技术摘要：
一种扩大头预应力混凝土锚杆施工工法，由锚杆骨架体系与预应力混凝土灌注凝固而成的锚杆；其具体施工实施步骤是，钻孔定位；钻孔钻进至设计深度，开展旋喷或机械扩孔施工并成孔，下放锚杆的拉杆即主筋与扩大头骨架或固定直径锚头骨架；锚杆的拉杆即主筋与扩大头，扩大  全部
背景技术：
本申请人的CN2020103929335一种锚杆的后张预应力施加装置，包括施力机械10、 支架或/与支架板、钢筋夹持器、支架或支架板中央设有能使锚杆的上端钢筋(主筋)穿过的 孔洞；锚杆钢筋的下端固定在锚杆地层或岩层的钻孔内，穿过的孔洞后上端钢筋由钢筋夹 持器夹持，并由施力机械10施加应力，施加到额定应力时(也可以根据相对伸长进行估值或 用应力计测量)，上端钢筋的通过锁定螺母或焊接等方式固定在支架板上，再在钻孔内此钢 筋(主筋)的周围浇筑混凝土。钢筋(主筋)尤其是采用精轧螺纹钢。锚杆在地层或岩层钻孔 的表面设有的支架7为锚杆，孔洞后上端钢筋由钢筋夹持器。支架带有支撑脚，支架孔洞的 下方为锁锚螺母螺接在精轧螺纹钢。带锚的锁定支架在地层或岩层钻孔的表面，锁定支架 上方放置垫板和预应力锁定螺母；并和锚杆最上端的锚固结构一起与建筑物底板一并浇 筑。但未涉及扩大头或固定直径或预应力混凝土锚杆(桩)的施工工法。 众所周知，砂石水泥三合一混凝土比砂浆的强度高许多倍，如标号c30混凝土强度 达到30MPa以上；成本并不高，只要采用普通水泥。 CN  107044122是发明人提出的一种克服抗浮固定直径或扩大头锚杆体系变形(杆 体自由段弹性变形和固定直径或扩大头锚固段的土体蠕变变形)的工法，通过新的后张法 施加预应力，从而达到控制承压型固定直径或扩大头锚杆工程实践中变形量的目的。通过 对这两部分变形的分析，提出一种新型的解决直通或扩大头锚杆变形的工法。承压型固定 直径或扩大头锚杆预应力工法，钻孔钻进至设计深度，能够开展旋喷施工或机械扩孔施工， 放下锚杆的拉杆与固定直径锚头或扩大头(变直径钢筋笼或各种囊式扩大头、以及各种扩 大头等)，扩大头到位后扩大机构将扩大头扩大至设计尺寸。 本发明人先期提出的方法解决抗浮锚杆基本解决变形问题，工程实际表明：承压 型固定直径或扩大头锚杆的位移由杆体的弹性变形和扩体段的滑移(塑性变形)两部分组 成。 锚杆扩体段的塑性变形及残余变形，与扩体段承受的端压力有关以及所在土层性 质相关，与杆体采用的钢筋根数无关。锚杆自由段杆体的弹性变形控制，杆体的弹性变形即 钢筋的弹性变形主要由杆体钢筋的截面积、钢筋的弹性模量以及杆体的长度控制。
技术实现要素：
本发明目的是，由锚杆骨架体系与预应力混凝土灌注凝固而成的锚杆(桩)，提出 一种由锚杆骨架体系与预应力混凝土灌注凝固而成的锚杆(桩)，并用后张预应力施加装 置，通过简明和有效的装置，在现场施工时能够施加预应力(与预制预应力锚杆相比较，本 4 CN 111576408 A 说　明　书 2/11 页 发明应用预应力混凝土灌注凝固锚杆骨架体系，并用后张预应力的施加，从而消除锚杆的 变形量，可以很好的减少工程锚杆的位移，锚杆体拉裂，增加锚杆的安全和稳定性。 