[发明专利]复合型预应力锚索结构及其施工方法

权利要求书

1.一种复合型预应力锚索结构，包括贯穿有钢绞线的预制内锚头、自由段、外锚固段和锚头部分，预制内锚头采用工厂化制作，与钢绞线用注浆体粘结在钻孔的底部；预制内锚头的上部为钢绞线处于自由状态的自由段，在该自由段的上端至钻孔口设有外锚固段；在钻孔的孔口设置外锚固段，锚头部分设在钻孔口的外面并与钢绞线的顶端固定；注浆体注浆分三次进行，第一次注浆至自由段中部止，第二次注浆采用劈裂注浆，形成自由段至预制内锚头底部之间的锚固段，在锚固段浆体达到龄期对钢绞线进行张拉后，再进行第三次注浆，形成外锚固段；除自由段的钢绞线处于自由外，预制内锚头和外锚固段的钢绞线全部与注浆体粘结，形成预制内锚头、外锚固段的复合型预应力锚索。

2.根据权利要求1所述的复合型预应力锚索结构，其特征在于，所述的预制内锚头1包括承载体G、挤压套23、挤压簧24和定位机构，承载体G包括：在锚头不锈钢管21内的下部设有钢质承压板15，在锚头不锈钢管21的中心穿过中心注浆管18，在钢质承压板15以上部分设有预制注浆体17和螺纹受力筋20，在预制注浆体17中心的周围沿圆周均布四根预留钢绞线孔29，在预留钢绞线孔29之间设有四根螺纹受力筋20，固化在预制注浆体17内，在两根该螺纹受力筋20的底端设有定位螺杆22，定位螺杆22穿过钢质承压板15上对应的固定螺杆孔103；将钢绞线2的底部穿过承载体G内的预留钢绞线孔29至钢质承压板15下部的空腔P内，在空腔P内的钢绞线2上套装挤压簧24，在挤压簧24外套装挤压套23，钢绞线2底端外露长度20mm；用挤压机对挤压套23和挤压簧24进行径向挤压，挤压后将定位片30上的预留孔套入定位螺杆22和外露的钢绞线2底部，并顶住挤压套23底端，在定位片30底侧用定位螺母31紧固在定位螺杆22上，构成预制内锚头1。

3.根据权利要求1所述的复合型预应力锚索结构，其特征在于，所述的自由段装有Ⅰ型定位架进行定位，Ⅰ型定位架为直径105mm、厚度10mm的圆形板，在其周边预留两个用于穿过注浆管的注浆孔或缺口，并设有数个穿过钢绞线的定位孔；所述的外锚固段采用直径为85mm、厚度10mm的Ⅱ型定位架，在其周边均布四个用于穿过钢绞线配合的钢绞线缺口，在钢绞线缺口之间设有与注浆管配合的圆弧口。

4.根据权利要求1所述的复合型预应力锚索结构，其特征在于，所述的自由段采用套管使钢绞线处于自由状态，没有注浆体粘结，在自由段的上端设有止浆塞，用于阻隔外锚固段的注浆体进入自由段。

5.根据权利要求4所述的复合型预应力锚索结构，其特征在于，所述的止浆塞长40-60cm，采用水泥浆制作，水泥浆水灰比为0.38～0.40。

6.根据权利要求1所述的复合型预应力锚索结构，其特征在于，所述的外锚固段的结构和形成过程是：在钻孔口内部一定长度钢绞线预留粘结段，内部的钢绞线采用Ⅱ型定位架定位；在外锚固段的钻孔内设有波纹管，待钢绞线张拉完毕，确定不在需要补偿张拉后通过三次注浆管进行第三次注浆，通过三次注浆使钢绞线与注浆体、岩土体形成外锚固段。

7.根据权利要求1所述的复合型预应力锚索结构，其特征在于，所述的外锚固段、自由段和预制内锚头的长度分别为5-12m、5-10m和50～120cm；在相邻的定位架之间的钢绞线和注浆管用铁丝捆扎作为紧箍环。

8.根据权利要求1所述的复合型预应力锚索结构，其特征在于，所述的锚头部分包括钢筋混凝土框架梁、钢垫板、定型锚具和封锚砼体，网格状的框架梁用钢筋混凝土浇筑在欲锚固的斜坡上，框架梁的钢筋与伸出钻孔口的钢绞线连接，并浇注在一起；露出框架梁的钢绞线穿过承压板并用锚具锁紧，锚索的顶端用封锚砼体封住。

9.一种权利要求1所述的复合型预应力锚索结构的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)预制内锚头：

锚索采用四根Φ15.24mm、fptk＝1860MPa的高强度、低松弛无粘结预应力钢绞线，长度按设计长度切割，顶端焊接导向帽。

①钢绞线2选用Φ15.24mm、fptk＝1860MPa的高强度、低松弛无粘结预应力钢绞线，其力学性能必须符合现行国家标准《预应力混凝土用钢绞线》(GB/T5224-2003)的规定；锚具必须符合现行行业标准《预应力筋用锚具、夹具和连接器应用技术规程》(JGJ85-2010)的规定；无粘结预应力钢绞线必须符合建筑行业标准《无粘结预应力钢绞线》(JG 161-2004)的规定；

