CN101509253A - 一种卡楔式自锁内锚头 - Google Patents

Abstract

一种卡楔式自锁内锚头，属于岩石或混凝土锚固技术领域，所述的本体(1)上设置有与锚孔(9)中的内锥段(8)相对应的楔槽(10)，楔槽(10)内有销轴(3)与楔块(2)的一端铰接，楔块(2)的另一端朝向锚孔(9)的孔口并经外张机构(4)径向外张。满足了多层锚头按设计要求分摊锚固力的设计要求。对于锚孔内锥段的正锥面扩孔和倒锥面扩孔结构均可适用，锚头可与各种锚材如锚杆或锚索相连，应用广泛，锚固可靠性和耐久性大大提高，解决了预应力锚固工程中的重大技术难题，特别适于重大工程中的预应力锚固。

Description

一种卡楔式自锁内锚头

技术领域

本发明涉及一种锚固件或预埋件，属于后置式锚固用的锚头，具体来说涉及一种卡楔式自锁内锚头。

背景技术

中国专利公告号：2404619Y，公告日：2000年11月8日，实用新型名称：《一种混凝土自锁插杆及配套的扩孔钻头》，提出了由插杆和楔子组成的自锁插杆，插杆是一下端有2—8个切口的钢筋，楔子是一下圆上尖的钢楔子。使用时先采用扩孔钻头在直孔的孔壁上切出一个锥形楔面，然后将楔子的尖头朝上放入扩孔后的孔底，将插杆上的切口一端放到楔子上，向下打击插杆，使插杆下端的切口沿楔子的锥面张开，并插进孔壁上的锥形楔面中，达到机械咬合，自锁楔固的目的。结构简单，自锁性好，锚固力较大，抗拉力较高。在岩石或混凝土锚固工程中获得了大量的应用，并被列入《混凝土结构加固设计规范》GB50367-2006。但由于该钻头及锚杆主要的锚固力由单层锚头处的岩石或混凝土承载体提供，当承载体如岩石或混凝土强度低时，该部位的应力集中难以使锚杆充分发挥效能。为了降低单层锚头处承载体的应力，避免承载体先于锚杆和锚头破坏，申请人在中国专利公告号：200968002，公告日：2007年10月31日，实用新型名称：《多层倒锥式楔锁锚杆》中，提出了采用直孔钻头和前述的扩孔钻头交替钻直孔、扩孔来生成多层扩孔，然后装入锚杆，在锚杆上先旋合安装倒锥螺母，再套上楔管，插入加压套筒，加压力使楔管变形而嵌入锚孔中的扩孔部位，抽出加压套筒，再旋合安装第二个倒锥螺母，多层楔管分步安装并通过多层楔管均摊锚固力，来改善楔管处承载体的受力状态。但要达到均摊锚固力的目的，对于分步安装的各楔管而言，则要求各楔管之间的间距与各扩孔层的间距相匹配，由于上述锚杆上各楔管的安装均在孔内进行，使各楔管的间距难以精确保证。当锚孔较浅时楔管的安装精度比较容易保证，当锚孔深达几十米时要保证安装精准则很难达到，若安装误差过大，则会造成锚杆上的楔管无法卡入锚孔上的锥形楔面即扩孔部位，导致楔管处锚固力的降低，难以达到通过各楔管均摊锚固力的目的。特别是上述插杆或锚杆上的楔子或楔管均只能构成倒锥形锁固结构，相对于正锥形锁固结构而言，其抗拉拔力，使用可靠性和耐久性均较差。另外采用前述的插杆和锚杆需用机械力使插杆或楔管产生变形，施工及安装工艺复杂，劳动强度大，效率较低，锚固质量难以保证。

发明内容

本发明的目的是克服前述多层锚杆安装复杂，劳动强度大，效率较低，锚固质量难以保证且无法构成正锥形锁固结构的缺陷和不足，提供一种卡楔式自锁内锚头。它使用简单方便，施工效率高，特别适于构成正锥形锁固结构，其锚固质量、抗拉拔力、使用可靠性和耐久性均较高。

本发明的技术解决方案是：一种卡楔式自锁内锚头，有一个与锚孔相配合的本体，所述的本体上设置有与锚孔中的内锥段相对应的楔槽，楔槽内有销轴与楔块的一端铰接，楔块的另一端朝向锚孔的孔口并经外张机构径向外张。

