CN101691843A - 一种可快速安装的后扩孔自锁锚杆 - Google Patents

Abstract

一种可快速安装的后扩孔自锁锚杆，属于岩石或混凝土的锚固支护或结构加固或设备安装的装置。包括杆体内锚端(1)、中间杆(14)、杆体外露端(15)和楔块(2)，杆体内锚端(1)的端面上开有贯通截面的楔槽(11)，楔块(2)的一端设置有楔头(21)，另一端设置有底座(23)，楔头(21)与底座(23)之间为中间段(22)，中间段(22)的直径或截面面积小于楔头(21)大端的直径或截面面积。锚杆经纵向加压即可完成锚固，实现了快速安装，并达到了后扩孔锚杆的功能要求，安装质量直观可控，操作方便，施工简单，为后扩孔锚杆的推广应用提供了有利条件。特别适于内锚段为坚硬基岩或高强混凝土的场合。

Description

一种可快速安装的后扩孔自锁锚杆

技术领域

本发明涉及一种自锁式锚固用具，具体来说涉及一种可快速安装的后扩孔自锁锚杆。属于岩石或混凝土的锚固支护或结构加固或设备安装的装置。

背景技术

在岩体大型洞室开挖过程中，会遇到坚硬的基岩，当坚硬的基岩处在三向高压应力状态时，不会发生破坏，一旦开挖暴露，因卸载会导致岩爆，给施工安全带来威胁。防止岩爆的有效措施是在开挖出的新基岩面上安装锚杆进行支护。对处于高压应力场中的坚硬岩基，要使支护有效，抵抗岩爆的发生，必须快速安装锚杆，立即施加预应力，对岩面提供足够大的压力。

现行预应力锚杆支护的做法是在洞室周边的岩石上钻直孔即锚孔，安装锚杆支护。锚杆内锚段有两类：第一类是将固化较快的药卷安装在锚杆头部插入直孔中，待药卷反应固化后由药卷的粘结力来提供锚固力。第二类是在锚杆头部车丝套上变厚度的开缝套管，将锚杆插到直孔底后旋转，使套管膨胀与孔壁贴紧；或将锚头做成圆锥体，外套楔块或开缝套管，一起插入孔底，对楔块或套管加压，使锚头在孔内卡紧，通过这种孔壁与套筒间挤压产生的摩阻力来提供锚固力。锚杆安装完毕，即可在锚杆外锚头上施加预应力，通过外锚头垫块对开挖出的岩壁挤压来阻止岩爆的发生。

中国专利公告号：CN2404619Y，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》，推出后，因其锚固机理新颖，性能可靠，使用范围广而获得了大量的应用。后扩孔锚杆技术是在岩石或混凝土上钻出的直孔中采用扩孔钻头，将直孔底扩成倒锥面，将带楔块的开槽锚杆插入孔底，加压后楔块压入槽内，使杆头胀大楔入扩孔内，锚杆张拉时，扩孔壁锥面的围压对杆头提供锚固力，楔块在槽内受压自锁不被滑出。由于扩孔自锁锚杆是利用锚头与孔壁之间的机械咬合力来提供锚固力的，扩孔壁愈坚硬，锚头能提供的锚固力愈大。

当遇到高压应力场的坚硬基岩时，要求锚杆安装的时间非常短，第一类药卷方法时间上难以满足；锚杆需提供的锚固力需足够大，第二类依靠锚杆的膨胀挤压提供的摩擦阻力有限。而上述的专利技术方案，虽然其锚固力较大，但需要采用扩孔钻头在锚孔内扩出倒锥孔，然后将锚杆杆头楔入倒锥孔中进行锚固，施工中倒锥孔加工的时间较长，无法满足在高压应力场坚硬岩基中快速锚固的需要。因此工程上急需一种能快速安装并能立即提供大锚固力的锚杆。

发明内容

本发明的目的是针对现有后扩孔锚杆需在锚孔中用配套的扩孔钻头扩孔后才能安装，安装速度慢，若不扩孔直接安装则存在锚杆楔入力较小的缺陷和不足，提出一种结构简单，安装速度快，锚固力大，且特别适于抵抗岩爆发生的可快速安装的后扩孔自锁锚杆。