②预制内锚头1为提前7天现场制作，主要包括以下几步：

A、承载体G的制作：根据预制内锚头1的直径、设计长度，加工锚头不锈钢管21，并预留钢绞线孔29穿钢绞线2；安装中心注浆管18、钢质承压板15、定位螺杆22、螺纹受力筋20，最后浇筑水泥浆形成承载体G；

钢质承压板15为直径76或95mm，厚度20mm钢板，其上预留四个直径20mm的锚索孔102；在中心预留直径20mm的注浆孔101；预留两个定位螺杆穿孔103；

水泥浆可采用PO42.5普通硅酸盐水泥，外加0.6％的UNF-5高效早强减水剂，添加适量纤维防止开裂，采用专门振动台振捣密实，注浆体强度不小于M40。

水泥浆配合比：水泥：水：早强剂：纤维＝1：0.38：0.016：0.0023，减水剂按20％减水率考虑；

B、安装挤压套23：根据设计要求切割加工单根钢绞线2的长度，并按照设计抗拔要求安装挤压套23，挤压套23内设置挤压簧24，起增强摩阻力作用，挤压套23的内径20mm，外径33mm，长度55mm。

③I型、II型定位架4均由工程塑料制成,I型定位架41的直径为105mm，厚度10mm，孔位与承压板15一致，另在周边预留Φ30的注浆管缺口411、422，Φ15定位孔，用紧箍环3通过定位孔把钢绞线2、二次注浆管6和一次注浆管7及定位架4一起固定牢固，定位架4外缘呈圆弧形。

④紧箍环3为Φ8铁丝，把钢绞线2与一次注浆管、二次注浆管一起绑扎牢固。

⑤锚索编束要确保每一束钢绞线2均匀排列，平直、不扭不叉，对有死弯、机械损伤及锈蚀坑应剔出。

⑥一次注浆管7应伸至预制内锚头1的底部，与Φ20不锈钢管18套接，并绑扎牢固，保证预制内锚头1周围被注浆体包裹；二次注浆管6的下端设置在预制内锚头1的顶部，并在5m范围内沿二次注浆管6管壁钻Φ8孔眼，为二次注浆管出浆孔，安装二次注浆管6时应用胶带封堵出浆孔，防止一次注浆时水泥浆进入二次注浆管6内，使二次注浆管6失效。

(2)定位架的制作：

定位架采用硬塑材料加工制作而成，圆形板的中部设有正方形分布的四个钢绞线通孔，在边缘设有用于穿过一、二次注浆管的缺口；沿一、二次注浆管和钢绞线间隔1.5～2m设置一道定位架，起对中作用；定位架之间用铁丝绑扎牢固。

(3)一注浆管和二次注浆管安装：

一、二次注浆管随钢绞线绑扎，一起伸入钻孔底，一次注浆管底部30cm内开螺旋分布的孔眼，防止在下锚索过程中被堵塞；二次注浆管在5～10m范围内开螺旋分布的孔眼，并用胶带缠绕几道，防治在下锚索过程中孔眼堵塞；一次、二次注浆管在锚索安装时制作，置于外锚固段的波纹管和止浆塞内；三次注浆管34和排气管35在浇筑框架梁9时布置，从框架梁9底部侧面穿出；从波纹管32侧面开口33伸入波纹管32内，三次注浆管34应伸入波纹管32内2m以上，排气管35伸入波纹管32内即可。

(4)止浆塞8的制作：提前几天现场制作，要求外锚固段的波纹管与自由段套管搭接长度至少为60cm；制作止浆塞时将波纹管底部50cm长范围内两端堵死，从侧面两端开两个注浆小口，将配置好的水泥浆从小口注入波纹管内，注满即可，水泥浆凝固后形成止浆塞。

(5)钻孔：

锚管孔的钻孔工艺为：定孔位、搭设钻机平台、复合孔位、钻机精确定位、钻孔、检验；钻孔后，将上面制作的锚索主体穿入钻孔内；

(6)注浆：

(a)一次注浆：

采用一次注浆管注浆，浆液通过一次注浆管从孔底自下而上反向压浆，将管底残留的碎渣及漏浆压出孔口，且持续到孔口溢出净水泥浆；为防止下管安装时管口被残渣堵塞，在注浆管末端30cm范围内布置2排梅花形孔眼，孔径5-6mm；

(b)二次注浆：

二次注浆通过二次注浆管内进行，浆液通过高压将预留的二次注浆孔冲开并劈裂一次注浆体，向四周扩散、渗透，加固钻孔周围岩土体，提高其强度；注浆压力1～5Mpa；

(c)三次注浆：

三次注浆通过三次注浆管对外锚固段进行注浆，需要在孔口设置出气孔，防治被堵，无法注浆，注浆工艺同一次、二次注浆。