所述的楔槽为径向均布设置在本体外壁上的直槽，直槽内有楔块与直杆状的销轴相铰接，销轴的两端分别固定在楔槽内侧的槽壁上。

所述的楔槽为径向设置在本体外壁上的环形槽，环形槽的内圆周上径向均布有楔块，有一圆环形的销轴与所有楔块相铰接并将所有楔块捆绑固定在环形槽内。

所述的楔槽为设置在本体端面上的直槽或环形槽或环形斜面，楔槽内有楔块与销轴相铰接。

所述楔块上靠销轴一侧的端部制成圆弧形或直角，所述楔槽上靠近引导头的一端制成与楔块端部圆弧相配合的凹圆弧槽或与楔块端部直角相对应的斜面。

所述的外张机构为铰接在销轴上的扭簧，扭簧的一端固定在本体上，扭簧的另一端固定在楔块上的远离销轴一端。

所述的外张机构为拉簧，拉簧的一端固定在楔块的径向外侧一端，拉簧的另一端固定在本体上。

所述本体上设置有轴向贯通的灌浆通道或灌浆管通孔。

所述本体的端面上对应锚杆或锚索设置有螺孔或轴向贯通的连接孔。

当锚孔中的内锥段为两层以上时，所述的本体或者锚杆或锚索经预应力拉伸后，本体上楔块的层间距等于所对应内锥段的层间距。

与现有技术相比较本发明具有如下有益效果：1.本发明的多层锚头和多层扩孔钻头配套使用，考虑了锚头或锚杆的预应力变形，可实现锚头楔块与锚孔内锥段位置的精确匹配，充分满足多层锚头按设计要求分摊锚固力的设计要求。2.楔块的张开方式为正锥面方向，但对于锚孔内锥段的正锥面扩孔和倒锥面扩孔结构均可适用，锚杆安装到内锥段即扩孔部位时，楔块只能进，不能出。当全部安装就位后，所有楔块自动对应卡入扩孔部位内锥段的锥形楔面中实现自锁。3.安装锚杆无需特别机具，对工艺也无特别要求，锚杆安装一次完成，十分简便。4.采用常规的连接方式，可将锚头与各种锚材如锚杆或锚索相连，即锚头除了可作精轧螺纹钢等杆材锚杆的内锚段，还可作钢绞线等柔性线材的内锚段，应用广泛。5.本发明锚头安装的难易程度与锚孔深度无关，故对深锚孔的锚杆锚索也能实现多层锚头锚固。6.可在锚头的锚固段进行灌浆封固，既可增加锚固力，又可增强锚头的抗氧化、抗锈蚀性能，锚头的锚固可靠性和耐久性大大提高，可形成超强可靠的内锚段，解决了预应力锚固工程中的重大技术难题，特别适于重大工程中的预应力锚固。

附图说明

图1是本发明第一种锚头的安装结构示意图；

图2是本发明第一种锚头进入锚孔9时的结构示意图；

图3是图1、图5中一种楔块2安装结构的A—A剖视图；

图4是图1、图5中另一种楔块2安装结构的A—A剖视图；

图5是本发明第一种锚头进入锚孔9中的结构示意图；

图6本发明中销轴3的一种安装方式示意图；

图7是图2中一种楔块2安装结构的B—B剖视图；

图8是图2中另一种楔块2安装结构的B—B剖视图；

图9是本发明第二种锚头的安装结构示意图；

图10是本发明第三种锚头的安装结构示意图；

图11是图9、图10中的C—C剖视图。

图中：本体1，楔块2，销轴3，外张机构4，引导头5，灌浆通道6，锚杆或锚索7，内锥段8，锚孔9，楔槽10，凹圆弧槽11，拉簧12，灌浆管通孔13，连接孔14，灌浆管15，螺母或锚具16，斜面17。

具体实施方式

以下结合附图说明和具体实施方式对本发明作进一步的详细描述：

参见图1，图2，图5，图9，图10，本发明的一种卡楔式自锁内锚头，有一个与锚孔9相配合的本体1，所述的本体1上设置有与锚孔9中的内锥段8相对应的楔槽10，楔槽10内有销轴3与楔块2的一端铰接，楔块2的另一端朝向锚孔9的孔口并经外张机构4径向外张。

