射流零屏蔽的中心式旋喷钻杆的制作方法

    专利2026-07-02  28


    本技术适用于岩土锚固中的具有旋喷注浆扩大头的情形,且主要是针对具有扩体配筋结构的扩大头锚固技术分支领域,尤其是伞状扩大头锚固技术分支领域。


    背景技术:

    1、旋喷扩大头锚杆索近年已经在锚固领域大面积应用,但程良奎教授指出了其浆固体强度存在缺陷;由于旋喷注浆的原理是利用旋喷射流原位搅拌混合土体形成浆固体,由于含水量、微气泡结构、土颗粒组分三方面的原因,其固结强度很低(在砂层中的浆固体强度不超过4mpa,在淤泥和淤泥质土层中的浆固体强度仅有1~2mpa左右,总体而言水泥土混合材料只能达到设计混凝土标号的十分之一),这样导致了锚筋与浆固体之间的握裹力(或称作粘结强度)很低,且在运营服务期间的劣化速度远比原来传统的纯水泥浆固结体加快;如果是临时性锚杆索,这个强度缺陷倒不见得有什么大碍,只要能满足临时性工程的低承载力要求和短期抗拔性能即可,毕竟蠕变是一个动辄经年的长期过程,但是,对永久性锚杆索(例如抗浮工程)而言,这足以影响工程结构的正常使用甚至构成安全隐患。同时,伞状扩大头锚杆索的发明宗旨是提供高承载力、高预应力、高抗拔性能(微变形/不变形)、高可靠度的锚固结构,降低结构设计要求无异于自毁生命。

    2、并且,最为关键的是,虽然压力型锚杆索可以将锚筋对浆固体的拉力转化为内承压板对浆固体的压力,并且伞状扩大头技术可以在将锚筋的拉力转化为对高刚度伞状锚固体的压力的同时又转移给伞状扩大头后端的大面积岩土体,但是,无论是压力型锚杆索(包括分散压力型在内),还是伞状扩大头锚杆索(除开旋喷钻杆一次性消耗不做回收并作为复张工具的情形外),都无法避免一个事实,那就是只有一次对孔壁岩土体进行360度均匀切削的机会(即在钻进过程中能够切削一次,单凭这仅有的一次切削是无法实现有效扩孔和搅拌的),当旋喷钻杆携带锚筋笼/伞笼抵达预设深度后,在旋喷钻杆后退、再进以及反复进退过程中,锚筋、折叠杆、纵向柱、复位弹簧、荷载转换装置等都会阻挡射流,形成射流屏障,见附图5、附图6、附图7所示,这使得位于锚筋等构件外侧的岩土孔壁无法接受到射流,从而射流根本就无法对孔壁岩土体有效地实施重复多次切削和清洗,即:在射流屏障背后的岩土体只被先期(即钻进过程中)的一次性射流扫射过一次,而射流未被屏蔽处的岩土体则可因为喷头在后期的反复多次进退旋喷而被切削成为扩孔段预设大小,这样的施工状况,最终形成的是附图5所示的吃豆形、附图6所示的花瓣形、附图7所示蘑菇形浆固体成型效果,这些截面形状的美学效果再好,也无法提供设计想要的圆形截面结构锚固(附图8所示)效果,无论喷头反复进退喷射多少次,都无法再次提供给孔壁岩体以360度全周均匀切削、均匀搅拌的机会,即无法改变缺陷型截面,最终,换言之,受力构件无法在缺陷型截面的浆固体中形成有效的锚固,同时,这样的浆固体也无法为锚筋、折叠杆、加力柱这些受力构件提供有效的保护层,从而使得浆固体既无法支撑、支持受力构件承受高荷载,也无法为其提供长期的防腐蚀保护。也就是说,实际上根本无法通过反复进退的方法进行重复多次地切削和清洗、混合,这种施工状况,根本无法达到预设的旋喷扩孔搅拌固结效果。

    3、尤其是在中粗砂层、砂卵石层中,时下旋喷锚杆索流行的做法是:跟管钻孔→下锚筋笼→拔套管→下旋喷钻杆→旋喷注浆,这样的施工方法、施工状况,旋喷射流就连一次均匀切削孔壁岩土的机会都没有,这种从锚筋笼旁侧喷射得到的成型效果例如附图7所示的蘑菇型截面,不仅在不同部位、不同方向上的浆固体直径悬殊巨大,不仅浆固体的强度远远达不到设计要求,而且为受力钢筋提供锚固支持的最起码的混凝土体都未能具备成型,而且该给受力钢筋提供防腐蚀保护层的地方却没有相应的浆固体。位于受力钢筋背面的喷射效果仅仅只有当射流损耗在钢筋上(即射流被钢筋屏蔽)时因为粘滞效应带过去的和因射流打到卵石上后溅流回来的一点浆皮。

    4、在囊式锚杆索包括承压型囊式锚杆索的使用中,现有技术只能先旋喷钻孔和扩孔,再将旋喷钻具退出锚孔,然后再将囊式锚杆索下到锚孔中,然后再对囊袋注浆使之扩张,姑且不论在扩孔段内受到泥块沉沙的阻挡而无法扩张囊袋的问题,就只说在植入过程中,这样的工艺经常都会遭致泥块沙团砾石等障碍物的阻挡,从而无法将囊式锚杆索植入到位。即使提高造价借助跟套管成孔辅助植入,可对囊袋的扩张仍然作用不大。

    5、虽然在申请人的先期申请中,已经公开了旋喷自携膜袋型伞状扩大头,如附图11所示,解决了垮孔导致植入难的问题,并且它可以对膜袋内的伞状扩体结构专门灌注高强度无收缩浆液甚至细石混凝土,这也已经解决前述的浆固体强度问题;但是,旋喷钻杆在反复进出伞笼实施喷射时,不仅仍然存在射流必然切损膜袋、切损pe套的问题,而且射流被外膜袋、内膜袋/筒形内柱(例如钢筒)所阻挡,形成射流屏蔽,这样就会导致射流无法有效地对位于膜袋外侧的岩土孔壁实施切削、清洗。所以,如果按照理论上的旋喷自携(膜袋型)锚杆索、旋喷自携(膜袋型)伞状扩体装置的施工方法实施,旋喷射流实际上只有一次对孔壁岩土体进行360度均匀切削的机会(这仅有的一次切削机会根本无法实现有效的扩孔和搅拌),也就是说,无论喷头反复进退多少次、无论重复进行多少次切削和清洗,实际上根本就无法再次提供给孔壁岩土体以360度全周均匀切削、均匀搅拌的机会,无法做到各向同性,无法改变缺陷型截面,无法提供锚筋、折叠杆背后一侧的浆固体保护层厚度和必要的锚固层厚度,无法阻止锚筋、折叠杆的快速锈蚀,无法保障锚筋、折叠杆的受力耐久性,这样的施工状况,根本无法达到预设的旋喷扩孔搅拌固结效果。

    6、总之,无论是否为膜袋型/囊式,现有的(传统的)的旋喷自携锚杆索或旋喷自携伞状扩大头锚杆索的施工方法,在旋喷施工结构和工艺方面,还有巨大的成型缺陷、强度缺陷、耐久性缺陷需要克服、弥补。


