CN108978652A - 一种锚固结构、锚固结构的加工方法及外锚固体系 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种锚固结构、锚固结构的加工方法及外锚固体系。一种锚固结构，包括：金属套筒和锚杆杆体，所述金属套筒的一端为外端，另一端设有内端管，外端和内端管之间为灌胶段，内端管的内径与锚杆杆体直径相同，锚杆杆体经内端管伸入至灌胶段。本发明所提供的锚固结构可以有效减小外锚固长度，充分发挥杆体材料抗拉强度，提高锚固可靠性。

Description

一种锚固结构、锚固结构的加工方法及外锚固体系

技术领域

本发明涉及岩土工程技术领域，尤其涉及一种锚固结构、锚固结构的加工方法及外锚固体系。

背景技术

纤维增强聚合物属件具有密度小、抗拉强度高、低松弛、抗疲劳、耐腐蚀及电磁绝缘性能好等优点。近几年来，采用纤维增强聚合物制成的锚杆杆体开始应用于基坑、边坡、地下结构物抗浮、矿山巷道、隧道工程等岩土工程领域。然而，纤维增强聚合物是各向异性材料，相较于其极高的轴向抗拉强度，其法向抗压和抗剪强度较低，不能照搬金属材料的锚固方式。因锚固结构设计不合理、锚头破坏进而导致锚杆杆体材料抗拉强度不能充分发挥的现象普遍存在。目前，纤维增强聚合物锚固结构的锚具主要分为以夹片式为代表的机械夹持式、以套筒灌胶为代表的粘结式和以夹片-粘结为代表的组合式三种类型。其中，传统的夹片式锚具会出现因杆体材料法向强度不足、局部应力集中导致的破坏现象；套筒灌胶锚具是一种较适用于纤维增强聚合物的理想锚具，但由于粘结界面剪切强度有限，该类锚具锚固长度较长，随着杆体直径的增加，该类锚具的制作和安装成本激增，占用作业空间变大，其使用范围受限；组合式锚具兼具机械锚具和粘结锚具的优点，已经成为国内外学者研究的重点。

目前，市售纤维增强聚合物锚杆的外锚固体系通常由楔形螺母和垫板组成，其材质亦为FRP材料。试验表明，该类锚具容易产生锚杆杆体螺纹和浅层的层间破坏，其承载力仅为FRP杆体材料的1/3。

有学者设计了用于FRP材料锚杆检测的套筒灌胶锚具，该工艺锚固长度较大，在施工现场进行灌胶，成本较高，质量不稳定。

基于以上背景技术，本发明提出了一种锚固结构、锚固结构的加工方法及外锚固体系，将纤维增强聚合物锚杆杆体材料的外锚固段固定连接一个金属套筒，将各向异性的纤维增强聚合物锚固问题转换为金属杆体外锚固问题，并通过设置内端管使其受力以及在胶接后通过压接产生环状法向力从而提高界面的抗剪强度，进而缩短外锚固长度或在相同锚杆长度的基础上提高锚固安全系数。据此设计的锚固结构可以在生产时灌胶然后运输到施工现场，既克服了现场灌胶导致的质量不稳定的问题，又缩短了工期、可大批量直接应用于工程中。

发明内容

针对现有技术中的不足，本发明的目的在于提供一种锚固结构，解决了以下几个技术问题：

1）纤维增强聚合物锚杆材料抗拉强度不能充分发挥；

2）套筒灌胶式锚固结构粘结界面剪切强度小，锚固长度大导致锚具外露过大，制作和安装成本高，需占用作业空间大，使用范围受限；

3）套筒灌胶式锚固结构由于现场加工，灌胶后需要静置一段时间待胶体凝固，所以工期长，并且现场灌胶质量不稳定，因此不适用于大批量的工程。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种锚固结构，包括：金属套筒和锚杆杆体，所述金属套筒的一端为外端，另一端设有内端管，外端和内端管之间为灌胶段，内端管的内径与锚杆杆体直径相同，锚杆杆体经内端管伸入至灌胶段。