所述本体1上可纵向设置一层或多层楔槽10，楔槽10的层数由锚固件的功能要求确定，楔槽10在本体1上的纵向分布位置应与锚孔9中多层内锥段8的纵向分布位置相匹配。可采用一金属圆柱棒材作锚头的本体1，在本体1上竖向切出楔槽10，楔槽10内安装楔块2，楔块2与楔槽10间用销轴3相连接，楔块2的一端与销轴3铰接，楔块2的另一端通过外张机构4向外按正锥面张开。本体1的尾部与锚杆或锚索7相连。本体1的直径略小于锚孔9的直径，本体1的长度由锚杆内锥段8的层数及内锚段的设计长度确定。本体1上的引导头5一端制成锥形，便于本体1插入锚孔9中。

参见图1，图3，图7，在本体1上开楔槽10安装楔块2，所述楔槽10的一种结构为径向均布设置在本体1外壁上的直槽，直槽内可放置单个或多个楔块2，直槽均布在与锚孔9中内锥段8相对应的本体1外壁上，直槽内有楔块3与直杆状的销轴3相铰接，销轴3的两端分别固定在楔槽10内侧的槽壁上。在本体1上对应一层内锥段8的部位环向设置不少于两个楔槽10和楔块2。楔槽10的位置应均匀布置，如图3，图7中均布设置有三个楔槽10和三个楔块2。采用这种结构，在锚孔9的每一层内锥段8中可对应卡接三个楔块2，来自锚头本体1上的拉拔力经三个楔块2传递至锚孔9的内锥段8。

参见图1，图4，图8，所述楔槽10的另一种结构为径向设置在本体1外壁上的环形槽，环形槽的内圆周上径向均布有多个楔块2，有一圆环形的销轴3与所有楔块2相铰接并将所有楔块2捆绑固定在环形槽内。即在切出的环向凹槽内用销轴3铰接并连续安装所有的楔块2。如图4，图8中在环形槽中连续均布设置有一圈楔块2，这时铰接楔块2所用的销轴3可以是如铁丝之类的塑性金属材料，它可以将所有楔块2捆扎固定在环形槽中。采用这种结构，在锚孔9的每一层内锥段8中可对应卡接一圈楔块2，本体1上楔块2的受力更均匀，还可以减小锚孔9中内锥段8上的单位压应力，即锚固力经多个楔块2传递至内锥段8，使内锥段8表面的均匀受力，单位压强降低，锚固的可靠性和耐久性更高。

参见图1，图2，图4，图5，图8，图10，所述外张机构4的一种结构为铰接在销轴3上的扭簧，即扭簧的中段套在销轴3上，扭簧的一端固定在本体1上，如可在本体1的楔槽10内钻孔，插入扭簧的一端，扭簧的另一端固定在楔块2上的远离销轴3一端，如可在靠近扇形圆弧一端的楔块2上钻孔，插入扭簧的另一端。在扭簧的作用下，楔块2向本体1的外部径向外张。当本体1插入锚孔9中，在锚孔9孔壁的挤压下，楔块2克服扭簧的弹力向楔槽10内合拢，当楔块2进入内锥段8部位，便靠弹力外张并卡入内锥段8中。对于垂直，倾斜或横向设置的锚孔9，本体1上的楔块2均可全部张开，形成良好的自锁。

参见图3，图6，图7，所述外张机构4的另一种结构为设置在楔块2的一端且偏离楔块2纵向重心的销轴孔，楔块2上偏心的销轴孔靠近本体1的轴心并与销轴3铰接。由于销轴孔偏离了楔块2的重心位置，当楔块2上的销轴孔与销轴3铰接配合后，在自重的作用下，楔块2会自动倒向楔槽10的外侧，即向本体1的外部径向外张。也可以自动形成楔块2与内锥段8的卡接。但此结构只能在垂直设置的锚孔9中才可有效外张，对于斜锚孔9或横锚孔9，本体1上的楔块2只能部分张开。

