CN100348804C - 一种锚杆用多功能止浆塞及其注浆接头 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种止浆塞，由硬质内环、柔性外套环及锁紧件组成，所述的硬质内环前端的内表面与锚杆体外表面相配合，硬质内环后端为倒喇叭状，表面有均匀分布出浆孔；其后端外表面有与柔性外套环相配合的环状倒凸齿，内环内表面有凸起台阶；所述的锁紧件的前端为圆环、后端为六角螺母形、中部为凸环，凸环前表面与硬质内环内表面台阶相配合，凸环周边有凹槽，内表面有螺纹与锚杆表面螺纹相配合。本发明还公开了与止浆塞配套使用的注浆接头，为带有侧向进浆管的中空圆柱体。本发明的锚杆装置及注浆接头使锚杆注浆实现后注浆，使注浆饱满均匀，保证杆体的注浆效果和注浆保护层，实现支护力。

Description

一种锚杆用多功能止浆塞及其注浆接头

技术领域

本发明属于岩土工程锚固支护技术领域，涉及一种锚杆用多功能止浆塞装置及其专用注浆接头。本发明装置适用于地下工程、采矿工程、基坑及边坡工程等方面的地层结构的锚杆支护中。

背景技术

在岩土工程涉及的地下工程、采矿工程、基坑与边坡工程过程中，为防止地层变形坍塌或失稳而危及安全，对地层进行加固的一种主要的支护技术是采用锚杆。通过设置在地层中锚杆所具有的高强度抗拉能力及通过锚杆与锚杆周围的注浆体与地层之间密实结合等方式将地层加固起来，以提高地层的整体性。以控制地层变形，使之达到稳定安全状态。这种技术的发展已有上百年的历史，并提出多种锚杆支护类型及工艺以适应不同的地层与不同条件的需要。

就锚杆类型而言大体可分为：

按锚杆体的刚度可分为：以钢筋或钢管作杆体的粗钢筋锚杆(Baranchor)和以柔性高强钢绞丝作杆体的锚索锚杆(strand anchor)两大类。锚索锚杆一般以多根钢绞丝组成的多束型锚杆(multi-strand anchor)，以预应力为主，由于施工复杂，对机械设备要求高。一般适用于锚固力有大于500KN，长度10m以上的地层。而粗钢筋锚杆锚固力一般使用小于500KN，所采用的机械简单，施工方便，故是目前使用最多的锚杆，广泛使用于中小型锚固需要的地层支护中。如交通隧道、水利水电隧洞，采矿巷道、一般基坑和边坡支护。

锚杆注浆技术是保证锚杆在地层中使锚杆体与地层充分锚固及形成保护层，是保证锚杆可靠的支护力和耐久性的关键。在永久支护锚杆中，最可靠、最常见的选择是采用注浆粘结类锚杆。

在粗钢筋锚杆中，涉及多种粗钢筋锚杆类型。其注浆及粘结效果介绍如下：

1.粗钢筋砂浆锚杆：采用螺纹钢筋作杆体，其施工工艺是在地层中钻孔后注入水泥砂浆，再在带浆体孔道中插入钢筋，使钢筋、砂浆与地层的结合。属先注浆后锚固型锚杆，其力学原理是砂浆凝固后，杆体随地层变形而承受拉力限制地层变形。这种锚杆施工简便。由于注浆方式为先灌后锚，无法排出钻孔内空气，浆体饱满度难以保证，且因插入钢筋时存在偏离现象，钢筋保护层厚度不易均匀，锚固力不大，故钢筋锈易蚀而破坏。

2.早强水泥药卷锚杆和树脂药卷锚固全粘结实心锚杆：虽是对普通砂浆实心锚杆进行了改进，可适用地层范围扩大，并能迅速形成支护力，但由于注浆工艺问题，锚固浆体饱满度及钢筋保护层厚度因构造方面问题依然难以保证，影响锚杆体的可靠性。

