CN105422150A - 一种frp喷灌组合锚杆 - Google Patents

Abstract

一种FRP喷灌组合锚杆，包括FRP空心锚杆，所述FRP空心锚杆的上端设有用以锚固FRP空心锚杆的锚固头，所述组合锚杆还包括用以钻锚杆孔的钻头，所述钻头可拆卸的安装在所述FRP空心锚杆的下端。本发明提供一种使用方便的喷灌组合锚杆。

Description

一种FRP喷灌组合锚杆

技术领域

本发明属于岩土锚固技术领域，尤其涉及一种FRP喷灌组合锚杆。

背景技术

在土木工程领域，锚杆的使用已有悠久的历史，但锚杆大多应用于岩体当中，集中用于采矿工程及岩体隧道的临时支护，由于临时支护的工作时间较短，锚杆多采用金属锚杆作为基本材质，锚固方式多利用岩体的坚固，将锚杆体与岩体固结，主要有孔底端锚及全长粘结锚固方式。随着我国高速公路的快速发展及城市高层建筑的普及，锚杆的作用原理被引入这些工程中，并被大量用于土体边坡稳定及高层建筑地下室抗浮稳定，但此类工程有与传统锚杆技术相比有明显的特点，其一是此类锚杆均要求长期工作，要求锚杆能正常发挥作用的时间与工程本身是同寿命的；其二是多为土体锚杆，即锚杆所处的工作环境为土体地层，除了锚固体自身坚固性差，且长期处于含水等不利条件，这对此类锚杆的杆体材质与相应的锚固技术提出了更高的要求。目前针对此类永久性的锚杆提出了FRP锚杆，利用纤维与环氧类的抗锈性能来解决耐久性问题，同时，利用在土层中压浆、采用各种材质的灌浆嚢袋来锚固锚杆，提高锚杆在土体中的锚固力；但这些施工技术尚未能形成系列化的锚杆及锚杆施工技术，锚杆杆体、锚固嚢袋、钻孔等工艺无法统一，影响施工进度和施工质量，导致锚固效果差、效率不高，推广应用受阻。

发明内容

为了克服现有技术存在的不足，本发明提供一种使用方便的FRP喷灌组合锚杆。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种FRP喷灌组合锚杆，包括FRP空心锚杆，所述FRP空心锚杆的上端设有用以锚固FRP空心锚杆的锚固头，所述组合锚杆还包括用以钻锚杆孔的钻头，所述钻头可拆卸的安装在所述FRP空心锚杆的下端。

进一步，所述FRP空心锚杆设有两段以上，相邻两段FRP空心锚杆之间通过锚杆接头连接，所述锚杆接头与所述FRP空心锚杆同轴设置，所述FRP空心锚杆外设有外螺纹，所述锚杆接头内设有与所述外螺纹相配合的内螺纹，所述锚杆接头内设有用以连通相邻两段FRP空心锚杆的中心锥形孔，所述中心锥形孔与所述FRP空心锚杆同轴设置；所述锚杆接头上还设有用以低压灌浆通过的低压灌浆通道，所述低压灌浆通道包括低压灌浆进口和低压灌浆出口，所述低压灌浆出口位于所述低压灌浆进口的上方，所述低压灌浆进口与所述FRP空心锚杆连通。

