CN102094662B - 一种摩擦套筒式大变形锚杆 - Google Patents

Abstract

本发明属于岩土工程锚固领域，涉及一种大变形岩土体的支护结构，尤其涉及一种锚杆。一种摩擦套筒式大变形锚杆，包括外螺母（2）、垫板（3）、柱形摩擦体（5）、摩擦套筒（6）、杆体（8），所述摩擦套筒（6）的内壁上设有摩擦齿（62），所述杆体（8）上设有柱形摩擦体（5）。摩擦齿（62）沿摩擦套筒（6）的轴向剖面呈三角形或梯形，柱形摩擦体（5）长度大于摩擦齿（62）沿摩擦套筒（6）布置的纵向间距。或摩擦齿（62）为一连续闭合环体，摩擦齿（62）的断面内径小于所述柱形摩擦体（5）的外径。本发明的有益效果在于：能够自动适应围岩的大变形而自动延伸，同时在变形过程中可吸收围岩的变形能，从而保证其支护效果。

Description

一种摩擦套筒式大变形锚杆

技术领域

本发明属于岩土工程锚固领域，涉及一种大变形岩土体的支护结构，尤其涉及一种锚杆。

背景技术

在软弱围岩中进行巷道施工，面对的往往是围岩向巷道收敛的大变形，这种情况下，如果初期即采用刚性很大的支护，在围岩压力作用下支护结构会很快损坏，既浪费了人力物力，又无支护效果。刘泉声等人在文《煤矿深部巷道破裂围岩非线性大变形及支护对策研究》（岩土力学 2010年第10期）中指出：深部岩体的组织结构、基本行为特征和工程响应与浅部岩体相比均发生了根本性变化，具体体现为在浅部表现为坚硬稳定的围岩，在深部一般都表现出显著的软岩特征，采用的各种支护结构与支护方式也要适应这种软弱围岩的大变形。陆春昌等人在文《水力膨胀式管子锚杆在软弱、大变形围岩巷道开拓中的技术研究及应用》（矿业安全与环保 2009年第6期）中，提出一种水力膨胀式管子锚杆，用以对大变形巷道围岩进行支护，支护效果明显。李铀等人在文《一种适用于大变形支护的新型可伸长锚杆》（中南公路工程 2007年第2期）中，提出用一种带开缝筒大变形锚杆对大变形软岩进行支护，改善了支护效果。上述文献表明，对大变形软弱围岩的支护，宜采用柔性支护，先在可控条件下允许围岩变形，使围岩释放部分变形能，同时发挥围岩的自支撑能力。

为解决大变形软岩的支护问题，就要求作为初期支护的锚杆可产生较大的伸长变形以适应围岩的大变形，于是出现了一些大变形锚杆。如在专利号为201010196197.2的申请中公开了一种恒阻大变形锚杆，但其恒阻装置与杆体的完全螺纹连接方式不利于有效实现恒阻与大变形的双重目的；在专利号为88204483.4的申请中公开了一种蛇形可伸长锚杆，但其蛇形段在变形过程中轴向拉力按比例增加，限制围岩的进一步变形。总之，现有的传统锚杆延伸率低，不能满足大变形围岩的要求；现有的大变形锚杆恒阻效果不甚理想，不利于在实际工程中的推广应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种摩擦套筒式大变形锚杆，克服现有传统锚杆存在的延伸率低、支护效果差的问题，同时克服现有大变形锚杆恒阻效果不甚理想的问题。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种摩擦套筒式大变形锚杆，包括外螺母（2）、垫板（3）、柱形摩擦体（5）、摩擦套筒（6）、杆体（8），其特征在于：所述摩擦套筒（6）的内壁上设有摩擦齿（62），所述杆体（8）上设有柱形摩擦体（5）。

上述技术方案可以进一步改进为：所述外螺母（2）和垫板（3）依次套装在摩擦套筒（6）的尾部。

上述技术方案可以进一步改进为：所述外螺母（2）和垫板（3）依次套装在杆体（8）的尾部。

上述技术方案可以进一步改进为：所述摩擦齿（62）按断面交错布置，每断面设置数量大于等于2个，摩擦齿（62）的齿尖形成的断面内径小于所述柱形摩擦体（5）的外径，摩擦齿（62）沿摩擦套筒（6）的轴向剖面呈三角形或梯形，柱形摩擦体（5）长度大于摩擦齿（62）沿摩擦套筒（6）布置的纵向间距。

上述技术方案可以进一步改进为：所述摩擦齿（62）为一连续闭合环体，摩擦齿（62）的断面内径小于所述柱形摩擦体（5）的外径。

上述技术方案可以进一步改进为：所述摩擦套筒（6）的一端设置尾部密封塞（1），另一端设置头部密封塞（7）。

上述技术方案可以进一步改进为：所述垫板（3）呈碟形或平面形状。 

上述技术方案可以进一步改进为：还包括一阻挡块（63），所述阻挡块（63）为环形，布置在所述摩擦套筒（6）的内表面，所述阻挡块（63）的内径略大于杆体（8）的直径。

