变直径钢筋笼扩大头锚杆桩系统具体实施方式

时间：2021-11-02

如图所示，图1与图2是连接成整体的结构，图2结构位于图1的上方。对中支架1、钢筋连接器（连接螺母）2、轴向杆3、扩大头钢筋笼结合的混凝土或砂浆体（砼体）4、限位器5、竖筋6、动力弹簧7、固定器8、活络机构9、螺旋箍筋10、轴向杆套11、承压板12、高强螺母13、导向帽14。限位器5中限位螺母，可为开放式或封闭式等结构，参见本申请人的在先专利申请。限位螺母，可为开放式。

图3-5中，轴向杆上端的固定层采用高强螺母三件套锚固形式、三通高强螺母或法兰锚固结构。混凝土垫层15、斜拉钢筋28、钢筋16、止水胶条17、螺旋弹簧27、混凝土底板18、法兰螺母19、三通螺母20、钢垫板22、螺母21。如图1所示，一种锚杆杆件，将（高强）钢筋预先施加并锁定后，用包括但不限于混凝土或水泥砂浆、水泥浆或其他能固化材料包裹，混凝土、水泥砂浆、水泥浆或其他能固化材料凝固后，形成锚杆杆件。锚杆杆件内的配筋通常可选择包括但不限于/或者不选择配置钢筋笼、箍筋、钢套筒、钢丝网笼、承压板、承压法兰螺母或其他筋骨配筋材料。

图1-2中，是锚杆和带有变直径钢筋笼骨架扩大头短桩的结合体。包括扩大头变直径钢筋笼15、预应力拉杆连接器（连接螺母）2、预应力拉杆3；限位器5为限位螺母，可开放式或封闭式结构，扩大头钢筋笼中的与轴的固定器被限位螺母在主筋上限定位置；预应力拉杆一般采用高强精轧螺旋钢筋，或其他诸如预制预应力杆件、若干普通螺纹钢、或与传统预制桩、钢桩结合，钢筋连接器用于精轧螺旋钢筋的端部的长度连接；预应力拉杆上端的锚固方式选择高强螺母三件套锚固、三通高强螺母、特制高强法兰锚固结构或其他传统锚固方式。水泥浆或砂浆体（砼体）4浇铸扩大头钢筋笼25、钢筋连接器（连接螺母，具休相当的长度）2用于连接精轧螺纹主钢筋主筋即轴向杆3至任意长度。

变直径钢筋笼扩大头锚杆桩系统，包括扩大头钢筋笼15、钢筋连接器（连接螺母）2、主筋即轴向杆3；限位器5为限位螺母，限位螺母可为开放式或封闭式等结构，扩大头钢筋笼中的与轴的固定器被限位螺母在主筋上限定位置；轴向杆采用精轧螺旋钢筋，钢筋连接器用于精轧螺旋钢筋的端部的长度连接。

轴向杆上端的固定层采用高强螺母三件套锚固形式、三通高强螺母或法兰锚固结构，均采用高强螺母13。

锚杆杆件内主筋的数量，是一根或者一根以上，但一般不多于15根（否则成混凝土桩了），钢筋的规格、性能、强度、直径可根据设计要求具体确定；锚杆杆件的长度、横截面的形状和面积，则根据具体的工程技术要求设定；当工程需要杆件的长度**长时，可以采取用螺母连接器的方式或其他方式，将两根或两根以上的锚杆杆件加以连接，以达成所需的长度

锚杆杆件的主筋和变径钢筋笼使用的材料，包括但不限于：钢、玻璃纤维、树脂、玻璃纤维增强树脂、芳纶纤维、碳纤维、石墨烯、碳元素相关的材料及其复合材料、高分子、高分子聚合物材料、纳米材料、金属材料和非金属材料等。

所述的变径钢筋笼立体几何形态包括但不限于：立方体、多面体、正多面体、四面体、长方体、圆柱、圆台、棱柱、棱台、圆锥、棱锥、竹节状、串状、凸凹状，其可以是实心的，亦可以是空心的；平面横截面的形状包括但不限于：正方形、长方形、三角形、四边形、菱形、梯形、多边形、圆、椭圆、圆环、扇形、弓形；锚杆杆件可以是实心的，亦可以是空心的截面。

锚杆杆件与变直径钢筋笼、固定直径钢筋笼、***或其他锚头进行连接时，采取在锚杆杆件的下端，预留与变直径钢筋笼、固定直径钢筋笼、***或其他锚头的长度相适应钢筋，在锚头底部分与锚垫板进行连接，也可以留有适当的钢筋长度，和成品锚头**部用衔接螺母连接；或通过改进杆件和锚头，使锚杆杆件与变直径钢筋笼、固定直径钢筋笼、***或其他锚头成为一个**整体能够传递应力。

锚杆杆件的钢筋主筋和钢筋笼使用的材料，包括但不限于钢材、钢绞线、玻璃纤维、芳纶或其它高分子材料纤维、碳纤维、石墨烯、碳元素相关的材料及其复合材料。碳纤维等高分子材料也能用于锚杆。

