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试论“可拆卸锚索及其施工工艺”
2015-06-15

浙江中桥预应力设备有限公司  金国喜

 

一、引言

锚索主要用于地下基坑的支护,作为建筑物或者地下结构工程地下开挖过程中防止建筑工地周围未挖地面塌陷,以及防止不良地面横断面发生塌陷的安全措施。由于使用预应力锚索的外支撑替代砼大梁的内支撑,不仅能缩短施工周期,节约建设成本,而且能为机械设备提供更大的操作空间,因此,近几年来基坑围护用预应力锚索的使用越来越普遍。目前,国内尚无可供方便可靠拆卸回收的锚索产品,国外虽然已有拆卸回收的锚索产品,但回收繁琐以及高价格等因素限制了使用,因而国内普遍使用永久性锚索支护,工程完工后留在基坑周边的锚索造成地下污染,同时占用大量的地下空间,给相邻地块的开发造成很大的影响。普通锚索难以回收是制约其使用的主要因素,所造成地下环境污染问题,导致国际上许多国家已开始限用普通锚索。本文结合所申请的国家专利“可拆卸锚索及其施工工艺”,对其成功试用后的产品的功能特点予以介绍。

二、可拆卸锚索技术原理

随着城镇化建设的不断深入,建设过程中减轻乃至消除地下污染已迫在眉睫,越来越多的建筑基坑设计中要求使用可回收锚索,现有产品与用户需求之间的矛盾日益凸显,可拆卸锚索及其施工工艺正是基于这一现状而发明的。

可拆卸锚索技术是利用锥度原理将回收索及工作索分别紧固,其实质是将轴向力转化为径向力,对锚索施加夹持力达到紧固目的。锥度配合相当于收缩配合,可以使得负荷均匀分布。

小锚环的外锥与大锚环的内锥相配合,小锚环和大锚环联接处按需要加工有内锥孔,与夹套的外锥面相配合,夹套及小锚环设计为剖分式,小锚环的剖分数与工作锚索的数量一致,其中心位置为一与回收索配合的圆柱形内孔。在安装时小锚环外锥面与大锚环的圆锥形孔相配合,圆柱形内孔中夹持回收索;夹套的外锥面与小锚环和大锚环联接处的圆锥形孔相配合,夹套内夹持有工作索。在轴向力的作用下接触面之间产生很大的正压力,靠摩擦承载负荷,外锥面在联接时的楔形作用所需要的轴向力是靠工作索收紧产生的。

三、专利介绍

本发明提供一种可拆卸锚索及其施工工艺,可以做到解除载荷后,通过拔出回收索,使太阳锚环往中心孔方向缩回,剖分夹套脱开,从而解除对工作索的前端夹持,达到锚索的方便快捷回收。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:在承载体承载端盖和壳体形成的内腔中,提供由太阳锚环和行星锚环组成的组合锚环,两锚环厚度相同,配合面有严格要求,在太阳锚环外圆面形成圆周分割的半锥孔,行星锚环内圆面上形成数量相同的圆周分割状半锥孔,太阳锚环和行星锚环组合形成完整的锥孔,锥孔与夹套将工作索固紧。锥孔中心分布圆直径为灌浆构造特征,保证太阳锚环侧的夹套在回收索拔出时自由松脱。本发明的特征为,太阳锚环按工作索数量要求沿孔径向辐射状剖分,即太阳锚环剖分结构,剖分形成的轴向条状沟槽,提供锚环组分离的空间,可方便回收索拔出锚环以及工作索回收。回收时,用千斤顶张拉回收索,由于存在的轴向条装沟槽,回收索退出锚固端后,太阳锚环借助于回收索拔出时对中心圆孔所施加的压力瞬间消失而自动回缩,锚环组分离,太阳锚环侧剖分夹套松脱,解脱对工作索的锚固,使工作索不受任何夹持力作用,达到方便、快速回收。

