CN105908740B - 一种针对深大滑坡超长锚固的预应力锚索锚固端装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种针对深大滑坡超长锚固的预应力锚索锚固端装置，包括结构主体(1)、嵌固杆(2)、柱状杆体(3)、限制环(4)。结构主体用于连接组装内锚固端各部件，柱状杆体植入结构主体孔洞(10)内，钢索体(6)穿过柱状杆体并与其末端固定连接；柱状杆体外部平行凹槽(9)与嵌固杆顶端锯齿(8)紧密咬接，柱状杆体下移带动嵌固杆旋转展开并嵌入到洞壁围岩当中以提供锚固力，限制环限制了嵌固杆的最大展开度并使各嵌固杆同步展开。本发明原理清晰、结构简单巧妙，安装后即可进行预应力张拉提供瞬时锚固力,将预应力由多个锚固端装置同步均匀承担，并能满足后期对锚索的补拉，适用于需要超长锚固的深大滑坡瞬时或永久性稳定支护。

Description

一种针对深大滑坡超长锚固的预应力锚索锚固端装置

技术领域

本发明涉及一种锚索锚固端装置，属于岩土工程预应力锚索锚固领域，具体涉及一种针对深大滑坡超长锚固的预应力锚索锚固端装置，主要适用于深大滑坡的瞬时或永久性锚固支护。

背景技术

近年来，随着经济的不断发展，一些高速公路等工程的建设正逐步向西部偏远山区迈进，类似工程不可避免的要穿越大型山体滑坡，随之而来的对于山区深大滑坡的稳定性支护也逐渐吸引了人们的注意。

预应力锚索因其锚固深度大、能提供主动支护力等优点，普遍应用于滑坡的稳定性支护。预应力锚索按其锚固力产生机制可分为机械型锚索和黏结型锚索，无论基于何种机制的锚索，其锚固过程需解决的基本问题均为“装置扎根”及“支护时间”，即如何将装置稳固在洞壁围岩中以提供足够的稳定预应力、如何减少施工时间以配合最优支护时机，现存针对锚索的优化设计也大都基于这两个方面。传统的预应力锚索对于短距离的锚固取得不错效果，但随工程建设向偏远山区的逐步深入，一些深大滑坡的超长支护被越来越多的涉及，传统的预应力锚索已经难以满足类似工程需求，如何对该类滑坡进行有效支护已成为目前急待解决的问题。

当锚索长度较长时(如三峡大坝的建设中个别锚索达到了近八十米),由于岩体本身的不确定性,锚索体有可能穿过岩体严重破裂区，此时使用传统注浆锚索注浆时往往会造成浆液不明缘由的大量流失；并且一旦钢索体较长易出现部分黏结段拉应力集中而使注浆体被拉裂,并且由此造成的往往是连锁性的开裂破坏，可能导致锚索预应力逐步损失减小直至完全丧失,装置存在“扎根”问题。

传统注浆锚索面临的另一个重要问题就是施工周期问题，浆液本身具有一定凝固周期会导致施工周期较长，而现代支护理论已经越来越重视到了隧道围岩支护的时机问题，对于需要考虑支护时机的围岩支护来说，注浆锚索有可能使我们失去最优支护时间，并且对于某些需要提供瞬时支护力的滑坡抢险等工程，此类注浆锚索更是无法应用。

现存针对深大滑坡超长锚固的机械式锚索一般只具有单一锚固端(即单一锚头),锚固端位于锚索体顶部并以此进行单点锚固。此类锚索仅依靠孔顶锚固端附近的围岩强度而不能充分利用孔洞全长侧壁围岩的强度,大都存在锚固力不足问题；当预应力较大时，一旦锚索顶部围岩强度不足或者锚头与围岩间的单一锚固点锚固不稳固，整个装置将全部失效。

全长多端锚固式锚索类型很少，并大都靠机械的增加锚索锚固端装置来实现的多端点锚固，装置组装多具随意性；锚固端装置安装后能否全部嵌固到洞壁当中或者各锚固端是否受力同步均匀难以保障；而实际情况往往是装置安装后常常只有部分锚固端嵌入围岩中提供锚固力，而大部分锚固端则处于自由状态，造成了材料浪费、锚固效率降低，并且各个锚固端不能够均匀同步受力极易造成个别锚固端装置被拉坏从而产生连锁效应使锚索逐步失效。