本发明的技术解决方案是：一种可快速安装的后扩孔自锁锚杆，包括杆体内锚端、中间杆、杆体外露端和楔块，所述杆体内锚端的端面上开有贯通截面的楔槽，所述楔块的一端设置有可与楔槽对应楔合的楔头，另一端设置有底座，楔头与底座之间为中间段，中间段的直径或截面面积小于楔头大端的直径或截面面积。

所述的杆体内锚端和楔块均为实心柱体，所述楔槽和楔头的截面形状为轴对称的一字形或丫字形或十字形或水字形或大字形或米字形或光字形。

所述楔头大端的直径或截面面积大于或等于或小于杆体内锚端的直径或截面面积，楔头上斜面的倾角小于杆体内锚端材料的摩擦角。

所述锚杆上楔槽的轴向长度大于楔块上楔头的斜面长度。

所述楔头的大端一侧设置有连通中间段的导渣槽。

所述杆体内锚端的端面上轴对称制有凹锥坑。

所述杆体内锚端的端部焊有硬质合金刀片或进行材质硬化处理。

所述杆体内锚端的轴线上设置有螺孔，所述楔块的轴线上设置有台阶孔，有一长螺栓其螺栓柄一端装在台阶孔中，长螺栓的外螺纹一端穿过台阶孔旋合在杆体内锚端上的螺孔中。

所述杆体内锚端上的楔槽与楔块上的楔头经粘合剂对应粘接成一体，或者经点焊连接成一体。

所述的杆体内锚端与中间杆经焊接或螺纹轴向连接成一体。

与现有技术相比较，本发明的有益效果是：1.在高压应力场的坚硬基岩洞室开挖中对支护中的锚杆提出了快锚高预应力的特殊要求，由改进后的快速安装后扩孔锚杆技术，很好地满足了工程技术要求。2.本发明通过改进锚杆头的形状和楔块的构造，特别是楔块上横截面变小的中间段结构为锚孔内壁上切削出的碎渣提供了存放空间，导渣槽为碎渣提供了流动的通道，解决了锚杆安装因排渣不畅而无法形成扩孔段的难题，使锚杆自扩底成为可能。3，锚杆经纵向加压即可完成锚固，实现了直接地快速安装，并达到和超过了预扩孔锚杆的功能要求，通过锚杆压进的行程即可掌控锚固过程，安装质量直观可控，操作方便，施工简单，为后扩孔锚杆的推广应用提供了有利条件，可广泛地运用于采掘工程，加固工程和安装工程。4.楔块与锚杆用长螺栓相连，确保在锚孔中锚杆上的楔槽与楔块上的楔头的定位准确，自扩底安装过程顺利，有利于节省安装时间。5.由于本发明的锚杆入孔端为实心柱体，且进行了材质硬化处理或焊有硬质合金刀片，机械强度高，切削速度快，安装快捷，特别适于内锚段为坚硬基岩或高强混凝土的场合，充分发挥锚杆的抗拉强度，提供大的锚固力。

附图说明

图1是本发明中一字槽杆体内锚端1的结构示意图；

图2是图1中的A-A剖面图；

图3是本发明中十字槽杆体内锚端1的A-A剖面图；

图4是本发明中米字槽杆体内锚端1的A-A剖面图；

图5是本发明中一字形楔块2的结构示意图；

图6是图5中的B-B剖面图；

图7是本发明中十字形楔块2的结构示意图；

图8是图7中的C-C剖面图；

图9是长螺栓3的结构示意图；

图10是杆体内锚端1和楔块2装入锚孔4中的结构示意图；

图11是杆体内锚端1楔入锚孔4后的结构示意图；

图12是杆体内锚端1楔入锚孔4后施加预应力支护的结构示意图。

图中：杆体内锚端1，楔槽11，凹锥坑12，螺孔13，中间杆14，杆体外露端15，楔块2，楔头21，中间段22，底座23，导渣槽24，台阶孔25，长螺栓3，锚孔4。

