一种适用于饱和砂土场地的地锚装置

摘要

本发明公开一种适用于饱和砂土场地的地锚装置，包括钻杆和钻头，所述钻头安装在所述钻杆底端，所述钻杆壁上均匀布置多个透水孔。本发明的目的在于尽量减少或克服传统地锚装置在饱和砂土场地钻入过程中产生过大的扰动而致使地锚周边砂土发生大范围液化的问题，在钻杆外侧设有透水孔，钻杆入土过程中扰动引起的超孔隙水可以通过透水孔渗入钻杆，加快其消散，从而减小液化发生的可能，保证地锚钻杆的抗拔性能。

权利要求

1.一种适用于饱和砂土场地的地锚装置，其特征在于，包括钻杆和钻头，所述钻头安装在所述钻杆底端，所述钻杆的壁上均匀布置有多个透水孔；

所述钻头包括底座和复数片活瓣，所述活瓣与所述底座通过转轴连接，所述转轴内安装有扭簧；所述活瓣之间构成的腔体内安装有注水膜袋；所述钻头的底座上设有转轴锁扣，用于控制所述活瓣的打开角度，所述活瓣打开到最大角度时由所述转轴锁扣进行限位；所述注水膜袋为椭球形，其完全膨胀后最下部不低于所述活瓣打开到最大角度后的深度；

所述钻头钻入至指定深度后，利用高压水泵向所述注水膜袋内注水，所述注水膜袋膨胀推动所述活瓣打开，形成扩大锚头，根据所述高压水泵出水量控制所述注水膜袋体积和所述活瓣打开角度；所述钻头在所述注水膜袋膨胀过程中呈扇形扩展，形成挡土结构。

2.如权利要求1所述的适用于饱和砂土场地的地锚装置，其特征在于，所述透水孔呈菱形或梅花形布置，孔间距2-6cm，孔径0.1-0.2cm。

3.如权利要求1所述的适用于饱和砂土场地的地锚装置，其特征在于，所述钻杆的外壁设有多级螺纹盘片，所述螺纹盘片的盘径为6-10cm。

4.如权利要求3所述的适用于饱和砂土场地的地锚装置，其特征在于，所述螺纹盘片的盘径沿所述钻杆底端向上逐级增大。

5.如权利要求1所述的适用于饱和砂土场地的地锚装置，其特征在于，所述钻杆内安装有贯通的注水管，所述注水管一端与所述注水膜袋连接，另一端伸出所述钻杆与外部连接管连接，所述连接管与高压水泵相连。

6.如权利要求5所述的适用于饱和砂土场地的地锚装置，其特征在于，所述连接管上安装有泄压阀。

7.如权利要求1-6任一所述的适用于饱和砂土场地的地锚装置，其特征在于，所述钻杆外壁设有多级旋转卡槽，所述地锚装置包括用于旋转所述钻杆的旋转杆，所述旋转杆包括夹口和多个转动把手，所述夹口形状与所述旋转卡槽对应。

说明书

一种适用于饱和砂土场地的地锚装置

技术领域

[0001] 本发明涉及土木交通工程设备领域，具体涉及一种适用于饱和砂土场地的地锚装置。

背景技术

[0002] 在松散饱和砂土场地勘探或开展试验时，往往会涉及到地锚反力结构的钻设。在传统软土地层中，螺旋式地锚结构因其结构简单而得到广泛使用。常见的手动螺旋地锚(如机械式静力触探仪配备)的钻盘径通常在25cm以上，且为单片螺旋盘设置，钻杆多采用实心钢制锚杆，重量较大。

