[发明专利]一种用于砂类土层的振动排水锚杆支护结构及其施工方法

权利要求书

1.一种用于砂类土层的振动排水锚杆支护结构，其特征在于：包括振动排水锚杆、虹吸排水装置和变频振动装置；

所述振动排水锚杆包括螺旋钻尖、滤水管、中空钢管和尾部钢管，所述螺旋钻尖设置在振动排水锚杆的最前端，所述螺旋钻尖、滤水管、中空钢管和尾部钢管通过螺纹依次连接，所述滤水管上设有多个滤水孔，所述滤水孔的表面绑扎单向透水土工布；

所述振动排水锚杆按照钻设角度钻进坡面，以锚杆为轴心，在基坑坡面上设置格构框架和挡土板，并将振动排水锚杆的尾部钢管尾端固定在格构框架上；

所述变频振动装置包括振动头和变频控制器，所述振动头插装在所述中空钢管的内部，所述振动头的尾部通过导线与外部的变频控制器电连接以用于控制锚杆在径向范围内的砂层受到振动而逐渐破坏砂类土层；

所述虹吸排水装置包括虹吸管和与虹吸管连接的抽水泵。

2.根据权利要求1所述的振动排水锚杆支护结构，其特征在于：所述虹吸管包括依次连接的吸水管、弯管接头和橡胶管，所述吸水管插装在所述中空钢管中。

3.根据权利要求1所述的振动排水锚杆支护结构，其特征在于：所述中空钢管包括至少2个分中空钢管通过螺纹连接组成，所述滤水管包括至少2个分滤水管通过螺纹连接组成，所述分滤水管与分中空钢管间隔设置，所述振动头设置靠近螺旋钻尖的分中空钢管内部，以便于土层内振动液化的水分及时排出，所述尾端钢管的钻进端设置螺纹以用于连接分中空钢管。

4.根据权利要求3所述的振动排水锚杆支护结构，其特征在于：所述中空钢管包括2个分中空钢管通过螺纹连接组成，所述滤水管包括2个分滤水管通过螺纹连接组成，连接时，所述螺旋钻尖、一个分滤水管、一个分中空钢管、另一个分滤水管、另一个分中空钢管、尾部钢管通过螺纹依次连接。

5.根据权利要求4所述的振动排水锚杆支护结构，其特征在于：所述单向透水土工布通过卡箍绑扎在滤水管的外侧以用于在钻进时坡体水沿单向透水土工布进入锚杆。

6.根据权利要求5所述的振动排水锚杆支护结构，其特征在于：所述滤水管的外径小于分中空钢管的外径以用于在锚杆钻进过程中单向透水土工布受周围土体扰动滑脱或破坏。

7.根据权利要求6所述的振动排水锚杆支护结构，其特征在于：所述螺旋钻尖包括带有钻尖的钻杆和螺旋叶片，所述螺旋叶片螺旋安装在钻杆的外侧，所述螺旋叶片的翼缘外径大于分中空钢管的外径，所述钻杆两端的螺旋叶片翼缘小于钻杆中部安装的螺旋叶片翼缘以用于锚杆的钻进和回收。

8.根据权利要求7所述的振动排水锚杆支护结构的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)测量放线：用测量工具在基坑按照设计要求确定振动排水锚杆的施设位置与角度；

(2)锚杆钻进施工：依次将所述螺旋钻头、一个分滤水管、一个分中空钢管、另一个分滤水管、另一个分中空钢管、尾部钢管连接，滤水管的段数根据坡内土体含水率大小和排水要求供气适当增减，启动钻机将连接好的所述振动排水锚杆按设计要求的钻孔倾角和方向钻进坡面；

(3)开挖基槽：在基坑的坡面放线位置开挖格构框架的基槽；

(4)施工格构框架和挡土板：在所述基槽内绑扎钢筋，并在所述振动排水锚杆的尾部通过锚具与钢筋相接成一整体，所述振动排水锚杆的尾端部分设置在钢筋外部，且尾端伸出的距离至少为10cm，而后支模板，浇筑混凝土，完成格构框架和挡土板的施工；

(5)安装变频振动装置：导线将振动头插装至锚杆的2个相邻滤水管之间，启动变频控制器，使振动头振动而带动锚杆共振；

(6)坡面排水：在锚杆径向范围内的砂层由于振动而逐渐破坏，砂颗粒重新排列，孔压增大，饱和砂层液化形成流态区，自由水透过滤水管；将振动头从锚杆内抽出，再插入虹吸管，启动抽水泵为虹吸管施加初始虹吸力，而后关闭水泵使坡内水分依靠虹吸力向外排出；

(7)按所述步骤(5)-(6)的顺序在下一个坡体工作面施工振动排水锚杆、格构框架和挡土板，并进行振动、排水，直至坡后土层达到预期的强度和稳定。