用于錨桿對中支架安裝的輔助裝置研究

黨東生

(中煤科工集團西安研究院有限公司，陜西 西安 710077)

0 引言

鋼筋錨桿(土釘)支護是基坑支護和邊坡支護中最為常見的支護形式[1]，工程實踐中鋼筋錨桿(土釘)一般由鋼筋現場加工而成。其主要由錨桿體、對中支架及錨桿頭組成，而對中支架尺寸小，焊接角度特殊，現場焊接安裝常常因焊接角度不符合設計要求而不合格，造成返工，影響工程進度，增加工程成本，甚至有時因為管理不到位而影響工程質量。

本文通過研究鋼筋錨桿對中支架的布置形式和特點，結合工程實踐，針對性地發明了錨桿(土釘)對中支架安裝輔助裝置(以下簡稱裝置)，它是一種能夠輔助快速、方便、準確焊接安裝錨桿對中支架的裝置，幾乎可以用于所有常用鋼筋錨桿對中支架的輔助安裝，該裝置的應用可大幅提高錨桿體制作的合格率及生產效率，保證工程質量，節約工程成本。

1 研究內容

經過項目實踐及項目調查，發現鋼筋錨桿體的現場制作常常因對中支架的安裝角度不符合設計要求而出現返工。究其原因，主要是錨桿對中支架圍繞桿體呈120°布置，角度特殊，且沒有相應的輔助設備。因此，施工作業人員在制作過程中常按照自己的想法或者按照自己舒服的體位來安裝，最終導致加工的鋼筋錨桿體不符合設計要求而返工。

調查分析發現在涉及到錨桿支護的設計中，對于鋼筋錨桿，錨桿體一般由帶肋鋼筋制作而成；對中支架一般用φ6或φ8圓鋼現場加工，并圍繞桿體每間隔120°焊接安裝到錨桿體上，形成有效支撐。以保證鋼筋錨桿體位于鉆孔中心位置，并保證桿體具有足夠的保護層厚度，見圖1。

2 裝置原理

一般在鋼筋錨桿設計中，對中支架圍繞錨桿體呈120°分布，當每個對中支架垂直向上時，焊接安裝最為方便，施工作業人員施工體位最為舒服，且焊接質量最有保證。因此，裝置設計要求保證每個對中支架焊接安裝時垂直向上。此外，為保證錨桿對中支架的安裝角度，裝置在使用過程中要求保證錨桿鋼筋固定不轉動。

根據等邊三角形的幾何原理，等邊三角形任意兩個角的頂點與形心連線的夾角為120°，因此，只要將錨桿體固定于等邊三角形的形心處，然后旋轉等邊三角形，使其任意一個角向上，并在其垂直向上的位置焊接安裝對中支架，即可保證安裝的任意兩個對中支架夾角為120°，滿足設計的要求[2]。且此種條件下最有利于施工作業。

為保證裝置的普遍適用性，通過調查研究，設計裝置適用的錨桿直徑為φ20,φ22,φ25,φ28,φ32，其基本可以覆蓋所有的常用錨桿直徑。根據幾何原理，推導為保證不同直徑錨桿體位于裝置形心所對應的支撐桿的長度，其公式如下：

lΦ=0.5×L×tan30°-Φ/2。

其中，lΦ為直徑為Φ的錨桿鋼筋所對應的裝置支撐桿長度(含卡槽厚度)，mm；Φ為錨桿體鋼筋直徑，分別取20 mm,22 mm,25 mm,28 mm及32 mm；L為外輪廓支撐內框單邊長度，mm。

3 裝置的結構組成

該裝置總共由外輪廓支撐、支撐桿及旋緊裝置三部分組成。外輪廓支撐主要由3條等長構件兩兩呈60°組成，形成等邊三角形，其長度為0.6 m～1.0 m；支撐桿由2根帶有刻度的圓形鋼柱組成，長度可調節；旋緊裝置由單根螺桿組成，可調節。裝置具體構造如圖2所示。

為保證裝置的普遍適用性，支撐桿與裝置外輪廓支撐之間采用螺紋連接，支撐桿自下而上標注有不同刻度，分別有20,22,25,28,32五個刻度，每個刻度數值分別代表不同錨桿鋼筋的直徑。使用時只需根據錨桿體鋼筋的直徑將裝置的2個支撐桿的高度調節到對應的刻度即可。

該裝置使用時至少需要圖2所示的兩個裝置單體配合使用，當錨桿長度過長，撓度過大，錨桿體碰觸地面時，建議增加裝置單體配合使用，以保證安裝效果及其準確性。

4 裝置的使用方法

該裝置結構簡單，使用方便，隨學隨用。裝置為可調式，可以滿足不同直徑鋼筋錨桿對中支架的輔助安裝。裝置在使用前需根據錨桿直徑的大小進行調節，保證錨桿體位于裝置外輪廓支撐的形心處。調節方法：分別轉動裝置兩個支撐桿，使支撐桿與裝置外輪廓支撐連接處的數值與錨桿體鋼筋直徑相同，然后開始使用即可。