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11，本发明的一种可快速安装的后扩孔自锁锚杆，包括杆体内锚端1、中间杆14、杆体外露端15和楔块2，所述杆体内锚端1的端面上开有贯通截面的楔槽11，所述楔块2的一端设置有可与楔槽11对应楔合的楔头21，另一端设置有底座23，楔头21与底座23之间为中间段22，中间段22的直径或截面面积小于楔头21大端的直径或截面面积。所述的楔槽11应将杆体内锚端1的横截面贯通分割成至少两块，使分割开的杆体内锚端1可以向两侧边折弯。

所述的杆体内锚端1可以是中空的管体，楔块2的楔头21可以是圆锥体，但对于高压应力场的坚硬基岩，为了增加杆体内锚端1切入锚孔4的机械强度，最好是使杆体内锚端1为实心柱体。

参见图1-图4，所述的杆体内锚端1、中间杆14和杆体外露端15为一金属圆棒，圆棒直径略小于岩石或混凝土上直孔锚孔的直径，在方便插入的前提下圆棒头部的直径越大越好，圆棒的长度大于锚孔4的深度。所述杆体内锚端1为实心柱体，所述楔槽11和楔头21的截面形状为轴对称的一字形或丫字形或十字形或水字形或大字形或米字形或光字形。

在圆棒入孔端的端部沿轴向切有楔槽11，楔槽11可切成如图2所示的一字形槽；也可沿截面轴心垂直切两刀成如图3所示的十字形槽；对称截面轴心切三刀成六等分的水字形槽，也可对称截面轴心切四刀成如图4所示的八等分的米字形槽，对称截面轴心铣三刀成三等分的丫型槽，铣五刀成五等分的大字形槽，铣七刀成七等分的光字形槽。但切槽数不宜多，多切影响杆体内锚端1锚固的强度，最好切成十字槽。楔槽11的轴向长度一般为圆棒即杆体内锚端1直径的1.5倍至5倍，一般取2倍左右。一般来说，所述杆体内锚端1上楔槽11的轴向长度可以大于楔块2上楔头21的斜面长度。楔槽11的宽度以大于或等于楔块2上楔头21小端的厚度为宜。

为了方便杆体内锚端1部位楔槽11的加工，还可以使所述杆体内锚端1与中间杆14经焊接或螺纹轴向连接成一体。也就是将杆体内锚端1的构造单独加工成与中间杆14和杆体外露端15分离的内锚头，内锚头与中间杆14可采用焊接或螺纹进行连接，然后与相应的楔块2配合使用，这样便于杆体内锚端1即内锚头的批量加工，降低成本。中间杆14和杆体外露端15通常采用同一材料制成一体，所采用的材料和粗细可根据需要进行选择，如可选择直径小于内锚头直径的钢筋作为中间杆14和杆体外露端15，也可选择中空的材料作为中间杆14和杆体外露端15，以方便安装锚杆后灌浆，但中空的中间杆14及杆体外露端15要有足够的强度保证安装时能轴向加压使内锚头锚入锚孔4内壁中。

所述杆体内锚端1即圆棒头部的端面可切削成凹锥坑12，如可以在圆棒入孔端的端面上先加工成凹锥面体，再沿轴向切出楔槽11，即可在圆棒头部的端面上形成可切削锚孔4内壁的刃口或尖状体。还可以在所述杆体内锚端1的端部焊有硬质合金刀片或进行材质硬化处理，如进行淬火或渗碳热处理，提高硬度，以便于在对锚杆体外露端15加压时，杆体内锚端1可以迅速将锚孔4内壁的岩石或混凝土凿出。所述的杆体内锚端1也可以采用金属方棒或多棱角棒或螺纹钢筋。

参见图5-图8，所述的楔块2也是实心柱体，与所述的楔槽11相对应，楔头21的截面形状也可以是轴对称的锥面一字形如图6，或十字形如图8，或丫字型或水字形或米字形或大字形或光字形。

