論文答辯題目：可回收錨桿工藝改進(jìn)

及其在工程中的應(yīng)用姓名：張加冕專業(yè)：建筑與土木工程指導(dǎo)老師：論文主要內(nèi)容桿試驗(yàn)改進(jìn)改進(jìn)研究路線如下圖有限元仿真分析現(xiàn)場檢測與監(jiān)測可回收錨桿生產(chǎn)工藝、施工技術(shù)等確定可回收錨桿的生產(chǎn)和施工工藝的改進(jìn)西安地鐵2#線、西安市北客站南地下廣場基坑支護(hù)工程分析內(nèi)因和外因理論分析研究內(nèi)容及目標(biāo)錨桿的可回收性研究主要內(nèi)容錨桿的定義和分類錨桿的作用和用途錨桿的力學(xué)性質(zhì)錨桿的物理性質(zhì)錨桿的工程特性錨桿的可回收性分析錨桿的可回收性研究1.1錨桿的定義和分類1.1.1錨桿的定義

現(xiàn)在錨桿不僅用于礦山，也用于工程技術(shù)中，對邊坡，隧道，壩體進(jìn)行主體加固。錨桿組成必須具備的因素：（1）桿體的抗拉強(qiáng)度必須高于周圍巖土體；（2）桿體深入巖土體的一端和巖土體緊密接觸形成摩擦（或粘結(jié)）阻力；（3）桿體位于巖土體外部的另一端能夠形成對巖土體的徑向阻力。

