CN102953364A - 用于软土地层的多层刀片式多点位移计锚头 - Google Patents

Abstract

一种用于软土地层的多层刀片式多点位移计锚头，其特征在于，该锚头包括安置于待测土体的钻孔内的若干测点锚固头单元，各测点锚固头单元依次垂直放置且相互之间首末皆通过套管连接，每个测点锚固头单元固定钻孔纵向的一个测点。每个测点锚固头单元均包括主锚固头和锚头保护罩，主锚固头和锚头保护罩之间是螺纹连接。本发明多点位移计锚头可以由三只弹簧同步带动三片刀片式锚抓，利用其瞬间释放的弹性能量切入软土而完成锚固，不受现场条件限制，安装方便，结构简单、可靠性和稳定性强、锚固效果好、抗滑能力强、性能可靠。

Description

用于软土地层的多层刀片式多点位移计锚头

技术领域

本发明涉及一种多点位移计锚头，更具体涉及一种用于软土地层的多层刀片式多点位移计锚头。

背景技术

处于软土地区的建设工程，由于软土层具有含水量高、高压缩性、高触变性、强度低等特点，因此，在软土地区施工，将导致较大的土体变形，为确保工程安全，工程技术人员需经常了解施工过程中土体的沉降变形，分析土体变形的“时间效应”和 “空间效应”，用以判断工程施工的合理性，及时反馈分析并修正优化工程施工中存在的问题，用于指导后续工程施工。目前，有关软土地区土体位移计锚头大多采用水膨胀压缩木锚固、爪钩式锚头点接触锚固、撑开式伞形土锚锚头、注浆或锚固剂粘结孔内测点锚固等，这些锚固方式受工程施工条件限制，存在许多不足。水膨胀压缩木锚固在土体锚固中安装困难，操作不便，注水时间和膨胀时间难以控制，土体的锚固强度不够，容易造成孔内测点移动，使监测数据不准确；爪钩式锚头点接触锚固，爪钩处使土体结构破坏，造成土体锚固强度不够，可靠性差，使孔内测点偏离实际监测点，带来较大误差；撑开式伞形土锚锚头，当伞形土锚撑开时，造成土体结构破坏，特别容易造成孔口土体塌陷，使土体锚固强度降低，抗滑能力下降，影响土体锚固效果；采用注浆或锚固剂粘结孔内测点锚固时，注浆时间长，施工不便，且在极软弱土层中锚固效果不佳，造成锚固强度不可靠，带来测量误差，影响数据的精度。

以上土体位移计锚头均不适用于软土地区土体的锚固，特别是在富水软弱地层，土体自稳性较差，透水性、富水性好，锚头锚固时造成土体结构的破坏，使锚固力大幅度降低，且缺少护孔装置，容易造成塌孔，使测量不准确，而有关软土地层多层刀片式多点位移计锚头的相关研究鲜有报道。

中国专利CN 207622U管缝锚固式多点位移计，该装置包括管缝式锚头，管缝式锚头为弹簧钢制成的带缝的锥台形锚头，并配有开口尾圈和倒刺，但是该锚头主要用于岩基、井巷、硐室及隧道灯岩土工程，而不能用于软体地层的锚固。

中国专利CN 1415805A船锚式注浆张开型士锚锚头，主要包括：薄壁铜管、锚抓顶座、活塞推进体、撑杆和锚抓，锚抓顶座与薄壁钢管固定连接，撑杆两头由活动销钉分别连接活塞推进体的撑杆底座和锚抓，锚抓的头部通过活动销钉与锚抓顶座连接，锚抓的中部通过活动销钉与撑杆连接，锚头后部设置连接孔与锚索相连。但是该专利比较适用于土质基坑、边坡墙中的锚固，不适用与富水软弱软土地层的锚固，如果利用高压灌浆使锚抓张开切入锚孔孔壁，会造成土体结构的破坏，影响测量数据的精度。

中国专利CN 2078375U岩土钻孔多点位移计，主要自锚头、外伸型或凸起状弹簧片和测尺组成，锚头是由中间口径较大，两端口径小的三段开缝的异径管固定连接。该专利适用于松软岩层、煤体及土层测量，但是不适用于富水软弱的软体地层，容易造成锚固位置土体结构的破坏，使土体锚固力不足，影响位移测量的精度。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种用于软土地层的多层刀片式多点位移计锚头，该方法具有量程大、结构简单、锚固效果好、抗滑能力强、施工方便、性能可靠等优点。