本发明的技术方案是，由锚杆骨架体系与预应力混凝土灌注凝固而成的锚杆 (桩)，并用施加装置用后张法施加预应力，其具体施工实施步骤是，钻孔定位；钻孔钻进至 设计深度，开展旋喷或机械扩孔施工并成孔，下放锚杆的拉杆即主筋与扩大头骨架或固定 直径锚头骨架；锚杆的拉杆即主筋与扩大头(变直径钢筋笼或各种囊式扩大头、以及各种扩 大头等)，扩大头到位后，扩大机构将扩大头扩大至设计尺寸，然后灌注混凝土在扩大头即 扩体段和非扩体段成型，至设计和规范要求的额定强度后；锚杆中拉杆即主筋采用能施加 预应力的装置和方法对主筋(如带套管的无粘结预应力精轧螺纹钢筋、普通三级钢筋、钢绞 线等)施加预应力(无粘结才便于后施加应力；施加设计和规范要求的预应力,完成后并锁 定(如螺母锁定、焊接等)，再撤消需要撤除的预应力施加的设备装置；锚杆的整体部分由浇 筑的混凝土与锚杆骨架体构成；锚杆的整体达到额定强度后，依据工程设计和规范的要求， 锚杆主筋的顶端所设置的锚固结构，与建筑物底板一并浇筑，形成抗浮抗拉或抗压体系。也 可以根据工程设计和规范的要求，不用施加预应力与建筑物底板浇筑。例如：锁定支架3-1 并和锚杆最上端的锚固结构一起与建筑物底板一并浇筑，也可以预应力不施加一并与建筑 物底板浇筑。 预应力抗浮抗拉锚杆钢筋，包括主筋钢筋(包括主筋钢筋或将主筋钢筋通过连接 螺母的主筋钢筋连接结构)作为基本承力的结构，主筋钢筋为精轧无粘结钢筋，主筋钢筋表 面设有防腐油脂层，防腐油脂层外设有塑料薄膜套；通过涂防腐油脂层装置涂防腐油脂层， 涂防腐油脂层无粘结筋通过塑料挤压机涂刷聚乙烯或聚丙烯塑料薄膜，再经冷却筒模成型 塑料套管，套管可以是金属、PP、PE、PVC、塑料等各种材质的套管；在塑料套外采用包括混凝 土或水泥砂浆、水泥浆或其他能固化材料包裹并凝结固化；预应力后施加在主筋钢筋(固定 完成后施加预应力)，形成预应力锚杆杆件；将主筋钢筋，用螺母锁定，张拉钢筋施加预应力 后，形成预应力锚杆杆件；预应力锚杆杆件可以是施工现场浇筑的，亦可以是工厂预制生产 的。 锚杆主筋钢筋，施加后张预应力锚杆组件内钢筋的数量，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；预应力锚杆组件的长度、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超长时，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 上的钢筋杆件加以连接，以达成所需的长度；钢筋螺母连接器也可以预先埋设在锚杆内，钢 筋可以选用圆钢、钢管、钢绞线和其他型钢，型钢两端亦可以设有丝纹。 锚杆组件和可变径钢筋笼，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，；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；锚杆组件可以是实心的，亦可以是空心的截面。 抗浮抗拉锚杆用预制预应力无粘结钢筋，及其加长形态的主筋和配筋可选用的材 料，包括但不限于钢材、钢绞线、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。 5 CN 111576408 A 说　明　书 3/11 页 砂石水泥三合一混凝土中，常见采用与水搅拌成符合工程设计规范的预应力细石 混凝土，细石的直径中一般在13毫米以下，砂、细石、水泥与水搅拌成符合工程设计规范的 预应力细石混凝土，细石的粒径及砼配合比例，需满足设计和规范要求。 