结合图2和图6，对应入孔端截面为一字形的杆体内锚端1，可相应加工一字箭头形的楔块2，楔块2上箭头形的头部与杆体内锚端1上的楔槽11相匹配。

所述的楔块2由楔头21、中间段22和底座23三部分组成。楔头21上制有形成锥度的斜面，如图5，图6，一字形楔块2上的斜面为偏平刀斧型，斜面的夹角不宜大于杆体内锚端1材料的摩擦角；如图7，图8，对应十字形锚杆2，楔块2的横截面设计成十字形，以确保杆体内锚端1上切出的四支爪在安装时沿凹角导槽向内滑移而不发生偏移，同样对应其它槽形的杆体内锚端1，楔头21的横截面与楔槽11的截面形状相同。楔头21上锥形斜面大端横截面的直径同杆体内锚端1直径大体一致，也可以大于或小于杆体内锚端1直径。楔头21上的斜面长度一般取杆体内锚端1直径的1.4倍至4.8倍，较佳的取2倍左右。楔头21上的斜面长度一般小于杆体内锚端1上的楔槽11的长度。楔块2的中间段22为一横截面变小的柱体，可为圆形截面或方形截面或多边形截面等。中间段22的截面较楔头21小的目的是，在直孔即锚孔4内部留出空间用于存放被凿出的碎石粉或混凝土渣，中间段22的柱体长度所预留的空间以满足锚孔4内要排出的碎渣容积量为宜。楔块2的底座23的截面直径同杆体内锚端1的直径一致，也可以与中间段直径相同，但一般情况下，底座23的直径比中间段22截面直径或截面面积大，以减缓杆体内锚端1扩孔时的冲击压力对锚孔4底部岩石或混凝土的破坏。

参见图9-图11，锚杆在锚孔4内的安装方法是，先将楔块2放入锚孔4中，楔块2的底座23置于锚孔4的孔底，楔头21朝向孔口，再将连接成一体的杆体内锚端1、中间杆14和杆体外露端15一并插入锚孔4中，杆体内锚端1朝向锚孔4的孔底，当杆体内锚端1接触到楔头21时，可对应旋转杆体内锚端1一定角度，使楔头21斜面尖角与楔槽11对应楔合，然后对杆体外露端15施压，将楔槽11胀开并使杆体内锚端1斜向切入锚孔4的孔壁中，直至杆体内锚端1在锚孔4内壁上扩孔形成两瓣以上的倒锥台。但此安装方法中，楔头21与楔槽11楔合的准确性比较难以把握和控制。

为保证楔头21的斜面尖角与杆体内锚端1的楔槽11楔合的准确性，方便杆体内锚端1和楔块2的楔合安装并提高施工速度，可以将杆体内锚端1与楔块2用长螺栓3沿轴向连成整体，然后一并插入岩石或混凝土的锚孔4底部。结合图10，所述杆体内锚端1的轴线上设置有螺孔13，所述楔块2的轴线上设置有台阶孔25，有一长螺栓3其螺栓柄一端装在台阶孔25中，长螺栓3的外螺纹一端穿过台阶孔25旋合在杆体内锚端1上的螺孔13中。

也可以将所述杆体内锚端1上的楔槽11与楔块2上的楔头21经粘合剂对应粘接成一体，或者经点焊连接成一体。待杆体内锚端1和楔头21连体置入锚孔4的底部后，再通过锤击施压解除两者间粘合剂或点焊的连接，并进行扩孔锚固。

杆体内锚端1和楔块2一并装入锚孔4内后，在杆体外露端15上采用锤击施压，将杆体内锚端1压向锚孔4的孔底，在压进时，楔块2插入杆体内锚端1的楔槽11中，使杆体内锚端1沿楔头21上的斜面向外扩张，使杆体内锚端1外张的锥面体在纵向锤击力的作用力下将锚孔4内壁上的岩石或混凝土凿碎，在锚孔4的内壁上形成倒锥台，凿出的碎渣从楔块2与锚孔4内壁之间的缝隙进入楔块2上中间段22所预留的空档处，为便于碎渣向中间段22流动，或者在所述楔头21的大端一侧设置有连通中间段22的导渣槽24。所述的导渣槽24实际上是设置在楔头21大端斜面上并通向中间段22的凹槽，它的设置便于楔头21小端的岩石或混凝土碎渣向中间段22流动，避免岩石或混凝土碎渣在楔头21上堆积从而阻碍杆体内锚端1与楔块2的楔合。同时也可相应增加楔块2上楔头21大端的直径，减少杆体内锚端1与锚孔4内壁之间的间隙，以保证杆体内锚端1在锚孔4内扩倒锥孔时有更大的挤压刚度。