本发明的技术方案如下：

本发明多层刀片式多点位移计锚头，该锚头包括安置于待测土体的钻孔内的若干测点锚固头单元，各测点锚固头单元依次垂直放置且相互之间首末皆通过套管连接，每个测点锚固头单元固定钻孔纵向的一个测点。

所述套管为中空的构件，各段套管的长度可根据位移测点的间隔长度选用钢管进行定制；

所述钻孔内测点锚固头单元设计为面接触式，每个测点锚固头单元均包括主锚固头10和锚头保护罩11，主锚固头10和锚头保护罩11之间是螺纹连接，测点锚固头上端是由主锚固头10通过锁定螺钉与上套管连接，其下端是由锚头保护罩11通过锁定螺钉与下套管连接。

所述主锚固头10包括压簧装置、若干扭簧、若干刀片式锚抓、若干铟钢丝及定滑轮、垂直套筒和水平固定板，扭簧数量和刀片式锚抓数量一致，且各扭簧输出端分别与刀片式锚抓基部铰接。所述压簧装置置于主锚固头中央，所述若干扭簧均匀分布于主锚固头外围区域，在水平方向，所述垂直套筒置于压簧装置和扭簧之间用于限位。在垂直方向，所述水平固定板置于压簧装置和扭簧之间用于限位，保证所述压簧装置底部位于扭簧顶部之上。

所述压簧装置置于所述主锚固头中央，包括压簧、固定轴、压簧底座和顶盖，所述压簧套入固定轴上，固定轴固着于压簧底座上，所述顶盖置于固定轴顶端，且顶盖自身重力足以静止压紧压簧。

所述压簧装置上方设置一对铟钢丝及定滑轮，铟钢丝连接于压簧装置的顶盖上顶部中央，通过定滑轮使得顶盖起升或下降始终处于垂直方向，

所述若干扭簧与压簧装置之间分别通过若干对铟钢丝及定滑轮连接，定滑轮分别固定于水平固定板上，位置相对于扭簧输入端，而各铟钢丝一端连接于压簧装置的顶盖下部边沿，另一端分别连接于对应各扭簧的输入端，通过定滑轮使得顶盖起升或下降垂直方向运动同步转化成若干水平方向对扭簧输入端的牵拉动作，扭簧的输出端旋转使刀片式锚抓迅速伸开插入本锚固头单元所在测点的钻孔土体内。

进一步优化技术方案，所述压簧座底部设有垂直固定架，垂直固定架高度可调节整个压簧装置的高度，适应整个主锚固头10尺寸高度，且保证压簧装置位于扭簧之上。

进一步细化技术方案，所述主锚固头10和锚头保护罩11之间是螺纹连接，具体为主锚固头10为内螺纹，保护罩为外螺纹，在主锚固头内螺纹顶部设置第二水平固定板，所述垂直固定架可焊接固定于该第二水平固定板上，且在保护罩安装于主锚固头时起限位作用。

进一步优化技术方案，所述若干扭簧、若干刀片式锚抓分别都为三个，且扭簧与压簧之间的铟钢丝及定滑轮也为三对，它们位置相对，圆周内120°夹角分布。

进一步优化技术方案，所述刀片式锚抓外沿为刀刃状，切入土体内为面接触，有利于切入软土地层而不破坏土体的结构，避免钻孔塌孔现象的发生，增强锚抓与孔壁的接触效果，提高刀片式多点位移计锚头的抗滑能力。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和有益效果：

1、本发明多点位移计锚头可以由三只弹簧同步带动三片刀片式锚抓，利用其瞬间释放的弹性能量切入软土而完成锚固，不受现场条件限制，安装方便，结构简单、可靠性和稳定性强、锚固效果好、抗滑能力强、性能可靠。

   2、本发明刀片式锚抓外沿为刀刃状的特点，有利于切入软土地层而不破坏土体的结构，使得锚抓与孔壁的接触更加紧密，提高刀片式多点位移计锚头的抗滑能力，锚固效果更可靠，可适用于软土地层不同孔径内的锚固。