四、产品的用途及优点

产品广泛使用于地下结构工程基坑支护。对可回收锚索技术的研究,日美等发达国家起步比较早,并研制开发出了多型锚具,国内的研究和应用相对落后于其他工程技术发达的国家,虽然取得了一些相应的专利技术,但没能形成相关产品和实际使用。

(一)国外研究应用现状

在发达国家和地区,已在法律上明确规定土地使用者或建设者对地块的使用范围,包括地上高度范围、地下深度范围、平面上长度宽度范围等,也即平面上,地块的使用不得超越红线范围。由于普通锚索会长期占据大量地下空间,在国外部分国家和地区使用已受限制,促使其投入大量人力物力就可回收锚索技术进行研究和相应的产品开发,并取得了实效。如日本国土防灾技术株式会社研制的JCE回收式锚索和U形装置式可回收锚索产品就是典型的代表。

日本JCE回收式锚索,技术较为成熟,施工也比较方便,在日本已应用于实际工程中。但JCE回收式锚索的锚头不可回收,起锚头长度尺寸大,结构复杂,造成使用成本较高,同时存在锚索无法回收的可能,而U形装置式的回收用时长,效率低,不利于工程施工。

(二)国内研究现状

早在20世纪90年代,我国就开展了以减小地下污染为目的的可回收锚索技术的研究。矿务部门相继开发了诸如麻花式可回收锚杆、偏楔式可回收锚杆、胀壳式可回收锚杆等产品,由于杆长较短、抗拔力较低,均只能应用于岩体支护,虽然无法推广使用于基坑支护等领域,但为可回收锚索技术及应用做出了有益的探索与研究。

目前,使用普通锚索难以回收所造成的地下环境污染问题,引起了有关部门的深切关注,同时也制约了普通锚索的应用,设计部门已要求设计要求大部分基坑使用可回收锚索,香港就已经限制锚索在基坑支护中超越红线范围。然而,在国内,可回收锚索产品及应用尚属空白,相关研究报道也不多,虽然专利技术有不少,但均存在不足,无法形成产品。广东省先后进行了强力回收法试验、国外引进产品实际使用试验,由于存在诸多限制因素,试验结果不尽如人意,至今未能在国内的实际工程中应用。

(三)可拆卸锚索优势

国外引进产品和现有的专利技术无法满足现实需求,在此背景下,通过潜心研究及前期试验,发明了“可拆卸锚索及其施工工艺”技术,该技术主要具有以下优势:

a能快速经济地回收锚索,与普通锚具施工工艺基本一致,有利于降低施工成本、加快施工进度、提高经济效益。

b通过使用不同数量锥孔的组合锚环,实现多根钢绞线的灵活组装。

c结构简单,制作方便,索体受力均匀,锚固可靠。

d回收时仅需对回收索施加23T拉拔力,抽出100mm后,即可人力拔出工作索,每束回收仅需10min时间,解锁简单、快速、便利,回收可靠。

e回收施工完成后,留于地下无法回收的承载体体积少于日本JCE同类产品的90%。毫不影响边临地块的二次施工。

五、现实意义及应用前景

“可拆卸锚索及其施工工艺”是一种有别于传统锚索的新的锚索体系,可为我国工程建设提供一种可靠顶用的可回收锚索,填补了国内产品空白,具有深远的现实意义。

“可拆卸锚索及其施工工艺”技术,可以很好地解决锚索永久埋藏于地下无法取出,长期占用地下空间,导致浪费和造成污染的问题。它不仅可以将锚索回收后重复利用以降低造价,施工简单可行,更重要的是可以解决地下建筑垃圾问题,这对于地下空间的长期开发利用具有非常广阔而深远的意义。

本“可拆卸锚索及其施工工艺”专利,在浙江中桥预应力设备有限公司的精心制作成品后已在江苏、浙江、广东等多个城市多个项目中得到了应用和验证,取得了稳定的效果和满意的结果,获得了用户和专家的一致好评。

可回收锚索及其施工工艺,突破了现有可回收锚索施工中所存在的技术瓶颈,填补了可回收锚索在我国实际工程应用中的空白,具有广阔的应用前景以及显著的经济效益和社会效益。

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