钻孔前完成主体结构底板浇筑，主体结构底板浇筑完成以后，在底板上开槽，通过 底板作为施加预应力的支点，再进行预应力混凝土锚杆桩施工工法，对钢筋施加预应力完 成锚杆浇筑后，最后在开槽处浇筑混凝土完成锚杆与主体结构底板锁定，(由于对底板的影 响较大，此种方法一般不常见采用)。 亦可以锚杆非扩大头段的顶面作为施加预应力的支点，待混凝土强度达到不低于 设计和规范要求的可施加预应力的强度后，凿除泛浆找平至锚杆桩顶面施工面标高，根据 设计要求实施预应力张拉锁定。也可根据工程设计需要具体设定。 可选择满足工程施工和设计质量要求的各种型号规格的灌注设备。浇筑混凝土浇 筑管的内径一般采用4-10cm(也可根据工程设计需要和钻孔孔径的大小具体设定)，用以浇 筑或高压浇筑由砂、细石、水泥与水搅拌成符合工程设计规范的预应力细石混凝土。 锚杆主体强度明显增大，可以采用先浇筑扩大头，尤其是带变直径钢筋笼的扩大 头，也用混凝土浇筑，扩大头的强度足以满足施加预应力的要求，并在锚杆主筋底部在拉力 固定端。 施加预应力的具体步骤： (一)以底板作为施加预应力的支点 ①基坑开挖至基底并清理浮浆且找平(亦可在垫层施工完成后操作此步骤)，在找 平后的锚杆顶部放置遇水膨胀止水胶条； ②浇筑底板混凝土，在底板开槽或预留孔道端埋入锚垫板(施加预应力用)，埋入 锚垫板前再放置一道遇水膨胀止水胶条； ③锚垫板上方螺纹钢筋上设置预应力螺母，与垫板、预应力钢筋机械连接，并及时 旋紧预应力螺母，并用配套扭力扳手施加预应力至设计要求的变形位置。或用千斤顶施加 预应力至设计要求的荷载，用锚具锁定。 (二)以锚杆桩顶作为施加预应力的支点 ①在锚杆的混凝土或注浆体强度达到90％以后，清理锚杆桩顶设计标高以上的浮 浆，并用水泥砂浆找平，在锚杆顶部埋入锚垫板； ②在锚垫板上方螺纹钢筋上设置预应力螺母，与垫板、预应力钢筋机械连接，并及 时旋紧预应力螺母，并用配套扭力扳手施加预应力至设计要求的变形位置。或用千斤顶等 或其他种设备，施加预应力至设计要求的荷载，用锚具锁定。 ③锚垫板及锁定预应力用的螺母均刷防腐漆； ④浇筑垫层，再在垫层上端底板下端放置遇水膨胀止水胶条； ⑤预应力螺母上施加保护装置指螺旋箍筋套在预应力螺母上，绑扎螺旋箍筋以及 基底上的基础底板钢筋，绑扎过程中避免碰撞预应力钢筋； ⑥安装锚固配件；根据工程设计和规范的要求，在锚杆主筋的顶部所设置锚固结 构 ⑦最后支模浇筑基础混凝土基础底板，与建筑物底板一并浇筑，形成抗浮抗拉或 抗压体系。 6 CN 111576408 A 说　明　书 4/11 页 本发明通过细导管(外径一般不超过150毫米)浇注混凝土，将锚杆自由段直径控 制在180～300mm结构，也能作为刚性微型桩； 锚杆的整体部分，如果选用高标号的水泥砂浆或水泥浆与锚杆骨架体构成，并能 够满足设计与规范要求，也是可行的。 