参见图9，所述的外张机构4还可以为拉簧12，拉簧12的一端固定在楔块2的径向外侧一端，拉簧12的另一端固定在本体1上。如在本体1的外壁上对应楔块2开出放置拉簧12的沟槽并固定将拉簧12一端固定在沟槽中。在拉簧12的作用下，楔块2向本体1的外部径向外张。当本体1插入锚孔9中，在锚孔9孔壁的挤压下，楔块2克服拉簧12的拉力向楔槽10内合拢，当楔块2进入内锥段8部位，便依靠拉簧12的拉力外张并卡入内锥段8中。对于垂直，倾斜或横向设置的锚孔9，本体1上的楔块2均可全部张开，形成良好的自锁。

参见图1，图2，图5，图8，图9，所述楔块2上销轴3一侧的端部制成圆弧形或直角，所述楔槽10上靠近引导头5的一端制成凹圆弧槽11或与楔块3端部直角相对应的斜面17。所述的凹圆弧槽11与楔块3端部的圆弧相配合，所述的斜面17朝上并指向锚孔9的内壁，凹圆弧槽11或斜面17在楔块2的纵向承压端面上形成可靠的顶托支撑面，并可适当控制楔块2外张的倾斜角度，在本体1和楔块2之间构成了合理的支撑和传力结构。

使用时，将该锚头及与本体1尾部连接的锚杆或锚索7插入带有多层内锥段8的锚孔9内，所有的楔块2外张嵌入相应的内锥段8中形成自锁。所述锚孔9中多层的内锥段8可采用由本申请人于同日向国家知识产权局申请的“活塞式多层扩孔钻头”加工而成，也可以采用本申请人的另一项“一种混凝土自锁插杆及配套的扩孔钻头”专利技术加工而成。其中的内锥段8可以是倒锥面即切削的主锥面向上的结构，也可以是正锥面即切削的主锥面向下的结构，本发明中的楔块2均可较好地外张嵌入，形成自锁。也就是说由于本发明楔块2的外张方向基本是倾斜向上，故适于在倒锥面扩孔或正锥面扩孔的内锥段8构成正锥形锁固结构。但特别适于内锥段8为正锥面扩孔的结构。

参见图9，图10，图11，本发明所述的楔槽10为设置在本体1端面上的直槽或环形槽或环形斜面，楔槽10内有楔块2与销轴3相铰接。这时本体1上可只设置一层楔块2，使本体1的轴向长度和体积缩减，锚头的安装和使用更灵活，更方便。最好在所述本体1的端面上对应锚杆或锚索7设置有轴向贯通的连接孔14。所述的连接孔14可以是能穿过锚杆或锚索7的通孔，也可以是能与锚杆上螺纹相啮合的螺纹孔。然后按锚孔9中内锥段8的分布位置将本体1固定在锚杆或锚索7上。

本发明的锚头可以适于锚孔中只设置一层内锥段8的情况，即在本体1上只设置一层楔槽10和楔块2，再将本体1与锚杆或锚索7连接后置于锚孔9中，并使其楔块7卡入内锥段8中。

当锚孔9中的内锥段8为多层即两层以上时，最好是采用本体1或者锚杆或锚索7的预应力拉伸结构，即所述的本体1或者锚杆或锚索7经预应力拉伸后，本体1上楔块2的层间距等于所对应内锥段8的层间距。操作上，当锚杆或锚索7安装就位后，将锚头插入锚孔9中，待锚孔9最底部一层的楔块7自动卡入与其内锥段8中实现自锁后，再拉伸锚杆或锚索7，使最底部一层的楔块7受力并使本体1或者锚杆或锚索7拉长，同时使对应锚孔9底部第二层的楔块2自动卡入其内锥段8中实现自锁，依次拉伸锚杆或锚索7，使各层楔块2依次自动回位卡入所对应的内锥段8中并锁固受力，使各层楔块2均匀承担锚固拉张力，达到各层楔块2分摊锚固力，减小锚孔9中各内锥段压应力的目的。

所述本体1与锚杆或锚索7的连接方式为：对普通钢筋式锚杆，可直接与金属制成的本体1尾部焊接，或在本体1的尾端上上钻孔攻丝，将钢筋式锚杆端部车丝，再与本体1尾端的螺孔旋合连接；对精轧螺纹钢锚杆，在本体1的尾端上加工螺纹孔，再进行螺纹连接；对钢丝索锚索，可用高强螺栓将锚索的锚具固定在本体1上，或用套筒将锚具扣拧在本体1上。若在单个本体1的端面上对应锚杆或锚索7设置有轴向贯通的连接孔14时，可按照锚孔9中各内锥段8的间隔距离并考虑预应力拉伸的长度，将多个本体1分别固定在锚杆或锚索上，对于单根的精轧螺纹钢锚杆，可以直接将本体1旋合在锚杆上。对于如图9、图10，图11中所示采用两根或多根精轧螺纹钢锚杆、钢筋式锚杆或锚索的情况，可以将锚杆或锚索7穿入本体1上的连接孔14，再采用螺母或锚具16进行固定。