    技术实现思路

    1、本实用新型通过以下技术方案解决上述问题。

    2、射流零屏蔽中心式旋喷钻杆,包括旋喷钻杆,旋喷钻杆的前端设置一个或一个以上的喷嘴;旋喷钻杆前部套设有内承载板,若干根锚筋固定/单向固定/活动穿设在内承载板上(例如锚筋通过u形槽架活动穿过内承载板的情形),内承载板包括锚筋前端与内承载板;内承载板沿横向设置且沿纵向设置有中孔甲,旋喷钻杆的前部从中孔甲活动穿过,但旋喷钻杆的中部无法向前穿过中孔甲;旋喷钻杆位于锚筋笼的轴心;旋喷钻杆通常是一根,但也可以不止一根,例如有并列的2根,或品字形排列的3根,或阵列或放射状排列的4根等等,本技术主要列举一根旋喷钻杆的情况;旋喷钻杆包括但不限于市场上所有的单管、双管、三管、双高压、多管旋喷钻杆等等;喷嘴射流可以是横向,也可以是纵向、斜向等任意朝向。“若干”是指任意整数。锚筋与内承载板之间可以是固定连接(例如附图1所示)、单向固定连接(例如附图2所示)、u形穿设等等。锚筋笼是由2根或2根以上的锚筋经过内承载板、隔离环等构件架设构成或经编织/绑扎等方法构成一个长条形的笼。轴心是纵向的,是指锚筋笼的几何中心。中孔即构件的轴心孔,例如中孔甲、中孔乙、中孔丙。在无专门说明的情况下,本技术中的单向固定连接是指参与连接的双方中的任一者可以靠近、抵触、插入另一者甚至局部越过另一者,也可以沿原路返回从而远离另一者,但是无法整体穿过另一者(更无法在整体穿过后远离另一者),“穿过”与“越过”、“穿越”同义。固定连接、单向固定连接均包括可拆卸连接、不可拆卸连接在内,也包括直接连接、间接连接在内。

    3、或在同时,还设置有牵引装置和/或膜袋和/或导向帽和/或伞状扩体结构;其中牵引装置设置在旋喷钻杆前端与内承载板之间,用于旋喷钻杆向前拖拉内承载板;旋喷钻杆位于牵引装置和/或膜袋和/或导向帽和/或伞状扩体结构的轴心,导向帽设置在内锚头和/或牵引装置和/或膜袋和/或伞状扩体结构的前侧;膜袋的内涵包括了囊袋在内,膜袋可以根据工程实际需要采用任何材料。膜袋包括但不限于外膜袋、内膜袋、前膜袋、后膜袋、整体式膜袋、方便穿脱于全系列伞笼的无后褶膜袋等等,前膜袋是专为内锚头尤其是荷载转换装置的防腐蚀以及灌注而设置的,囊式锚杆索则欠缺这一点,使用内膜袋以保证后灌注工序膜袋的完整性同样也是囊式锚杆索所欠缺的。在本技术应用于承压型囊式锚杆索时,外膜袋的前端可以设置在内承载板的前侧或后侧,外膜袋的后端也可以设置在后架板的前侧或后侧,使用者可根据实际情况决定,但显然外膜袋将内锚头(荷载转换装置与锚筋前端)包含在内、将后架板包含在内更有利于锚杆索的耐久性。

    4、并且,喷嘴至内锚头前端/膜袋前端/导向帽前端的纵距应大于/等于扩孔段锚孔的设计长度;这是针对未设伞笼但设置有素浆扩大头(例如以设有内承压板为标志的压力型扩大头锚杆索或附图11所示的承压型囊式扩大头锚杆索等)时的条件要求,这个要求是现有技术所没有的。喷嘴至伞状扩体结构/锚筋前端/内锚头前端/膜袋前端/导向帽前端的最小纵距又称为旋喷钻杆的最小超前长度(简称超前度。例如附图3、附图10中所示的s),见后文所述。“最小纵距”一方面是因为有可能在纵向上的不同位置分设有2个或两个以上喷嘴,另一方面是因为实施旋喷扩孔的长度只能长于/等于理论计算长度,而不能短于理论计算长度,而理论计算长度是按照本实用新型提出的两个原则进行确定的:一是扩孔段锚孔的设计长度,二是伞状扩体结构(伞笼)前端至前铰接的纵距与长杆长度之和。无论素浆扩大头还是囊式扩大头还是伞状扩大头等等形式,扩孔段锚孔可以不止一个,每个扩孔段锚孔内的扩大头也可以不止一个。需要说明的是,此处所述纵距为两个构件沿纵向的距离,非斜距,更非横距。内锚头通常指锚筋前部加荷载转换装置,但在形式上,荷载转换装置可以兼做外壳(例如苏州能工将荷载转换装置、锚筋回收装置、前端应力检测装置、顶推装置全部总成在一个外壳内并称作承载体),也可以单独设置外壳(用于防腐蚀和总成锚筋回收机构)并固定在内承载板上,此时内锚头还包括了外壳在内。扩孔段锚孔(即扩孔段锚孔)的设计长度即扩孔段锚固体长度,例如附图2所示的l,对承压型囊式扩大头锚杆索而言扩孔段锚孔长度通常相当于无囊袋素浆扩体段长度加有囊袋素浆扩体段长度加导向帽长度,对无囊的压力型扩大头锚杆索而言扩孔段锚孔设计长度即素浆扩大头的施工长度,素浆是指除锚筋以外在纵向上没有设置承受拉力或压力的构件的情形,其突出特征是仅仅只能依靠水泥土浆固结体或水泥浆固结体承受锚板传递的压力,包括锚板(即内承载板)可扩展的情形在内。或喷嘴至内承载板的纵距应大于/等于扩孔段锚孔的设计长度与所述牵引装置前端至内承载板的纵距之和;这是针对未设伞笼但设有素浆扩大头并且设有牵引装置时的条件要求。

    5、和/或,喷嘴至内锚头前端/膜袋前端/导向帽前端/伞状扩体结构前端的纵距应大于/等于伞状扩体结构前端至前铰接的纵距与长杆长度之和;这是针对设有伞笼(无论是正折叠或是反折叠,扩张时长杆均会发生转动)但并未设置牵引装置时的条件要求,例如附图2、附图3、附图4所示。喷嘴至伞状扩体结构前端/内锚头前端/锚筋前端/膜袋前端/导向帽前端的最小纵距可视为和称作旋喷钻杆的最小超前长度(或简称为超前度,例如附图3、附图10所示的s,即保证侧向的射流不会被屏蔽的要求喷嘴超前于内锚头/膜袋/导向帽/伞状扩体结构的最小长度),如果说喷头喷嘴超前于内承载板/前盘的现象是以前就有的、以前就隐含公开的,但超前度这个概念、内涵及其最小值这个指标则是以前没有的,并且本实用新型提出的这个最小纵距(超前度)能够起到特定和关键的作用,产生特定的效果,这是以前本领域技术人员没有想到和提出过的(在以前旋喷钻杆的加工过程中,喷嘴超前于内承载板5厘米、10厘米还是15厘米、20厘米是不需要关心和做出要求的,只要超前于内承载板就行了((以前并未提及需要超前一个最小距离,甚至没有硬性要求超前于内锚头,只要射流能不被内承载板挡住就行了),旋喷效果也是互相雷同的(都是吃豆形/梅花形/蘑菇形等缺陷形状和低固结强度);而本实用新型提出的超前度及其最小值是足以对施工质量产生决定性影响和颠覆性提升的关键因素,也是一个全新的概念,具有全新的内涵,只要具备了本实用新型提出的超前度最小值这个特征的旋喷钻杆,配合正确的施工方法,就可以克服以前的固结体强度缺陷和成型缺陷,大幅提升旋喷自携锚杆索(包括旋喷自携伞笼锚杆索在内)的施工质量。伞状扩体结构的不仅纵向柱、导向帽、折叠杆组、荷载转换装置、前盘后盘等等构件,而且扩张机构/复位装置/预收缩锁定与解锁机构等也会对横向旋喷射流构成屏蔽(阻碍、拦截),例如非旋喷钻杆的抵撞杵、复位弹簧/缓冲弹簧、膜袋等,详见申请人的先期申请文件。当然,无论是否把锚筋视为伞状扩体结构的组成部分,它们都会构成射流屏蔽。伞状扩体结构前端至前铰接的纵距例如附图1所示的内锚头前端至前铰接的纵距r,又例如附图2、附图3所示的纵向柱(或称作构造构件或称作加力柱前延段)前端至前铰接的纵距m。或喷嘴至牵引装置前端的纵距应大于/等于所述牵引装置前端至前铰接的纵距与长杆长度之和。这是针对既设有伞笼又设有牵引装置时的条件要求。无论附图4所示的后拉式开伞的伞笼还是附图2所示的推拉式开伞的伞笼或是附图1所示的预收式伞笼或是附图3所示的自适应式伞笼或是其他扩张方式的伞笼,均适用该条件要求。牵引装置前端至前铰接的纵距例如附图4所示的n。需要注意的是,测量牵引装置前端至前铰接销轴的纵距应在伞笼被旋喷钻杆牵引状态下测量,即:牵引板与前侧的单向固定装置抵触、内承载板/前盘与后侧的单向固定装置抵触。本技术中的伞状扩体结构包括了申请人先期申请的所有伞状扩大头、伞状扩体装置、伞状扩体设备等等,详见申请人的先期申请文件。纵距是指沿纵向的距离,纵向即锚孔的轴向(轴心线所延伸的方向)。