[0003] 在松散饱和砂土场地进行静力触探试验和钻孔取土试验时发现，采用上述螺旋地锚入土后期，土体对钻杆的抵抗力明显减弱。出现此现象的原因是钻杆周围饱和砂土在钻杆入土扰动作用下发生了液化，土体抗剪强度几乎消失，在这种环境中的地锚拉拔力将受到明显的削弱。考虑到饱和砂土地层中影响地锚拉拔力的主要因素有：钻杆周围受扰动土体范围、液化发生可能性及钻杆周围土体承压面，拟在传统地锚结构装置基础上，对相应构件进行改进，从而获得适用于饱和砂土场地层的理想的地锚装置。

[0004] 本发明之前，针对在软土地层，以往学者们提出了各类地锚装置，如双向膨胀地锚、螺旋地锚、伞状承压地锚等。此外，中国专利CN201320034336.0公开了一种具有螺旋片的地锚桩，通过螺旋片提高地锚抗拔力。中国专利CN201310129938.9公开了一种双向膨胀地锚，滑块撑开无缝钢管的纵向和两端膨胀缝实现地锚膨胀。中国专利CN201410210998.8公开了一种软土地层中可回收的伞状承压地锚，通过伞骨及由纤维布缝制的伞面组成锚栓，并与桩顶钢筋砼盖粱连成整体，加强地锚的抗拔力性能。然而，这些常用于软土地层的地锚结构，无法解决在饱和砂土地层中地锚钻杆扰动产生土体液化的问题。因此，需对现有技术进行改进，以便能够全面解决饱和砂土场地的地锚装置所面临的各种问题，如饱和砂土液化、抗拔性能不足等。

[0005] 鉴于上述缺陷，本发明创作者经过长时间的研究和实践终于获得了本发明一种适用于饱和砂土场地的地锚装置。

发明内容

[0006] 为解决上述技术缺陷，本发明采用的技术方案在于，提供一种适用于饱和砂土场地的地锚装置，包括钻杆和钻头，所述钻头安装在所述钻杆底端，所述钻杆的壁上均匀布置有多个透水孔；所述钻头包括底座和复数片活瓣，所述活瓣与所述底座通过转轴连接，所述转轴内安装有扭簧；所述活瓣之间构成的腔体内安装有注水膜袋；所述钻头的底座上设有转轴锁扣，用于控制所述活瓣的打开角度，所述活瓣打开到最大角度时由所述转轴锁扣进行限位；所述注水膜袋为椭球形，其完全膨胀后最下部不低于所述活瓣打开到最大角度后的深度；

[0007] 所述钻头钻入至指定深度后，利用高压水泵向所述注水膜袋内注水，所述注水膜袋膨胀推动所述活瓣打开，形成扩大锚头，根据所述高压水泵出水量控制所述注水膜袋体积和所述活瓣打开角度；所述钻头在所述注水膜袋膨胀过程中呈扇形扩展，形成挡土结构。

[0008] 较佳的，所述透水孔呈菱形或梅花形布置，孔间距2-6cm，孔径0.1-0.2cm。

[0009] 较佳的，所述钻杆的外壁设有多级螺纹盘片。

[0010] 较佳的，所述螺纹盘片的盘径沿所述钻杆底端向上逐级增大。

[0011] 较佳的，所述螺纹盘片的盘径为6-10cm。

[0012] 较佳的，所述钻杆内安装有贯通的注水管，所述注水管一端与所述注水膜袋连接，另一端伸出所述钻杆与外部连接管连接，所述连接管与高压水泵相连。

[0013] 较佳的，所述连接管上安装有泄压阀。

[0014] 较佳的，所述钻杆外壁设有多级旋转卡槽，所述地锚装置包括用于旋转所述钻杆的旋转杆，所述旋转杆包括夹口和多个转动把手，所述夹口形状与所述旋转卡槽对应。

[0015] 较佳的，所述钻杆顶端设有连接螺栓。

[0016] 与现有技术比较本发明的有益效果在于：

[0017] 1，本发明钻杆外侧设有透水孔，钻杆钻入饱和砂土过程中扰动引起的超孔隙水可以通过透水孔渗入钻杆，加快其消散，从而减小液化发生的可能，保证地锚钻杆的抗拔性能。

