CN108775254B - 一种用于隧道结构加固永临结合的锚杆 - Google Patents

一种用于隧道结构加固永临结合的锚杆 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于隧道结构加固永临结合的锚杆，涉及建筑施工设备技术领域；其包括用于涨紧固定的拉拔机构、垫板和定位块，所述垫板设置在拉拔机构的前部，所述定位块设置在拉拔机构的中部，所述拉拔机构的后部为楔缝式端锚；其通过拉拔机构、楔缝式端锚、垫板和定位块等，实现了锚杆与岩石快速紧固地连接在一起，同时锚固材料可完全包裹杆体，锚杆的抗锈蚀和抗拉拔能力大幅度提高，使用寿命大幅度延长。

Description

一种用于隧道结构加固永临结合的锚杆
技术领域
本发明涉及建筑施工设备技术领域，尤其涉及一种用于隧道结构加固永临结合的锚杆。
背景技术
围岩锚固技术即锚杆支护技术是近代岩土工程支护技术领域中的一个重要分支，锚杆支护是一种结构简单的主动支护结构形式，能有效控制围岩变形和裂缝的发展，充分发挥围岩自身的承载作用，将围岩由荷载源变为承载主体，变被动支护为主动支护，最大限度地保持围岩的完整性、稳定性。此外，锚杆支护具有运输施工方便、效率高，有利于加快施工进度、缩短施工工期，且施工成本低、支护效果好、施工噪音小等优点。因此，锚杆支护技术在岩土与地下工程中得到了广泛应用。
近年来，随着我国高速铁路建设步伐的加快，在实际中遇到了许多复杂的工程问题，锚固技术是提高隧道稳定性和解决复杂围岩问题的有效方法之一。传统的锚杆主要有普通砂浆锚杆和钢锚杆。普通砂浆锚杆的注浆质量一般很难保证，造成锚杆承载力不足；钢锚杆是隧道工程中运用最广泛的一种锚杆，但在地下水的作用下易锈蚀，影响钢锚杆的使用寿命。再加上在施工过程中，由于无法避免锚杆与岩壁接触，使得在锚杆四周形成的填充体的厚度有薄有厚，薄处的填充体不能对锚杆进行有效保护，加剧了锚杆的腐蚀进度。锚杆的腐蚀劣化已成为国内外广泛关注的问题，如何提高锚杆的抗腐蚀能力是解决问题的关键。
国内外解决锚杆腐蚀的方法主要有两种：一是通过在杆体表面喷涂防腐剂来提高锚杆的抗腐能力；二是通过改变钢材的化学成分提高锚杆的耐腐蚀性，如目前国外的日本ZAM水胀式锚杆和挪威的CT锚杆。由于普通砂浆锚杆很难做到将杆体全部包裹，锚杆在地下水作用下会腐蚀生锈，其耐久性令人堪忧。因此，有必要对锚杆进行结构改造并特殊防腐处理。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种用于隧道结构加固永临结合的锚杆，其通过拉拔机构、楔缝式端锚、垫板和定位块等，实现了锚杆与岩石快速紧固地连接在一起，同时锚固材料可完全包裹杆体，锚杆的抗锈蚀和抗拉拔能力大幅度提高，使用寿命大幅度延长。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：包括用于涨紧固定的拉拔机构、垫板和定位块，所述垫板设置在拉拔机构的前部，所述定位块设置在拉拔机构的中部，所述拉拔机构的后部为楔缝式端锚。
进一步的技术方案在于：所述拉拔机构包括中空锚管和中空拉杆，所述中空锚管套接在中空拉杆的外侧，所述中空锚管包括第一中空杆和设置在第一中空杆后端的悬臂片，所述中空拉杆包括第二中空杆和设置在第二中空杆后端的第三中空杆，所述悬臂片包套在第三中空杆的外侧并形成楔缝式端锚。
