本发明涉及一种扩臂快速锚锭装置及施工方法，属于岩土工程技术领域。
背景技术：
锚固是桥梁架设、边坡处理等工程建设的关键节点。目前，广泛应用的锚固技术包括重力式锚碇、隧道式锚碇、岩锚、桩锚等，上述锚固技术需要混凝土灌注及养护，施工周期较长，因而无法满足地震、泥石流、洪水、战争等突发事件中桥梁、道路和边坡的快速锚固。
技术实现要素：
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种扩臂快速锚锭装置及施工方法，以解决现有锚固技术大多需要混凝土灌注及养护、施工周期较长、因而无法满足应急条件下快速锚固的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种扩臂快速锚锭装置，包括锚锭桩本体和不少于一组沿其轴向分布的扩臂，所述锚锭桩本体包括桩身和设于其底端的锚锭靴，所述扩臂包括不少于一对沿桩身径向对称分布的工臂，所述工臂包括彼此铰接的上工臂和下工臂，工臂一端或两端沿桩身轴向与其滑动连接。
进一步地，所述桩身由不少于一节套管沿其轴向连接而成，所述套管外壁设有不少于一对绕其轴向中心对称分布的卡槽，所述上工臂底端与下工臂顶端铰接，所述上工臂顶端和下工臂底端分别活动连接有滑块，所述滑块卡接于卡槽内沿轴向与其滑动连接。
进一步地，所述上工臂或／和下工臂为三棱柱。
进一步地，所述卡槽贯穿于桩身顶端，所述装置还包括卡接于卡槽内沿轴向与其滑动连接的压杆，所述压杆自桩身顶端插入或拔出卡槽。
进一步地，所述滑块、三棱柱和压杆中的至少任一项由金属材料制备而成，所述金属材料包括钢、铝合金。
进一步地，所述锚锭桩本体还包括设于其顶端的锚锭帽。
进一步地，套管与锚锭靴之间的连接方式，包括焊接和法兰连接。
进一步地，所述套管包括a型套管或b型套管，所述a型套管由金属材料制模锻造而成，所述b型套管由金属板或纤维增强复合材料板弯曲和缠绕而成，所述纤维增强复合材料包括碳纤维、玄武岩纤维。
为达到上述目的，本发明还提供了一种扩臂快速锚锭施工方法，包括如下步骤：
将具有扩臂的锚锭桩本体打入地层，直至上工臂顶端所连接滑块抵达地层表面；
将压杆自桩身顶端插入卡槽，通过压杆纵向挤压上工臂顶端所连接滑块使其接近下工臂底端所连接滑块，直至打开工臂；
重复所述工臂的打开过程，直至打开由不少于一对工臂所组成的一组扩臂；
通过锚锭桩本体顶端的卡槽接入不少于一组扩臂，重复扩臂的打开过程将其打开；
将锚锭帽安装于锚锭桩本体顶端。
进一步地，在将锚锭帽安装于锚锭桩本体顶端之前，还包括：将不少于一节套管固定连接于所述锚锭桩本体顶端。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：本发明装置沿桩身径向对称分布有若干对扩臂，每个扩臂包括彼此铰接的上工臂和下工臂，工臂两端沿桩身轴向与其滑动连接。当工臂两端沿桩身轴向彼此靠近时，上工臂和下工臂沿套管径向向外偏转，构成处于打开状态的扩臂，利用打开状态的扩臂锚固地层土体，从而大大提高锚锭结构的抗拔承载力。本发明方法基于本发明装置进行锚固施工，无需混凝土灌注和养护，大大提高了施工效率。
附图说明
图1是本发明装置实施例所述套管与工臂和锚锭帽的连接结构示意图；
图2是本发明装置实施例所述套管的俯视图；
图3是本发明装置实施例中a型套管打开扩臂后的俯视图；
图4是本发明装置实施例中b型套管打开扩臂后的俯视图；
图5是本发明装置实施例中所述桩身的纵向剖面图；
图6是本发明装置实施例中所述桩身的立体结构图；
图7是本发明装置实施例中滑块与工臂的连接结构示意图之一（c-c剖面）；
图8是本发明装置实施例中滑块与工臂的连接结构示意图之二（a-a剖面）；
图9是本发明装置实施例中滑块与工臂的连接结构示意图之三（b-b剖面）。
图中：1、套管；11、a型套管；12、b型套管；2、滑块；3、三棱柱；4、卡槽；5、锚锭靴；6、锚锭帽；7、工臂。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