3.水胀式锚杆和管缝式锚杆：利用杆体与孔壁而磨擦形成支护力。属于非注浆锚杆，无法进行注浆保护，一般仅适用于临时支护和良好岩层中。

4.中空自钻式锚杆：通过中空杆体做钻杆加钻头实现钻杆和锚杆合一，钻进后再注浆。该技术方案侧重于极软弱与破碎岩层的注浆支护，成本较高。

5.胀壳式锚杆：利用锚固头的胀壳力形成点锚力，为非粘结型锚固产生的锚力。由于胀壳力通过胀壳与孔壁磨擦形成，故仅适用于较好的岩层中；且现有技术中，胀壳式锚杆为实心锚杆，在胀壳端头锚固后，全锚杆段不能进行后注浆，故多用在临时支护中。

总体上说，上述提及的锚杆类型，当锚杆在向上安装时，由于排气问题，注浆和粘结效果存在各自的缺陷，很难保证注浆饱满，从而使支护强度降低。这对使用要求高永久支护用的锚杆而言是不能满足要求的。为解决锚杆后注浆问题，尤其解决锚杆向上安装时注浆问题如：

6.中国专利ZL200320107953.5专利说明书公开了一种胀壳式锚杆，该锚杆由胀(涨)壳锚固头、锚杆体、垫板、螺母，排气或进浆管道等组成。该技术方案采用中空管体作锚杆体或用实心钢筋绑一根管道代替中空管体作锚杆体，垫板带孔可插连通管道，胀壳锚固头作锚杆端头锚固，在安装胀壳锚固头锚固后，再进行注浆。

7.中国专利ZL02112233.4专利说明书公开了一种锚杆支护方法及其分段式中空注浆锚杆，该锚杆是一种早强锚固的、可预应力的分段式中空注浆锚杆。该技术方案作为预应力锚杆时，中空杆体为自由段，实心杆体为锚固段，是药卷或树脂早强锚固剂进行锚固段的快速锚固与中空杆体后注浆相结合的粘结型预应力锚杆，可适用与各种岩层中。

以上所述1、2类锚杆现场施工中时，一般不采用止浆塞及注浆接头，为先往钻孔内注浆后插锚杆；上述3、5类锚杆为非注浆型锚杆，不采用止浆塞及注浆接头。上述第4类中空锚杆体，在锚杆采用中空杆体做为进浆孔道时，采用注浆接头为内径与锚杆外径螺纹配合，一端连接锚杆外露端，一端连接注浆泵的注浆管的中空管体，所采用的止浆塞为套在锚杆杆体上的，其仅适用于中空锚杆的倾角向下的锚杆注浆，通过中空杆体做为进浆孔道，空气逐渐往孔外排出，完成注浆。

上述第6、7两种专利涉及中空锚杆体，均采用在锚杆孔中插入注浆-排气管道的原理利用中空锚杆体的空腔作为一个排气(注浆)通道，解决了锚杆向上安装(包括向下安装)时锚杆的后注浆问题。为目前后注浆技术中，一种有效的注浆方式。

所述的止浆塞为外径约等于钻孔孔径的圆环体，插有排气管，锚杆注浆时充满钻孔空腔时，阻止浆液流出孔外，当浆液从排气管流出时，注浆完成。上述注浆过程均为锚杆倾角向下时注浆所用。所述的注浆接头为与中空锚杆体空腔或与插在止浆塞上的管道连通的一段类似刚性管道的配件，以便与注浆泵上的软注浆管连接和注浆。

发明内容

本发明提供的一种锚杆用止浆塞及其专用注浆接头，以解决锚杆在向上安装时的注浆问题，使锚杆在向上安装时注浆简单、有效，能保证注浆饱满又能达到锚杆保护层均匀所要求的锚杆可靠性问题。

一种止浆塞，由硬质内环、柔性外套环及锁紧件组成，所述的硬质内环前端的内表面与锚杆体外表面相配合，硬质内环后端为倒喇叭状，表面有均匀分布出浆孔；其后端外表面有与柔性外套环相配合的环状倒凸齿，内环内表面有凸起台阶；所述的锁紧件的前端为圆环、后端为六角螺母形、中部为凸环，凸环前表面与硬质内环内表面台阶相配合，凸环周边有凹槽，内表面有螺纹与锚杆表面螺纹相配合。