进一步的技术方案在于：在所述第三中空杆上设置有流浆槽。
进一步的技术方案在于：所述悬臂片的数量为三个，分别是结构相同的第一悬臂片、第二悬臂片和第三悬臂片，三个悬臂片均匀分布在第一中空杆上，在相邻的两个悬臂片之间设置有悬臂片缝隙；所述流浆槽的数量为三个，三个流浆槽均匀分布在第三中空杆上；在所述第三中空杆上设置有卡位栓，所述卡位栓与悬臂片缝隙卡接配合，每一个悬臂片缝隙与一个流浆槽相对齐。
进一步的技术方案在于：在所述中空锚管上设置有玻璃纤维层，在所述中空拉杆上设置有镀锌层。
进一步的技术方案在于：所述拉拔机构还包括螺母，所述第二中空杆的前端露出并位于第一中空杆的前方，所述螺母与第二中空杆的前部螺纹连接；所述垫板为弧面垫板，在所述垫板上设置有垫板安装孔，所述垫板安装孔与第二中空杆套接；所述第三中空杆的形状为圆锥台，所述楔缝式端锚的形状为喇叭状。
进一步的技术方案在于：在所述定位块上设置有流浆孔，所述流浆孔贯通定位块的前、后表面。
进一步的技术方案在于：所述定位块为遇水膨胀的水泥砂浆卷。
进一步的技术方案在于：所述流浆孔的数量为四个并均匀分布在定位块上；所述定位块的数量为两个以上，其均匀分布在第一中空杆上，相邻定位块之间的间距为≥2cm。
进一步的技术方案在于：其还包括位于所述垫板后方的止浆塞，在所述止浆塞上设置有止浆塞安装孔和排气管，在所述垫板上设置有排气孔，所述止浆塞安装孔与第二中空杆套接，所述排气管与排气孔套接。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：
第一，包括用于涨紧固定的拉拔机构、垫板和定位块，所述垫板设置在拉拔机构的前部，所述定位块设置在拉拔机构的中部，所述拉拔机构的后部为楔缝式端锚。该技术方案，楔缝式端锚涨开并与岩石紧固连接在一起，其与岩石之间固定牢固；定位块对插入钻孔的锚杆部分起到定位的作用，锚杆的表面距离钻孔内壁的距离基本均匀一致，使得包裹住锚杆的水泥浆的厚度也基本均匀一致，在固化后的水泥浆和水泥砂浆保护下，锚杆的抗锈蚀能力大幅度提高，使用寿命大幅度延长。
第二，所述拉拔机构包括中空锚管和中空拉杆，所述中空锚管套接在中空拉杆的外侧，所述中空锚管包括第一中空杆和设置在第一中空杆后端的悬臂片，所述中空拉杆包括第二中空杆和设置在第二中空杆后端的第三中空杆，所述悬臂片包套在第三中空杆的外侧并形成楔缝式端锚。该技术方案，结构简单，成本低，可满足快速承载的需要。
第三，在所述第三中空杆上设置有流浆槽。该技术方案，当第三中空杆与岩壁接触时，灌注的水泥浆被堵住的概率大大降低，注浆的效率更高、顺畅性更好、效果更好。
第四，所述悬臂片的数量为三个，分别是结构相同的第一悬臂片、第二悬臂片和第三悬臂片，三个悬臂片均匀分布在第一中空杆上，在相邻的两个悬臂片之间设置有悬臂片缝隙；所述流浆槽的数量为三个，三个流浆槽均匀分布在第三中空杆上；在所述第三中空杆上设置有卡位栓，所述卡位栓与悬臂片缝隙卡接配合，每一个悬臂片缝隙与一个流浆槽相对齐。该技术方案，楔缝式端锚的成本较低，其与岩石之间固定的效果较好；通过卡位栓使得每一个悬臂片缝隙与一个流浆槽相对齐，水泥浆能够经由流浆槽和悬臂片缝隙流出，灌注的水泥浆被堵住的概率进一步大大降低，注浆的效率更高、顺畅性更好、效果更好。