3、本发明具有量程大、精度高、测量过程不受施工干扰、无人为测量误差、施工安全、安装简单、测量方便、工作效率高等优点。

附图说明

图1 为本发明多层刀片式多点位移计锚头结构示意图。

图2为本发明孔内测点锚固头1A结构示意图。

图3为对应于图2的结构装配示意图。

图4为刀片式锚抓收拢时结构示意图。

图5为刀片式锚抓张开时结构示意图。

其中：1为孔内测点锚固头单元，2连接套管，4为钻孔，5为铟钢丝，10为主锚固头，11为锚头保护罩，12为锁定螺钉，13为压簧底座，14为压簧，15为顶盖，16为固定轴，17为垂直固定架，18为水平固定板，19为第二水平固定板，20为扭簧，21为垂直套筒，22为刀片式锚抓，23为定滑轮，24为内螺纹，25为保护罩连接螺纹。

具体实施方式

以下结合附图所示实施例对本发明作进一步的说明。

如图1所示，本实施例用于软土地层的多层刀片式多点位移计锚头，纵向相继共有三个孔内测点锚固头单元1，实际情况根据测点数量来定串接的锚固头单元数量。

如图4、图5所示，本实施例每个孔内测点锚固头单元1内设置三个锚抓22、三个扭簧20，扭簧与压簧之间的铟钢丝及定滑轮也为三对，它们位置相对，圆周内120°夹角分布。这仅是优选的实施例，本发明技术方案保护范围不局限于本实施例。

以下详细介绍本发明的优选实施例。

如图1所示，三个测点锚固头单元依次垂直放置且相互之间首末皆通过套管2连接，每个测点锚固头单元固定钻孔纵向的一个测点。在钻孔4内，各段连接套管2的长度，可根据位移测点的间隔长度选用钢管进行定制。

如图2、图3所示，所述钻孔内测点锚固头单元设计为面接触式，每个测点锚固头单元均包括主锚固头10和锚头保护罩11，主锚固头和锚头保护罩之间是螺纹连接，具体为主锚固头为内螺纹，保护罩为外螺纹。测点锚固头上端是由主锚固头通过锁定螺钉12与上套管连接，其下端是由锚头保护罩11通过锁定螺钉12与下套管连接。

所述主锚固头10包括压簧装置、三个扭簧、三个刀片式锚抓、四个铟钢丝及定滑轮、垂直套筒21、水平固定板18和第二水平固定板19，各扭簧输出端分别与刀片式锚抓基部铰接。所述压簧装置置于主锚固头中央，所述若干扭簧均匀分布于主锚固头外围区域，在水平方向，所述垂直套筒置于压簧装置和扭簧之间用于限位。在垂直方向，所述水平固定板置于压簧装置和扭簧之间用于限位，保证所述压簧装置底部位于扭簧顶部之上。

所述压簧装置置于所述主锚固头中央，包括压簧14、固定轴16、压簧底座13、顶盖15和垂直固定架17，所述压簧套入固定轴上，固定轴固着于压簧底座13上，压簧底座13焊接于垂直固定架17上，垂直固定架17焊接在第二水平板19上，所述顶盖15置于固定轴16顶端，且顶盖15自身重力足以静止压紧压簧14。

所述压簧装置上方设置一对铟钢丝及定滑轮，铟钢丝5连接于压簧装置的顶盖15上顶部中心，通过定滑轮23使得顶盖15起升或下降始终处于垂直方向，

所述三个扭簧与压簧装置之间分别通过另外三对铟钢丝及定滑轮连接，三定滑轮23分别固定于水平固定板18上，位置相对于扭簧20输入端，而各铟钢丝一端连接于压簧装置的顶盖下部边沿，另一端分别连接于对应各扭簧20的输入端，通过定滑轮23使得顶盖15起升或下降垂直方向运动同步转化成若干水平方向对扭簧输入端的牵拉动作，扭簧20的输出端旋转使刀片式锚抓22迅速伸开插入本锚固头单元所在测点的钻孔土体内。三个刀片式锚抓22处于同一水平面，相互之间呈120度夹角，且置于主锚固头10和锚头保护罩11之间夹层内。

如图4、图5所示，三个刀片式锚抓包括锚抓22，各锚抓互为120°夹角，所述刀片式锚抓22外沿为刀刃状，切入土体内为面接触，有利于切入软土地层而不破坏土体的结构，避免钻孔塌孔现象的发生，增强锚抓与孔壁的接触效果，提高刀片式多点位移计锚头的抗滑能力。