    6、本实用新型具有的上述实质性特征(旋喷钻杆前端的喷头相对于内锚头/膜袋/伞笼的纵距应该具有一个最小限值,纵距必须大于/等于预设的扩孔段长度,或换言之,按照超前度数值对应实施的进退往复旋喷所扩孔的长度能保证伞笼进入扩孔段后遂行复张),可以使得:喷头在后退时,不再退入锚筋笼/膜袋/伞笼,即:将喷头反复进退旋喷的行程范围始终控制在锚筋笼前端/膜袋前端/伞笼前端的前方,即:在保证射流不被任何构件遮挡/屏蔽的条件下,通过反复进退喷头实施对扩孔段的反复多次切削扩孔、洗孔、搅拌,从而解决传统工法无法解决的因射流屏蔽产生的固结体强度过低和成型缺陷问题。

    7、需要说明:本实用新型与之前的伞状扩大头系列申请一致,以钻头的前进方向即锚孔的深部方向为前/内,以锚孔的浅部方向为后/外,以靠近伞状扩体装置的纵轴线(或称轴心)为内,以远离伞状扩体装置的纵轴线为外,和/或以前侧为内,后侧为外;

    8、与之前申请相同,本技术权利要求书与说明书中的“/”表示“或”。

    9、伞状扩体结构包括但不限于申请人先期申请的伞状扩体装置、伞状扩体设备、伞状扩大头、伞状钢筋笼扩大头等。伞笼主要是指伞状折叠杆组,有时也用于代指整个伞状扩体结构/装置。本技术中尚未详细阐述的概念、术语详见申请人关于伞状扩大头系列锚固技术先期申请。

    10、伞状扩体结构不限正/反折叠方式,也不限扩张原理,例如可以是前推锚筋式(或前推任何植锚工具均可)、后拉锚筋式(或后拉任何植锚工具均可)、推拉式(推拉任何植锚工具(包括锚筋在内)均可)、重力式、抵撞式、螺旋收扩式、自适应式、预收式、弹簧式、液压/气压式、电磁式、手动式、前滑式(即前盘滑动、后盘不动)、后滑式(即后盘滑动、前盘不动)、双滑式(即前后盘均滑动)等等。伞状折叠杆组通常是指具备了长杆、短杆以及中铰接、前铰接、后铰接的若干根折叠杆的组合,伞状扩体装置或伞状扩体结构通常是指但不限于具有专门扩张机制/扩张机构(主要指复位装置和/或锁定、解锁装置)并且由前盘、后盘、伞状折叠杆组、锚筋、荷载转换装置、纵向柱等等构件构成的一个组合,有时也称作伞状扩体设备等,还曾经被称作伞状钢筋笼扩大头以及被误称作伞状扩大头等,其实伞状扩大头这个名称包含的技术要素更多;当然,前盘、后盘、荷载转换装置可以是显性的,也可以是隐性(隐形,即前盘、后盘与锚筋和/或纵向柱、荷载转换装置、顶推件、前铰接装置、后铰接装置等合体设置,但前铰接、后铰接与锚筋和/或纵向柱等的连接处即为实质性的前盘、后盘)。各个伞状折叠杆组可以共用前盘和/或后盘,也可以不共用前盘和/或后盘。

    11、本技术中的纵向柱包括了申请人现有伞状扩大头系列申请中关于纵向柱或加力柱或构造构件的全部概念和内涵,即:加力柱、构造构件、构造杆、构造管、构造柱、承压柱、内柱、外柱、外拉杆等等均属于纵向柱的一种,在此不一一列举,详见申请人关于伞状扩大头技术的系列在先申请。

    12、综上所述,本技术与现有技术在结构上的根本区别(即区别技术特征)为:本技术的喷嘴具备最小纵距(超前度)的特征,即喷嘴必须超前于内锚头、膜袋、导向帽、伞笼一个最小纵距;而现有技术虽然可以具有超前的特征(事实上超前,或隐含有超前的特征),但并不具备最小纵距这个特征。

    13、对现有技术来说,从主观动机上讲,都会想到超前得越少越好,以做到不浪费材料,并且超前得多反而还有害,超前得多会导致无谓地增加旋喷工作量,在钻杆底部的喷头都已经到达了设计深度的情况下,内锚头还滞后在后面没到,所以不能把内锚头前面的喷头留得很长,喷头超出内锚头不仅要产生额外的旋喷工作量,而且还可能导致操作人员在内锚头具体位置判断上的失误,造成施工质量问题;基于施工人员的抱怨,本领域技术人员主观上会综合考虑从喷嘴出来的射流对内锚头的冲蚀作用,将超前的量控制在不影响施工质量、施工便利的数值范围内(例如10cm左右)。这也就是自携式旋喷锚杆索应用十多年以来还无人提出“最小纵距(超前度)”这个概念和做法的原因。

    14、建立在这个表面上看起来无关痛痒甚至是多多益害的“超前多少合适”的问题上,本技术提出了超前度(最小纵距)的概念,本质上就是临界点(功能发生根本性变化的点),超过了这个临界点,就能实现现有技术无法实现的功能(实现现有的退行旋喷无法实现的退行旋喷效果即零屏蔽效果,换言之,带来了预料不到的技术效果);而现有技术中,就算要求超前或事实上超前了,但并没有提出和设置最小纵距(超前度),对现有技术来说,本领域技术人员主观上也不会有动机多超前几十公分或一米甚至几米,即本领域技术人员主观上没有设定最小纵距(超前度)的动机,因此在实践上旋喷钻杆的喷头超过内锚头的长度不会超过10~20cm;只有意识到了超前距离其实存在一个临界点,并且采取结构措施、施工方法去利用这个临界点,喷头的功能才能发生质的变化,才能实现实施效果上的突破。

    15、换言之,本领域技术人员完全可以想到:无论低压旋喷钻孔,还是高压旋喷扩孔,在旋喷钻杆的钻进过程中,喷头喷嘴理应超前于内锚头,这样射流不会受到任何遮挡,这一点传统旋喷锚杆索的确也能够做到;但是,却没有技术人员提出和思考“超前多少合适”这个关于量的问题(按道理应当超前得越少钻杆材料就越节省、造价越低,这样就不会有冤枉白做的旋喷工作量,也不会造成内锚头深度位置的误判),同时也没有技术人员意识到和提出要求:为了获得真正理想的旋喷效果(成型效果和强度效果),不仅是需要在一次性前进的过程中做到无屏蔽,实际上还需要在旋喷钻杆的退行过程中、喷头喷嘴在扩孔段内的反复进退过程中也需要做到无屏蔽,只有这样,才能通过无数次在扩孔段内的进、退旋喷,实现真正理想的切割、切削、搅拌效果。本技术反其道(反常规)而行之,提出喷头喷嘴的超前不仅不是越少越好,反而应该设置一个起码的最小量,以实现退行旋喷过程、循环旋喷过程中的零屏蔽,即通过设置最小纵距数值,使得平淡无奇的量变转化成为质变,产生了本领域技术人员根本就不曾预期的在退行过程、在扩孔段内的反复进退过程中也同样能够实现、同时在客观上也需要实现(改善固结成型和固结强度)的无屏蔽旋喷效果。

    16、本技术与现有技术在实施方法上的根本区别(即区别技术特征)为:第一,当本技术的喷头喷嘴在扩孔段内反复进、退实施高压旋喷时,内锚头、膜袋、导向帽、伞笼还滞后在非扩孔段内;而现有技术的喷头喷嘴是与内锚头、膜袋、导向帽、伞笼一同进入扩孔段的,当喷头喷嘴实施退行高压旋喷时,高压射流不可避免受到内锚头、膜袋、导向帽、伞笼的阻挡、屏蔽。第二,当本技术的喷头喷嘴完成扩孔段高压旋喷之后,会继续向前以低压旋喷钻进(即各附图所示的超深引孔段),这时才将滞后的内锚头、膜袋、导向帽、伞笼携带进入了扩孔段;而现有技术是在高压射流受到屏蔽的状态下,反复退、进实施扩孔段的高压旋喷,完成扩孔段的高压旋喷之后,喷头喷嘴不会再向前继续钻进,而是向后退出锚孔。