需要说明的是，在本发明的描述中，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图中所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。本发明描述中使用的术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”指的是附图中的方向，术语“内”、“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。
本发明具体实施方式提供了一种扩臂快速锚锭装置，包括锚锭桩本体和不少于一组沿其轴向分布的扩臂，锚锭桩本体由桩身和设于其底端的锚锭靴5组成，桩身由若干节套管1沿其轴向固定连接而成，桩身顶端固定安装有锚锭帽6，扩臂由若干个沿桩身径向对称分布的工臂7组成，如图1所示，是本发明装置实施例所述套管与工臂和锚锭帽的连接结构示意图。每个工臂7均包括上工臂和下工臂，上工臂底端与下工臂顶端铰接，上工臂顶端和下工臂底端构成工臂7两端部，工臂7两端通过滑块2卡接于套管1外壁并沿其轴向与其滑动连接。本实施例中，所述套管1为圆柱形套管，所述上工臂和下工臂均为三棱柱3，所述滑块2和三棱柱3可由钢或铝合金等金属材料制成，以利于提高结构强度，确保锚固效果。
更具体地，如图2所示，是本发明装置实施例所述套管的俯视图，所述套管1外壁设有不少于一对绕其轴向中心对称分布的卡槽4，卡槽4数量设置为偶数个，卡槽4宽度为套管1周长的1/4～1/8。本实施例中，所述卡槽4共设有三对合计六条，前述滑块2卡接于卡槽4内，沿卡槽4轴向与其滑动连接，每一条卡槽4均贯穿于套管1上下两端。
前述套管1可采用a型套管11或b型套管12，其中，a型套管11由一定壁厚的钢管、铝合金管等金属管通过线切割而成；b型套管12由一定厚度的钢板、铝合金板等金属板通过弯曲成型，或由碳纤维、玄武岩纤维等纤维增强复合材料通过预先制模缠绕成。当采用a型套管11时，桩身与锚锭靴5之间可采用法兰连接、焊接或铰接等方式进行连接；当采用b型套管12时，桩身与锚锭靴5之间可采用焊接方式进行连接。进行锚固操作时，可将与卡槽4截面尺寸相适应的压杆自桩身顶端插入卡槽4，利用压杆对上工臂顶端所连接滑块2施加向下挤压力，使上工臂顶端所连接滑块2接近下工臂底端所连接滑块2，两滑块2的纵向靠近运动，带动上工臂和下工臂沿套管1径向向外偏转，直至打开工臂7；然后，自桩身顶端拔出压杆，逐个打开沿套管1周向布置的工臂7，直至其余工臂7均打开，此时由若干工臂7组成的扩臂处于打开状态。如图3和图4所示，分别是本发明装置实施例中a型套管和b型套管打开扩臂后的俯视图。本实施例中，所述压杆可由钢或铝合金等金属材料制成，具备足够硬度，以利于对滑块2施加作用力。
在桩身底端和顶端对应安装锚锭靴5和锚锭帽6，一个重要意义在于，利用锚锭靴5和锚锭帽6封堵桩身两端的卡槽4出口处，避免滑块2自桩身两端向外滑出，从而破坏扩臂的打开状态，影响锚固效果。如图5和图6所示，是本发明装置实施例中所述桩身的纵向剖面图和立体结构图，从图中可以看出，桩身底端的卡槽4出口处已被锚锭靴5封堵，卡接于卡槽4内的滑块2无法从桩身底端滑出。
如图7至图9所示，是本发明装置实施例中滑块与工臂的连接结构示意图，滑块2尺寸与卡槽4尺寸存在微小公差，便于滑块2在卡槽4内上下移动。上工臂顶端所连接滑块2下端1/3段沿深度做预留槽，下工臂底端所连接滑块2上端1/3段沿深度做预留槽，槽顶预留销钉孔。上工臂顶端嵌入其对应滑块2预留槽内，销钉穿过上工臂和预留槽中预留的销钉孔，将两者活动连接；下工臂底端嵌入其对应滑块2预留槽内，销钉穿过上工臂和预留槽中预留的销钉孔，将两者活动连接。滑块2上预留槽的尺寸大于三棱柱3的横截面尺寸，使得三棱柱3可绕销钉自由旋转。
本发明具体实施方式提供了一种扩臂快速锚锭施工方法，该方法基于本发明装置加以施工，主要包括如下步骤：
步骤1，在桩身底端安装锚锭靴5，桩身由若干个套管1沿其轴向连接而成，可根据工程需要增减所连接套管1数量以调整桩身长度；
步骤2，通过锤击或静压方法将带有锚锭靴5的桩身打入地层；
