[发明专利]一种岩土体的冰胀扩孔方法

说明书

本发明公开了一种岩土体的冰胀扩孔方法，在需要扩孔的土体中钻孔，在钻孔中放入柱状囊体，在柱状囊体内部注入一定量的冷冻介质；通过速冻机对冷冻介质进行速冻，使得柱状囊体底部的冷冻介质在凝结之后膨胀，在其体积膨胀之后将钻孔底部进行胀开并实现其扩孔；扩孔结束之后，冷冻介质融化，再将熔化之后的废液排出钻孔。此工艺操作简便、施工快捷且大幅提高了扩孔的效率，有效解决了传统的扩孔设备繁多操作复杂、占地面积大、工期长和花费大量人力物力的缺点，大大减少经济损失。

技术领域

本发明涉及岩土工程中锚杆支护技术领域，具体地涉及一种岩土体的冰胀扩孔方法。

背景技术

近年来，国内外岩士工程领域针对传统锚杆改进展开了大量的研究。包括：土工织物锚，该织物锚能在拉力作用下将锚板上方的土体向外挤压，形成土工织物包裹体，从而调动较大范围内的土体参与工作，达到增大基础抗拔力的目的；自扩锚模型，实现锚头在土体中自张为扩大头，且拉拔试验表明其抗拔力较传统锚杆有很大提高。类似的研究成果还有圆锥型锚杆、螺旋叶片锚杆、涨壳式锚杆等。因此，通过扩大锚杆端部以增加受力面积是目前新型锚杆的一个研究热点，也是提高锚杆承载力的一种重要措施。

扩孔型锚杆支护技术已经成功应用于桥梁隧道、基坑基础工程、大坝加固与边坡问题中，并取得了较好的支护效果。其扩孔是在钻孔成孔后，根据设计要求进行定位、定量扩孔，形成一个有局部扩大体的锚杆孔。注浆后，扩大体增加了锚固体与土体的接触面积，锚杆端承作用与摩擦作用的结合使得锚杆锚固力得到了较大提高。

目前，国内外关于岩土工程中的扩孔方法主要包括机械扩孔、爆炸扩孔、水力扩孔及压浆扩孔。机械扩孔有活塞往返移动，需要液压装置。适用于密实土和粘性土层，在较差土质层中容易导致踏孔；爆炸扩孔，震动较大，破坏了土体原来的本构关系，现场管理困难，具有不确定安全因素，由于爆炸产生的能量很大，因此仅适用于埋深很大的底部扩大型锚杆；水力扩孔，需要高压射水设备，返浆过程容易造成材料浪费及环境污染。因此开发锚杆端部扩孔技术已经成为岩土支护工程中扩孔型锚杆支护技术发展的关键问题。

发明内容

为解决上述工程问题，本发明提供一种岩土体的冰胀扩孔方法及施工方法，此工艺操作简便、施工快捷且大幅提高了扩孔的效率，有效解决了传统的扩孔设备繁多操作复杂、占地面积大、工期长和花费大量人力物力的缺点，大大减少经济损失。

为了实现上述的技术特征，本发明的目的是这样实现的：一种岩土体的冰胀扩孔方法，在需要扩孔的土体中钻孔，在钻孔中放入柱状囊体，在柱状囊体内部注入一定量的冷冻介质；通过速冻机对冷冻介质进行速冻，使得柱状囊体底部的冷冻介质在凝结之后膨胀，在其体积膨胀之后将钻孔底部进行胀开并实现其扩孔；扩孔结束之后，冷冻介质融化，再将熔化之后的废液排出钻孔。

所述土体为不透水层时，直接在钻孔内部注入一定量的水作为冷冻介质，无需放置柱状囊体，并采用液氮速冻机直接对水进行冰冻。

所述土体为透水层时，采用高弹防水材料制作柱状囊体，并在柱状囊体内注入水封口后，投入到孔底在进行速冻。

采用速冻机对冷冻介质进行速冻，速冻时采取由上至下的顺序，先冻结上层使其封口产生竖直向约束，防止冷冻介质凝固成冰时膨胀仅沿孔轴向发生。

在速冻过程中，在冷冻介质的液面通过轴向施压系统提供一个稳定的轴向压力，其压力大小控制在5-10Mpa。

在一次扩孔结束之后，如扩孔无法得到预定尺寸大小，通过多次循环冻融，直到扩孔尺寸达到设计要求。

所述轴向施压系统包括多层反力垫板，反力垫板之间通过多根反力支架杆相连，所述反力垫板之间设置有液压千斤顶，所述液压千斤顶的活塞杆末端安装有连杆，所述连杆的底部末端安装有用于对冷冻介质进行封堵的圆形压板。

在扩孔结束之后，并排出废液之后，向钻孔内部插入锚杆，并通过向钻孔及扩孔内部填充水泥浆。