    17、进一步的,锚筋前端还设置有荷载转换装置,内锚头还包括荷载转换装置;荷载转换装置与锚筋的前端固定连接或单向固定连接/活动连接,荷载转换装置与内承载板固定连接,或单向固定连接在内承载板的前侧;荷载转换装置与锚筋固定连接例如焊接连接、冷挤压连接、粘结、螺纹连接、卡扣或旋转卡扣连接、锚筋与可回收机构之间的可拆卸固定连接等,荷载转换装置也可以是焊接缝、螺纹、固化的粘胶等。单向固定连接例如夹片锚具,相对于内承载板而言,锚筋向后拉锚夹片时,锚夹片因为锥形槽洞的变窄将会牢固地夹紧锚筋,使得锚具会牢牢固定在锚筋上,但当锚筋相对于内承载板向前移动时,锚夹片会向前脱出锥形槽洞,锚夹片就会松开锚筋,锚具就会因此脱离与锚筋的固定;活动连接例如通过u形槽架连接,此处荷载转换装置与锚筋的单向固定、内承载板与荷载转换装置的单向固定还包括u形槽架的情形,即每根向前锚筋活动穿过内承载板并在u形槽架上绕行后又向后活动穿过内承载板,这是一种锚筋的回收方式,这时锚筋与u形槽架之间既可以是活动穿设(活动连接)的关系,又可以是沿纵向固定/单向固定的关系;u形槽架与内承载板之间既可以固定,也可以沿纵向单向固定;详见申请人的先期申请。荷载转换装置既有可能位于前盘前侧,也有可能位于后盘前侧。荷载转换装置与内承载板固定连接的情形例如焊接固定、螺纹固定等,例如苏州能工的内锚头与内承载板固定,荷载转换装置集成在其内锚头上(内锚头同时还具有热熔回收锚筋的功能以及测量锚筋应力的功能),这时荷载转换装置既不能相对内承载板向前移动,也无法向后穿过内承载板。荷载转换装置有很多种表现形式,可以参见但不限于申请人关于伞状扩大头锚固技术的的系列先期申请中所列举,例如锚筋与内承载板直接焊接连接或粘胶连接,那么焊缝与粘胶也同样属于荷载转换装置。此处单向固定连接的情形例如锚筋的中部、后部活动穿过内承载板,且荷载转换装置可以相对内承载板向前移动而无法向后穿过内承载板,这时的锚筋其实也可以说是单向固定在内承载板上,因为锚筋的中部、后部可以向前活动穿过内承载板,但锚筋的前端却无法向后活动穿过内承载板。

    18、和/或,旋喷钻杆的前端设置有喷头,喷嘴安设在喷头上;或在同时,喷头的前端和/或侧方还安设有钻齿;或喷头的前端设置有钻尖;或在喷头的前侧还设置有钻头,钻头、喷头、旋喷钻杆依次固定连接,钻头上安设有钻齿;喷头通常是一个,但也可以不止一个,例如在横向上有2个或两个以上,和/或在纵向上有2个或两个以上。钻齿不限材质种类,例如钢齿、金刚石齿、合金齿、复合片齿等;钻头不限种类,例如牙轮钻头、一字钻头、十字钻头、三翼钻头、铣削钻头、取芯钻头、搅拌钻头、斜板钻头等等。钻头与喷头、喷头与旋喷钻杆通过螺纹/螺杆连接或焊接等等方式固定连接。钻尖可以是与喷头一体成型的或固定连接的,可以是与喷头同材质或不同材质的,例如经热处理,钻尖可以是多棱锥形,也可以是一字/十字等形式。

    19、和/或,所述牵引装置包括牵引绳/杆、牵引板,牵引绳/杆与牵引板之间、牵引绳/杆与内承载板之间固定连接或单向固定连接;牵引板沿横向安设且沿纵向设置有中孔乙提供旋喷钻杆的前部活动穿过;且喷嘴至牵引绳/杆前端的纵距大于或等于扩孔段锚孔的设计长度;或在同时,内承载板与牵引板合并设置或前后叠压设置;或在同时,牵引绳/杆与加力柱合并设置;此处前后叠压是指内承载板在前、牵引板在后,且二者在叠压的同时,均被锚筋、牵引绳/杆等纵向穿过,牵引绳/杆是指牵引绳或牵引杆。单向固定连接例如附图4所示位于牵引板前侧与内承载板后侧的牵引绳/杆上均固定安设有单向固定装置,单向固定装置所起的作用是使得牵引绳/杆只能相对牵引板或内承载板/前盘沿纵向做单方向运动,反向运动则因单向固定装置无法穿过牵引板或内承载板/前盘而被阻止。通过将两个单向固定装置配合使用也可以起到固定(即在纵向上双向固定)连接的作用。

    20、和/或,除包括伞状折叠杆组以外,所述伞状扩体结构还包括前盘和/或后盘和/或纵向柱;伞状扩体结构的前端有可能是锚筋,有可能是内锚头/荷载转换装置,有可能是纵向柱,有可能是抵撞杵,有可能是导向帽(例如附图10所示),还有可能是插销等等。

    21、和/或,所述膜袋为方便穿脱于全系列伞笼的无后褶膜袋;或在膜袋后端设置有后架板,内承载板位于膜袋的前端并与后架板通过螺杆、螺母固定连接,旋喷钻杆的前部/中部活动穿过后架板,或在同时,在膜袋的后方仍设置有扩孔段锚孔。无后褶膜袋详见申请人先期申请文件“方便穿脱于全系列伞笼的无后褶膜袋及其制作与使用方法”(申请号202321143575x)。后架板可以在膜袋后端的前侧,也可以在膜袋后端的后侧;通常设计人员会在膜袋的后方仍设置一定长度的扩孔段锚孔(例如2到3倍于膜袋长度),这是由膜袋与膜袋内素浆固结体的自身刚度不够、不能有效地向后方岩土体传递压力决定的,是想要通过增加固结体长度来弥补刚度的不足。旋喷钻杆通常从膜袋中轴线穿过膜袋,这是可增加设置内膜袋;旋喷钻杆的变径台阶可以设置在内承载板后侧,也可以设置在后架板后侧。后架板及螺杆起到对膜袋的纵向框架作用。

    22、进一步的,内锚头还包括笼罩在锚筋前端和荷载转换装置外面的壳体,壳体与内承载板固定连接,或壳体与荷载转换装置合体设置;壳体与内承载板的固定连接可以是焊接、螺纹连接、卡扣连接等任意形式。和/或,在钻头上安设有钻齿;

    23、和/或,旋喷钻杆上设置有公接头和母接头;或在同时,还设置有锁接手;或在同时,公接头和/或母接头和/或锁接手上还设置有卡口;卡口是为通过垫叉、卡钳等工具拆、接钻杆时使用的,锁接手可以与旋喷钻杆外平,也可以适度高出后者,可以设置在旋喷钻杆的任意位置。锁接手是指在两根钻杆之间起到连接作用的中介接头,锁接手通常一头是公接头、另一头是母接头,与之相对应的钻杆的一头是母接头、另一头是公接头,或者钻杆的一头是公接头、另一头是母接头;或在同时钻杆两头的公接头、母接头均可从钻杆上拆卸下来,使得每根钻杆的两头实际上都是母丝接头,例如公接头的一端、母接头的一端均通过方扣、梯形扣与钻杆相连接,公接头的另一端与母接头的另一端之间则通过中间的锁接手以锥扣、塔型扣相连接。