进一步地，所述金属套筒设置有外螺纹。

进一步地，所述金属套筒的外端和灌胶段与内端管一体成型或螺纹连接。

进一步地，所述锚杆杆体设置有防滑纹。

进一步地，所述锚杆杆体材质为纤维增强聚合物。

进一步地，本发明的锚固结构还可以构成用于两段或多段锚杆杆体连接的锚固结构，即连接锚固结构，包括至少两个本发明所述的锚固结构以及至少一个连接螺母，所述连接螺母的两端分别连接两个锚固结构的金属套筒外端。

进一步，本发明还提供了制备上述锚固结构的加工方法，包括以下步骤：

1）金属套筒内灌粘结介质；

2）将锚杆杆体插入金属套筒内胶接；

3）粘结介质凝结后，对金属套筒灌胶段进行压接施加环状法向力。

进一步，本发明提供了一种外锚固体系，还包括锚垫板、螺母，所述锚垫板中间开孔后套接在锚固结构的金属套筒外端，锚垫板的一端面紧贴坡面，另一端面被压在螺母下；所述螺母拧在金属套筒外端将锚垫板压紧在坡面上。

进一步地，所述外锚固体系还包括让压管，让压管位于锚垫板和螺母之间，被螺母紧压在锚垫板上。

本发明的有益效果是：

（1）本发明的锚固结构，在金属套筒的一端设置内端管，锚杆杆体经内端管伸入金属套筒内，使用时内端管受力，且可保护连接结构，减小外界对锚固结构的影响，进而可延缓粘结介质老化，充分发挥锚杆抗拉强度高的优点；再一方面，粘结介质凝结后，在保证受力均匀的基础上对金属套筒灌胶段进行法向压接，压接产生的环状法向力可以有效提高界面抗剪强度，提高了金属套筒和锚杆杆体的机械咬合力和摩擦力，因此可通过较短的锚固结构充分发挥锚杆杆体抗拉强度。通过上述两方面解决了纤维增强聚合物锚杆杆体抗拉强度不能充分发挥的问题。

（2）试验表明，本发明提供的锚固结构的抗拉强度是目前市售配套锚属件的2.5倍以上，其破坏模式为锚杆杆体屈服，可充分发挥锚杆杆体的抗拉能力，进而在套筒灌胶加工时，无需通过增加锚杆外锚固长度的方法来提高锚杆的抗拉强度，即使用较短的外锚固锚杆材料就能达到需要的抗拉强度。同时，与套筒灌胶式锚固结构相比，本发明的锚固结构及加工方法提高了粘结界面剪切强度，解决了锚固长度大导致锚具外露过大，制作和安装成本高，需占用作业空间大，使用范围受限的问题。

（3）本发明的锚固结构采用预先进行灌胶压接加工的工业化生产方式，然后将连接可靠的锚固结构和锚杆杆体材料运输至施工现场，现场锚杆的锁定只进行简单的钢垫板安装和螺母拧紧工序即可，避免了现场大量人工的投入和钢筋现场焊接对特殊工种的要求及对质量的影响，缩短了现场灌胶加工的时间，适用于大批量加工的工程。

（4）本发明的锚固结构由于有金属套筒的保护, 粘结介质安全可靠，且锚杆杆体材料在金属套筒中无削弱, 不会出现夹片式锚固体系中由于夹片夹紧导致应力集中对筋材的伤害而造成的局部削弱。

（5）本发明的锚固结构的金属套筒和内端管一体成型能够显著提高抗拉强度。

（6）本发明的锚杆杆体设置防滑纹，可以提高接触界面的摩擦力，进而提高锚杆杆体和金属套筒的粘结强度以及锚杆杆体和锚固体的粘结强度。

（7）本发明金属套筒设置外螺纹，可以通过连接螺母将两个金属套筒连接构成用于两段或多段锚杆杆体连接的锚固结构，即连接锚固结构，本发明的连接方式可靠，造价低，解决了由于运输过程中锚杆杆体材料长度受限，不能满足超长锚杆对杆体材料长度要求的问题。

