一种免动力加速对流锚杆及施工方法

摘要

一种免动力加速对流锚杆及施工方法，适用于冻土边坡，属边坡支护领域。免动力加速对流锚杆包括锚管、对流系统和抽风系统；锚管以挡板为界分为出风段和锚固段；将对流管和进风管无定位支架的一端分别套在连接件上直径较小和较大的插环上，组成对流系统；将抽风管一端的扩大头通过卡箍与无动力通风器的风筒相连，构成抽风系统；把组装完成的对流系统套在锚管的出风段上，待注浆体达到设定强度后用锚具和垫片将锚管锚固于坡面上；利用卡箍将抽风系统与锚管相连。本发明结合烟囱效应和无动力通风技术，无需额外动力即可加快坡体内对流换热速率，增强降温效果，从而保证冻土边坡的稳定性。

说明书

技术领域

本发明涉及边坡支护领域中锚杆施工技术，适用于寒区冻土边坡的工程加固。

背景技术

我国是世界第三冻土大国，全国约有98.9%的国土面积分别被不同类型的冻土所覆盖，主要分布在东北高纬度的大、小兴安岭和西南部高海拔的青藏高原地区，其中对工程建设影响较大的多年冻土和季节冻土区的面积占全国总面积的75%。随着一带一路战略的实施以及西部大开发和振兴东北地区老工业基地战略的不断推进，冻土地区经济建设力度不断加大，基础设施建设也不断完善，越来越多冻土边坡不断涌现。

全球温室效应不断加剧，再加上冻土对温度的敏感性，在周期性的冻融循环作用下，冻土边坡极易发生冻融滑塌现象。目前，冻土边坡热融滑塌的工程防治思路主要包括：降低坡体地下水位和含水率，从而减轻土体冻胀融沉所带来的危害；使用非冻胀性粗骨料来代替冻胀土以保证坡体稳定性；利用工程构筑物或者生态防护措施来增强坡体的抗滑能力。但是，降低坡体地下水位和含水率的技术相对复杂，需要考虑的因素也比较多，成本高；替换冻胀土成本高，对环境影响较大，一般不作为冻土边坡工程治理的首选方案；生态护坡养护管理困难，对边坡体要求较高，对于环境复杂的工程并不适用；而工程构筑物因其效果好，施工速度快，成本相对较低的优点成为目前治理冻土边坡中应用最为广泛的方案，但其并未从根本上解决冻胀、融沉作用所造成的滑塌，属于被动保护冻土边坡的治理方法。因此，从主动保护冻土边坡的角度出发，寻求一种更有效、简便、实用的冻土边坡工程结构防护新方法，使其既能够起到对坡体的加固作用，又能够主动降低坡体内部温度，从而降低冻融作用对边坡的稳定性影响，保证冻土边坡的稳定性，是非常必要而迫切的。

发明内容

本发明的目的是提供一种既能够提供锚固能力，又能够在无额外动力的情况下降低冻土边坡内部温度的冻土边坡支护结构，打破目前冻土边坡被动防护的现状，为治理冻土边坡提供一种新思路。

本发明是一种免动力加速对流锚杆及施工方法，其结构包括锚管1、对流系统和抽风系统；锚管1以挡板3为界分为出风段A和锚固段B，出风段A靠近挡板3的一侧开设通风孔2，锚固段B开设出浆孔4；对流系统由对流管5、进风管10、加速管9和连接件7构成；抽风系统包括抽风管11和无动力通风器13；将连接件7上直径较小的插环8插入对流管5无定位支架6的一端，另一侧直径较大的插环8插入进风管10无定位支架6的一端，组成对流系统；将抽风管11一端的扩大头12通过卡箍15与无动力通风器13的风筒14相连，构成抽风系统；向锚管1的锚固段B注浆，浆体穿过出浆孔4与周围土体粘结；把组装完成的对流系统套在锚管1的出风段A上，并用锚具16和垫片17将锚管1锚固于坡面上；利用卡箍15将抽风系统与锚管1相连。