再进一步，所述组合锚杆还包括用以装水泥浆液的浆囊袋，所述浆囊袋设置在所述锚杆接头的四周，所述低压灌浆出口与所述浆囊袋连通。

再进一步，所述组合锚杆还包括用以浆囊袋在锚杆孔处进行扩孔的高压旋喷喷头，所述高压旋喷喷头可拆卸的安装在所述FRP空心锚杆的下端。

再进一步，所述低压灌浆出口处设置有用以防止锚杆孔外的土体或泥浆进入FRP空心锚杆内的密封圈。

更进一步，所述钻头与所述FRP空心锚杆、所述高压旋喷喷头与所述FRP空心锚杆均螺纹连接。

本发明的设计原理是：针对锚杆孔钻进过程需要切削土体或岩体，同时将土屑及岩屑带出孔外，本发明是将现有的FRP空心锚杆兼作钻孔用的钻杆，在钻进过程中用中心孔注入水或泥浆水，使孔壁得以稳定；再利用其中心孔向孔底及设计浆嚢袋位置进行高压旋喷作业，利用高压水泥浆液切削周围土体，同时置换出锚杆孔的泥浆；再通过锚杆中心孔向浆嚢袋注入水泥浆，使浆嚢袋膨胀与扩径孔壁紧贴，达到锚杆与土体的紧密接触，实现锚杆的锚固作用；

本发明利用FRP空心锚杆外表面的螺纹结构，提高其与灌入砂浆间的粘结力，在每个需要加浆嚢袋处加一个锚杆接头，此锚杆接头具有让高压旋喷浆液从锚杆接头处高速通过，由于锚杆接头的结构在高压浆液通过时让锚杆杆体中心孔口与锚杆接头间形成一个低负压区，不会使高压浆液注入浆嚢袋；锚杆接头上有低压灌浆通道与浆嚢袋相通，采用低压灌浆时，锚杆杆体中心孔内的水泥浆液通过低压灌浆进口将水泥浆注入浆嚢袋，低压灌浆出口外加橡胶圈，以防止在锚杆下放及高压喷浆时外侧的土体或泥浆等进入锚杆内。

本发明的有益效果主要表现在：采用FRP中空锚杆，可使钻、喷、灌的作业均利用锚杆杆体来实现；可将锚杆分成几段，可用锚杆接头将其连接，同时可在锚杆接头位置设置浆嚢袋，通过锚杆接头上的两个方向孔，使高压旋喷浆与低压灌浆分路通过。

附图说明

图1是一种FRP喷灌组合锚杆的结构示意图。

图2是钻头示意图。

图3是一种FRP喷灌组合锚杆的应用示意图。

图4是锚杆接头示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。

参照图1～图4，一种FRP喷灌组合锚杆，包括FRP空心锚杆1，所述FRP空心锚杆1的上端设有用以锚固FRP空心锚杆的锚固头9，所述组合锚杆还包括用以钻锚杆孔的钻头6，所述钻头6可拆卸的安装在所述FRP空心锚杆1的下端。

进一步，所述FRP空心锚杆1设有两段以上，相邻两段FRP空心锚杆之间通过锚杆接头2连接，所述锚杆接头2与所述FRP空心锚杆1同轴设置，所述FRP空心锚杆1外设有外螺纹4，所述锚杆接头2内设有与所述外螺纹4相配合的内螺纹，所述锚杆接头2内设有用以连通相邻两段FRP空心锚杆1的中心锥形孔21，所述中心锥形孔21与所述FRP空心锚杆1同轴设置；所述锚杆接头2上还设有用以低压灌浆通过的低压灌浆通道22，所述低压灌浆通道22包括低压灌浆进口和低压灌浆出口，所述低压灌浆出口位于所述低压灌浆进口的上方，所述低压灌浆进口与所述FRP空心锚杆1连通。

再进一步，所述组合锚杆还包括用以装水泥浆液的浆囊袋3，所述浆囊袋3设置在所述锚杆接头2的四周，所述低压灌浆出口与所述浆囊袋3连通。

再进一步，所述组合锚杆还包括用以浆囊袋3在锚杆孔处进行扩孔的高压旋喷喷头5，所述高压旋喷喷头5可拆卸的安装在所述FRP空心锚杆1的下端。

再进一步，所述低压灌浆出口处设置有用以防止锚杆孔外的土体或泥浆进入FRP空心锚杆1内的密封圈23。

更进一步，所述钻头6与所述FRP空心锚杆1、所述高压旋喷喷头5与所述FRP空心锚杆1均螺纹连接。

本实施例中，所述锚固头9包括端板和锚固螺母，所述端板、所述锚固螺母自下而上套装在所述FRP空心锚杆1的上端，所述锚固螺母压紧在所述端板上；当FRP空心锚杆1作为钻杆时，FRP空心锚杆1的上端与钻机和水管相连，拧紧各接头，直接钻孔；所述密封圈23为橡胶圈；当需钻锚杆孔7时将钻孔钻头6安装在FRP空心锚杆杆体上，钻锚杆孔7到设计深度后提起锚杆杆体及钻头6，将钻头6换成高压旋喷头5就可进行旋喷切削作业，锚杆孔7与钻孔为同一孔，锚杆孔7内注入有水泥浆液10。

