一种新型边坡锚固孔施工方法及设备简介-岩土论文

一种新型边坡锚固孔施工方法及设备简介姓名：吴庆博 专业:建筑与土木工程 学号:前国内在山区修建铁路、公路等工程中大量采用锚固技术加固岩土边坡。在边坡锚固施工作业中，钻孔作业是锚固工程中费用最高、同时也是技术要求最高的施工。因此，它成为影响锚固工程进度与成本的一大问题。传统的施工方式是在对坡面进行钻锚固钻孔之前，先采用50 mm 脚手架杆搭建平台，用锚杆将平台与坡面固定，然后把沉重的钻孔机抬到平台上并将其固定。在钻好一个孔后，又要把钻孔机从平台上拆卸下来，由人工将钻孔机沿脚手架或上或下，或左或右移动至下一个钻孔位置上安装固定，再钻下一个孔。其过程既要保证用脚手架所搭设的平台满足相应的承载能力和稳定条件，还要保证将钻孔机根据坡面测放的孔位准确安装固定。可见此项施工作业方式难度大、施工量大、施工周期长、生产成本高。在实施钻孔作业时需要较多的施工人员，且施工人员要进行高空作业，危险性较大。除此之外，若采用大型专用设备，如使用长臂作业台车，不仅价格十分昂贵，其作业高度也有限，超过 20 米就无法使用,如何能简便、安全可靠地完成锚固孔施工。已成为施工现场最大的需求，为此专门研制出一种新型边坡锚固孔施工设备、此设备移动轻便同时改变了原有的施工方法彻底的免除了施工中脚手架平台的搭建，可极大地提高作业效率，减低劳动强度，施工的安全性也得到很大提高。 1.新型钻孔设备及特点钻孔设备主要由两部分组成，一是钻孔机（或称为潜孔钻），二是一种特制的旱地雪橇式机架。将钻孔机安装在撬架上构成了旱地雪橇式钻孔设备，如图 1 所示。旱地雪橇撬架由上铰座、下铰座、后支架、支撑杆、牵引架和钻杆箱等组成。图 1 钻孔设备结构图如图 1 所示，上铰座固定安装在钻孔机下方，钻孔机通过这个铰座，以铰接形式与固定在撬架上的下铰座相连接。通过调节支撑杆可改变钻孔机与撬架的相对角度从而调节钻进角度。该设备所能调整到的极限位如图 2 所示。图 2 钻孔机角度调整极限位由此构成的钻孔设备所具有的显著特点：（1）旱地雪橇式结构，整体结构简单、移动方便，可通过卷扬机实现在边坡上牵引移动；（2）钻孔机钻杆相对坡面的角度可根据施工要求实现调整，调整范围较大；（3）以撬架作支撑面，在移动或钻孔施工中有很好的稳定性。2 边坡钻孔作业方式采用此设备进行钻孔，彻底改变了原有的施工方式。其基本步骤为：（1）对需锚固的边坡按照设计要求进行平整；（2）平整结束后，在边坡上测量放样，标记出钻孔位；（3）在施工坡面的上方、下方预埋若干根锚杆；（4）将卷扬机安装固定在钻孔作业的坡面正上方；（5）在钻孔作业前，根据锚固孔与坡面之间的角度要求，调整好钻孔机与撬架之间的角度；（6）启动卷扬机，卷扬机钢缆按图 3、图 4 所示将钻孔设备牵引到施工孔位，然后将上下辅助缆绳固定在地面的锚杆上；（7）一个钻孔作业孔结束后，再启动卷扬机牵引到下一个孔位，由下而上；（8）一列钻孔作业结束后，将设备慢慢退到边坡下方，再平移到下一列孔位；（9）将坡面上方的卷扬机也平移到下一列孔位正上方；（10）循环实施（6）（9）等步骤，直至所有钻孔作业结束。使用该设备，能实现钻孔机精准定位。系在撬头上的 4 根辅助缆绳，在钻孔过程中对设备也可起到很好的稳定作用。另外，根据坡面上方的情况，也可考虑让卷扬机保持位置不变，或将卷扬机安装在坡面的下方，而在坡面钻孔上方加装定滑轮组来实现对钻孔设备的牵引。卷扬机辅助缆绳牵引钢缆锚杆钻孔设备钻杆图 4 钻孔作业现场俯视示意图此作业方式人工得到减少，也减小了劳动强度。对于一套钻孔作业设备只需 34 人协作即可实施。使用该设备，按照规范的步骤实施钻孔作业，其过程能获得很好地安全性保障。在卷扬机牵引设备上坡时，在坡顶上方有两名施工人员每人分站两边，分别手拉一端系在撬头左右两侧的辅助缆绳，将缆绳缠绕在固定在地面上的锚杆上，并不断将缆绳收紧。该缆绳可起到辅助保险作用。在将钻孔设备从坡上往下放的时候，卷扬机慢慢放松钢缆，同时，站在下方地面上的两名施工人员分站两边，从下方拖拽系在撬架尾部撬头上的缆绳，使钻孔设备退回到坡面下方。这样的操作过程安全可靠，设备在坡面上不会向下翻滚，也不会出现侧翻情况。3 钻孔设备受力分析钻孔设备停留在坡面上主要受到卷扬机牵引力 P（辅助缆绳牵引作用略）和钻孔机与坡面之间的摩擦阻力 N 的作用，自身重力 M 的作用，地面支撑力 Q 的作用。见受力分析示意图 5。PQN坡面M 图 5 钻孔设备受力图3.1钻孔推进力分析钻孔推进力 F 为钻头作用于坡面的力。当钻头垂直坡面向下钻孔时，所能获得最大推进力 F 与钻孔设备重量 M 和坡度大小 相关，为：F最大 = Mcosa = Q如果所能获得的推进力小于所需的推进力时，可在撬架上添加配重 M 配。此时：F最大 = (M + M配 ) cosa所加配重为：M配 = F最大 /cosa - M钻头推进力受坡度影响大，对于该设备适用于 45以内的坡度。3.2卷扬机牵引力计算钻孔设备在卷扬机牵引力 P 的作用下向上移动，需克服自身重量和摩擦阻力。设：移动中坡面对旱地雪橇接触面的摩擦系数为 f，安全系数为 n，则得牵引力：如果在撬架上附加了配重 M 配，此时所需牵引力也同时增大为：64 点阵液晶，内置控制器为 KS0108。控制器采用 STC89C516RD+，其 Flash 存储器为64KB，RAM 为 1280 字节6。软件系统采用 C语言编写，这样不仅可以提高软件的开发效率，而且也方便了后期维护。数字式电子桌面秤的最大量程为 30 kg，最小检定分度值为 10 g。根据中华人民共和国国家标准 GB/T 77232002固定式电子秤，对本系统的开发样机进行了置零准确度、称量性能、除皮、偏载、鉴别力、重复性等项目的测定，部分测定结果如表 1 所示。由表可知，本系统达到国家标准 III 级等级。表 1 数字式电子桌面秤部分项目测定结果项目误差/g允许误差/g置零准确度-22.5称量05 kg-3+55520 kg-8+610性能2030 kg-715偏载+610重复性（15 kg）4154 结论针对数字式电子桌面秤的需要，设计了一种基于 STC89C516RD+的软件系统。系统采用模块化设计思想：数据采集模块中采用算