第五，在所述中空锚管上设置有玻璃纤维层，在所述中空拉杆上设置有镀锌层。该技术方案，进一步提高锚杆的抗腐蚀性。
第六，所述拉拔机构还包括螺母，所述第二中空杆的前端露出并位于第一中空杆的前方，所述螺母与第二中空杆的前部螺纹连接；所述垫板为弧面垫板，在所述垫板上设置有垫板安装孔，所述垫板安装孔与第二中空杆套接；所述第三中空杆的形状为圆锥台，所述楔缝式端锚的形状为喇叭状。该技术方案，垫板为弧面垫板，其边沿能够与加固体表面更好地接触，钻孔内的密闭性更好，灌注更顺畅、效率更高，灌注固化后的水泥凝胶体致密性更好，使得锚杆的抗锈蚀能力进一步大幅度提高，使用寿命进一步大幅度延长；第三中空杆的形状为圆锥台，楔缝式端锚的形状为喇叭状，其与岩石之间固定的效果更好。
第七，在所述定位块上设置有流浆孔，所述流浆孔贯通定位块的前、后表面。该技术方案，钻孔与锚杆之间从后往前形成水泥浆的灌注管路，灌注更顺畅、效率更高；钻孔中灌注水泥浆时，钻孔中的空气被从后往前赶出钻孔，灌注固化后的水泥凝胶体致密性更好，使得钻孔中锚杆的抗锈蚀能力进一步大幅度提高，使用寿命进一步大幅度延长。
第八，所述定位块为遇水膨胀的水泥砂浆卷。该技术方案，在灌注水泥浆的过程中，定位块为吸液膨胀定位块，其吸收水泥浆中的水分而膨胀，确保水泥砂浆卷与孔壁密贴，进而降低水泥浆的水灰比，可实现水泥浆快凝并提高凝胶体的强度，使得其与岩石之间联结更牢固。
第九，所述流浆孔的数量为四个并均匀分布在定位块上；所述定位块的数量为两个以上，其均匀分布在第一中空杆上，相邻定位块之间的间距为≥2cm。该技术方案，流浆孔的数量为四个，灌注更顺畅、效率更高；多个定位块能够进一步提高定位效果和锚固效果。
第十，其还包括位于所述垫板后方的止浆塞，在所述止浆塞上设置有止浆塞安装孔和排气管，在所述垫板上设置有排气孔，所述止浆塞安装孔与第二中空杆套接，所述排气管与排气孔套接。该技术方案，由于设置止浆塞，钻孔内的密闭性更好，钻孔和锚杆与外界之间形成专门的排气管路，灌注更顺畅、效率更高；通过观察排气管水泥浆溢出情况，更方便判断浆液是否灌注满；由于在垫板和止浆塞上设置专门的排气管路，使得在止浆塞与钻孔洞口之间处灌注的水泥浆中也不会遗留空气，灌注固化后的水泥凝胶体致密性更好，使得该部位锚杆的抗锈蚀能力也大幅度提高，使用寿命大幅度延长，同时由于止浆塞略大于弧面垫板并与其耦合，具有极高的防水功效，可极大提高锚杆的自防水能力。
附图说明
图1是本发明的结构图；
图2是本发明中的中空锚管的结构图；
图3是本发明中的中空拉杆的结构图；
图4是本发明中垫板的结构图；
图5是本发明中定位块的结构图；
图6是本发明中止浆塞的结构图。
其中：1-1第一中空杆、1-2第一悬臂片、1-3第二悬臂片、1-4第三悬臂片、2-1第二中空杆、2-2第三中空杆、2-3流浆槽、2-4卡位栓、3-1垫板、3-2垫板安装孔、3-3排气孔、4-1定位块、4-2流浆孔、5螺母、6-1止浆塞、6-2止浆塞安装孔、6-3排气管、7垫片。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
如图1-图6所示，本发明公开了一种用于隧道结构加固永临结合的锚杆，包括用于涨紧固定的拉拔机构、垫板3-1、定位块4-1、止浆塞6-1，所述拉拔机构包括中空锚管、中空拉杆、螺母5和垫片7。