综上所述，预应力锚索在深大滑坡的超长锚固中所存在的“装置扎根”及“支护时间”问题亟待解决。

发明内容

本发明的目的在于，提供了一种充分利用孔洞全长侧壁围岩强度进行多端点锚固的预应力锚索锚固端装置，通过岩体与多个锚固端间的机械嵌固力提供预应力，配合锚固端巧妙构造使预应力均匀同步承担于各锚固端，用于解决预应力锚索在深大滑坡的超长锚固中所存在的“装置扎根”及“支护时间”问题。

为解决以上技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种针对深大滑坡超长锚固的预应力锚索锚固端装置，包括结构主体，所述结构主体沿周向均匀设有若干连接座，所述每个连接座分别与对应的嵌固杆转动连接，结构主体开有缺口以供嵌固杆顶部的锯齿穿过；

一柱状杆体设置于所述结构主体中空腔体内，所述柱状杆体与钢索体固定连接，且通过设置于自身外侧的若干组凹槽与对应嵌固杆一端的锯齿结构咬合，使得柱状杆体相对结构主体有上下位移时能使嵌固杆收拢或展开。

所述结构主体与每个嵌固杆之间分别设有弹簧，以使嵌固杆在未拉动钢索体前有向两端展开趋势；以及一限制环套于嵌固杆外部，用于限制嵌固杆的最大展开度，并使得每个嵌固杆能够同步展开。

进一步的，所述嵌固杆的锯齿端设有嵌固孔，通过固定螺母与连接座的嵌入口转动连接。工作时，嵌固杆能够随着柱状杆体的下移而被带动并绕固定螺母旋转展开从而嵌入到洞壁围岩中。

进一步的，所述柱状杆体中间开有孔洞以供钢索体穿过，下端设有连接缝，通过固定环与钢索体进行固定连接。

进一步的，装置外部涂抹有黄油，一方面黄油的润滑作用使装置更容易旋转展开,另一方面黄油能够在装置外部形成一层保护层,有效防止装置由于腐蚀作用而生锈失效。

本发明使锚索的预应力均匀分布于每一锚固端，优化了锚固端的应力承担，增加了锚索预应力；一方面使锚索体能够牢牢锚固于钻孔岩体内，另一方面充分满足了现代支护理论对“支护时间”的要求。大大提高了锚索每一锚固端的锚固效率，避免了钢索体部分位置的拉应力集中，提高了锚索整体预应力，并无需注浆凝固，缩短了施工时间。

附图说明

图1为本发明装置在岩体中的锚固示意图；

图2为本发明装置整体结构示意图；

图3为本发明装置的结构俯视图；

图4为本发明装置结构主体的结构示意图；

图5为本发明装置嵌固杆的结构示意图；

图6为本发明装置柱状杆体的结构示意图。

图中：1—结构主体；2—嵌固杆；3—柱状杆体；4—限制环；5—固定环；6—钢索体；7—固定螺母；8—锯齿；9—凹槽；10—孔洞；11—嵌入口；12-嵌固孔；13—连接座；14—连接缝；15—中空钢管；16—弹簧；17—外锚固端；18—孔洞侧壁围岩；19—缺口。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明的实施方式作进一步描述。

如图2-图6所示，本发明装置主要包括结构主体1、嵌固杆2、柱状杆体3和限制环4。

其中结构主体1由中空钢管15与四个具有一定厚度的连接座13对称焊接而成，每一连接座13均开有嵌入口11，利用固定螺母7与嵌固杆2上的嵌固孔12进行对应连接。结构主体1主要用于连接其余各部件并固定部件间的相对位置。

嵌固杆2上端设有半圆环状锯齿8，下端有可嵌入岩体的倒钩爪，同时嵌固杆2靠近锯齿8端设有嵌固孔12。安装时嵌固杆2设置于连接座13的缺口19内，通过固定螺母7与连接座13转动连接，并可以固定螺母7为中心进行旋转从而将嵌固杆2展开嵌入围岩当中。

柱状杆体3外部设有具有一定深度的等距离平行凹槽9，凹槽9宽度与嵌固杆2上每一个锯齿8尺寸相对应，安装后各嵌固杆2围绕柱状杆体3并紧密咬合凹槽9。

柱状杆体3插入到结构主体1的中空钢管15内，并且柱状杆体3中间开有孔洞10以供钢索体6穿过，下端设有连接缝14，通过固定环5与钢索体6进行固定连接。

限制环4套于嵌固杆2外部，一方面限制环4限制了嵌固杆2的最大展开度，使嵌固杆2不至于过分展开从而失去嵌固力，另一方面限制环4连通了每一嵌固杆2，使嵌固杆2之间受力均匀并同步展开嵌入至洞壁围岩当中。