工作流程如下：

孔内测点锚固头单元1内：

当压簧14、三个扭簧20处于静压状态，三个刀片式锚抓2闭合，此时锚抓收拢，可方便放入钻孔内；

当外力拉动铟钢丝5时，顶盖15随着外力的增大由下往上滑动，压簧14瞬间释放弹出，依次在三对铟钢丝5及定滑轮23、三个扭簧20传动下迅速同步带动三个刀片式锚抓22张开并切入软土地层，使三片刀片式锚抓22与孔壁紧密接触，提高测点的锚固力。

根据设计深度，可组成多层刀片式多点位移计锚头，只需将多个孔内测点锚固头单元通过其各自的铟钢丝5，分别与上下的连接套管2连接，上连接套管与下连接套管之间的间距，可根据位移测点的间隔长度选用钢管进行连接。当测点数量超过3个时，也可依据上述组合方法，将多个孔内测点锚固头依次连接。

Claims (6)

1.一种用于软土地层的多层刀片式多点位移计锚头，其特征在于，该锚头包括安置于待测土体的钻孔内的若干测点锚固头单元，各测点锚固头单元依次垂直放置且相互之间首末皆通过套管连接，每个测点锚固头单元固定钻孔纵向的一个测点,

所述套管为中空的构件，

每个测点锚固头单元均包括主锚固头和锚头保护罩，主锚固头和锚头保护罩之间是螺纹连接，测点锚固头上端是由主锚固头通过锁定螺钉与上套管连接，其下端是由锚头保护罩通过锁定螺钉与下套管连接,

所述主锚固头包括压簧装置、若干扭簧、若干刀片式锚抓、若干铟钢丝及定滑轮、垂直套筒和水平固定板，扭簧数量和刀片式锚抓数量一致，且各扭簧输出端分别与刀片式锚抓基部铰接,

所述压簧装置置于主锚固头中央，所述若干扭簧均匀分布于主锚固头外围区域，在水平方向，所述垂直套筒置于压簧装置和扭簧之间用于限位,在垂直方向，所述水平固定板置于压簧装置和扭簧之间用于限位，

所述压簧装置包括压簧、固定轴、压簧底座和顶盖，所述压簧套入固定轴上，固定轴固着于压簧底座上，所述顶盖置于固定轴顶端，且顶盖自身重力足以静止压紧压簧,

所述压簧装置上方设置一对铟钢丝及定滑轮，铟钢丝连接于压簧装置的顶盖上顶部中心，通过定滑轮使得顶盖起升或下降始终处于垂直方向，

所述若干扭簧与压簧装置之间分别通过若干对铟钢丝及定滑轮连接，定滑轮分别固定于水平固定板上，位置相对于扭簧输入端，而各铟钢丝一端连接于压簧装置的顶盖下部边沿，另一端分别连接于对应各扭簧的输入端，通过定滑轮使得顶盖起升或下降垂直方向运动同步转化成水平方向对扭簧输入端的牵拉动作，扭簧的输出端旋转使刀片式锚抓迅速伸开插入本锚固头单元所在测点的钻孔土体内。

2.如权利要求1所述的用于软土地层的多层刀片式多点位移计锚头，其特征在于，所述压簧座底部设有垂直固定架，压簧座底部固定于垂直固定架之上。

3.如权利要求1所述的用于软土地层的多层刀片式多点位移计锚头，其特征在于，所述主锚固头和锚头保护罩之间是螺纹连接关系，具体为主锚固头为内螺纹，保护罩为外螺纹。

4.如权利要求3所述的用于软土地层的多层刀片式多点位移计锚头，其特征在于，在主锚固头内螺纹顶部设置第二水平固定板，所述垂直固定架焊接固定于该第二水平固定板上，且在保护罩安装于主锚固头时起限位作用。

5.如权利要求1所述的用于软土地层的多层刀片式多点位移计锚头，其特征在于，所述若干扭簧、若干刀片式锚抓分别都为三个，且扭簧与压簧之间的铟钢丝及定滑轮也为三对，它们位置相对，圆周内120°夹角分布。

6.如权利要求1所述的用于软土地层的多层刀片式多点位移计锚头，其特征在于，所述刀片式锚抓外沿为刀刃状，切入土体内为面接触。

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