本发明所述利用先张法锚杆杆件的应用，适用领域包括但不限于抗浮抗拉，道路、矿山开采、隧道桥梁、基坑和山体护坡、地质灾害处理；也用于抗压工程等领域。可以根据工程设计用途的的需要，可以作为抗压桩使用。

使用本发明克服抗浮直通或扩大头锚杆

①开挖桩杆上端即锚杆**部的周围基底并清理浮浆；并在锚杆**部周围铺施遇水膨胀止水胶条；

②锚杆**部的周围基底上浇筑混凝土垫层；

③螺纹钢筋上至底板上层钢筋底部用法兰螺母固定（而不需要螺母），不需要再施加；并在基底上浇筑带钢筋的基础底板。

④若预制构件为多根钢筋，则用相应数量开孔钢板做锚板，拧上螺母固定，再浇筑底板混凝土。

所述的承压型直通或变直径钢筋笼扩体锚杆工法，承压型直通或变直径钢筋笼扩体锚杆锚固段土体蠕变变形的控制法，在对扩大头部分高压注浆或灌注混凝土施工，待强度达到设计要后，进行对锚杆整体施加外力拉拔，使扩大头**部土体产生挤压，从而减小锚杆工作状态下的锚杆杆件和土体蠕变变形。

施加的大小：根据地下室抗浮计算时，计算的上浮水头放大1.05倍；抗浮计算锚杆的安全系数取K=2.0；因此锚杆施加的小于锚杆的特征值，且要大于常水位时所需要的锚杆抗浮力，综合考虑取承载力特征值的50%。

在制备锚杆件时，不同的直径具有不同的施加的（伸长不同，相对伸长系数不同）。

参照本申请人的在先申请：变径钢筋笼，包括轴向杆、圆环或环板和若干竖筋、若干筋条、圈状固定器，圆环或环板与轴向杆垂直，若干竖筋的一端在圆环或环板在均匀固定，每根竖筋的另一端或中部均连接一根筋条的一端，若干竖筋环绕轴向杆，筋条的另一端接到圈状固定器，圈状固定器在轴向杆杆上固定或滑动。竖筋外周设有箍筋，箍筋且与竖筋或轴向杆设有固**，箍筋为绳状；轴向杆上设有轴向弹簧，并受到限位器、限位板条或约束绳、约束销的限制；箍筋约束收紧时是未使用状态，箍筋的端部设有释放装置；箍筋也可以是螺旋弹簧状。旋箍筋的材质：玻璃纤维、芳纶纤维、碳纤维、石墨烯、碳元素相关的材料及其复合材料等。

*二种变径钢筋笼，包括轴向杆、若干竖筋、两组若干筋条、*一和*二两个圈状固定器，*一与*二两个圈状固定器滑动在轴向杆杆上，*一和*二两个圈状固定器各固定一组与竖筋数相同的筋条，每根竖筋的上下两处分别有*一组和*二组的一根筋条与这根竖筋活络连接，若干竖筋环绕轴向杆，至少有一个圈状固定器在轴向杆杆上设有定位装置；竖筋外周设有箍筋，箍筋且与竖筋或轴向杆设有固**，箍筋为绳状；轴向杆上设有轴向弹簧，并受到限位器、限位板条或约束绳、约束销的限制；环状箍筋约束收紧时是未使用状态，箍筋的端部设有释放装置。

箍筋为环状箍筋或多道绕制在竖筋外围的紧箍绳索，环状箍筋收紧时是未使用状态时轴向杆上的轴向弹簧是压簧或拉簧。压簧释放后伸长，拉簧释放后则收缩。

压簧或拉簧限位装置是限位器、限位板条或约束绳、约束销；环状箍筋打开后，即约束打开，轴向弹簧是压簧或拉簧本来的应力状态释放，并受到限位器、限位板条或约束绳、约束销的限制；即四周竖筋水平侧向打开：比自动伞的在主轴上限位器的打开方式结构简单且使用，环状箍筋采用软钢绳或较硬弹簧均可，亦可作为钢筋笼的的一个成份。

竖筋、螺旋箍筋的立体几何形态包括：立方体长方体圆柱圆台棱柱棱台圆锥棱锥等；平面横截面的形状是：正方形长方形三角形四边形平行四边形菱形梯形圆扇形弓形圆环等；竖筋、螺旋箍筋的规格、型号、形状、尺寸、材料，各项参数随不同项目地质条件进行调整

筋条与竖筋活络连接的方式：圈状固定器分别通过销轴3-1、销轴支架（U型固定支架）3-2将筋条连接到竖筋。竖筋筋条的根数不必多，一般5-12根即可。

本发明的*一种变径钢筋笼释放撑伞状，轴向杆、圆环或环板和若干竖筋、筋条的类似伞骨状结构，但圆环或环板取代伞尖，但的箍筋的结构与箍筋弹性箍住与释放结构，竖筋可以是如伞骨的直杆。*二种变径钢筋笼是圆柱状，结构更为合理，但制备稍复杂。