施工时，杆体外露端15可用铁锤锤击加压，也可用风镐冲击加压，加压十分方便，一般杆体内锚端1、长螺栓3、楔块2及中间杆14装入锚孔4中后，采用风镐锤击加压杆体外露端15，仅两分钟即完成锚固，安装速度极快。杆体内锚端1与楔块2的扩孔安装是否合格，可通过锚杆插到锚孔4底部后锤击的行程判定，当锚杆向锚孔4底部锤入的行程大于楔块2上楔头21的长度时方为合格，安装质量直观可控。在锚孔4内灌浆效果更佳，灌浆可在锚杆安装前或安装后进行，不影响锚杆的安装和使用，灌浆可新增后续锚固力，对锚杆还可起到保护作用，确保锚杆的耐久性。

参见图12，杆体内锚端1及楔块2的扩孔锚固施工完成后，还可以在杆体外露端15的外螺纹上加装垫板并旋合螺母，进一步对锚杆施加预应力锁固，以用于预应力支护。

Claims (10)

1.一种可快速安装的后扩孔自锁锚杆，包括杆体内锚端(1)、中间杆(14)、杆体外露端(15)和楔块(2)，其特征在于：所述杆体内锚端(1)的端面上开有贯通截面的楔槽(11)，所述楔块(2)的一端设置有可与楔槽(11)对应楔合的楔头(21)，另一端设置有底座(23)，楔头(21)与底座(23)之间为中间段(22)，中间段(22)的直径或截面面积小于楔头(21)大端的直径或截面面积。

2.根据权利要求1所述的一种可快速安装的后扩孔自锁锚杆，其特征在于：所述的杆体内锚端(1)和楔块(2)均为实心柱体，所述楔槽(11)和楔头(21)的截面形状为轴对称的一字形或丫字形或十字形或水字形或大字形或米字形或光字形。

3.根据权利要求1或2所述的一种可快速安装的后扩孔自锁锚杆，其特征在于：所述楔头(21)大端的直径或截面面积大于或等于或小于杆体内锚端(1)的直径或截面面积，楔头(21)上斜面的倾角小于杆体内锚端(1)材料的摩擦角。

4.根据权利要求3所述的一种可快速安装的后扩孔自锁锚杆，其特征在于：所述锚杆(1)上楔槽(11)的轴向长度大于楔块(2)上楔头(21)的斜面长度。

5.根据权利要求1或2所述的一种可快速安装的后扩孔自锁锚杆，其特征在于：所述楔头(21)的大端一侧设置有连通中间段(22)的导渣槽(24)。

6.根据权利要求1所述的一种可快速安装的后扩孔自锁锚杆，其特征在于：所述杆体内锚端(1)的端面上轴对称制有凹锥坑(12)。

7.根据权利要求1或6所述的一种可快速安装的后扩孔自锁锚杆，其特征在于：所述杆体内锚端(1)的端部焊有硬质合金刀片或进行材质硬化处理。

8.根据权利要求l或2所述的一种可快速安装的后扩孔自锁锚杆，其特征在于：所述杆体内锚端(1)的轴线上设置有螺孔(13)，所述楔块(2)的轴线上设置有台阶孔(25)，有一长螺栓(3)其螺栓柄一端装在台阶孔(25)中，长螺栓(3)的外螺纹一端穿过台阶孔(25)旋合在杆体内锚端(1)上的螺孔(13)中。

9.根据权利要求1或2所述的一种可快速安装的后扩孔自锁锚杆，其特征在于：所述杆体内锚端(1)上的楔槽(11)与楔块(2)上的楔头(21)经粘合剂对应粘接成一体，或者经点焊连接成一体。

10.根据权利要求1或2所述的一种可快速安装的后扩孔自锁锚杆，其特征在于：所述的杆体内锚端(1)与中间杆(14)经焊接或螺纹轴向连接成一体。

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