[0018] 2，钻杆外侧分布有多级小直径螺纹盘片代替传统地锚的单片大直径螺纹盘片，在钻杆入土过程中可以最大程度减小钻杆周围受扰动土的范围，钻杆侧壁带有多级小直径螺纹盘片，且盘径沿钻杆向上逐级增大，可以尽量减少由于盘片直径减小引起的抗拔力损失。

[0019] 3，钻头设有活瓣和注水膜袋，在注水膜袋膨胀过程中活瓣向外打开，形成扩大锚头并推动活瓣形成支撑侧翼，将大大提高地锚抗拔性能，卸载时打开泄压阀，注水膜袋内水体排出，活瓣不再对上覆土提供支撑力，方便钻杆旋转拔出。

[0020] 4，通过钻杆顶部螺栓可以连接地锚与钻孔装置或其它设备，钻杆外壁设有多个旋转卡槽，可以根据钻入深度适时调整旋转杆位置进行人工钻设。

[0021] 5，本发明地锚装置中的钻杆、钻头、注水管、注水膜袋、连接管、高压水泵、旋转杆均为独立构件，拆装方便，便于替换，可以根据需要配合使用。

附图说明

[0022] 为了更清楚地说明本发明各实施例中的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

[0023] 图1是本发明钻杆主体结构的示意图；

[0024] 图2是本发明钻头的工作状态示意图；

[0025] 图3是本发明旋转杆的结构图；

[0026] 图4是本发明地锚装置的整体结构图。

[0027] 图中数字表示：

[0028] 1.钻杆 11.透水孔 12.螺纹盘片 13.连接螺栓 14.旋转卡槽 2.钻头 21.活瓣 22.底座 23.转轴锁扣 3.注水膜袋 4.注水管 5.连接管 6.泄压阀 7.高压水泵 8.旋转杆 
81.夹口 82.转动把手

具体实施方式

[0029] 以下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。

[0030] 实施例一：

[0031] 如图1所示，一种适用于饱和砂土场地的地锚装置，包括钻杆1和钻头2。钻杆1主体为空心圆柱管，底端安装有钻头2。

[0032] 所述钻杆1外壁上均匀布置有多个透水孔11，钻杆1钻入饱和砂土过程中扰动引起的超孔隙水可以通过透水孔11渗入钻杆1，加快钻杆1入土过程中振动引起的超孔隙水压力消散，减小液化发生的可能，从而保证地锚钻杆的抗拔性能。

[0033] 钻杆1外壁上还设有三级螺纹盘片12，螺纹盘片12的盘径沿钻杆1向上逐级增大，这种设计可以尽量减少由于盘片直径减小引起的抗拔力损失。

[0034] 钻杆1顶端设有连接螺栓13，用于连接钻孔装置或其它设备，方便工程使用。钻杆1外壁设有两级旋转卡槽14，分别靠近钻杆1顶端和中部，可以根据钻入深度调整转动受力位置进行钻设。

[0035] 实施例二：

[0036] 本实施例在上述实施例的基础上，所述钻杆1长度150cm，外径3.4cm。所述透水孔11呈菱形或梅花形布置，孔间距2-6cm，孔径0.1-0.2cm。透水小孔11设置位置和孔径经计算得到，可以保证超孔隙水进入钻杆1，减小液化发生的可能。

[0037] 所述螺纹盘片12的盘径为6-10cm，由多级小直径螺纹盘片12代替传统地锚的单片大直径螺纹盘片，在钻杆1入土过程中可以最大程度减小钻杆1周围受扰动土的范围。