    24、和/或,旋喷钻杆上设置有若干个变径接头和/或同径接头;变径接头上设置有变径台阶,变径台阶的前侧为旋喷钻杆小径段,后侧为旋喷钻杆大径段;或在同时,变径台阶前侧、内承载板/后盘后侧的旋喷钻杆小径段上还套设有推力轴承;变径接头可以有卡口,也可以没有。变径/同径接头的形式(例如公母、螺纹)、规格可任意设置,例如附图1、附图10所示的多种变径/同径接头,有多重规格和形式。同径接头是指接头两侧的钻杆外平。

    25、和/或,旋喷钻杆上套设有推拉板,并在旋喷钻杆上设置有若干个前推台阶和/或反拉台阶;或在同时,前推台阶和/或反拉台阶与推拉板之间的旋喷钻杆上还套设有推力轴承;通常每根钻杆的一头是公接头、另一头是母接头,或在同时该公接头、母接头均可从钻杆上拆卸下来,使得每根钻杆的两头实际上都是母丝接头,例如公接头的一端、母接头的一端均通过方扣、梯形扣与钻杆相连接,公接头的另一端与母接头的另一端之间则以锥扣、塔型扣相连接;前推台阶与反拉台阶可以是附图1的形式,也可以是附图10的形式或其他形式。前推台阶有称作顶推台阶,反拉台阶又称作后拉台阶。

    26、进一步的,旋喷钻杆小径段活动穿过内承载板,或活动穿过后盘、前盘;旋喷钻杆大径段无法向前穿过内承载板;或旋喷钻杆大径段活动穿过后盘,但其向前移动时无法穿过前盘;或旋喷钻杆大径段无法向前穿过后盘;

    27、和/或,推拉板与插销或套管固定连接;或在同时,推拉板上设置有提供锚筋活动通过的滑移通道;或在同时,推拉板通过锥度筒与套管固定连接。插销可以是任意形式,例如实心/空心、短销/通长销,均是为插销法锁定与开伞主要部件,固定连接可以是任意固定方式。套管及锥度筒是为外罩法(套管法)锁定与开伞主要部件。

    28、进一步的,喷嘴至锚筋前端/内锚头前端/牵引装置前端的纵距大于/等于外膜袋扩张后的长度;这是对未设伞笼但设计有膜袋灌浆素浆扩大头时(例如附图11所示)的基本要求。外膜袋可以将内锚头/荷载转换装置、内承载板和/或后盘套设在内(这时实际是包含了前膜袋的整体式膜袋),也可以仅套设伞状折叠杆组。

    29、和/或,喷嘴至锚筋前端/内锚头前端/牵引装置前端的纵距大于或等于所述伞状扩体装置复张后的长度;

    30、和/或,内承载板与前盘/后盘呈前后叠压设置或合并设置。此处前后叠压是指内承载板在前、前盘在后,且二者在叠压的同时,均被锚筋、牵引绳/杆、构造构件/加力柱等活动穿过。荷载转换装置与内承载板有可能设置到后盘处。伞状扩体装置复张后的长度例如附图3所示的加力柱前延段的前端至后盘的纵距。

    31、和/或,所述伞状扩体结构为侧阻与端承复合承载的伞状扩大头锚固结构,和/或内柱式伞状扩体设备,和/或伞状扩体装置与易切削锚杆或可回收锚杆索的融合结构;

    32、和/或,所述伞状扩体结构为旋喷锚杆索自携式伞状扩体设备,或预扩孔后植式伞状扩体设备,或以螺旋行程控制张缩的伞状扩体设备,或抵撞开伞的伞状扩体设备,或预收式全工况伞状扩体装置,或与旋喷锚索同步跟进的反向折叠伞状扩大头,或预扩孔后植扶壁式伞状扩大头,或预扩孔后植式膜袋型伞状扩大头,或与旋喷锚索同步跟进的膜袋型伞状扩大头,或用于抗浮锚可旋喷扩孔、洗孔、注浆一体化的伞状扩大头,或与旋喷锚索同步跟进的主动式伞状扩大头,或与旋喷锚索同步跟进的被动式无构造型伞状扩大头,或与旋喷锚索同步跟进的被动式有构造型伞状扩大头,或用于泥岩层抗浮锚杆、索可旋喷洗孔的伞状钢筋笼扩大头;上述各种伞状扩体结构均为既有技术,详见申请人的系列先期申请。

    33、和/或,所述伞状扩体结构上还安设有测具,测具的后部/全长标记有刻度线并向后延伸出锚孔非扩孔段外,测具的前端与伞状折叠杆组的后端或后盘连接,或与伞状折叠杆组的前端或前盘连接,或在同时,测具与锚筋或锚筋的防护套合并设置;锚筋的防护套例如pe套、波纹管等,锚筋可以套设防护套,也可以不套设。

    34、和/或,设置有长杆延长部和/或短杆延长部,或在同时长杆延长部伸出外膜袋,或在同时长杆延长部还延伸至后盘处并由后盘兼任防凹陷装置;

    35、和∕或,在锚筋和/或纵向柱上设置有限位装置,和/或止退装置,和/或顶推装置和/或反拉装置,和/或固定装置/单向固定装置,或以磁吸装置代替止退装置。固定装置、单向固定装置均是指纵向上的连接关系,与牵引绳/杆上的相同。固定装置可以是连接螺纹、粘胶、卡扣或旋转卡扣、焊缝、冷挤压套、销轴/榫卯、螺钉等等,单向固定连接也是通过固定装置来实现;当然,在被推拉构件前后各安设一个单向固定装置实际上也构成了一个固定装置,例如附图10所示两个单向固定装置(例如螺帽)配合使用将加力柱固定在后盘上;当然,加力柱也可以与后盘直接螺纹连接;详见申请人的系列先期申请。顶推装置和/或反拉装置通常用于前推法、后拉法、推拉法、重力自适应法等方法的开伞操作,详见申请人的系列先期申请“侧阻与端承复合承载的伞状扩大头锚固结构”。

    36、进一步的,还设置有螺杆、螺母,所述螺杆、螺母其中之一者与前盘或后盘固定连接,另一者与后盘或前盘转动连接;所述螺杆与螺母之间螺纹连接;螺杆或螺母的后端向后延伸至锚孔非扩孔段外;或同时还设置有加力柱;

    37、或,还设置有先导板或前碇板,和/或后托板或后碇板,和/或加力柱;

    38、或,还设置有先导板/前碇板和/或后托板/后碇板和/或加力柱;且在前盘/伞状折叠杆组的前端与先导板/前碇板之间,和/或在前盘/伞状折叠杆组的前端与后盘/伞状折叠杆组的后端之间,和/或在后盘/伞状折叠杆组的后端与后托板/后碇板之间,设置有复位装置;复位装置例如复位弹簧、气压或液压装置、电磁或永磁装置等。

    39、或,还设置有先导板/前碇板和/或后托板/后碇板和/或加力柱;且在前盘/伞状折叠杆组的前端与先导板/前碇板之间,和/或前盘/伞状折叠杆组的前端与后盘/伞状折叠杆组的后端之间,和/或后盘/伞状折叠杆组的后端与后托板/后碇板之间,设置有复位装置;并且在伞状折叠杆组的前端之前,和/或前端与后端之间,和/或后端之后,还设置有针对伞状折叠杆组的预收缩状态锁定与解锁扩张的装置;

    40、或,设置有纵向的刚性销,若干个套环ⅰ或套环ⅱ或束环或绕环;刚性销前端活动穿设在套环ⅰ或套环ⅱ或束环或绕环上,每个套环ⅰ均通过一根径向设置的辐条与对应的一根折叠杆连接并将其拉近刚性销,每个套环ⅱ均为封闭环圈状且将对应的一根折叠杆套设在内并拉近刚性销,束环通过束绳、绕环通过绕绳将折叠杆组拉近刚性销;或同时还设置有加力柱;刚性销的后端向后延伸出锚孔非扩孔段外或通过拔销绳延伸出锚孔非扩孔段外;