所述的止浆塞的柔性外套环的前端柔性薄层履盖硬质内环的前端外表面，柔性薄层可覆盖内环出浆孔，也可止于内环出浆孔。

与所述止浆塞配套的一种注浆接头，为带有侧向进浆管的中空圆柱体，其前端空腔直径大于锚杆体直径，注浆接头的后端内表面与锚杆杆体外表面相配合，注浆接头的外圆柱面靠近头部上端一小部分外圆柱面为斜面，与止浆塞硬质内环后端内表面相吻合。

所述的注浆接头的侧向进浆管道可为弯头或直管。

所述的注浆接头的侧向进浆管道的端部设有倒齿形企口或螺纹形企口。

本发明通过专有设计的注浆接头与多功能止浆塞的锁紧件凹槽、硬质内环和柔性外套环与间的出浆孔的结合，实现从锚杆杆体外圈向孔内进浆。空气通过中空杆体或排气管道排出，可实现后注浆，使注浆饱满均匀，保证杆体的注浆效果和注浆保护层，实现支护力。

本发明的多功能止浆塞可用于各种锚杆注浆支护工程，结构简单、加工方便，且成本低廉。

附图说明

图1本发明止浆塞的立体分解结构示意图；

图2为图1中止浆塞与锚杆杆体装配图；

图3为本发明专用注浆接头的立体示意图；

图4为注浆接头、止浆塞、锚杆杆体、工作螺母的立体装配图。

图5本发明的组成的锚杆安装在地层中的注浆示意图；

图6图5中注浆接头、止浆塞部分的剖面放大的注浆示意图。

其中：

1-锚固头             2-注浆体(液)      3-多功能止浆塞   4-止浆塞的柔

性外套环             5-止浆塞硬质内环  6-止浆塞的紧锁件 7-注浆接头

8-支承垫板           9-螺母            10-锚杆杆体      20-中空锚杆杆体的空腔

30-锚杆杆体的外表面  41-柔性外套环后端内壁的环向凹齿

42-柔性外套环的前端  43-柔性外套环的后端

50-硬质内环的空腔    51-硬质内环的后端环向凸齿

52-硬质内环的前端    53-硬质内环中部的出浆孔

54-硬质内环后端空腔的凸起台阶  55-硬质内环的后端

62-紧锁件内表面的螺纹      63-紧锁件的中部凸环

64-紧锁件中部凸环的前表面  65-紧锁件中部凸环的凹槽

71-注浆接头的侧向进浆端    72-注浆接头的后端内表面

73-注浆接头的前端斜面      74-注浆接头的侧向管道

75-注浆接头的空腔          77-注浆接头的后端面

91-工作螺母的前端面        100-地层锚杆安装孔

101-钻孔开口岩壁支承面     102-钻孔周边岩壁

具体实施方式

如图1、图2所示的一种止浆塞3由柔性外套环4、带注浆孔53的硬质内环5、带纵向凹槽63的紧锁件6组成。所述的柔性外套环4套在硬质内环5上，而紧锁件6密贴安装在硬质内环5的喇叭口内，这样组成的止浆塞3通过紧锁件6的内孔62与锚杆体10表面螺纹连接。紧锁件6的纵向凹槽65与硬质内环5内腔50、出浆孔53连通，形成注浆通道。

柔性外套环4为带空腔的、前后端连通的倒喇叭体，其前端42小而薄、后端43大而厚。其前端42为高弹性薄层环，且其空腔内表面光滑，可在注浆时，受注浆压力后向外张开形成注浆通道。其后端43为厚层喇叭环，其外部为逐渐变大的柔性圆环体，可较好的与孔口岩壁101相密合，具有止浆功能；而靠近后端43的空腔内表面由环状凹齿41，与硬质内环5的环状倒凸齿51相啮合。