所述中空锚管包括第一中空杆1-1和一体化固定连接在第一中空杆1-1后端的悬臂片，所述悬臂片的数量为三个，分别是结构相同的第一悬臂片1-2、第二悬臂片1-3和第三悬臂片1-4，三个悬臂片均匀分布在第一中空杆1-1上，在相邻的两个悬臂片之间开设有悬臂片缝隙。
所述中空拉杆包括第二中空杆2-1和一体化固定连接在第二中空杆2-1后端的第三中空杆2-2，在第三中空杆2-2上开设有流浆槽2-3，在第三中空杆2-2上固定连接有卡位栓2-4，流浆槽2-3的数量为三个，三个流浆槽2-3均匀分布在第三中空杆2-2上，卡位栓2-4与悬臂片缝隙卡接配合，每一个悬臂片缝隙与一个流浆槽2-3相对齐。
所述中空锚管套接在中空拉杆的外侧，所述第二中空杆2-1的前端露出并位于第一中空杆1-1的前方，所述螺母5与第二中空杆2-1的前部螺纹连接；所述第三中空杆2-2的形状为圆锥台，所述悬臂片包套在第三中空杆2-2的外侧并形成喇叭状的楔缝式端锚。
所述垫板3-1为弧面垫板，其位于垫片7与止浆塞6-1之间的第二中空杆2-1的前部，在所述垫板3-1上开设有垫板安装孔3-2和排气孔3-3，所述垫板安装孔3-2与第二中空杆2-1套接。
所述定位块4-1为遇水膨胀的水泥砂浆卷，在定位块4-1上开设有流浆孔4-2，流浆孔4-2贯通定位块4-1的前、后表面，流浆孔4-2的数量为四个并均匀分布在定位块4-1上；定位块4-1的数量为两个以上，其均匀分布在第一中空杆1-1上，相邻定位块4-1之间的间距为2cm。
所述止浆塞6-1为橡胶止浆塞，其位于垫板3-1的后方，在止浆塞6-1上开设有止浆塞安装孔6-2，在止浆塞6-1上固定连接有排气管6-3，止浆塞安装孔6-2与第二中空杆2-1套接，排气管6-3与排气孔3-3套接。
在所述中空锚管镀有玻璃纤维层，中空拉杆为电镀有锌的高强度钢拉杆。
使用说明：
在待加固的岩石上钻孔，将锚杆放入钻孔，使用工具拧动螺母5，旋紧螺母5的过程中，第一中空杆1-1的在岩石里的相对位置不动，第二中空杆2-1的前端被拉拔出钻孔，第三中空杆2-2与悬臂片相对滑动，使得喇叭状的楔缝式端锚涨开并与岩石紧固连接在一起，其与岩石之间固定牢固。
通过中空拉杆的前端向钻孔中高压注入水泥浆，水泥浆依次经由第二中空杆2-1、第三中空杆2-2、流浆槽2-3和流浆孔4-2流动，直至排气管6-3中有水泥浆溢出，这样就完成一个锚杆的安装工作。在灌注水泥浆的过程中，定位块4-1吸收水泥浆中的水分而膨胀，使得定位块4-1与岩石之间固定牢固。定位块4-1对进入钻孔的锚杆部分起到定位和锚固的作用，锚杆的表面距离钻孔内壁的距离基本均匀一致，使得包裹住锚杆的水泥浆的厚度也基本均匀一致，在固化后的水泥凝胶体的保护下，锚杆的抗锈蚀能力大幅度提高，使用寿命大幅度延长。
由于存在止浆塞6-1，钻孔与锚杆之间形成的水泥浆的灌注管路唯一且路径大，灌注顺畅、效率高，钻孔中灌注的水泥浆中不会有多余空气，灌注固化后的水泥凝胶体致密性更好，使得锚杆的抗锈蚀能力进一步大幅度提高，使用寿命进一步大幅度延长。
相对于上述实施例，所述中空锚管包括第一中空杆1-1、悬臂环和悬臂片，所述悬臂环与悬臂片一体化固定连接，所述悬臂环与第一中空杆1-1的后端螺纹连接。该技术方案，使用需求不同，第一中空杆1-1的长度尺寸不同，便于生产加工，便于现场组装，易维护性好。
