[0001] 本发明涉及一种抗浮锚杆，具体涉及一种基于承插式分段预制灌浆体的抗浮锚杆。

[0002] 预应力抗浮锚杆在工程中的应用是为了解决建筑物因地下水压力而产生上浮的问题。压力型预应力抗浮锚杆在施加预应力后，抗浮锚杆变为主动型受力杆件，且锚杆全生命周期均处于受压状态，没有注浆体开裂而导致杆体锈蚀的顾虑。然而，传统的预应力抗浮锚杆在施工过程中存在一些问题和局限性，这些问题主要包括：

[0003] (1)施工工艺复杂性：传统的预应力抗浮锚杆施工过程涉及多个步骤，需要精确的操作和控制，这增加了施工的难度和对技术人员的要求。

[0004] (2)渗水隐患：由于锚杆需要穿过地基土层，如果密封不当，可能会导致水通过锚杆的孔洞渗透，从而影响结构的防水性能。采用现浇灌浆体时，由于孔内复杂的环境，存在地下水溢流、涌水、串孔等不良情况，易造成灌浆体注浆不连续、不饱满、强度折减，在后续锚索工作阶段，易发生灌浆体腐蚀、水气入侵，长期作用下，将使得锚杆锈断失效。

[0005] (3)承载力方面缺陷：抗浮锚杆的抗拔承载力主要来源于两个部分，其一是预应力传递装置对灌浆体的预压力；其二是灌浆体与持力层之间的侧摩阻力。而现有技术中，抗浮锚杆灌浆体采用整体现浇，在锚索张拉阶段，灌浆体上部受到预应力传递装置的挤压作用，下部受到挤压锚的挤压作用，灌浆体整体处于自平衡状态，与周围持力层之间未形成有效的侧摩阻力。同时，在实际施工过程中，灌浆体往往受到诸多因素影响，其强度有所折减。另外，当底板受到浮力时，灌浆体下端挤压锚位置通常先一步发生局部砼压碎破坏，从而导致抗浮锚杆提前失效，同样灌浆体与持力层之间侧摩阻力作用并未充分发挥。

[0039] 为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更加全面的描述，附图中给出了本发明的若干实施例，但是本发明可以通过不同的形式来实现，并不限于文本所描述的实施例，相反的，提供这些实施例是为了使对本发明公开的内容更加透彻全面。

[0040] 除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常连接理解的含义相同，本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明，本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

[0041] 以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

[0042] 实施例1

[0043] 一种基于承插式分段预制灌浆体的抗浮锚杆，请参阅图1至图11，包括设置于地下室底板11中的预应力传递装置1和锚具2，无粘结钢绞线3，上螺纹筋6，钢垫板5，分别与钢垫板5上下表面连接的下螺纹筋7和预应力筋挤压锚8，承插内密封圈9，承插外密封圈10，设置于锚固孔12内从上至下依次插接连接的多段预制灌浆体4；其中，相邻段的所述预制灌浆体4上下连接端分别设置有相互插接配合的凸起插头401和凹口插槽402；多段所述预制灌浆体4内部中心位置预留有上下相互接应的穿线孔405和注浆孔406，与注浆孔406连通的注浆扩散腔403，以及若干注浆导引孔404；若干所述注浆导引孔404横向穿过预制灌浆体4一端与注浆扩散腔403连通，另一端与锚固孔12连通；所述承插外密封圈10内侧与凸起插头401、凹口插槽402周侧的插接缝密封连接，外侧与锚固孔12的孔壁抵接；所述承插内密封圈9预留有与穿线孔405和注浆孔406匹配的过孔901，所述承插内密封圈9与凸起插头401、凹口插槽402中心位置的插接缝密封连接；所述钢垫板5、下螺纹筋7和预应力筋挤压锚8预留设置于最下段预制灌浆体4的底部，所述上螺纹筋6预留设置于最上段预制灌浆体4顶部，所述无粘结钢绞线3一端预留设置于最下段预制灌浆体4底部且与预应力筋挤压锚8连接，另一端从下至上依次穿过各预制灌浆体4的穿线孔405与锚具2连接；上述结构中，多段所述预制灌浆体4的直径相同且略小于锚固孔12直径，以便预制灌浆体4能够顺利贯入锚固孔12；所述承插内密封圈9用以对凸起插头401、凹口插槽402中心位置的插接缝进行密封，以防止灌浆体在流经相邻段的注浆孔406接应处时渗入穿线孔405内；所述承插外密封圈10的外径与锚固孔12直径相同或略大于锚固孔12直径，以用于将段预制灌浆体4侧壁与锚固孔12孔壁所围合形成的空腔上下分段隔离成与各预制灌浆体4对应的环形空腔段15，同时也可防止流入环形空腔段15内的水泥砂浆从外侧反渗入穿线孔405内；