硬质内环5为带空腔50的、前后端连通的倒喇叭体，其前端52小而后端55大。其前端52为圆柱体，并与锚杆杆体10相配合，其外表面环向均匀分布与空腔连通的出浆孔53。其后端55为倒喇叭状，外表面有与柔性外套环4相配合的环状倒凸齿51，靠近后端55的空腔50内有凸起台阶54，用于与紧锁件6的配合。

紧锁件6为前端为圆环、后端为六角螺母形、中部有凸环63的、带空腔的短柱体。其空腔为内螺纹表面62，并与前后端面连通。内螺纹表面62与锚杆体10的外表面螺纹相配合。安装时，凸环63的前表面64顶紧硬质内环5空腔50内的凸起台阶54，使止浆塞3安装在锚杆体10上不会退出；所述的紧锁件6的凸环63带多个纵向凹槽65，其表面与硬质内环5的空腔50内表面密贴配合，使纵向凹槽65与空腔50、出浆孔53连通形成注浆通道。

这样，通过硬质内环5、柔性外套环4、紧锁件6组合而成的止浆塞3具有了注浆排气和止浆的双多重功能。

如图3、4所示，一种注浆接头7，为带有侧向进浆管74的中空圆柱体，其前端空腔直径大于锚杆体直径，注浆接头的后端内表面72与锚杆杆体10外表面相配合，注浆接头的外圆柱面靠近头部上端一小部分外园柱面为斜面，与止浆塞3的硬质内环3后端内表面相吻合。

如图5所示，注浆接头7套入孔口外的中空杆体10，注浆接头7前端出浆口73贴紧硬质内环的内表面55，后端用工作螺母9锁定。注浆接头的空腔75与止浆塞紧锁件外环上的凹槽65、硬质内环5的空腔50和出浆孔53及锚杆孔空腔100连通形成注浆通道。浆液2按图中所示的箭头方向流动，自注浆接头7的侧向进浆孔74进入空腔75中，再通过止浆塞紧锁件外环上的凹槽65进入硬质内环5的空腔50，再流到出浆孔53。浆液在压力作用下，将柔性外套环4的前端(高弹性薄层环)42弹开进入锚杆孔空腔100，从而实现浆液从锚杆体外部向锚杆孔内进浆。注浆时，浆体2逐渐充盈整个锚杆孔的空腔，并从锚杆孔空腔100与锚固头1之间的、锚固头1与锚杆体空腔20之间的连通通道流动，空气则从杆体空腔20排出。当浆液从锚杆外露端流出时，注浆完成。

如图6所示，注浆接头7的前端空腔75的直径大于锚杆体外表面30的直径，因而与锚杆体存在一定空隙为进浆通道；注浆接头7的后端内表面72与锚杆杆体外表面相配合，可以是与之相配合的内螺纹，也可光面；注浆接头7的外圆柱面靠近头部73上端一小部分外园柱面为斜面，与止浆塞的硬质内环后端内表面55相吻合，利于注浆；侧向进浆管道74、注浆接头的空腔75与止浆塞紧锁件外环上的凹槽65、硬质内环5的空腔50及出浆孔53，与锚杆孔100连通，形成注浆通道；注浆接头7侧向进浆管道71可为弯头或直管，端部有倒齿形企口或螺纹形企口，可与注浆泵的注浆管相连；底部环形表面77与工作螺母表面91配合，在工作螺母9与注浆接头底部72之间可加入注浆垫圈，也可不加。

注浆时的锚杆体10为中空管体时，锚杆体10与锚固头1配合后形成的纵向通孔连通。在锚杆注浆时，通过注浆接头7与多功能止浆塞3中的锁紧件6、硬质内环5和柔性外套环4之间形成的注浆通道(74、75、65、50、53)，实现从锚杆体外部向锚杆孔内进浆，而空气则通过中空杆体中空腔20排出。