裝置在使用時需成套使用，每次需要至少2個以上裝置單體配合使用，使用時要求2個裝置單體置于錨桿體2段4等分 點處且任意2個裝置單體之間的距離不宜大于5 m。

裝置使用步驟如下：

第一步：根據錨桿體直徑調節裝置兩個支撐桿至對應刻度即可開始使用，同一直徑錨桿只需調節1次。第二步：打開所有裝置的鎖緊螺栓，旋轉裝置將錨桿體鋼筋置于任意1個支撐桿卡槽內。第三步：關閉所有裝置的鎖緊螺栓。第四步：擰緊所有裝置的旋緊裝置，保證錨桿體在裝置轉動時不會轉動。第五步：在錨桿體的正上方進行錨桿體在該方位的所有對中支架的焊接安裝。第六步：完成焊接安裝后，旋轉裝置外輪廓支撐，使裝置相鄰任一邊置于地面，如圖3所示。第七步：重復第五步和第六步，至錨桿3個方位的對中支架均安裝完成為止。第八步：打開所有裝置的鎖緊螺栓，取出安裝完成的錨桿。

該裝置對使用場地具有一定的要求。要求場地具有一定的平整度，一般不宜在起伏較大的場地使用，否則會造成對中支架安裝角度誤差較大。建議裝置在硬化過或相對平整堅硬的場地使用[3]。為方便裝置使用，對裝置的使用地空間也有一定要求，一般要求場地寬度不宜小于3.5倍的外輪廓支撐長度(見圖2)，場地長度不宜小于錨桿長度。

5 工程應用

寧夏某煤礦工業場地高邊坡處理項目，項目設計有鋼筋錨桿，錨桿長度6 m～12 m，錨桿桿體由φ22的HRB400鋼筋制作而成，對中支架由HPB300的φ8圓鋼加工而成，圍繞錨桿體呈120°焊接安裝，對中支架間距2 m。

項目施工初期，在錨桿體質量驗收的檢驗批驗收中，多次出現由于錨桿對中支架的安裝角度不符合設計要求而返工的事件。經過現場調研，發現施工人員安裝錨桿對中支架的效率極低，9 m錨桿僅達7根/(人·h)，此外，對中支架安裝合格率也很低，僅有50%。

為解決此問題，項目決定推廣使用錨桿對中支架安裝輔助裝置，使用后取得如下效果：1)錨桿對中支架安裝效率由使用前7根/(人·h)(9 m錨桿)，提高到了11根/(人·h)(9 m錨桿)，生產效率提高了57%。2)裝置使用后再未發生由于對中支架安裝不合格而產生的返工事件，錨桿對中支架安裝合格率由原來的50%提高到了100%，合格率提高了50%。

本裝置的使用解決了項目中存在的實際問題，為項目的順利推進奠定了基礎。

6 結語

錨桿對中支架雖然為小型配件，但卻是影響錨桿質量的主要構件之一，其焊接安裝是否合格、有效是錨桿能否充分有效發揮其作用的關鍵。本裝置為保證錨桿對中支架安裝質量而設計,具有以下特點：

1)裝置外輪廓支撐設計為等邊三角形，其利用了等邊三角形任意兩頂點與其形心點連線的夾角為120°的幾何特點及三角形構件具有穩定性的特點。不僅滿足了錨桿對中支架繞錨桿體兩兩呈120°的特點，而且保證了裝置使用時候的穩定性。2)裝置在使用過程中能否保證錨桿體置于其形心，且錨桿體是否不隨裝置的轉動而轉動是關鍵。故裝置用2個支撐桿和1個鎖緊裝置來達到目的，首先，通過2個支撐桿來實現定位，保證錨桿體置于裝置形心。其次，通過鎖緊裝置保證錨桿不會隨裝置的轉動而轉動。3)通過將裝置兩個支撐桿設計為可調節式，使得裝置具有了普遍適用性，適用于φ20，φ22，φ25，φ28，φ32鋼筋錨桿對中支架的輔助安裝，幾乎覆蓋于所有常用鋼筋錨桿。4)裝置構造簡單，易于加工，對材質要求不高，只要掌握其原理，即可在項目現場自行加工使用。5)裝置操作簡單，易于使用，對使用人員素質要求不高，便于推廣。6)裝置著眼小處，源于生產，為解決工程實際問題而發明。能夠輔助快速、準確安裝錨桿對中支架。不僅大幅提高了安裝合格率，減少了返工，而且提高了工作效率，節約了工程成本。