[0044] 本发明抗浮锚杆的施工步骤如下：

[0045] S1、垫层施工及钻孔：先进行混凝土垫层施工，然后按设计要求钻设锚固孔12；

[0046] S2、承插式预制灌浆体的工厂分段预制：在工厂对多段预制灌浆体4分别进行预制；其中，在预制多段预制灌浆体4时，请参阅图4，将上螺纹筋6预制在最上段预制灌浆体4顶部，请参阅图3，将钢垫板5、下螺纹筋7和预应力筋挤压锚8预制在最下段预制灌浆体4的底部，将无粘结钢绞线3一端预制在最下段预制灌浆体4底部且与预应力筋挤压锚8连接，而另一端预留在最下段预制灌浆体4之外形成自由端；

[0047] S3、预制灌浆体的穿索：请参阅图9，当所有的预制灌浆体4预制完成后，以无粘结钢绞线3作为引导将各预制灌浆体4穿索形成整体，具体方法为，将最下段预制灌浆体4预留的无粘结钢绞线3的自由端从下至上依次穿入其余预制灌浆体4的穿线孔405内，同时在相邻的预制灌浆体4上下连接端之间安装承插内密封圈9和承插外密封圈10，此时多段预制灌浆体4中的注浆孔406上下贯通，且通过无粘结钢绞线3穿索成整体；

[0048] S4、穿锚初步张拉：请参阅图1，将穿索形成整体的多段预制灌浆体4下放至锚固孔12内合适位置，之后安装预应力传递装置1和锚具2，穿锚后将无粘结钢绞线3与锚具2连接进行初步张拉，以使多段预制灌浆体4之间承插紧固，并通过承插内密封圈9和承插外密封圈10形成密封，以防止注浆时水泥砂浆从相邻预制灌浆体4的连接缝渗入穿线孔405；

[0049] S5、注浆：请参阅图2，于最上段预制灌浆体4中注浆孔406的顶部注入水泥砂浆，水泥砂浆将沿多段预制灌浆体4中上下贯通的注浆孔406输送至各预制灌浆体4，并经注浆扩散腔403和若干注浆导引孔404注入对应段预制灌浆体4侧壁、预制灌浆体4上下端的承插外密封圈10与锚固孔12孔壁所围合形成的对应环形空腔段15之间；待环形空腔段15内充满水泥砂浆并凝固后，环形空腔段15内的水泥砂浆将与对应位置处的预制灌浆体4粘结成型形成对应的灌浆锚固段16；

[0050] S5、张拉锁定：对钢绞线继续进行张拉，并将无粘结钢绞线3锁定在锚具2上，并切割多余钢绞线；由于承插内密封圈9、承插外密封圈10是设置于相邻段预制灌浆体4之间，在钢绞线张拉过程中，密封圈的弹性形变可为各段灌浆锚固段16的微小移动提供位移空间，以在钢绞线张拉锚固阶段提前形成锚杆侧摩阻力；

[0051] 现有技术中预应力抗浮锚杆的受力模型：

[0052] 1、钢绞线张拉锚固阶段

[0053] 对于传统的预应力抗浮锚杆，在无粘结钢绞线3张拉时，预应力传递装置1产生一个向下的压力，钢绞线下部的预应力筋挤压锚8对灌浆体产生一个向上的压力，灌浆体整体处于自平衡状态，此时灌浆体与持力层之间摩擦力为0。