上述技术方案可以进一步改进为：所述柱形摩擦体（5）设置在杆体（8）的尾部，通过所述内螺母（4）与所述杆体（8）尾部进行螺纹连接，或直接加工在所述杆体（8）尾部。

上述技术方案可以进一步改进为：所述柱形摩擦体（5）设置在杆体（8）的头部，通过所述内螺母（4）与所述杆体（8）头部进行螺纹连接，或直接加工在所述杆体（8）头部。

本发明的有益效果在于：能够自动适应围岩的大变形而自动延伸，同时在变形过程中可吸收围岩的变形能，从而保证其支护效果。

附图说明

图1 为本发明的结构示意图一。

图2 为本发明的结构示意图二。

图3 为摩擦齿不连续时的a-a剖面图(图中摩擦齿数量为4个)。

图4 为摩擦齿不连续时的b-b剖面图(图中摩擦齿数量为4个)。

图5 为摩擦齿为连续环体时的a-a剖面图。

图6 为碟形垫板的平面图与剖面图。

图7 为平板形垫板的平面图与剖面图。

图8为本发明优选实施例的结构示意图。

图9为本发明优选实施例的结构示意图。

图中：1-尾部密封塞     2-外螺母        3-垫板           4-内螺母 

5-柱形摩擦体     6-摩擦套筒     7-头部密封塞     8-杆体

31-垫板预留孔    61-摩擦套筒尾部螺纹     62-摩擦齿        63-阻挡块

81-杆体尾部螺纹

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

如图1所示，本发明包括外螺母2、内螺母4、垫板3、柱形摩擦体5、摩擦套筒6、杆体8等。摩擦套筒6套装于杆体8的尾部，垫板3和外螺母2依次套装在摩擦套筒6的尾部，其中垫板3的中间部分设一预留孔31，以供摩擦套筒6穿过，外螺母2通过螺纹61连接于摩擦套筒6，摩擦套筒6的长度范围为10cm~150cm，可根据围岩的允许位移大小确定。

为了实现本发明的大变形性能，摩擦套筒6的内表面设有摩擦齿62，摩擦齿62沿摩擦套筒6的轴向剖面呈三角形或梯形，内缘呈弧形，按断面交错布置，每断面设置数量一般大于等于2个(附图3、附图4中均为4个)，沿摩擦套筒6的轴向间距为5~30cm，摩擦齿也可直接设置为一闭合环体(附图5)，摩擦齿62的齿尖形成的断面内径小于柱形摩擦体5的外径。

杆体8上设置柱形摩擦体5，尤其可以设置在杆体8的尾部。柱形摩擦体5长度大于摩擦齿62沿摩擦套筒6布置的纵向间距，从而实现摩擦齿62对柱形摩擦体5阻挡力的连续性。柱形摩擦体5可通过内螺母4套装在杆体8尾部，此时杆体8尾部外表面设有与内螺母4匹配的螺纹81；柱形摩擦体5也可直接加工在杆体8的尾部而省去内螺母4和螺纹81。

摩擦套筒6可以布置在杆体8尾部，也可以布置在杆体8的其它位置，例如可布置在杆体8的头部的锚固端。在此情况下，摩擦套筒6被固定在稳定围岩中，柱形摩擦体5连接在杆体8的头部，垫板3、外螺母2连接在杆体8的尾部，随着杆体8轴向拉力的增大，杆体8向临空面发生位移。同时，摩擦齿62与柱形摩擦体5相互作用，既实现了大变形，也保证了支护效果。

柱形摩擦体5的外径大于摩擦齿62的齿尖形成的断面内径，根据本发明的受力情况，可通过调整摩擦齿62的厚度来改变其内径。当要求锚杆承载力较大时，减小摩擦齿62的齿尖形成的断面内径；当要求锚杆承载力较小时，增大摩擦齿62的齿尖形成的断面内径；通过摩擦齿62内径的调整来适应不同的围岩压力。

当本发明受到的轴向拉力小于摩擦齿62对柱形摩擦体5的阻挡力时，摩擦套筒6和柱形摩擦体5、杆体8处于相对静止状态；当本发明受到的轴向拉力大于摩擦齿62对柱形摩擦体5的阻挡力时，摩擦套筒6产生径向变形、或摩擦齿62剪切破坏、或二者兼有，摩擦套筒6和柱形摩擦体5、杆体8之间将发生相对位移。随着位移的增大，围岩的变形逐渐增大，围岩压力通常会逐渐减小，当轴向拉力减小时，摩擦套筒6和柱形摩擦体5，杆体8之间将不再发生相对位移而处于静止状态。当柱形摩擦体5即将滑过一摩擦齿62断面时，将会与下一组摩擦齿62相接触，从而实现阻挡力的连续性。