相对于上述实施例，也可以不使用止浆塞6-1，钻孔中的空气通过垫板3-1上的排气孔3-3排出，钻孔中锚杆的抗锈蚀能力还是能够大幅度提高，使用寿命大幅度延长。对比而言，有止浆塞6-1的效果会更好些。

Claims (8)

1.一种用于隧道结构加固永临结合的锚杆，其特征在于：包括用于固定的拉拔机构、垫板(3-1)和定位块(4-1)，所述垫板(3-1)设置在拉拔机构的前部，所述定位块(4-1)设置在拉拔机构的中部，所述拉拔机构的后部为楔缝式端锚；在所述定位块(4-1)上设置有流浆孔(4-2)，所述流浆孔(4-2)贯通定位块(4-1)的前、后表面；所述定位块(4-1)为遇水膨胀的水泥砂浆卷；所述流浆孔(4-2)的数量为四个并均匀分布在定位块(4-1)上。
2.根据权利要求1所述的一种用于隧道结构加固永临结合的锚杆，其特征在于：所述拉拔机构包括中空锚管和中空拉杆，所述中空锚管套接在中空拉杆的外侧，所述中空锚管包括第一中空杆(1-1)和设置在第一中空杆(1-1)后端的悬臂片，所述中空拉杆包括第二中空杆(2-1)和设置在第二中空杆(2-1)后端的第三中空杆(2-2)，所述悬臂片包套在第三中空杆(2-2)的外侧并形成楔缝式端锚。
3.根据权利要求2所述的一种用于隧道结构加固永临结合的锚杆，其特征在于：在所述第三中空杆(2-2)上设置有流浆槽(2-3)。
4.根据权利要求3所述的一种用于隧道结构加固永临结合的锚杆，其特征在于：所述悬臂片的数量为三个，分别是结构相同的第一悬臂片(1-2)、第二悬臂片(1-3)和第三悬臂片(1-4)，三个悬臂片均匀分布在第一中空杆(1-1)上，在相邻的两个悬臂片之间设置有悬臂片缝隙；所述流浆槽(2-3)的数量为三个，三个流浆槽(2-3)均匀分布在第三中空杆(2-2)上；在所述第三中空杆(2-2)上设置有卡位栓(2-4)，所述卡位栓(2-4)与悬臂片缝隙卡接配合，每一个悬臂片缝隙与一个流浆槽(2-3)相对齐。
5.根据权利要求4所述的一种用于隧道结构加固永临结合的锚杆，其特征在于：在所述中空锚管上设置有玻璃纤维层，在所述中空拉杆上设置有镀锌层。
6.根据权利要求5所述的一种用于隧道结构加固永临结合的锚杆，其特征在于：所述拉拔机构还包括螺母(5)，所述第二中空杆(2-1)的前端露出并位于第一中空杆(1-1)的前方，所述螺母(5)与第二中空杆(2-1)的前部螺纹连接；所述垫板(3-1)为弧面垫板，在所述垫板(3-1)上设置有垫板安装孔(3-2)，所述垫板安装孔(3-2)与第二中空杆(2-1)套接；所述第三中空杆(2-2)的形状为圆锥台，所述楔缝式端锚的形状为喇叭状。
7.根据权利要求2所述的一种用于隧道结构加固永临结合的锚杆，其特征在于：所述定位块(4-1)的数量为两个以上，其均匀分布在第一中空杆(1-1)上，相邻定位块(4-1)之间的间距为≥2cm。
8.根据权利要求1-7中任意一项所述的一种用于隧道结构加固永临结合的锚杆，其特征在于：其还包括位于所述垫板(3-1)后方的止浆塞(6-1)，在所述止浆塞(6-1)上设置有止浆塞安装孔(6-2)和排气管(6-3)，在所述垫板(3-1)上设置有排气孔(3-3)，所述止浆塞安装孔(6-2)与第二中空杆(2-1)套接，所述排气管(6-3)与排气孔(3-3)套接。
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