参见图1至图8，所述本体1上设置有轴向贯通的灌浆通道6即灌浆孔，或灌浆管通孔13。灌浆通道6设置在本体1的中心部位，根据设计需要，灌浆通道6也可设置在本体1端面中心以外的部位。

参见图9至图11，所述本体1上设置有轴向贯通的灌浆管通孔13。灌浆管通孔13设置在本体1端面中心以外的部位，灌浆管通孔13中可插入灌浆管进行灌浆。

将本发明锚头安装到位后，还可以通过设置在本体1上的灌浆通道6，或将灌浆管插入本体1上的灌浆管通孔13中，再向锚孔9内灌注高强度灌浆料，将锚头和锚孔9之间的空隙封满，可形成超强可靠的内锚固结构，并可防止本锚头零件的氧化和锈蚀损坏，锚固效果和使用可靠性更佳。特别适于重大工程中的预应力锚固。

Claims (10)

1.一种卡楔式自锁内锚头，有一个与锚孔(9)相配合的本体(1)，其特征在于：所述的本体(1)上设置有与锚孔(9)中的内锥段(8)相对应的楔槽(10)，楔槽(10)内有销轴(3)与楔块(2)的一端铰接，楔块(2)的另一端朝向锚孔(9)的孔口并经外张机构(4)径向外张。

2.根据权利要求1所述的一种卡楔式自锁内锚头，其特征在于：所述的楔槽(10)为径向均布设置在本体(1)外壁上的直槽，直槽内有楔块(3)与直杆状的销轴(3)相铰接，销轴(3)的两端分别固定在楔槽(10)内侧的槽壁上。

3.根据权利要求1所述的一种卡楔式自锁内锚头，其特征在于：所述的楔槽(10)为径向设置在本体(1)外壁上的环形槽，环形槽的内圆周上径向均布有楔块(2)，有一圆环形的销轴(3)与所有楔块(2)相铰接并将所有楔块(2)捆绑固定在环形槽内。

4.根据权利要求1所述的一种卡楔式自锁内锚头，其特征在于：所述的楔槽(10)为设置在本体(1)端面上的直槽或环形槽或环形斜面，楔槽(10)内有楔块(2)与销轴(3)相铰接。

5.根据权利要求1或2或3或4所述的一种卡楔式自锁内锚头，其特征在于：所述楔块(2)上靠销轴(3)一侧的端部制成圆弧形或直角，所述楔槽(10)上靠近引导头

(5)的一端制成与楔块(3)端部圆弧相配合的凹圆弧槽(11)或与楔块(3)端部直角相对应的斜面(17)。

6.根据权利要求1所述的一种卡楔式自锁内锚头，其特征在于：所述的外张机构(4)为铰接在销轴(3)上的扭簧，扭簧的一端固定在本体(1)上，扭簧的另一端固定在楔块(2)上的远离销轴(3)一端。

7.根据权利要求1所述的一种卡楔式自锁内锚头，其特征在于：所述的外张机构(4)为拉簧(12)，拉簧(12)的一端固定在楔块(2)的径向外侧一端，拉簧(12)的另一端固定在本体(1)上。

8.根据权利要求1所述的一种卡楔式自锁内锚头，其特征在于：所述本体(1)上设置有轴向贯通的灌浆通道(6)或灌浆管通孔(13)。

9.根据权利要求1所述的一种卡楔式自锁内锚头，其特征在于：所述本体(1)的端面上对应锚杆或锚索(7)设置有螺孔或轴向贯通的连接孔(14)。

10.根据权利要求1或2或3或4所述的一种卡楔式自锁内锚头，其特征在于：当锚孔(9)中的内锥段(8)为两层以上时，所述的本体(1)或者锚杆或锚索(7)经预应力拉伸后，本体(1)上楔块(2)的层间距等于所对应内锥段(8)的层间距。

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