为了限制围岩的最大变形，使其不超过摩擦套筒6的长度，在摩擦套筒6头部的内表面设置阻挡块63，阻挡块63沿摩擦套筒6轴向剖面呈矩形，其内径略大于杆体8的直径，从而保证柱形摩擦体5不脱离摩擦套筒6。当柱形摩擦体5与阻挡块63接触时，本发明将不再伸长，拉拔力上升直至杆体的强度极限。

为防止岩土体及水分进入摩擦套筒6内部而导致内部结构发生锈蚀、破坏，在摩擦套筒6的两端分别设置尾部密封塞1和头部密封塞7，从而保证摩擦套筒6内部处于密闭状态。

图2所示为本发明的结构示意图二，与结构示意图一仅有少许区别。柱形摩擦体5直接加工在杆体8的尾部，相当于固接，此时不需内螺母4和螺纹81。

图3所示为摩擦齿不连续时的a-a剖面图(图中摩擦齿数量为4个)，反映了摩擦齿62的布置形式，沿摩擦套筒6内表面环向均匀布置。

图4所示为摩擦齿不连续时的b-b剖面图(图中摩擦齿数量为4个)，反映了摩擦齿62的布置形式，沿摩擦套筒6内表面环向均匀布置，图3与图4表明相邻两个断面的摩擦齿62交错布置。

图5所示摩擦齿为连续环体时的a-a剖面图，反映了摩擦齿62在垂直杆体剖面上表现为闭合环。

图6所示为碟形垫板的平面图与剖面图，垫板3的目的在于施加的锚固力有效分布在周边的岩土体上，垫板3上的预留孔31，以利于摩擦套筒6的穿过。

图7所示为平板形垫板的平面图与剖面图，垫板3的目的在于施加的锚固力有效分布在周边的岩土体上，垫板3上的预留孔31，以利于摩擦套筒6的穿过。

图8、图9所示为本发明的另外两种优选实施例的结构示意图。即：外螺母2和垫板3依次套装在杆体8的尾部，柱形摩擦体5直接加工在杆体8的头部，相当于固接；以及柱形摩擦体5可通过内螺母4套装在杆体8头部，此时杆体8头部外表面设有与内螺母4匹配的螺纹81。

本发明在与围岩相互作用时，既控制围岩变形，又允许围岩变形，随着围岩的变形，本发明自动拉伸且对围岩提供持续的支护力，从而实现支护体的稳定，消除了冒顶、塌方、岩爆、滑坡等安全隐患。

本发明通过摩擦套筒与杆体的相互作用，对大变形围岩提供持久的支护力，可适用于建筑、水利、矿业、公路、铁路等部门。本发明结构简单，制作方便，造价低廉。

Claims (8)

1.一种摩擦套筒式大变形锚杆，包括外螺母（2）、垫板（3）、柱形摩擦体（5）、摩擦套筒（6）、杆体（8），其特征在于：所述摩擦套筒（6）的内壁上设有摩擦齿（62），所述杆体（8）上设有柱形摩擦体（5）；所述摩擦齿（62）按断面交错布置，每断面设置数量大于等于2个，摩擦齿（62）的齿尖形成的断面内径小于所述柱形摩擦体（5）的外径，摩擦齿（62）沿摩擦套筒（6）的轴向剖面呈三角形或梯形，柱形摩擦体（5）长度大于摩擦齿（62）沿摩擦套筒（6）布置的纵向间距；

所述外螺母（2）和垫板（3）依次套装在摩擦套筒（6）的尾部。

2.根据权利要求1所述的一种摩擦套筒式大变形锚杆，其特征在于：所述外螺母（2）和垫板（3）依次套装在杆体（8）的尾部。

3.根据权利要求1所述的一种摩擦套筒式大变形锚杆，其特征在于：所述摩擦齿（62）为一连续闭合环体，摩擦齿（62）的断面内径小于所述柱形摩擦体（5）的外径。

4.根据权利要求1所述的摩擦套筒式大变形锚杆，其特征在于：所述摩擦套筒（6）的一端设置尾部密封塞（1），另一端设置头部密封塞（7）。

5.根据权利要求1所述的摩擦套筒式大变形锚杆，其特征在于：所述垫板（3）呈碟形或平面形状。

6.根据权利要求1所述的摩擦套筒式大变形锚杆，其特征在于：还包括一阻挡块（63），所述阻挡块（63）为环形，布置在所述摩擦套筒（6）的内表面，所述阻挡块（63）的内径略大于杆体（8）的直径。

7.根据权利要求1所述的一种摩擦套筒式大变形锚杆，其特征在于：所述柱形摩擦体（5）设置在杆体（8）的尾部，通过内螺母（4）与所述杆体（8）尾部进行螺纹连接，或直接加工在所述杆体（8）尾部。

8.根据权利要求2所述的一种摩擦套筒式大变形锚杆，其特征在于：所述柱形摩擦体（5）设置在杆体（8）的头部，通过内螺母（4）与所述杆体（8）头部进行螺纹连接，或直接加工在所述杆体（8）头部。

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