如图4所示，A为高压旋喷浆液和低压灌浆流进方向，即来浆方向，B为低压灌浆流出方向。

本发明是建立在纤维增强锚杆体作为锚杆的主要受力体，按锚杆的抗拔承载力要求和所处土层的结构特征设置一个或若干个纤维布浆嚢袋作为增加锚杆抗拔力的主要措施。钻喷灌组合锚杆主要通过锚杆本身的中空特性，在锚杆生产过中在杆截面中心留置出中心孔，中心孔的孔径可以根据锚杆抗拔力承载力要求和锚杆体中增强纤维的强度设计，由组合锚杆体的技术特点要求，最小孔径不小于5mm；组合锚杆的总长可以是一根整体锚杆，也可根据锚杆的设计深度分若干段组成，段间采用专用锚杆接头通过锚杆杆体外表面的螺纹相连，锚杆接头2与锚杆杆体保持同轴；在锚杆杆体端部安装与地层条件相适应的钻头，钻锚杆孔7至设计深度，当锚杆杆体长度不足时，可利用锚杆接头接长；提出锚杆杆体卸下用以钻孔的钻头6，装上高压旋喷喷头5，自上而下逐个在设计扩径位置进行旋喷扩径至孔底为止，并排出锚杆孔中泥浆，同时在接长锚杆杆体时将浆嚢袋3安在锚杆杆体的相应位置；向浆嚢袋3注入水泥浆，使其完全膨胀，紧贴扩径8孔壁；待注入的水泥浆凝固并达到设计强度后，在锚杆杆体孔口端加端板，张拉加预应力并锚固。

本发明的具体实施方案如下：

1)根据锚杆的抗拔力设计要求和地层条件，确定锚杆杆体的分段数及浆嚢袋的设置位置，其中锚杆杆体底部应是首选作为浆嚢袋的位置，应使浆嚢袋位于地层条件较好的土层中，且尽可能向深部布设。每根锚杆杆体的浆嚢袋个数也不宜过多，以不超5个为宜。每个浆嚢袋处需配一个锚杆接头。当设计锚杆的抗拔力要求较低，不设浆嚢袋时，锚杆杆体应尽可能整长，不设锚杆接头。当只在锚杆底端设一个浆嚢袋时，锚杆杆体也应尽可能取整长，而在锚杆端头配一个锚杆接头，以便安装浆嚢袋。

2)根据锚杆孔设计深度确定钻孔方式，当锚杆杆体长度小于5m时，或钻孔后直接用砂浆锚固锚杆时(不进行扩径和安设浆嚢袋的情况)可以直接采用锚杆杆体作为钻孔钻杆，当锚杆杆体长度大于5m以上时，宜采用专用的锚杆钻机钻孔。