[0038] 所述钻杆1外壁设有多级旋转卡槽14，每级旋转卡槽14间距相同，可以根据钻入深度调整转动受力位置进行钻设。

[0039] 实施例三：

[0040] 本实施例在上述实施例的基础上，如图2所示，所述钻头2包括底座22和复数片活瓣21。所述活瓣21与底座22通过转轴连接，所述转轴内安装有扭簧，活瓣21可以受力打开，外力撤去后，活瓣21在弹簧力作用下闭合。钻头2的底座22上设有转轴锁扣23，用于控制所述活瓣21的打开角度，活瓣21打开到最大角度时由转轴锁扣23进行限位。各个活瓣21之间构成的腔体内安装有注水膜袋3，注水膜袋3与钻杆1内贯穿的注水管4连接，注水膜袋3为椭球形，其横向长度远大于竖向长度，在注水时发生膨胀。

[0041] 图中a、b、c为钻头2在不同状态下的结构示意图，图中a为活瓣21闭合状态，注水膜袋3未注水，处于折叠状态；图中b显示注水膜袋3开始注水膨胀，推动活瓣21向外打开；图中c活瓣21打开到最大角度，注水膜袋3最下部不低于活瓣21打开到最大角度后的深度，形成支撑侧翼，提高地锚抗拔性能。卸载时将注水膜袋3内水体排出，活瓣21不再对上覆土提供支撑力，方便钻杆1旋转拔出。

[0042] 实施例四：

[0043] 本实施例在上述实施例的基础上，所述地锚装置包括用于转动所述钻杆1的旋转杆8。如图3所示，所述旋转杆8包括夹口81和三个转动把手82，夹口81形状与钻杆1外壁的旋转卡槽14对应。

[0044] 进行人工钻设将旋转杆8的夹口81对准一级旋转卡槽14进行固定，旋转转动把手82，带动钻杆1进行钻设，钻杆1进入土层，可以根据钻入深度适时调整旋转杆8位置。

[0045] 实施例五：

[0046] 本实施例在上述实施例的基础上，如图4所示，一种适用于饱和砂土场地的地锚装置，包括钻杆1、钻头2旋转杆8和高压注水系统，所述高压注水系统包括安装在钻头2内的注水膜袋3，安装在钻杆内的注水管4，独立的高压水泵7和用于连接所述注水管4和高压水泵7的连接管5。所述连接管5上安装有泄压阀6，用于放出高压注水系统中的水进行泄压。所述注水管4一端与所述注水膜袋3连接，另一端伸出钻杆2与外部连接管5连接。本发明地锚装置中的钻杆1、钻头2、注水管4、注水膜袋3、连接管5、高压水泵7、旋转杆8均为独立构件，拆装方便，便于替换，可以根据需要配合使用。

[0047] 本发明的目的在于尽量减少或克服传统地锚装置在饱和砂土场地钻入过程中产生过大的扰动而致使地锚周边砂土发生大范围液化的问题。其具体使用步骤是：

[0048] (1)确定钻设位置，将钻头2定位后，使用旋转杆8夹口81扣于钻杆2的旋转卡槽14处，操作转动把手82进行人工钻设，根据钻入深度适时调整旋转杆8位置到下级旋转卡槽14处；

[0049] (2)钻入至指定深度后，利用高压水泵7向注水膜袋3内注水，注水膜袋3膨胀推动活瓣21打开，形成扩大锚头，根据高压水泵7出水量控制注水膜袋3体积和活瓣21打开角度。钻头2在膜袋8膨胀过程中呈扇形扩展，形成挡土结构；

[0050] (3)通过钻杆2顶部连接螺栓13固定钻杆1与其它设备，完成地锚装置固定；

[0051] (4)卸载时，打开泄压阀6进行泄水，注水膜袋3泄水后收缩，活瓣21在扭簧作用下恢复原位，不再对上覆土提供支撑力，旋转拔出钻杆1。

[0052] 以上所述仅为本发明的较佳实施例，对本发明而言仅仅是说明性的，而非限制性的。本专业技术人员理解，在本发明权利要求所限定的精神和范围内可对其进行许多改变，修改，甚至等效，但都将落入本发明的保护范围内。