弹簧16位于嵌固杆2与结构主体1之间，锚索植入孔洞时其处于微压缩状态，以使嵌固杆2在未拉动钢索体6前有向两端展开趋势。

在具体设计时，由于装置主要以嵌固杆2与洞壁围岩间的机械锚固力来提供预应力，当预应力需求较大时，对结构主体1尤其是连接座13的嵌入口11处、固定螺母7及嵌固杆2刚度要求较高，并且嵌固杆2上端半圆环状锯齿8与柱状杆体3的平行凹槽9咬合紧密并且刚度要足够大，这样才使该装置不至于被拉坏。

本装置的应用如图1所示，将本发明装置植入已打好的钻孔内，由于弹簧16的初始状态为微压缩，进入孔洞后弹簧16略微展开，受弹簧16的作用嵌固杆2有张开趋势对孔洞侧壁有一定力的作用。

张拉外锚固端钢索体6，使其拉动柱状杆体3下移，柱状杆体3的下移带动通过半圆环锯齿8和凹槽9咬合的四个嵌固杆2绕固定螺母7进行相应的旋转，使每一嵌固杆2同步展开并嵌入到洞壁围岩当中，并且随着拉力的增加，嵌固杆2的嵌入的程度也就越深，以此来提供足够的预应力。

限制环4限制了嵌固杆2的最大展开位移使其不至于过分展开而失去锚固力，并且使每一嵌固杆2受力同步、均匀。

钢索体6与柱状杆体3固定连接,因此一旦钢索体6下拉就能够带动锚索每一柱状杆体3的下移,每一锚固端的嵌固杆2均会随着柱状杆体3的向下移动而同时同步展开，均匀了每一锚固端的受力,嵌固杆2展开后充分利用了每一锚固端附近孔洞侧壁围岩的强度提供预应力。

更进一步的设计为在装置进入钻孔内,将装置外部涂抹适量黄油,一方面黄油的润滑作用使装置更容易旋转展开,另一方面长期锚固时黄油能够在装置外部形成一层保护层,有效防止装置由于腐蚀作用而生锈失效。

在后期如需要对锚索进行补拉时,直接对钢索体6进行张拉即可使每一锚固端同步受力，进而实现锚固端的自锚以满足预应力补充。

本发明装置利用多个锚固端同时同步嵌入洞壁岩体提供机械锚固力以满足预应力张拉，充分利用了各个锚固端附近的孔洞侧壁围岩强度，有效防止了机械式预应力锚索张拉时锚固力不足的问题，并避免了由于某一锚固端破坏或某一锚固端周围围岩强度不够而导致的锚索整体失效现象，加大了锚固端的整体稳固性；对于需要考虑支护时机的工程或者抢险工程来说，装置无需注浆，植入钻孔后即可进行预应力张拉提供瞬时锚固力，大大减少了施工周期。本发明装置有效解决了深大滑坡超长锚固中预应力锚索的“装置扎根”与“支护时间”问题。

以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所做的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (3)

1.一种针对深大滑坡超长锚固的预应力锚索锚固端装置，其特征在于，包括结构主体(1)，所述结构主体(1)沿周向均匀设有若干连接座(13)，所述每个连接座(13)分别与对应的嵌固杆(2)转动连接；

一柱状杆体(3)设置于所述结构主体(1)中空腔体内，所述柱状杆体(3)与钢索体(6)固定连接，且通过设置于自身外侧的若干组凹槽(9)与对应嵌固杆(2)一端的锯齿(8)结构咬合，使得柱状杆体(3)相对结构主体(1)上下移动时能带动嵌固杆(2)转动，以此来使嵌固杆(2)收拢或展开；

所述结构主体(1)与每个嵌固杆(2)之间分别设有弹簧(16)，以使嵌固杆(2)在拉动钢索体(6)前有向两端展开趋势；以及一限制环(4)套于嵌固杆(2)外部；

所述嵌固杆(2)的锯齿(8)端设有嵌固孔(12)，通过固定螺母(7)与连接座(13)上的嵌入口(11)转动连接。

2.根据权利要求1所述的一种针对深大滑坡超长锚固的预应力锚索锚固端装置，其特征在于，所述柱状杆体(3)中间开有孔洞(10)以供钢索体(6)穿过，下端设有连接缝(14)，通过固定环(5)与钢索体(6)进行固定连接。

3.根据权利要求1-2中任意一项权利要求所述的一种针对深大滑坡超长锚固的预应力锚索锚固端装置，其特征在于，装置外部涂抹有黄油。