    41、或,设置有纵向的刚性销,若干个套环ⅰ或套环ⅱ或束环或绕环;刚性销前端活动穿设在套环ⅰ或套环ⅱ或束环或绕环上,每个套环ⅰ均通过一根径向设置的辐条与对应的一根折叠杆连接并将其拉近刚性销,每个套环ⅱ均为封闭环圈状且将对应的一根折叠杆套设在内并拉近刚性销,束环通过束绳、绕环通过绕绳将折叠杆组拉近刚性销;并且在伞状折叠杆组的前端之前,和/或前端与后端之间,和/或后端之后,设置有复位装置;或同时还设置有先导板或前碇板,和/或后托板或后碇板,和/或加力柱;刚性销的后端向后延伸出锚孔非扩孔段外或通过拔销绳延伸出锚孔非扩孔段外;

    42、或,沿纵向设置有拉绳和/或刚性杆;拉绳的前端、刚性杆的前端均与后盘连接,或均活动穿过后盘并与前盘连接,拉绳的后端、刚性杆的后端均向后延伸出锚孔非扩孔段外;或同时还设置有加力柱;

    43、或,沿纵向设置有抵撞杵,所述抵撞杵的前端设置在伞状折叠杆组的前侧;当伞状折叠杆组正向折叠时,所述抵撞杵的后端与伞状折叠杆组的前端固定连接或单向固定连接; 当伞状折叠杆组反向折叠时,所述抵撞杵的后端活动穿过伞状折叠杆组的前端并与伞状折叠杆组的后端固定连接或单向固定连接;或同时还设置有先导板或前碇板,和/或后托板或后碇板,和/或加力柱,或在同时加力柱与抵撞杵合并设置;

    44、或,设置有活塞缸,所述活塞缸为单向活塞缸或双向活塞缸;所述单向活塞缸为单向伸出式或单向缩进式;所述活塞缸包括活塞、缸套两部分;所述活塞缸设置在前盘/伞状折叠杆组的前端之前,或前盘/伞状折叠杆组的前端和后盘/伞状折叠杆组的后端之间,或后盘/伞状折叠杆组的后端之后;或同时还设置有加力柱;或同时还设置有套环、辐条。活塞缸服务于液压或气压驱动开伞。套环、辐条则服务于气动或液动销法开伞,参见申请人的先期申请“预收式全工况伞状扩体装置的使用方法”。

    45、进一步的,还包括以下任意一种或多种结构:

    46、结构一:在荷载转换装置或反拉装置的前侧设置有背拉板;背拉装置通常由背拉板与螺杆构成,背拉板与牵引板作用类似,不同之处是背拉装置(背拉板)用于锚筋与内承载板/前盘或后盘互相之间(通过荷载转换装置)的拖动、推拉(例如申请人的先期申请“侧阻与端承复合承载的伞状扩大头锚固结构(cn215906762u)”说明书附图18所示),而牵引装置(牵引板)用于旋喷钻杆拖动内承载板和/或前盘,牵引装置与顶推装置的作用也类似,但牵引装置位于被推拉构件的前侧,顶推装置主要是用在针对预扩孔后植式伞状扩体结构的植伞工具上,且位于被推拉构件的后侧;反拉装置则位于被推拉构件的前侧,作用类似于荷载转换装置,与顶推装置配合使用于后拉法、推拉法、重力自适应法开伞。

    47、结构二:箍筋设置在折叠杆的内侧和/或外侧;或在同时,箍筋被固定件横向固定在折叠杆上;

    48、结构三:每一根所述折叠杆的前端,与纵向柱/锚筋的前部或前盘通过无铰接装置或前铰接装置铰接;每一根所述折叠杆的后端,与纵向柱的后部或锚筋的中部或后盘通过无铰接装置或后铰接装置铰接;

    49、所述前铰接装置与纵向柱/锚筋的前部或前盘固定连接,后铰接装置与纵向柱的后部或锚筋的中部或后盘固定连接;

    50、结构四:纵向柱的截面为非圆形,和/或前盘的前侧固定设置有抓钉;

    51、结构五:还包括定向机构,所述定向机构用于使得当伞状扩体结构装配完成并呈扩张状态时,每一根折叠杆均保持与伞状扩体结构的中轴线处于同一纵截面内;中轴线与轴心名称不同,但实质相同;定向机构既可以是铰接板等,也可以是纵向柱。

    52、结构六:导向帽与伞状扩体结构固定或单向固定连接;

    53、或在同时,防脱装置位于前盘的后方;和/或,旋喷钻杆在前盘之前还设置有前推台阶甲,导向帽的前端单向固定在前推台阶甲上,或在同时导向帽前端与前推台阶甲之间还安设有密封圈;前推台阶甲处旋喷钻杆可以设置变径接头,也可以不设置。此处单向固定即前推台阶甲可以向后脱离导向帽而不能向前穿过导向帽,或前盘可以向后脱离导向帽而不能向前穿过导向帽。

    54、结构七:导向帽与前盘螺纹连接;结构八:所述伞状扩体结构内还设置有扩孔段对中支架,并与伞状折叠杆组并联或串联;结构九:每个伞状扩体结构提供非其承载的锚筋沿纵向从伞状扩体结构内或外活动穿过;结构十:在伞状扩体结构内和/或锚筋后端,设置有抵达指示装置;

    55、结构十一:还设置有电磁铁;或设置有热熔装置;电磁铁用于电磁锁法扩张伞笼。结构十二:在前盘或后盘上固定设置有驱动线圈ⅰ,在纵向柱/锚筋上固定设置有驱动线圈ⅱ或感应线圈或永磁铁;或在纵向柱/锚筋上固定设置有驱动线圈ⅰ,在前盘或后盘上固定设置有驱动线圈ⅱ或感应线圈或永磁铁;或对伸缩承压柱的两个组成部分,或对伸缩拉杆的两个组成部分,分别安设驱动线圈ⅰ、驱动线圈ⅱ,或分别安设驱动线圈ⅰ、感应线圈,或分别安设驱动线圈ⅰ、永磁铁;热熔装置包括但不限于电加热装置(包括但不限于电阻或电磁加热)装置与高强低熔绳、电加热装置或点火装置与铝热剂与可熔构件(例如绳/杆棒/锚筋等)。

    56、结构十三:在外拉杆的前端,固定设置有前拉头,前拉头无法向后穿过前盘;在外拉杆的后端,固定设置有后拉头,后拉头无法向前穿过后盘;

    57、结构十四:在导向帽和/或膜袋上设置泄浆孔;

    58、结构十五:还在锚筋和/或纵向柱上固定设置有分载体;

    59、结构十六:在前盘或后盘外侧固定设置有螺旋叶片;

    60、结构十七:在前盘、后盘中的一者外侧固定设置有螺旋叶片,且另一者相对旋喷钻杆纵向固定、横向可自由旋转;

    61、结构十八:还在荷载转换装置后方的伞状扩体结构内,和/或在所述伞状扩体结构后方的锚孔非扩孔段内,设置有内端螺旋筋;和/或在锚具的前方,设置有外端螺旋筋;内端螺旋筋、外端螺旋筋均套设在锚筋上;

    62、结构十九:刚性销沿纵向设置并活动穿过后盘,且刚性销前端可拆卸固定连接在前盘上;

    63、或在后盘上设置有供拉绳连接的提钮,或供刚性杆连接的螺孔;或在后盘上设置有供拉绳或刚性杆穿过的穿孔;

    64、结构二十:还设置有船形件,船形件连接在中铰接的销轴上,并以中铰接的销轴为转轴、在中铰接的外侧自由转动;

    65、结构二十一:还设置有束缚绳或拴系件,或在同时还设置有内碇和/或外碇和/或耳环和/或外筒。这些构件服务于纵向结绳法、横向结绳法、纵向拴系法、横向拴系法开伞,参见申请人的先期申请“预收式全工况伞状扩体装置的使用方法”;

    66、结构二十二:还在伞状折叠杆组的前、后两端之间设置有防凹陷装置,或后盘和/或限位装置兼做防凹陷装置;

    67、结构二十三:旋喷钻杆与推拉板之间纵向固定连接、横向转动连接。

    68、进一步的,还设置有后灌注管;和/或,设置有膜袋内灌注管与排气管/排气孔。排气孔可以是膜袋上的任何孔洞或孔隙、膜袋与伞笼或锚筋之间的间隙、膜袋自身的缝合间隙等等。

    69、与上述结构方案相配套的旋喷自携锚杆索步进式施工方法,其施工程序包括:

    70、第一步:钻机驱动旋喷钻杆,以低压旋喷射流方式钻进,直至喷嘴抵达预设的扩孔段锚孔前端;或当喷嘴抵达预设的扩孔段锚孔后端时,增大喷射压力,以高压旋喷射流方式钻进,直至预设的扩孔段锚孔前端;在非扩孔段锚孔的钻进过程可以是钻孔或扫孔,钻孔是指用旋喷钻杆通过水射流/水泥浆射流/循环液(例如泥浆)射流切削的手段,新钻一个原来不存在的锚孔;扫孔则是指通过射流切削手段在一个既有钻孔内扫除障碍物例如泥团、沉沙等从而前进。钻进时的喷射压力为低压,例如5mpa,直至钻孔至预设的扩孔段锚孔前端;或当喷嘴抵达预设的锚孔非扩孔段前端即扩孔段锚孔后端时,增大喷射压力,变为以高压旋喷射流方式钻进,直至预设的扩孔段锚孔前端,也就是当喷头喷嘴抵达扩孔段范围后向前继续行进的同时,实施高压射流扩孔,例如35mpa,采用的压力视地层种类、实际需要、设备能力而定。在扩孔段锚孔的钻进过程同样可以是新开孔,也可以是既有孔,只是既有孔仅仅是通孔口径,对既有孔还需要进行扩孔而已;

    71、第二步:钻机拖动旋喷钻杆后退,同时以高压旋喷射流扩孔,直至预设的扩孔段锚孔后端;扩孔可以采用水、泥浆、水泥浆等任意介质;

    72、第三步:钻机驱动旋喷钻杆前进,同时以高压旋喷射流扩孔,直至预设的扩孔段锚孔前端;扩孔可以采用水、泥浆、水泥浆等任意介质/材料;

    73、第四步:旋喷钻杆携带喷头在扩孔段锚孔前端和扩孔段锚孔后端之间重复执行若干次后退、前进动作,实施高压旋喷射流扩孔,或在同时喷射水泥浆,或在后期降低喷射压力;由于不存在射流屏蔽,循环往复实施扩孔即可使扩孔直径符合设计要求并将砂团泥块切散,同时也产生了洗孔的作用,即:将轻浮的粘粒物质挤出孔外,将比重较大的砂粒砾粒留下来参与固结;为了避免持续的高压切削导致不断有新的沙团泥块混入到已搅拌均匀的泥浆体/水泥土浆体中,还可以在反复进退过程中的后期阶段适当降低旋喷压力(例如从40mpa降低到20~30mpa,这需要根据土质情况和操作经验决定)专事搅拌混合。若干是指根据实际需要而定的任意整数。第一步至第四步程序中的旋喷射流钻孔、扩孔、注浆程序所采用的工艺不受任何限制,包括喷射压力、喷嘴设计、喷射所用介质/材料、进退次数、切削工艺、洗孔工艺、搅拌工艺等等,均可以视实际工程需要自由选择、任意采用。在扩孔的同时喷射水泥浆可以同步实施对土颗粒的搅拌混合,但同时也增加了水泥用量,并且扩孔阶段的喷射压力较高,不断有新的沙团泥块被从孔壁上切削下来,使得搅拌混合效果不是太好。

    74、第五步:减小或归零喷射压力,钻机驱动旋喷钻杆继续钻进,直至将内锚头前端/膜袋前端/伞状扩体结构前端携带抵达扩孔段锚孔前端。在完成扩孔之后仍继续钻进的这一段称作超深引孔段,目的是将在扩孔工序施工时一直都位于扩孔段后方的非扩孔段锚孔中(例如附图2所示)的无膜袋锚杆索/膜袋型锚杆索/伞笼锚杆索拖带进入扩孔段锚孔,这一段施工过程是现有技术中的旋喷自携式锚杆索施工工艺所没有的。

    75、本实用新型的这一段施工程序与原来的旋喷自携式锚杆索的本质区别在于:当本实用新型的喷头在扩孔段内进退工作时,所有屏蔽物全部位于设计扩孔段锚孔后方的非扩孔段锚孔内,不会对旋喷射流构成任何屏蔽,所以无论切削孔壁岩土体、洗孔还是切散沙团泥块或是搅拌、原位混合,都没有任何障碍,可以随心所欲地实施各个施工程序,以完全达到设计和施工目的;而市场上的原有/现有技术、传统工艺,均为喷头与锚筋笼(无膜袋锚杆索)/膜袋型锚杆索/伞笼锚杆索同时进入扩孔段锚孔,锚筋笼、伞笼等屏蔽物不可避免形成射流屏蔽,射流无法越过锚筋、折叠杆、加力柱等钢材屏蔽,膜袋则不仅会对射流构成障碍,其自身也会被射流破坏而失去设置意义,所以无论切削、洗孔、搅拌等任何施工过程,其旋喷效果均被大打折扣甚至效果很差。

    76、这一段的钻进步骤可以与第一步程序中的钻孔或扫孔相同,也可以进一步降压(只需提供钻杆本身进入地层即可,旋喷压力可以比第一步程序中施工的非扩孔段锚孔更小,甚至零射流压力依靠钻压直接将旋喷钻杆压入超深引孔段,这主要取决于地层情况以及旋喷钻进之前是否曾经专门预钻引孔)。旋喷射流钻孔/扫孔可以根据实际情况使用清水或泥浆或水泥浆等,直至将锚杆索前端(即内锚头前端/膜袋前端/伞状扩体结构前端)顶推(携带)抵达扩孔段锚孔前端。本实用新型针对的锚杆索包括无膜袋、有膜袋、有伞笼等各种情况,锚杆索前端抵达扩孔段锚孔前端例如附图3、附图4、附图11、附图9所示。操作人员在锚孔外判断锚杆索前端抵达扩孔段锚孔前端的标志一是看旋喷钻杆的钻进深度是否和预设钻深符合,和/或锚筋的植入深度是否与预设的扩孔段锚孔前端深度符合,二是可以在开伞操作后,以人工向外拉拔锚筋看伞笼是否能被拉出,如不能拉出则代表锚杆索前端已到位且已扩张,如能拉出则代表伞笼未到位或未扩张。

    77、第六步:退钻,或在同时喷射水泥浆。在退钻过程中,可以根据实际需要任意选择高压/低压模式进行洗孔或搅拌、置换、补浆等施工,也可以反复进退喷头进行注浆施工(尤其是当喷头在内锚头/膜袋/伞笼前端的前方时),或同时采取适当的喷射压力,对扩孔段锚孔后端的岩土体进行加固。但因为泄浆口为喷嘴(流量小)且在扩孔段内的锚筋笼、膜袋、伞笼已经形成射流屏蔽,膜袋后侧、锚孔非扩孔段44内也有锚筋笼所构成的屏蔽,所以在退钻过程中,虽然名义上还是可以进行洗孔、搅拌、置换、补浆、加固这些施工,但效果其实非常有限。退钻过程中的射流介质可以任意选择清水或泥浆或水泥浆等材料,也可以选择不做任何工作、在完成超深引孔之后就卸压直接将钻杆退出。

    78、进一步的,其施工程序还包括后灌注,并设置有后灌注管;后灌注是指当旋喷注浆程序结束后,通过后灌注管实施灌注工作。

    79、后灌注是对扩孔段锚孔内既有水泥土复合浆体和/或对扩孔段锚孔后端的岩土体进行灌注,目的是提高扩孔段锚孔内的固结体强度和/或岩土体的强度,或提高膜袋后侧尤其是伞状扩大头后侧的固结体强度(当本实用新型用于压力型旋喷扩体锚杆索时后灌注的作用在于提高扩孔段内经旋喷后形成的水泥土素浆固结体的强度,或同时意在提高全部锚固段内的浆固体和岩土体强度),各灌注管的灌注介质均不限;对设置有膜袋的锚杆索而言,后灌注即膜袋外灌注,由于膜袋内固结体相对强度很高,膜袋内伞状扩大头的高强度、高刚度与伞状扩大头后侧膜袋外固结体的低强度、低刚度差别过大,这样并不利于荷载的扩散传递,因此在膜袋外旋喷注浆的基础之上考虑通过后灌浆(或称再次灌浆/二次高压灌浆等)方式提高膜袋外/伞状扩大头后侧浆固体的强度,以及对岩土体进行加固补强。通常,后灌注管可以从外膜袋的中孔穿过,也可以整体安设在外膜袋外侧。后灌注管类似于申请人先期系列申请中的膜袋外灌浆管,但是功能用途和施工工序不尽相同。后灌注管可以附设/穿设在锚筋笼或膜袋或伞笼上由后者携带同步植入锚孔,也可以独自植入锚孔。后灌注管的排泄口可开设在扩孔段锚孔的任意位置,包括在后灌注管的前端设置多根分管和/或多个排泄口的情形。