本发明采用预应力抗浮抗拉锚杆，包括主筋钢筋(包括主筋钢筋或将主筋钢筋通 过连接螺母的主筋钢筋连接结构)作为基本承力的结构，尤其是主筋钢筋为精轧无粘结钢 筋，主筋钢筋表面设有防腐油脂层，防腐油脂层外设有塑料薄膜套；通过涂防腐油脂层装置 涂防腐油脂层，涂防腐油脂层无粘结筋通过塑料挤压机涂刷聚乙烯或聚丙烯塑料薄膜，再 经冷却筒模成型塑料套(管)；在塑料套外采用本发明方法包括混凝土或(水泥砂浆、水泥浆 或其他能固化材料)并凝结固化；预应力后施加在主筋钢筋(后施加预应力、混凝土固化完 成再释放预应力)，形成预应力锚杆杆件；将主筋钢筋用螺母锁定，对钢筋施加预应力后，形 成预应力锚杆杆件。 在锚杆自由段即锚杆体达到设计要求的强度后成为后张法施加预应力的锚杆，在 锚杆顶部即刚性微型桩顶部放置锚垫板，锚垫板放置完成后，锚杆钢筋顶端通过螺母与垫 板、预应力筋机械连接。 锚杆的后张预应力施加装置包括施力机械、支架或/与支架板、钢筋夹持器或锁定 螺母、支架或支架板中央设有能使锚杆的上端钢筋穿过的孔洞；锚杆钢筋的下端固定在锚 杆地层或岩层的钻孔内，穿过的孔洞后上端钢筋由钢筋夹持器夹持或螺母锁定，并由施力 机械施加应力，上端钢筋的通过锁定螺母或焊接等方式固定在支架板上所述的锚杆的后张 预应力施加装置，锚杆在地层或岩层钻孔的表面设有锚杆的后张预应力锁定支架，锁定支 架可以是预制的也可以是现场制作的，其形状包括但不限于带支撑脚或不带支撑脚的长方 体、正方体、圆柱体、多面体混凝土或钢制件。 所述的锚杆的后张预应力施加装置，预应力锁定支架带有支撑脚，锚杆主筋精轧 螺纹钢穿过支架孔洞，在其上方用锁锚螺母螺锁定。 所述的锚杆的后张预应力施加装置，带锚的锁定支架在地层或岩层钻孔的表面， 锁定支架的上方放置垫板和预应力锁定螺母；并和锚杆最上端的锚固结构一起与建筑物底 板一并浇筑。 所述的锚杆的后张预应力施加装置，施力机械有两种结构，一是使在钢筋夹持器 下端向上加力的设备，包括千斤顶6；另一种是在钢筋夹持器上端向上加力的设备，包括但 不限于千斤顶、手动扳手、吊车、胡芦、龙门吊、轮旋盘等，电动、液压、气压机械和手动设备。 所述的锚杆的后张预应力施加装置，钢筋(主筋)尤其是采用精轧螺纹钢，采用有 粘结或无粘结的钢筋。 所述的锚杆的后张预应力施加装置，锚杆钢筋底端具有扩大头的锚杆钢筋的杆身 施加应力更好，锚杆钢筋底端具有扩大头或直通等直径非扩大头锚杆。 所述的锚杆的后张预应力施加装置，并可对桩头周围土体进行改良加固，增加其 承载强度。 所述的锚杆的后张预应力施加装置，锚杆可选择混凝土或高标号的水泥浆及钢筋 骨架形成高强度的刚性锚杆体，加有加强筋13的混凝土的结构，如加钢筋笼、螺旋箍筋等。 施加预应力的大小：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 7 CN 111576408 A 说　明　书 5/11 页 算锚杆的安全系数取K＝2.0；因此锚杆施加的预应力小于锚杆的特征值(最大变形长度)， 且要大于常水位时所需要的锚杆抗浮力，综合考虑取施加预应力的大小，应根据设计和有 关规范的要求确定。 提高注浆体材料的强度，将其作为刚性微型桩，在锚杆自由段注浆体达到设计要 求的强度后，在锚杆顶部放置锚垫板，后张法施加预应力。 通过将锚杆自由段直径加大(增至200～300mm，或更大，浇注混凝土等方式)，使用 包括但不限于选用各种配筋材料、增加截面积、增加水泥和混凝土强度与规格等方法，增加 锚杆体及其桩端段的承载强度，及对其周围的土体加固增加土体强度；各种配筋材料包括 但不限于若干竖钢筋、箍筋、钢套筒、钢筋笼、钢丝网笼、桩端间接配筋、承压板、锚固板、承 压法兰等，配筋材料与混凝土或水泥砂浆、水泥浆或其他能固化材料包裹之一并凝结固化 形成锚杆杆体。 