆部件和第二止浆部件能够在注浆过程中适应注浆压力的变化，随着注浆的进行，注浆压力会逐渐增大，柔性容置腔能够相应地扩张或收缩，确保注浆过程的顺利进行。通过预设贯穿孔和半通孔，使柔性容置腔随着注浆的进行可以很好地与注浆管和锚杆等部件紧密连接。因此，将第一止浆部件和第二止浆部件设计为预设了贯穿孔和半通孔的柔性容置腔，能够适应注浆压力的变化、防止浆液泄漏、简化安装过程，并提高注浆效率、结构稳定性、降低工程成本和提高工程质量。

15、作为本技术的一种优选实施例，所述预张拉形变复合构造还包括排气管，所述排气管的一端设置于孔底注浆段内。通过设置排气管，便于在对孔底注浆段灌浆的过程中，将空气进行排出。

16、为实现上述目的，第二方面，发明人还提供了一种本发明第一方面所述的玄武岩纤维锚杆双止浆囊预应力结构施工方法，包括以下步骤：

17、s1：钻孔清孔，将所述玄武岩纤维锚杆和所述预张拉形变复合构造放入孔内，所述孔底注浆管位于靠近孔底的一侧；

18、s2：放置边坡反力构件，套入所述锚固托盘，所述锚固托盘与所述第二预制螺母相连接并朝向孔底的方向；

19、s3：将所述钢筋套管连接件套设于所述玄武岩纤维锚杆外侧，将第一密封对中两用橡胶圈放置于玄武岩纤维锚杆第一预设位置，将钢筋套管连接件套设于玄武岩纤维锚杆上，并与第一密封对中两用橡胶圈相接，所述第一密封对中两用橡胶圈用于对钢筋套管连接件和玄武岩纤形成的间隙进行密封；

20、s4：并向钢筋套管连接件和玄武岩纤维锚杆的间隙注入胶粘材料，使所述胶粘材料充满整个套管内间隙；将第二密封对中两用橡胶圈放置于玄武岩纤维锚杆第二预设位置；

21、s5、将加压设备反力底座套设于所述玄武岩纤维锚杆并置于所述第一预设位置，将所述第一预制螺母旋接于所述钢筋套管连接件的外壁，并与所述加压设备的承压面相接；

22、s6、孔底注浆段注浆，向所述深部注浆管内注浆，使得第一止浆部件堵住该位置的孔口，溢出的浆液通过孔底注浆管流向孔底注浆段，当排气管有浆液流出时，停止注浆；

23、s7、开启预应力张拉，当孔底注浆段达到设计强度时，开启加压设备对所述第二预制螺母进行推压，达到设计预应力值后加压设备维持稳压状态持续对玄武岩纤维锚杆进行张拉；

24、s8、端部注浆段注浆，向浅部注浆管内注浆直至压力泵显示的压力数值发生变化，接着往端部注浆管注浆直至其孔口溢出浆液，停止注浆；

25、s9、静置，直到端部注浆段达到设计强度，对加压设备进行卸压，移除加压设备，旋紧第二预制螺母使其与锚固托盘嵌合。

26、区别于现有技术，上述技术方案具有如下优点：通过双止浆囊的设计能够确保注浆材料在预定的位置形成稳定的锚固层，提高锚杆与岩土之间的粘结力、整个结构的稳定性和耐久性。通过加压设备对锚杆进行张拉，并维持稳压状态，可以精确控制锚杆的预应力值，满足设计要求。该施工方法能够适应不同的地质条件和工程要求，通过调整注浆量、注浆压力等参数，达到预期的锚固效果。通过精确的施工步骤和有效的注浆措施，能够确保锚杆与岩土之间的紧密连接，提高锚固效果和结构的承载能力。该施工方法步骤清晰、操作简便，能够提高施工效率，缩短工期。通过优化施工工艺和精确控制材料使用，可以降低工程成本，提高经济效益。在施工过程中，通过严格的操作规程和有效的安全措施，可以确保施工安全，降低事故风险。总之，该玄武岩纤维锚杆双止浆囊预应力结构施工方法能够确保施工质量、提高结构稳定性、施工效率高、成本低且安全性高，为边坡锚固工程提供了一种可靠、高效的解决方案。

27、作为本技术的一种优选实施例，所述钢筋套管连接件、第一预制螺母和第二预制螺母均为45号钢材质。45号钢是一种优质的碳素结构钢，具有较高的强度和硬度，这使得钢筋套管连接件、第一预制螺母和第二预制螺母在承受张拉力和注浆压力时，能够保持足够的强度和稳定性，从而确保整个预应力结构的可靠性和耐久性。同时，其良好的焊接性能也使得连接更加牢固和可靠。45号钢的机械性能适中，可以在各种环境条件下保持稳定的性能。无论是在寒冷还是炎热的气候条件下，或是在潮湿或干燥的环境中，这种钢材都能保持其强度和韧性，确保预应力结构的长期稳定运行。采用45号钢材质可以减少对环境的污染，与一些非金属材料相比，钢材在使用过程中不会产生有害物质，而且在废弃后也更容易回收和再利用。因此，钢筋套管连接件、第一预制螺母和第二预制螺母采用45号钢材质，可以提高预应力结构的强度、耐久性和可靠性，同时降低制造成本和环境污染。

28、作为更加优选的实施例，采用6-8根所述支撑杆形成预张拉形变复合构造。

29、上述技术实现要素：相关记载仅是本技术技术方案的概述，为了让本领域普通技术人员能够更清楚地了解本技术的技术方案，进而可以依据说明书的文字及附图记载的内容予以实施，并且为了让本技术的上述目的及其它目的、特征和优点能够更易于理解，以下结合本技术的具体实施方式及附图进行说明。