    80、后灌注工序本质上是采用水泥浆等材料对扩孔段锚孔内的泥浆/水泥土浆进行置换,或对膜袋后侧/伞状扩体结构后侧尚未固结的的水泥土浆体进行置换,或同时还对无膜袋的伞状扩体结构内的水泥土浆进行置换,和/或对水泥土浆体、岩土体进行网络式穿插补强、加固作用。后灌注可以根据工程需要和实际情况使用任意灌注材料,例如砂浆、细石混凝土、无收缩水泥浆等等。后灌注管的排泄口可以设置在扩孔段内的任意位置。后灌注管可以单独插入锚孔内,也可以安设在锚筋笼/膜袋/伞笼上(例如从膜袋中间穿过或附着在膜袋外表或穿插并单向固定在内承载板上等)由旋喷钻杆同步携带进入锚孔内。后灌注是指在旋喷(切削扩孔、注浆搅拌)程序完毕之后的灌注,后灌注的时间既可以在旋喷水泥土浆初凝之前,也可以在初凝之后或终凝之后,也可以视为和/或按照二次高压灌浆等灌注模式操作;后灌注可以是封闭孔口式灌注,也可以是敞开式(不封闭孔口)灌注,还可以是当冒浆后向外拔管的拔出式灌注或类似旋喷的旋转提升式灌注。

    81、进一步的,其施工程序还包括膜袋内灌注,并设置有膜袋内灌注管与排气管/排气孔;膜袋内灌注是指当后灌注程序结束后,通过膜袋内灌注管实施灌注工作。

    82、膜袋内灌注即是对膜袋内的空间和/或膜袋内的伞状扩体结构进行灌注填充,形成膜袋内较高强度的固结体,或形成对受力筋的足够厚度、足够强度的浆固体围裹;灌注材料不限,根据工程需要和实际情况使用。膜袋内灌注管的排泄口可设置在膜袋内的任意部位,包括在其前端开设多根分管和/或多个排泄口的情形。排气管/排气孔的进气口通常设置在膜袋内的地势最高处。

    83、与现有技术相比,本实用新型的优点和有益效果为:

    84、1、本实用新型完全避免了原来传统工艺旋喷自携式锚杆索(包含普通压力型/拉力型旋喷锚杆索、承压型囊式旋喷锚杆索、伞状扩大头旋喷锚杆索在内)浆固体的吃豆形、梅花形、蘑菇形的缺陷型截面,使设计预想的浆固体圆形截面(例如附图8所示)得以完全、真正成型,基于钢筋混凝土结构的受力原理,保障了锚筋、折叠杆、加力柱等受力构件发挥其骨干承载作用所必须的浆固体厚度,确保了受力构件在浆固体中的锚固。

    85、2、通过固结体圆形截面的完全、真正实现,避免了钢筋的暴露,保障了锚筋、折叠杆、加力柱等各种受力构件防腐蚀所需的保护层厚度。

    86、3、通过在旋喷注浆程序之后的后灌注(即膜袋外灌注)与膜袋内灌注功能,使得与锚筋、折叠杆、加力柱等受力构件直接接触的浆固体强度得到提高、浆固体截面得到完美成型,避免了在永久性锚杆索工程运营中,原有旋喷原位搅拌成型的水泥土复合材料固结体加速劣化的风险。

    87、4、彻底解决了囊式锚杆索包括承压型的植入难、囊袋扩张难的问题,也解决了申请人之前一直没能解决的在旋喷钻杆退行旋喷过程中即喷头反复进退、重复旋喷时高压旋喷射流被锚筋、伞笼折叠杆、纵向柱、复位弹簧、膜袋屏蔽的问题。

    88、5、本实用新型在旋喷注浆工序之后还提供了膜袋外灌注(即后灌注)功能,使得膜袋外的水泥土复合浆体被纯水泥浆置换或被纯水泥浆脉穿插加固,膜袋外浆固体的强度得到进一步提高;并且伞状扩大头后端岩土体也有可能因为膜袋外灌注(即后灌注)得到进一步强化加固,从这两个方面为伞状扩大头实现和发挥其硬核的抗拔性能提供了更加充分的环境保障。

    89、6、本实用新型在旋喷注浆工序之后还提供了膜袋内灌注功能,使得膜袋内包裹锚筋、折叠杆、加力柱等受力构件的浆固体(或混凝土)的强度相比原来的旋喷注浆水泥土复合固结体强度得到成十倍的提高(例如从3mpa提高到30mpa,具体强度取值决定于膜袋内灌注的材料),从“打铁(抗拔)还需自身硬”这个角度,消除了程良奎教授等业内有识之士所担心的强度缺陷(命门),这个因素确保了伞状扩大头自身的高强度、高刚度得以实现;结合上述膜袋外浆固体、膜袋后岩土体的环境支持,确保了伞状扩大头高承载力、高预应力、高抗拔性能(微变形/不变形)、高可靠度的实现。


    技术特征:

    1.射流零屏蔽的中心式旋喷钻杆,包括旋喷钻杆(1),旋喷钻杆(1)的前端设置一个或一个以上的喷嘴(3);旋喷钻杆(1)前部套设有内承载板(6),若干根锚筋(4)固定/单向固定/活动穿设在内承载板(6)上,内锚头(9)包括锚筋(4)前端与内承载板(6);其特征在于:内承载板(6)沿横向设置且沿纵向设置有中孔甲(51),旋喷钻杆(1)的前部从中孔甲(51)活动穿过,但旋喷钻杆(1)的中部无法向前穿过中孔甲(51);旋喷钻杆(1)位于锚筋笼的轴心(55);

    2.根据权利要求1所述的射流零屏蔽的中心式旋喷钻杆,其特征在于:

    3.根据权利要求2所述的射流零屏蔽的中心式旋喷钻杆,其特征在于:

    4.根据权利要求3所述的射流零屏蔽的中心式旋喷钻杆,其特征在于:

    5.根据权利要求1至4任一项所述的射流零屏蔽的中心式旋喷钻杆,其特征在于:

    6.根据权利要求1至5任一项所述的射流零屏蔽的中心式旋喷钻杆,其特征在于:

    7.根据权利要求1至6任一项所述的射流零屏蔽的中心式旋喷钻杆,其特征在于:还包括以下任意一种或多种结构:

    8.根据权利要求1至7任一项所述的射流零屏蔽的中心式旋喷钻杆,其特征在于:


    技术总结
    本技术公开了射流零屏蔽中心式旋喷钻杆,包括旋喷钻杆、喷嘴、内承载板、锚筋、内锚头、中孔甲、牵引装置、膜袋、导向帽、锚孔扩孔段、伞状扩体结构、前铰接、长杆,旋喷钻杆前部从中孔甲活动穿过,旋喷钻杆中部无法向前穿过中孔甲;喷嘴至内锚头前端或膜袋前端或导向帽前端的纵距应大于/等于锚孔扩孔段的设计长度,或喷嘴至内承载板的纵距应大于/等于锚孔扩孔段的设计长度与牵引装置前端至内承载板的纵距之和;和/或,喷嘴至内锚头前端或膜袋前端或导向帽前端或伞状扩体结构前端的纵距应大于/等于伞状扩体结构前端至前铰接的纵距与长杆长度之和,或喷嘴至牵引装置前端的纵距应大于/等于牵引装置前端至前铰接的纵距与长杆长度之和。

    技术研发人员:刘晓理
    受保护的技术使用者:刘晓理
    技术研发日:20230912
    技术公布日:2024/4/29
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