錨桿實(shí)物圖1.1.2錨桿的分類

錨桿按照桿體材質(zhì)可分為木錨桿、竹錨桿、螺紋鋼錨桿、玻璃鋼錨桿等；錨桿按照錨固方式可分為脹殼式、楔縫式、粘結(jié)式、阻力式、倒錐式等；錨桿按照性質(zhì)用途可分為注漿錨桿、可回收錨桿、預(yù)應(yīng)力錨桿等?？苫厥斟^桿大體可分為六類：（1）力學(xué)式：使用特殊夾具的滑落拆除錨桿傳力桿體的方法（2）自攻螺旋式：通過自身螺旋擠壓嵌入巖土體（3）機(jī)械式：機(jī)械結(jié)構(gòu)把錨桿的錨固段和自由段拆分開（4）充氣式：在海洋工程施工過程中，研究創(chuàng)新了充氣式錨桿（5）擴(kuò)體式：擴(kuò)體技術(shù)就是通過應(yīng)用一種特種錨桿鉆桿改變成孔直徑，使自由段成孔直徑比較小，而土體深處錨固段的成孔直徑被擴(kuò)大，增大錨固段直徑，提高錨固段的摩阻力，（6）化學(xué)式：在錨桿桿體的錨固段和自由段分界位置設(shè)計(jì)一個容器，容器內(nèi)預(yù)先設(shè)置填充一種特種化學(xué)試劑，錨桿回收的時(shí)候，通過一些方式引燃容器內(nèi)的化學(xué)試劑，通過高溫將錨桿金屬桿體融化切斷，拔出錨桿自由段。1.2錨桿的作用和用途1.2.1錨桿的作用錨桿的作用在支護(hù)體系中實(shí)質(zhì)是錨拉作用，即通過錨桿插入巖土體，改變巖土體的自身結(jié)構(gòu)，通過錨桿的錨固拉拔對圍護(hù)結(jié)構(gòu)周圍的巖土體進(jìn)行擠壓，提高巖土體自身承載能力。1.3錨桿的力學(xué)性質(zhì)錨桿的力學(xué)性質(zhì)在不同的地質(zhì)條件中有所不同，錨桿的種類繁多，不同結(jié)構(gòu)的錨桿在同一種地質(zhì)條件下，有各自不同的力學(xué)性質(zhì)。由于錨桿的應(yīng)用廣泛，錨桿在不同工程領(lǐng)域應(yīng)用中，作用不同，錨桿的力學(xué)性質(zhì)不同?，F(xiàn)階段的研究理論，錨桿的力學(xué)作用大體分為三類：懸吊、組合和擠壓。1.4錨桿的物理性質(zhì)錨桿在工程中的應(yīng)用，是作為結(jié)構(gòu)中的拉錨結(jié)構(gòu)，應(yīng)力通過錨桿的桿體由錨桿的一端傳導(dǎo)到另一端。錨桿由于在施工中具體選用的原材不同，各種錨桿的物理性質(zhì)也各不相同。根據(jù)選用材料有螺紋鋼、竹、木、鋼管、鋼絞線等，錨桿自身的剛性、硬度、撓度、破斷力等物理性質(zhì)各不相同。錨桿采用的錨固材料有化學(xué)錨固劑、純水泥漿、水泥砂漿、碎石混凝土等，因此錨桿作為一種組合結(jié)構(gòu)的物理特性也各不相同。錨桿的工程特性工程施工中基坑支護(hù)領(lǐng)域，錨桿應(yīng)用范圍廣。錨桿在支護(hù)技術(shù)中作為一種結(jié)構(gòu)，有其特殊的工程特性。錨桿的工程特性：錨固力、抗拔力、預(yù)應(yīng)力、拉拔延伸率等。按照錨桿是否有預(yù)應(yīng)力分為預(yù)應(yīng)力錨桿和非預(yù)應(yīng)力錨桿。錨桿根據(jù)其受力方向和工程特性可分為承壓的壓力型和抗拉拔的拉力型。錨桿的可回收性分析隨著錨桿技術(shù)的成熟，工程施工中錨桿的使用量越來越大，但是許多大城市發(fā)文禁止基坑支護(hù)中使用錨桿（錨索），原因是錨桿（錨索）設(shè)計(jì)的水平長度都在20m以上，超出規(guī)劃紅線很多，給周圍后續(xù)地下工程造成施工困難。錨桿支護(hù)結(jié)構(gòu)作為基坑支護(hù)重要結(jié)構(gòu)，在工程中有很大的經(jīng)濟(jì)和工效優(yōu)勢，基坑支護(hù)首選錨桿支護(hù)。為了在工程中使用錨桿，錨桿的可回收性被人們越來越重視。錨桿的可回收性根據(jù)回收部位有局部回收的和全部回收的?？苫厥招缘募夹g(shù)實(shí)現(xiàn)方法有機(jī)械拆解法，化學(xué)試劑分解法、微爆破截?cái)喾ǖ取﹀^桿的可回收性的理論研究也只是定性分析。2.自攻式深基坑可回收錨桿的發(fā)明可回收性錨桿的研究背景可回收性錨桿的適用范圍可回收性錨桿的組成結(jié)構(gòu)及其性能可回收性錨桿的創(chuàng)新之處

2自攻式深基坑可回收錨桿的發(fā)明

本節(jié)針對自攻式深基坑可回收錨桿的適用范圍、組成結(jié)構(gòu)及其性能和創(chuàng)新之處進(jìn)行的全面的研究。2.1可回收性錨桿的研究背景

錨桿支護(hù)技術(shù)是用于基坑和邊坡的一種比較新型支護(hù)技術(shù)。錨桿自上世紀(jì)70年代應(yīng)用于基坑支護(hù)技術(shù)領(lǐng)域以來，由于其投資低、施工進(jìn)度快、工藝結(jié)構(gòu)簡單，在國內(nèi)基坑支護(hù)中得到廣泛應(yīng)用。

許多正在進(jìn)行地鐵建設(shè)的大城市已經(jīng)發(fā)布紅頭文件明令禁止使用不可回收錨桿，禁止基坑施工地下支護(hù)超越土地規(guī)劃紅線?；谝陨显?，研究應(yīng)用可回收錨桿成為急切需要解決的問題。2.2