通过施加预应力，从而消除锚杆的变形量，可以很好的减少工程锚杆的位移。综合 考虑，在保证桩身强度以及桩抗压承载力的前提下，克服抗浮直通等直径非扩大头锚杆或 扩大头锚杆体系变形的工法，在桩段布置锚垫板，从而后张法施加预应力。 施加设计和规范要求的预应力,完成后并锁定，再撤消需要撤除的预应力施加的 设备装置；锚杆的整体部分由浇筑的混凝土与锚杆骨架体构成；锚杆的整体达到额定强度 后，根据工程设计和规范的要求，锚杆主筋的顶端所设置的锚固结构，与建筑物底板一并浇 筑，形成抗浮抗拉或抗压体系。锚杆杆上端的锚固结构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或其他传统锚固方式。法兰螺母加井字形钢筋网组合结构或其他 传统锚固方式与底板、围檩、梁等进行锚固。 现有技术包括本发明人已经申请获得的技术，一般都是灌注水泥浆或水泥砂浆 (凝固后强度远不够)，解决不了或很难解决锚杆的预应力及其施加，以达到规范要求和确 保工程安全性、稳定性、耐久性的问题，从而使传统锚杆技术的安全性、稳定性、耐久性等方 面存在着安全隐患。为解决这一问题，本发明针对性地提出一种扩大头(特别是变直径钢筋 笼扩大头)预应力混凝土锚杆桩及施工工法(后张法)。本发明主要用于建筑地下室抗浮基 坑支护，边坡支护，以及加固等技术范畴，也用于抗压桩。 有益效果：本发明涉及一种扩大头(特别是变直径钢筋笼扩大头)预应力混凝土锚 杆桩及施工工法(后张法)。本发明通过现场的预应力施加，即后张应用，使其锚杆承载力达 到设计所需要的施加预应力值，完全改革了锚杆无混凝土浇筑的制品，利用本申请人的后 张法施加预应力装置能够精确施加，可以大大减小扩体锚杆自由段的变形量，可以保证锚 杆应用时直接处于受力并施加拉力的状态，在建筑上应用极为合理，而且本发明与预制预 应力锚杆相比较，总体成本不高，因为能够减少运输成本，锚杆的长度易在现场控制，采用 预制锚杆时往往锚杆的长度还要进行处理，采用混凝土结构的浇筑法强度能够达到C30(或 更高强度)以上的强度，远优于砂浆或灰浆的浇筑强度；在拉伸时同时本方案施工简单，对 基础的施工基本无影响，后张预应力混凝土锚杆(桩)是革命性的。预应力混凝土锚杆(桩) 对于提高锚杆技术的安全性、稳定性、耐久性，有着积极重要的作用。 附图说明 图1为本发明后张法工艺流程图； 8 CN 111576408 A 说　明　书 6/11 页 图2为本发明工艺成功后结构连同锚杆扩大头的装置示意图； 图3为本发明工艺成功后结构连同锚杆扩大头的第二种装置示意图； 图4为本发明工艺成功后结构连同锚杆扩大头的第三种装置示意图； 图5为本发明后张法施加预应力的装置结构示意图； 图6为本发明后张法施加预应力的装置结构示意图； 图7为本发明后张法施加预应力的装置结构示意图； 图8为本发明后张法施加预应力的装置结构示意图； 图9为本发明锚杆扩大头浇筑结构； 图10为图9的横截面示意图； 图11为本发明扩大头预应力混凝土锚杆(桩)总体结构示意图； 图12为本图11之D区的一种锚固案例的示意图。