免动力加速对流锚杆的施工方法，其步骤为：

（1）制作锚管1：锚管1为直径50~60mm的钢管，根据工程实际确定锚管1出风段A和锚固段B的长度，在出风段A和锚固段B的交界处焊接外径与对流管5相同的环形挡板3，出风段A靠近挡板3的一侧开设直径为10~20mm，纵横间距为60~80mm的通风孔2，锚固段B开设直径为3~6mm，间距为50~80mm的出浆孔4；

（2）制作对流系统：制作对流管5：对流管5直径为100~120mm，长度比锚管1的出风段A短30~40cm，外侧包裹目数为90~160的密目纱布，对流管5上开设有通风孔2，一端管口焊接定位支架6；定位支架6由四根连接筋和钢环焊接而成，钢环直径和锚管1外径相同；制作进风管10：用金属材料制作长为20~30cm的进风管10，直径为180~200mm，在一端焊接定位支架6；制作加速管9：每根免动力加速锚杆需要制作6~10根直径为20~25mm，长度在20cm~300cm之间的加速管9；制作连接件7：连接件7为厚3~5mm的圆环形钢板，内外径分别与锚管1和进风管10的外径相同，两侧分别焊接高为10~15cm的插环8，两个插环8的直径分别等于对流管5和进风管10的内径；在直径较小的插环8内的连接件7上沿圆周均匀开设6~10个直径为20~25mm的圆孔，并将加速管9与圆孔对接焊接；

（3）制作抽风系统：选择无动力通风器13的型号：在市场上选择CF-150型或CF-200型的无动力通风器13；制作抽风管11：根据通风需求确定抽风管11的长度，抽风管11加工成L型弯管，直径与锚管1相同，另一端带有喇叭状扩大头12，扩大头12的末端直径与无动力通风器13的风筒14相同；

（4）制作垫片17：用金属材料制作垫片17，其内垫环直径为55~65mm，外垫环直径比进风管10大30~50mm，用连接筋将内垫环和外垫环焊接组成垫片17；

（5）放线和定位：冻土边坡开挖后，根据工程设计用测量仪器确定免动力加速对流锚杆的施设位置；

（6）施工免动力加速对流锚杆： 钻孔：在施设位置从坡面向坡内进行钻孔；安放锚管1、注浆：将锚管1放入坡体的钻孔内，利用注浆管向锚管1的锚固段B注浆，浆体穿过出浆孔4与周围土体粘结，注浆完成后拔出注浆管；安装对流系统：将连接件7上直径较小的插环8插入对流管5无定位支架6的一端，另一侧直径较大的插环8插入进风管10无定位支架6的一端，组成对流系统，把组装完成的对流系统套在锚管1的出风段A上，完成对流系统的施工；锚固：待注浆体达到设定强度后，在锚管1上依次套垫片17和锚具16，并进行张拉，锚具16将锚管1锚固于坡面上；安装抽风系统：将抽风管11一端的扩大头12通过卡箍15与无动力通风器13的风筒14相连，组成抽风系统，利用卡箍15将抽风系统与锚管1相连，完成抽风系统的施工；

（7）按照第（5）、（6）步的步骤施工下一位置处的免动力加速对流锚杆。

本发明的有益效果是：本发明适用于寒区冻土边坡工程灾害治理，主要具有以下优点：（1）将烟囱效应原理与无动力通风技术相结合，在抽风管顶端加装无动力通风器，无论外界任何方向来风，无动力通风器均可工作，在风筒内产生负压区，与基于烟囱效应设置的抽风管结合，大大加快坡体内高温气体的外排速度，同时促使外界冷空气快速进入进风管内，极大增强了外界冷空气与坡体对流换热速率，显著降低坡体温度；（2）在对流管顶端加装较大直径进风管，扩大了冷空气进风口面积，增大冷空气进风量，增强坡体内的降温效果；（3）对流管与锚管之间的连接件带有加速管，冷空气从直径较大的进风管流入，然后经由直径较小的加速管流出，提高了冷空气的流速，从而将外界冷空气送达坡体更深处，达到更理想的降温效果；（4）结构对于冷空气还有加压作用，与无动力通风器在风筒内产生的负压形成压差，也可加快外界与坡体的对流换热速率；（5）本发明所有加强外界与坡体对流换热速率的措施均靠自然动力完成，无需额外动力，节约成本；（6）本发明结构简单，组装程度高，施工方法简便易行。