可回收性錨桿的適用范圍2.2.1可回收錨桿適用地質(zhì)條件適應(yīng)地質(zhì)條件：可以廣泛應(yīng)用于一般土層和一般砂層基坑支護(hù)錨固體系中。可回收錨桿適用的土層地質(zhì)條件包括一般粉土、一般雜填土、普通粘性土、一般性黃土、硬度比較低的硬質(zhì)粘土等2.2.2可回收錨桿適用的基坑設(shè)計(jì)參數(shù)條件可回收錨桿適用的抗拔力要求，在一般土層和砂層應(yīng)用，抗拔力經(jīng)過現(xiàn)場試驗(yàn)測試：3m入土深度，拉拔力在20kN，可以作為邊坡土體加固的土釘應(yīng)用。錨桿本身是中空的，有預(yù)留注漿孔，可用于注漿加固。如果通過錨桿進(jìn)行注漿處理，錨桿抗拔強(qiáng)度等同于錨桿自身?xiàng)U體破斷強(qiáng)度，可達(dá)100kN。在樁錨支護(hù)體系中，樁間應(yīng)用可回收錨桿，錨桿單根長度應(yīng)在11.5m～14.5m，用大扭矩力錨桿鉆機(jī)安裝，錨桿抗拔力可以滿足15米以內(nèi)深基坑樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)對錨桿抗拔力的技術(shù)要求。可回收性錨桿的組成結(jié)構(gòu)及其性能自攻式可回收深基坑錨桿主要由連接盤、錨桿尾部接頭、桿體、接桿焊合件、中間接頭、套管接頭、前端接頭、前端錨桿和前端鉆頭組成。錨桿尾部接頭上設(shè)有螺紋，桿體、套管接頭和前端錨桿外繞有異性三角鋼絲，形成螺旋形狀，鉆頭焊接在前端錨桿上。桿體外繞三角鋼絲創(chuàng)新是可回收錨桿的關(guān)鍵技術(shù)隨著絲高增大，桿體的抗拔力也增大；桿體嵌入土體的長度增加，抗拔力也增大。每節(jié)桿體之間的特制連接頭，六方錐形連接確保實(shí)現(xiàn)錨桿抗拔力、可以大扭矩正反轉(zhuǎn)、可以承受大推力的技術(shù)要求?？苫厥招藻^桿的創(chuàng)新之處自攻式可回收深基坑錨桿在工程應(yīng)用中以“經(jīng)濟(jì)、高效、綠色環(huán)保”為主要創(chuàng)新點(diǎn)。（1）不需要養(yǎng)護(hù)水泥漿錨固段，不需要混凝土等強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)快速支護(hù)；（2）在基坑支護(hù)工程中，自攻式可回收深基坑錨桿替代鋼支撐，增大后續(xù)施工作業(yè)面，使土方開挖的施工效率提高一倍以上，主體結(jié)構(gòu)施工速度加快30％；（3）自攻式可回收深基坑錨桿對地下空間不會造成污染，可回收再利用，降低工程成本，低碳環(huán)保；（4）自攻式可回收深基坑錨桿的分布密度和單根長度可根據(jù)工程隨時(shí)調(diào)整，（5）錨桿安裝完畢后，不需要等強(qiáng)，安裝即可張拉，有效控制圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形量；（6）施工速度比傳統(tǒng)錨桿(索)提高十倍以上，可實(shí)現(xiàn)安全高效快速施工。自攻式深基坑可回收錨桿示意圖3可回收性錨桿作用機(jī)理及其拉拔試驗(yàn)

3可回收性錨桿作用機(jī)理及其拉拔試驗(yàn)