（8）在应用于岩石工程时，本发明的外锚固体系设置了让压管，能在保证预应力的条件下，减小对锚杆的冲击损害，大大改善支护效果。

（9）本发明的锚固结构可以适用于基坑、边坡、地下结构物抗浮、矿山巷道、隧道工程等岩土工程领域。采用该技术不但能够充分发挥杆体材料抗拉能力，而且结构简单，施工方便，锚固可靠，能够实现工业化生产。采用该技术有利于控制质量、提高效率、降低造价。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为由金属套筒与内端管一体成型的锚固结构所构成的外锚固体系使用状态参考剖面图；

图2金属套筒的外端和灌胶段与内端管螺纹连接的锚固结构；

图3金属套筒的外端和灌胶段与内端管一体成型的锚固结构；

图4为图1中A-A向剖面图；

图5为图1中B-B向剖面图；

图6为图1中C-C向剖面图；

图7为图1中D-D向剖面图。

图中：1锚杆杆体，2外螺纹，3外端，4灌胶段，5粘结介质，6锚固体，7锚垫板，8螺母，9混凝土，10内端管。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明的技术方案做进一步详述。

实施例1

如图1所示的一种锚固结构，包括金属套筒和锚杆杆体，所述金属套筒的一端为外端；另一端设有内端管，内端管的内径与锚杆杆体直径相同；外端和内端管之间为灌胶段，灌胶段的长度为锚杆杆体直径的2倍或3倍，灌胶段的内径与锚杆杆体公称直径差为10mm；本实施例的锚杆杆体为纤维增强聚合物锚杆杆体，锚杆杆体经内端管伸入至灌胶段，金属套筒设置内螺纹和外螺纹，锚杆杆体设置有外螺纹，金属套筒与锚杆杆体通过植筋胶粘接。

实施例2

一种锚固结构，包括金属套筒和锚杆杆体，所述金属套筒的一端为外端，另一端为内端管，外端和内端管之间为灌胶段，锚杆杆体经内端管伸入至灌胶段。

上述结构的加工方法，具体包括以下步骤：

1）金属套筒灌胶段内灌植筋胶；

2）将锚杆杆体插入金属套筒内胶接；

3）待植筋胶凝结。

锚固结构的具体参数设置为：直径为18mm、长度为172mm的纤维增强聚合物锚杆杆体和内径为28mm、壁厚5mm的金属套筒，且外端长度为100mm，灌胶段长度为36mm。

利用万能试验机进行拔出试验，测试其极限抗拉强度为43.7KN。

实施例3

一种与实施例2完全相同的锚固结构。

上述结构的加工方法与实施例2相同的部分不再赘述，不同的是待粘结介质凝结后，对金属套筒灌胶段进行压接，施加环状法向力。

锚固结构的具体参数与实施例2完全相同。

利用万能试验机进行拔出试验，测试其极限抗拉强度为66.9KN。与未进行压接的实施例2相比较，其抗拉强度提高了53%。

实施例4

一种与实施例2完全相同的锚固结构。

上述结构的加工方法与实施例2完全相同。

锚固结构的具体参数与实施例2相同的部分不再赘述，不同的是灌胶段长度为54mm，纤维增强聚合物锚杆的长度为208mm。

利用万能试验机进行拔出试验，测试其抗拉强度为60.25KN。

实施例5

一种与实施例2完全相同的锚固结构。

上述结构的加工方法与实施例3完全相同。

锚固结构的具体参数与实施例4完全相同。

利用万能试验机进行拔出试验，测试其抗拉强度为87.5KN，与未进行压接的实施例4相比较，其抗拉强度提高了46%。

实施例6

如图2所示的一种锚固结构，与实施例2相同的部分不再赘述，不同的是所述金属套筒的另一端设有内端管，外端和内端管之间为灌胶段，内端管的内径与锚杆杆体直径相同，锚杆杆体经内端管伸入至灌胶段，且金属套筒灌胶段与内端管螺纹连接。