附图说明

图1是本发明在边坡支护中应用的示意图；图2是本发明免动力加速对流锚杆的示意图；图3是本发明锚管1的示意图；图4是本发明对流管5的示意图；图5是本发明连接件7的示意图；图6是本发明进风管10的示意图；图7是本发明抽风管11的示意图；图8是本发明无动力通风器13的示意图；图9是本发明垫片17的示意图。

附图标记说明：锚管1、出风段Ａ、锚固段Ｂ、通风孔2、挡板3、出浆孔4、对流管5、定位支架6、连接件7、插环8、加速管9、进风管10、通风管11、扩大头12、无动力通风器13、风筒14、卡箍15、锚具16、垫片17。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施实例对本发明进一步说明，所举实例只用于解释本发明并非仅限于本实例。在阅读本发明后，凡在本发明原理内所做的任何修改、等同替换和改进均应包含于本发明的保护范围以内。

本发明的工作原理是：（1）锚固原理：当免动力加速对流锚杆在坡体所成孔洞内安放完毕后，利用注浆管压力注入水泥浆体，浆体穿过锚管上的出浆孔与周围土体粘结，锚管上挡板防止浆体倒灌进入对流管，注浆完毕后，拔出注浆管，待浆体达到锚固强度时对锚管进行张拉锚固；（2）加速对流通风原理：在自然状态下，冷空气从进风管进入，经由连接件上的加速管进入对流管内，穿过通风孔与周围土体对流换热，带走活动层土体热量，降低活动层土体温度，并流经锚管上的通风孔，在抽风管的烟囱效应以及无动力通风器所产生的负压作用下，加速气体流动速度，由无动力通风器排向外界。

如图1~9所示，本发明是一种免动力加速对流锚杆及施工方法，其结构包括锚管1、对流系统和抽风系统；锚管1以挡板3为界分为出风段A和锚固段B，出风段A靠近挡板3的一侧开设通风孔2，锚固段B开设出浆孔4；对流系统由对流管5、进风管10、加速管9和连接件7构成；抽风系统包括抽风管11和无动力通风器13；将连接件7上直径较小的插环8插入对流管5无定位支架6的一端，另一侧直径较大的插环8插入进风管10无定位支架6的一端，组成对流系统；将抽风管11一端的扩大头12通过卡箍15与无动力通风器13的风筒14相连，构成抽风系统；向锚管1的锚固段B注浆，浆体穿过出浆孔4与周围土体粘结；把组装完成的对流系统套在锚管1的出风段A上，并用锚具16和垫片17将锚管1锚固于坡面上；利用卡箍15将抽风系统与锚管1相连。

如图1、2、3所示，锚管1直径为50~60mm，以挡板3为界分为出风段A和锚固段B，出风段A靠近挡板3的一侧带有直径为10~20mm，纵横间距为60~80mm的通风孔2，锚固段B开设直径为3~6mm，间距为50~80mm的出浆孔4；挡板3为焊接在锚管1上的环形板，外径与对流管5外径相同，防止注浆时浆体倒灌进入对流管5。

如图1、2、4所示，对流管5比锚管1的出风段A短30~40cm，直径为100~120mm，其上开设通风孔2，一端管口焊接定位支架6，定位支架6由四根连接筋和钢环焊接而成，钢环直径和锚管1外径相同，对流管5外包裹目数为90~160的密目纱布，防止周围土体堵塞通风孔2。

如图1、2、5所示，连接件7为厚3~5mm的圆环形钢板，内外径分别与锚管1和进风管10的外径相同，两侧分别设有高为10~15cm的插环8，两个插环8的直径分别等于对流管5和进风管10的内径；在直径较小的插环8内的连接件7上沿圆周均匀开设6~10个直径为20~25mm的圆孔，并将加速管9与圆孔对接焊接；加速管9直径为20~25mm，长度分布在20cm~300cm之间，以便将冷空气送达活动土层的不同深度。