[0054] 2、处于工作状态的抗浮锚杆

[0055] 对于传统的预应力抗浮锚杆，当地下室底板受到地下水浮力作用，底板向上变形，预应力传递装置一起向上抬，预应力传递装置对灌浆体的预压力减少，而钢绞线的应力继续加强，带动预应力筋挤压锚8挤压下部灌浆体，直至灌浆体局部发生压碎破坏，挤压锚失效。此时有：

[0056] F浮＝Ff+FN

[0057] 式中，F浮为地下水浮力，FN为抗浮锚杆的部分预压力，Ff为灌浆体与持力层之间的摩擦力。

[0058] 但是，由于灌浆体与持力层之间的摩擦力仅在抗浮锚杆工作阶段才产生，在预应力较高的情况下，会发生挤压锚位置混凝土压碎破坏，将提前导致抗浮锚杆失效，锚杆侧摩阻力未完全发挥作用。

[0059] 本发明抗浮锚杆的受力模型：

[0060] 1、钢绞线张拉锚固阶段

[0061] 本实施例中预制灌浆体4的数量为三段，当本发明按垫层施工及钻孔，承插式预制灌浆体的工厂分段预制，预制灌浆体的穿索，穿锚张拉，注浆步骤施工完后，由于灌浆体是提前分段预制，且在注浆后灌浆体是在被分隔的各环形空腔段15内凝固，并与该位置对应的预制灌浆体4粘结成型形成对应的灌浆锚固段16；在刚开始施加预应力时，请参阅图11至图13，最下段灌浆锚固段16即最下段预制灌浆体注浆后对应的灌浆锚固段受到钢绞线的预拉力，预拉力由挤压锚传递至最下段灌浆锚固段16，最下段灌浆锚固段16向上产生一个微小的位移，而由于相邻预制灌浆体之间设置有承插内密封圈9和承插外密封圈10，密封圈将压紧，使得最下段灌浆锚固与段该区域岩层之间产生竖直向下的侧摩阻力，阻碍最下段灌浆锚固段向上滑移的趋势；而最上段灌浆锚固段受到预应力传递装置的压力，使得该区域岩层与最上段灌浆锚固段之间产生竖直向上的侧摩阻力，抵消部分压力。此时，对于最上段灌浆锚固段有：

[0062]

[0063] 对于最下段灌浆锚固段有：

[0064]

[0065] 此时，中部位置的灌浆锚固段不受力。

[0066] 当预应力施加到一定程度时，对于最上段灌浆锚固段有：

[0067] FN1＝Ff1+FN2

[0068] 对于中间部位的灌浆锚固段有：

[0069]

[0070] 对于最下段灌浆锚固段有：

[0071] F＝Ff3+FN3

[0072] 上述各公式中，F为最下段灌浆锚固段的预压力，FN1为最上段灌浆锚固段的预压力，FN2为中间部位的灌浆锚固段与最上段灌浆锚固段之间的预压力，FN3为中间部位的灌浆锚固段与最下段灌浆锚固段之间的预压力，Ff1为最上段灌浆锚固段与持力层之间的摩擦力，Ff2为中间部位的灌浆锚固段与持力层之间的摩擦力，Ff3为最下段灌浆锚固段与持力层之间的摩擦力；

[0073] 由以上可知，本发明在钢绞线张拉锚固阶段阶段，即可使灌浆锚固段与持力层的侧摩阻力生效，使得抗浮锚杆的抗拔承载力得到大幅提高。

[0074] 2、处于工作状态的抗浮锚杆

[0075] 对处于工作状态的抗浮锚杆进行整体受力分析有：

[0076] F浮＝FN+Ff3

[0077] 式中，F浮为地下水浮力，FN为抗浮锚杆的部分预压力，Ff3为钢绞线张拉阶段，最下段灌浆锚固段与持力层之间提前产生的侧摩阻力。

[0078] 由以上可知，因钢绞线张拉阶段中，最下段灌浆锚固段与持力层之间提前产生的侧摩阻力，使得锚杆抗拔承载力大幅提高，增强了锚杆的可靠性，降低了锚杆失效的风险。