3)当采用锚杆作为钻杆时，将与钻进地层相适应的钻头(粘土、砂土及岩石等)安装在锚杆杆体端部，将锚杆杆体的另一端与钻机和水管相连，拧紧各接头，直接钻孔。

4)锚杆孔成孔后，孔内应有泥浆护壁，保证孔壁不坍塌；当设计锚杆不设浆嚢袋，且将锚杆作为钻杆时，可不提起锚杆杆体，而直接向锚杆孔内灌注水泥砂浆，置换出孔中的泥浆。

当设计锚杆需设浆嚢袋时，应将锚杆杆体提出孔口，将钻头卸下，换上高压旋喷喷头，自上而下在每个浆嚢袋位置进行扩孔，直至钻孔底部；扩孔用的高压水泥的压力应不小于20MPa(当压力小于10MPa时无法使旋喷喷头旋转喷浆)；扩孔孔径与长度按浆嚢袋尺寸确定(扩孔孔径必须小于浆嚢袋完全膨胀后直径10mm以上，大于原孔径40mm以上，扩径段长度应小于浆嚢袋完全膨胀后长度的95％)，待锚杆孔内的泥浆全部被水泥浆置换后即可停止喷浆。在自上而下扩孔时，随着锚杆杆体的接长，可将浆嚢袋逐个安设在锚杆杆体上。

浆嚢袋采用土工布作为编织材料，为一直筒状结构，上、下沿口压在锚杆接头的上、下端，用专用的中通孔压紧螺母将浆嚢袋上、下沿口与锚杆接头的上、下端口压紧，浆嚢袋的直径与长度均大于锚杆接头的直径与长度，在没有灌浆时，浆嚢袋处于折皱状态，可从钻孔中下放。

5)待锚杆杆体及浆嚢袋全部就位后，可向浆嚢袋灌注水泥浆，此时的灌浆压力可控制在5MPa以内，按扩孔体积可初估出灌浆量，具体控制可按灌浆压力来确定，灌浆压力突然升高，说明浆嚢袋已全部撑开，并灌满浆液，则可停止灌浆。

6)待锚杆孔内的水泥浆全部凝固，且强度达到设计强度后，就可在孔口加上端板，张拉一定预紧力后进行锚固；预紧力通过杆端的锚固螺母的压紧来实现，预紧力的大小由杆端锚杆相对拔出量来控制，相对拔出量按锚杆长度控制在10～100mm为宜，且以锚杆长者取大值，例如锚杆长度30m时，可取控制值为80mm。

Claims (6)

1.一种FRP喷灌组合锚杆，包括FRP空心锚杆，所述FRP空心锚杆的上端设有用以锚固FRP空心锚杆的锚固头，其特征在于：所述组合锚杆还包括用以钻锚杆孔的钻头，所述钻头可拆卸的安装在所述FRP空心锚杆的下端。

2.如权利要求1所述的一种FRP喷灌组合锚杆，其特征在于：所述中空锚杆杆体设有两段以上，相邻两段FRP空心锚杆之间通过锚杆接头连接，所述锚杆接头与所述FRP空心锚杆同轴设置，所述FRP空心锚杆外设有外螺纹，所述锚杆接头内设有与所述外螺纹相配合的内螺纹，所述锚杆接头内设有用以连通相邻两段FRP空心锚杆的中心锥形孔，所述中心锥形孔与所述FRP空心锚杆同轴设置；所述锚杆接头上还设有用以低压灌浆通过的低压灌浆通道，所述低压灌浆通道包括低压灌浆进口和低压灌浆出口，所述低压灌浆出口位于所述低压灌浆进口的上方，所述低压灌浆进口与所述FRP空心锚杆连通。

3.如权利要求2所述的一种FRP喷灌组合锚杆，其特征在于：所述组合锚杆还包括用以装水泥浆液的浆囊袋，所述浆囊袋设置在所述锚杆接头的四周，所述低压灌浆出口与所述浆囊袋连通。

4.如权利要求3所述的一种FRP喷灌组合锚杆，其特征在于：所述组合锚杆还包括用以浆囊袋在锚杆孔处进行扩孔的高压旋喷喷头，所述高压旋喷喷头可拆卸的安装在所述FRP空心锚杆的下端。

5.如权利要求3所述的一种FRP喷灌组合锚杆，其特征在于：所述低压灌浆出口处设置有用以防止锚杆孔外的土体或泥浆进入FRP空心锚杆内的密封圈。

6.如权利要求4所述的一种FRP喷灌组合锚杆，其特征在于：所述钻头与所述FRP空心锚杆、所述高压旋喷喷头与所述FRP空心锚杆均螺纹连接。