如图1、2、6所示，进风管10为长20~30cm的钢管，直径为180~200mm，一端焊接定位支架6，进风管10的直径较大，能够保证冷空气的进风量。

如图1、2、7所示，抽风管11为加工成L型的塑料弯管，直径与锚管1相同，另一端带有喇叭状扩大头12，扩大头12末端直径与无动力通风器13的风筒14相同，抽风管11利用烟囱效应，加速对流。

图1、2、8所示，无动力通风器13的型号为市场常见的CF-150型或CF-200型，风筒14直径对应为150mm或200mm，通过卡箍15与抽风管11的扩大头12相连。

如图1、9所示，垫片17的内垫环直径为55~65mm，外垫环直径比进风管10大30~50mm，用连接筋将内垫环和外垫环焊接组成垫片17。

如图1~9所示，免动力加速对流锚杆的施工方法，其步骤为：

（1）制作锚管1：锚管1为直径50~60mm的钢管，根据工程实际确定锚管1出风段A和锚固段B的长度，在出风段A和锚固段B的交界处焊接外径与对流管5相同的环形挡板3，出风段A靠近挡板3的一侧开设直径为10~20mm，纵横间距为60~80mm的通风孔2，锚固段B开设直径为3~6mm，间距为50~80mm的出浆孔4；

（2）制作对流系统：制作对流管5：对流管5直径为100~120mm，长度比锚管1的出风段A短30~40cm，外侧包裹目数为90~160的密目纱布，对流管5上开设有通风孔2，一端管口焊接定位支架6；定位支架6由四根连接筋和钢环焊接而成，钢环直径和锚管1外径相同；制作进风管10：用金属材料制作长为20~30cm的进风管10，直径为180~200mm，在一端焊接定位支架6；制作加速管9：每根免动力加速锚杆需要制作6~10根直径为20~25mm，长度在20cm~300cm之间的加速管9；制作连接件7：连接件7为厚3~5mm的圆环形钢板，内外径分别与锚管1和进风管10的外径相同，两侧分别焊接高为10~15cm的插环8，两个插环8的直径分别等于对流管5和进风管10的内径；在直径较小的插环8内的连接件7上沿圆周均匀开设6~10个直径为20~25mm的圆孔，并将加速管9与圆孔对接焊接；

（3）制作抽风系统：选择无动力通风器13的型号：在市场上选择CF-150型或CF-200型的无动力通风器13；制作抽风管11：根据通风需求确定抽风管11的长度，抽风管11加工成L型弯管，直径与锚管1相同，另一端带有喇叭状扩大头12，扩大头12的末端直径与无动力通风器13的风筒14相同；

（4）制作垫片17：用金属材料制作垫片17，其内垫环直径为55~65mm，外垫环直径比进风管10大30~50mm，用连接筋将内垫环和外垫环焊接组成垫片17；

（5）放线和定位：冻土边坡开挖后，根据工程设计用测量仪器确定免动力加速对流锚杆的施设位置；

（6）施工免动力加速对流锚杆： 钻孔：在施设位置从坡面向坡内进行钻孔；安放锚管1、注浆：将锚管1放入坡体的钻孔内，利用注浆管向锚管1的锚固段B注浆，浆体穿过出浆孔4与周围土体粘结，注浆完成后拔出注浆管；安装对流系统：将连接件7上直径较小的插环8插入对流管5无定位支架6的一端，另一侧直径较大的插环8插入进风管10无定位支架6的一端，组成对流系统，把组装完成的对流系统套在锚管1的出风段A上，完成对流系统的施工；锚固：待注浆体达到设定强度后，在锚管1上依次套垫片17和锚具16，并进行张拉，锚具16将锚管1锚固于坡面上；安装抽风系统：将抽风管11一端的扩大头12通过卡箍15与无动力通风器13的风筒14相连，组成抽风系统，利用卡箍15将抽风系统与锚管1相连，完成抽风系统的施工；

（7）按照第（5）、（6）步的步骤施工下一位置处的免动力加速对流锚杆。