[0079] 进一步的，在一个优选的实施方案中，请参阅图16，最上段预制灌浆体4的所述注浆孔406顶部连接有注浆管13，且注浆管13贯穿各段预制灌浆体4的注浆孔406延伸至锚固孔12底部；在预制灌浆体的穿索过程中，可同步将注浆管13穿入各段预制灌浆体4的注浆孔内直至凸出于最下段预制灌浆体4底部；而在注浆时，可通过注浆管13的引导，先从锚固孔12孔底开始注浆，以将孔底积水或泥浆往上挤出，待水泥浆液升高到最下段预制灌浆体4的导引孔404处时，可开始边注浆边进行缓慢拔管操作，以使所有积水或泥浆逐步从环形空腔段15中挤出，保证灌浆体的密实度。

[0080] 为了便于注浆，进一步的，在一个优选的实施方案中，请参阅图15，本发明抗浮锚杆还包括倒锥形骨架19，所述倒锥形骨架19预留设置于最下段预制灌浆体4的底部，且倒锥形骨架19的上端与钢垫板5固定连接，下端延伸至最下段预制灌浆体4外；倒锥形骨架19采用钢筋制成；基于上述结构设置，在完成注浆后，最下段预制灌浆体4可与现浇灌浆体更好连接成整体结构。

[0081] 为了便于将穿索成整体的各段预制灌浆体4贯入锚固孔12，进一步的，在一个优选的实施方案中，最下段所述预制灌浆体4的底部呈圆锥体形。

[0082] 为了使环形空腔段15内的灌浆体凝固后与预制灌浆体4更好的粘结形成整体结构，进一步的，在一个优选的实施方案中，所述预制灌浆体4的表面粘附有一层玻璃纤维网或设置有凹凸纹。

[0083] 进一步的，在一个优选的实施方案中，所述预制灌浆体4的直径比锚固孔12的直径小4～5cm。

[0084] 进一步的，在一个优选的实施方案中，所述注浆孔406和注浆扩散腔403设置于预制灌浆体4的轴中心位置处；所述注浆扩散腔403为截面中部呈圆柱形、上下两端呈倒圆锥形的空腔；所述注浆导引孔404在预制灌浆体4的横截面沿环向均匀设置3～4个，且与注浆扩散腔403的中部连通。

[0085] 进一步的，在一个优选的实施方案中，所述凹口插槽402的凹口部4022和所述凸起插头401的凸起部4011均呈倒圆锥柱状，且所述凹口插槽402和凸起插头401的周侧留有相互抵接的承插凸边4021。

[0086] 进一步的，在一个优选的实施方案中，所述预制灌浆体4的设置数量为3～4段，且最下段所述预制灌浆体4的长度均大于其余段；本发明中，最下段灌浆体长度较大，最下段灌浆体与持力层之间能够提供较大的侧摩阻力；抗浮锚杆进行张拉锁定时，最上段预制灌浆体上端与预应力传递装置1抵接，最下段预制灌浆体与挤压锚整体浇筑嵌固，由于力沿最短路径传递，最上段灌浆体上端和最下段灌浆体将最先受力；由于灌浆体之间设置有承插内密封圈9和承插外密封圈10，受到预应力传递装置1的挤压后，最上段灌浆体与持力层之间发生微小滑移，使得各段灌浆体之间的密封圈被压紧；继续张拉钢绞线，最下段灌浆体将向上发生一个微小的形变，密封圈压紧，最下段灌浆体与岩层之间提前产生较大的侧摩阻力；此时，整个灌浆体处于受压状态，同时与持力层之间提前产生了侧摩阻力。

[0087] 进一步的，在一个优选的实施方案中，承插内密封圈9中与穿线孔405匹配的所述过孔901上下边沿设置有恰好能嵌入无粘结钢绞线3与穿线孔405之间间隙的封堵卡圈9011；基于该设置，封堵卡圈9011可进一步的对相邻预制灌浆体4上下连接端处的穿线孔
405孔口进行封堵，以防止灌浆体渗入穿线孔405内。

[0088] 进一步的，在一个优选的实施方案中，承插内密封圈9、承插外密封圈10和封堵卡圈9011均采用三元乙丙橡胶制成，从而具有较强的抗腐蚀和防霉菌功能，以使设计使用寿命可达100年。