步骤3，在套管1的卡槽4内安装滑块2和与其活动连接的下工臂，待下工臂下移到地面附近时，在向套管1的卡槽4内安装另一滑块2和与其活动连接的上工臂，待该滑块2顶端到达地面附近时，将压杆自桩身顶端插入卡槽4与该滑块2顶端接触，并通过静压或锤击等方式使压杆向下移动，驱使该滑块2下移，由于与下工臂活动连接的滑块2已经被锚锭靴5限位，因而驱使该两个滑块2彼此靠近，使得上工臂和下工臂不断向周围软弱土体刺入并打开，直至工臂8打开后，自桩身顶端拔出压杆；
步骤4，重复步骤3，安装并打开沿套管1周向对称布置的所有工臂8，形成一组处于打开状态的扩臂；
步骤5，重复步骤2、3、4，继续安装并打开下一组扩臂；
步骤6，待扩臂体系安装完成后，在桩身顶端布置锚锭帽6，以封堵桩身顶端的卡槽4出口处，阻止扩臂体系向上移动，从而完成本发明装置的锚锭施工。
挤扩支盘桩是在原有的等截面灌注桩的基础之上，运用专门的挤扩挖孔设备制作若干个大于桩身直径的混凝土承力盘，可以明显提高混凝土桩的承载力。本发明装置及方法基于挤扩支盘桩的技术思路，本发明装置沿桩身径向对称分布有若干对工臂7，每个工臂7包括彼此铰接的上工臂和下工臂，工臂7两端沿桩身轴向与其滑动连接。当工臂7两端沿桩身轴向彼此靠近时，上工臂和下工臂沿套管1径向向外偏转，构成处于打开状态的扩臂，利用打开状态的扩臂锚固地层土体，从而大大提高锚锭结构的抗拔承载力。本发明方法基于本发明装置进行锚固施工，无需混凝土灌注和养护，大大提高了施工效率。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
1.一种扩臂快速锚锭装置，其特征是，包括锚锭桩本体和不少于一组沿其轴向分布的扩臂，所述锚锭桩本体包括桩身和设于其底端的锚锭靴（5），所述扩臂包括不少于一对沿桩身径向对称分布的工臂（7），所述工臂（7）包括彼此铰接的上工臂和下工臂，工臂（7）一端或两端沿桩身轴向与其滑动连接。
2.根据权利要求1所述的扩臂快速锚锭装置，其特征是，所述桩身由不少于一节套管（1）沿其轴向连接而成，所述套管（1）外壁设有不少于一对绕其轴向中心对称分布的卡槽（4），所述上工臂底端与下工臂顶端铰接，所述上工臂顶端和下工臂底端分别活动连接有滑块（2），所述滑块（2）卡接于卡槽（4）内沿轴向与其滑动连接。
3.根据权利要求2所述的扩臂快速锚锭装置，其特征是，所述上工臂或／和下工臂为三棱柱（3）。
4.根据权利要求3所述的扩臂快速锚锭装置，其特征是，所述卡槽（4）贯穿于桩身顶端，所述装置还包括卡接于卡槽（4）内沿轴向与其滑动连接的压杆，所述压杆自桩身顶端插入或拔出卡槽（4）。
5.根据权利要求4所述的扩臂快速锚锭装置，其特征是，所述滑块（2）、三棱柱（3）和压杆中的至少任一项由金属材料制备而成，所述金属材料包括钢、铝合金。
6.根据权利要求4所述的扩臂快速锚锭装置，其特征是，所述锚锭桩本体还包括设于其顶端的锚锭帽（6）。
7.根据权利要求2所述的扩臂快速锚锭装置，其特征是，套管（1）与锚锭靴（5）之间的连接方式，包括焊接和法兰连接。
8.根据权利要求2所述的扩臂快速锚锭装置，其特征是，所述套管（1）包括a型套管（11）或b型套管（12），所述a型套管（11）由金属材料制模锻造而成，所述b型套管（12）由金属板或纤维增强复合材料板弯曲和缠绕而成，所述纤维增强复合材料包括碳纤维、玄武岩纤维。
9.一种扩臂快速锚锭施工方法，其特征是，包括如下步骤：
将具有扩臂的锚锭桩本体打入地层，直至上工臂顶端所连接滑块（2）抵达地层表面；
将压杆自桩身顶端插入卡槽（4），通过压杆纵向挤压上工臂顶端所连接滑块（2）使其接近下工臂底端所连接滑块（2），直至打开工臂（7）；
重复所述工臂（7）的打开过程，直至打开由不少于一对工臂（7）所组成的一组扩臂；
通过锚锭桩本体顶端的卡槽（4）接入不少于一组扩臂，重复扩臂的打开过程将其打开；
将锚锭帽（6）安装于锚锭桩本体顶端。
10.根据权利要求9所述的扩臂快速锚锭施工方法，其特征是，在将锚锭帽（6）安装于锚锭桩本体顶端之前，还包括：将不少于一节套管（1）固定连接于所述锚锭桩本体顶端。
技术总结