3.1荷載傳遞機(jī)理

3.2錨固原理

3.3抗拔力計(jì)算3.1載荷傳遞機(jī)理自攻式深基坑可回收錨桿是一種特殊類型的錨桿，它屬于自旋式，主要是利用螺旋絲的多點(diǎn)接觸力傳遞荷載的。錨桿以自攻旋進(jìn)形式進(jìn)入巖土體中，桿體上的螺旋絲深深嵌入巖土體，形成多點(diǎn)接觸結(jié)構(gòu)。由于桿體上螺旋絲與巖土緊密接觸和相互擠壓，產(chǎn)生比較大的摩擦力，當(dāng)巖土體沿錨桿桿體方向平移時(shí)，產(chǎn)生比較大的摩阻力和剪切力，增加巖土體的自穩(wěn)性，防止巖土體形變。3.2錨固原理自攻式深基坑可回收錨桿的抗拔力經(jīng)過研究由三方面組成：破壞面內(nèi)巖土體的自身重量、破壞面上剪應(yīng)力合力的垂直分量和錨桿自身的重量。通常錨桿的重量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于拉拔力，可以忽略不計(jì)。通過理論和試驗(yàn)研究，錨桿在進(jìn)行破壞拉拔時(shí)，破壞面的形狀是比較復(fù)雜的，受多種因素影響?？蓪⑵茐拿婧喕蓤A筒形，圓筒行可以看成是錐形的特例。錨桿的螺旋體的抗拔力由三部分組成：錨桿與巖土體的摩擦力、螺旋絲剪切阻力和圓柱破壞面的摩擦力組成。3.3抗拔力計(jì)算抗拔力計(jì)算公式是根據(jù)錨桿所引起的破壞面推導(dǎo)出來的，首先需要用FLAC3D軟件模擬錨桿破壞的破壞面，得出的錨桿破壞面形狀如下：圖4.1錨桿破壞面情況

在進(jìn)行計(jì)算公式推導(dǎo)之前，對實(shí)際的破裂面進(jìn)行一定的理論簡化。通過分析研究，可以把實(shí)際破裂面簡化成錐形，進(jìn)行理論研究。簡單的說，就是將實(shí)際曲線簡化為與螺旋葉片邊緣相交，與水平面夾角為θ的斜線。在進(jìn)行理論分析時(shí)，做了三條假設(shè)，假設(shè)如下：（1）巖土體是均勻介質(zhì)，各個方向性質(zhì)一樣，本構(gòu)關(guān)系為非線性；（2）螺旋葉片是薄的，并而是剛性的，假定不變形；（3）錨桿自重遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于拉拔力，假定計(jì)算時(shí)不計(jì)。簡化的錨桿破壞面的受力情況

測壓系數(shù)的曲線

錨固力的實(shí)測值和公式計(jì)算值的比較4

生產(chǎn)工藝和設(shè)備的改進(jìn)4.1扭矩安裝4.2螺旋結(jié)構(gòu)可行性試驗(yàn)4.3生產(chǎn)工藝和設(shè)備的改進(jìn)4.1扭矩安裝自攻式深基坑可回收錨桿是一種自旋螺旋錨桿，由于這種錨桿的特殊性，它的安裝工藝及施工設(shè)備與其它類型的錨桿完全不同，安裝錨桿需要施加一定的安裝扭矩和軸向壓力，在旋轉(zhuǎn)運(yùn)動作用下旋入土層中，因而安裝扭矩是這種錨桿施工過程中的重要參數(shù)。安裝錨桿的設(shè)備比較特殊，鉆機(jī)的最大扭矩力是施工的重要參數(shù)指標(biāo)。安裝錨桿的扭矩力受影響的因素很多，主要有：錨桿自身幾何形狀，施工的地質(zhì)條件，施工的工藝等。確定錨桿的扭矩力是一個技術(shù)研究方向，需要科學(xué)依據(jù)。原地旋轉(zhuǎn)簡化計(jì)算模型。4.2螺旋結(jié)構(gòu)可行性試驗(yàn)

(1)可行性試驗(yàn)試驗(yàn)1試驗(yàn)主要設(shè)備：手持式風(fēng)炮，手持式電動錨桿鉆機(jī)，拉拔器，小型加固腰梁等試驗(yàn)設(shè)備試驗(yàn)2試驗(yàn)主要設(shè)備：潛孔鉆機(jī)，拉拔器，小型加固腰梁等4.3生產(chǎn)工藝和設(shè)備的改進(jìn)

4.3.1熱軋制作特種異性三角鋼絲技術(shù)

+4.3.2錨桿繞絲機(jī)的研發(fā)創(chuàng)新

5施工工藝和設(shè)備的改進(jìn)5.1施工工