进一步的，*一种变径钢筋笼：圆环或环板的直径与钻孔相当或略小于钻孔直径；筋条可以是直线的或是弯曲的。

第一、二种变径钢筋笼的圈状固定器均可以环形圈为基本结构，在轴向杆上进行滑动。

筋条为弹性筋条时，环状箍筋在竖筋箍住内周筋条。竖筋与箍筋在扩体端同步展开、贴紧、形成钢筋笼。箍筋弹性箍住与释放结构有多种，如箍筋端部制备成轴销或轴孔的结构较为常见，轴销时插入某固定孔，轴孔时则另有销轴固定箍筋的端部。且需要上便于释放，即变径钢筋笼在扩体孔内张开。

筋条为弹性筋条时，筋条在应力下收缩，且被箍筋限制动作的范围，箍筋释放后，则筋条应力释放后则筋条张开，且带动竖筋张开，此种结构的圈状固定器固定在杆上，*要固定器在杆上滑动。

本发明的承压变径钢筋笼扩体锚杆，变径钢筋笼在置于扩体段时展开释放，在变径钢筋笼上注浆或注入混凝土成为锚杆，变径钢筋笼成为锚杆的骨架。

本发明的工法应用：旋喷桩机钻进至设计深度→高压旋喷施工或机械扩孔施工→下锚头→打开锚头中扩大机构，将钢筋笼打开至设计尺寸→高压注浆或灌注混凝土。

变径钢筋笼;普通钢筋经特殊加工处理后，成为弹性钢筋；用处理后的弹性钢筋加工成减小直径的箍筋（通过紧绕或收紧方式箍住整个竖筋或筋条）；即通过紧绕或收紧方式箍住整个竖筋或筋条，竖筋外周设有环状箍筋，环状箍筋且与竖筋设有固**（钢丝捆扎较为常用）。

典型的成品中：钢筋笼箍筋直径≤200mm（与实际形成的钻孔有关的参数，不同钻孔可以有不同规格的直径钢筋笼（箍筋）），置于锚杆扩体段后，打开钢筋笼中的约束机构，箍筋直径达到400mm左右的直径；变直径钢筋笼约束时的尺寸和展开后的尺寸以及钢筋笼的高度可依据工程的需要进行确定。

竖筋或筋条在机构作用下展开紧贴箍筋至不能展开止；在扩体段底部即锚杆的底部用锚垫板（锚垫板为环板）将锚杆的杆体与扩大头机械连接。

图中的部件所示，轴向杆（高强抗拉钢筋）、轴向弹簧套在轴向杆上，圆环或环板、若干竖筋、筋条、圈状固定器、环状箍筋、箍筋端部的钢套环、环状箍筋与轴向杆的连接点、释放机构，环状箍筋钢套环配合的插孔、钢托盘与钢管焊接、配重、限位器、*一支架和*二支架、底盘、钢托盘（即圈状固定器）、筋条可以是扁杆；销轴、销轴支架（U型固定支架）、缺口。

本发明基本结构如图1-2所示：变径钢筋笼，包括轴向杆、圆环或环板和若干竖筋、筋条，圆环或环板与轴向杆垂直，若干竖筋的一端在圆环或环板在均匀固定，每根竖筋的另一端或中部均连接一根筋条的一端，筋条的一端接到一圈状固定器（或圆环花件），圈状固定器固定在轴向杆杆上。筋条类似于伞骨。

变径钢筋笼的竖筋外周设有环状箍筋，且为弹性材质的环状箍筋。环状箍筋可以是螺旋弹簧状。环状箍筋收紧是未使用状态（用于放入钻孔），箍筋的端部设有释放装置。收紧且弹性约束的未使用状态，环状箍筋释放后变直径，直径扩大成环状箍筋原先松弛状态，即直径较小环状箍筋释放到锚杆的扩体端后，环状箍筋直径放大至设计要求（如典型的一款是从直径不到200mm扩大到-400mm）。

变径钢筋笼的制备方法：3D打印成型、注塑成型、人工机械组装焊接等方法。竖筋外周设有环状箍筋，环状箍筋且与竖筋设有固**，且为弹性材质的环状箍筋；环状箍筋收紧是未使用状态，箍筋的端部设有释放装置；环状箍筋是螺旋弹簧或普通钢丝绳或炭纤维绳子均可。

所述释放装置的结构为：箍筋端部制备成轴销或轴孔的结构，当箍筋端部为轴销时插入一固定孔，当箍筋端部为轴孔时则另有销轴固定箍筋的端部。

变直径钢筋笼设有约束和释放装置，采用包括但不限于约束绳、约束锁、约束销、约束罩等约束方式使钢筋笼直径处于缩小约束状态，采用包括但不限于释放弹簧、弹簧片、弹性球、气囊、配重、旋转、轴向干伸缩、施加外力、电动、电子遥控等方式展开释放，使钢筋笼直径可变。

筋条为弹簧是一种选择，也可以是弹簧钢片，被折叠变形后受到应力，在箍筋的约束下整个一束竖筋均被收起，箍筋放开后弹簧钢片折叠变形应力释放撑开竖筋；取代弹簧钢片的还可以是各种材质的弹力棒，包括橡胶棒、碳纤弹力棒等，参见在本申请人在先申请。