上述结构的加工方法与实施例2完全相同。

锚固结构的具体参数与实施例4相同的部分不再赘述，不同的是内端管的长度为5mm。

利用万能试验机进行拔出试验，测试其抗拉强度为77.2KN，与没有内端管的的实施例4相比较，其抗拉强度提高了28%。

实施例7

如图3所示的一种锚固结构，与实施例6相同的部分不再赘述，不同的是金属套筒与内端管一体成型。

上述结构的加工方法与实施例2完全相同。

锚固结构的具体参数与实施例6完全相同。

利用万能试验机进行拔出试验，测试其抗拉强度为86.2KN，与没有内端管的实施例4相比较，其抗拉强度提高了43%，与金属套筒与内端管螺纹连接的实施例6相比较，其抗拉强度提高了12%。

实施例8

一种外锚固体系，其特征在于，还包括锚垫板、螺母、让压管，所述锚垫板中间开孔后套接在锚固结构的金属套筒外端，锚垫板的一端面紧贴坡面，另一端面被压在螺母下；所述螺母拧在金属套筒外端将锚垫板压紧在坡面上；让压管位于锚垫板和螺母之间，被螺母紧压在锚垫板上。

适用于上述外锚固体系的施工方法，其工艺流程包括加工金属套筒和锚杆杆体、灌粘结介质、胶接锚杆、压接锚杆、成孔、下锚、注浆、安装锚垫板、安装让压管、安装螺母和验收，具体步骤包括：

1）金属套筒内灌粘结介质；

2）将锚杆杆体插入金属套筒内胶接；

3）粘结介质凝结后，对金属套筒灌胶段进行压接施加环状法向力；

4）施工现场按照设计打孔；

5）在预制完成的锚固结构上安装定位支架和注浆管，将连接好锚固结构的锚杆杆体连同注浆管推送到钻孔内一定深度；

6）制备浆液，通过注浆管向钻孔内注浆；

7）制作安装锚下结构，在金属套筒上安装锚垫板；

8）在锚垫板上安装让压管；

9）安装螺母，使让压管压于锚垫板上；

10）喷射或现浇混凝土；

11）验收。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种锚固结构，其特征在于，包括：金属套筒和锚杆杆体，所述金属套筒的一端为外端，另一端设有内端管，外端和内端管之间为灌胶段，内端管的内径与锚杆杆体直径相同，锚杆杆体经内端管伸入至灌胶段。

2.根据权利要求1所述的锚固结构，其特征在于，所述金属套筒设置有外螺纹。

3.根据权利要求2所述的锚固结构，其特征在于，所述金属套筒的外端和灌胶段与内端管一体成型或螺纹连接。

4.根据权利要求2所述的锚固结构，其特征在于，所述锚杆杆体设置有防滑纹。

5.根据权利要求2所述的锚固结构，其特征在于，所述锚杆杆体的材质为纤维增强聚合物。

6.一种连接锚固结构，其特征在于，包括：至少两个权利要求1-5任意一项所述的锚固结构和至少一个连接螺母，所述连接螺母的两端分别连接两个锚固结构的金属套筒外端。

7.一种权利要求1-5任意一项所述的锚固结构的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）金属套筒内灌粘结介质；

2）将锚杆杆体插入金属套筒内胶接；

3）粘结介质凝结后，对金属套筒灌胶段进行压接施加环状法向力。

8.一种外锚固体系，其特征在于，还包括锚垫板、螺母，所述锚垫板中间开孔后套接在权利要求1-6任意一项所述的锚固结构的金属套筒外端，锚垫板的一端面紧贴坡面，另一端面被压在螺母下；所述螺母拧在金属套筒外端将锚垫板压紧在坡面上。

9.根据权利要求8所述的一种外锚固体系，其特征在于，还包括让压管，让压管位于锚垫板和螺母之间，被螺母紧压在锚垫板上。