注浆时的锚杆体10为实心杆体时，杆体上附有穿过止浆塞的注浆或排气用管道，管道的另一端口延伸至孔底。

中空锚杆体10不仅包含全长螺纹表面，可任一点进行螺纹连接的全长螺纹管体，而且包含仅在中空锚杆体两端长度内的局部螺纹表面，用作与螺母9的螺纹配合以及与胀壳锚头1的内孔的螺纹连接，其余部分为非螺纹表面的中空管体和实心杆体。

本发明的止浆塞和注浆接头构成的锚杆注浆方法是这样实现的：

1.用钻孔机在地层(岩层)中钻孔并清扫钻孔；

2.在现场将带带锚固头的中空锚杆体10伸入孔底；

3.将多功能止浆塞的硬质内环5插入柔性外套环4，在钻孔口将多功能止浆塞3套入锚杆，旋紧锁紧件6，使柔性外套环4的膨胀后端43密贴岩层支承面101；

4.完成上述步骤后，可对锚杆体进行注浆。注浆接头7套入孔口外的中空杆体10，注浆接头7前端出浆口73贴紧硬质内环的内表面55，后端用工作螺母9锁定，注浆接头的空腔75与止浆塞紧锁件外环上的凹槽61通往硬质内5外表面的出浆孔53，与钻孔空腔20形成通道，浆液弹开柔性外套环4的前端薄层42进入锚杆孔100，实现从锚杆杆体外圈向孔内进浆，浆体逐渐充盈整个锚杆孔的空腔，锚杆体中空管体10与锚固头1形成通道，空气通过杆体空腔20排出，可实现后注浆。按图1所示箭头方向流动，当浆液从锚杆外露端流出时，注浆完成；

5.拆下工作螺母9、注浆接头7，安装支承垫板8，锁紧螺母9，锚杆安装完毕。

实现上述注浆方法的专用装置是注浆接头7和多功能止浆塞3。在锚杆注浆时，本发明通过注浆接头7与多功能止浆塞3的锁紧件6、硬质内环5和柔性外套环4之间形成连通通道(74、75、65、50、53)，实现从锚杆杆体外部向锚杆孔内进浆，空气通过中空杆体中空腔20排出，可实现后注浆。浆液按图中箭头所示方向流动，浆体逐渐充盈整个锚杆孔的空腔。当浆液从锚杆外露端流出时，注浆完成。确保杆体的注浆效果和注浆保护层饱满均匀。

Claims (5)

1.一种止浆塞，其特征在于：由硬质内环(5)、柔性外套环(4)及锁紧件(6)组成，所述的硬质内环前端(52)的内表面与锚杆体外表面(30)相配合，硬质内环后端(55)为倒喇叭状，表面有均匀分布出浆孔(53)；其后端(55)外表面有与柔性外套环(4)相配合的环状倒凸齿(51)，内环(5)内表面有凸起台阶(54)；所述的锁紧件(6)的前端为圆环、后端为六角螺母形、中部为凸环(63)，凸环前表面(64)与硬质内环(5)内表面台阶(54)相配合，凸环(63)周边有凹槽(65)，内表面有螺纹(62)与锚杆(10)表面螺纹相配合。

2.根据权利要求1所述的止浆塞，其特征在于：所述的柔性外套环(4)的前端(42)柔性薄层履盖硬质内环的前端(52)外表面，柔性薄层覆盖内环出浆孔(53)或止于内环出浆孔(53)。

3.一种与权利要求1所述止浆塞配套的注浆接头，其特征在于：所述的注浆接头(7)为带有侧向进浆管(74)的中空圆柱体，其前端空腔(75)直径大于锚杆体(10)直径，注浆接头的后端内表面(72)与锚杆杆体外表面(30)相配合，注浆接头(7)的外圆柱面靠近头部上端一小部分外圆柱面为斜面(73)，与止浆塞硬质内环后端(55)内表面相吻合。

4.根据权利要求3所述的注浆接头，其特征在于：所述侧向进浆管道(74)为弯头或直管。

5.根据权利要求3或4所述的注浆接头，其特征在于：所述的侧向进浆管道的端部(71)设有倒齿形企口或螺纹形企口。

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