CN108979692B - 一种新型增锚注浆锚杆及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型增锚注浆锚杆及其施工方法，它是由注浆系统、增锚系统和紧固系统构成；其中注浆系统由封盖、排气孔、注浆孔、堵浆塞、溢浆孔组成，各部分协同工作保证浆液充盈粘结紧密；增锚系统由锚固孔、钢绞线、高强弹簧、锚爪、转轴和钢绞线夹具组成，可为锚杆提供初期锚固力，锚爪带有倒刺在钢绞线牵引下转动与围岩紧密贴合，有效防止退锚；紧固系统由锚杆体、止浆垫、托盘、垫圈和高强螺母组成，待浆液凝固后可为注浆锚杆提供预应力，控制围岩变形。本发明采用锚爪转动设计，与围岩贴合紧密，提供足够锚固力，防止退锚，设置排气孔保证注浆效果；本发明解决现有注浆锚杆应用缺陷，且具有防止退锚、适应性强、注浆效果良好等优点。

Description

一种新型增锚注浆锚杆及其施工方法

技术领域

本发明公布了一种新型增锚注浆锚杆及其施工方法，特别适用于围岩破碎的矿山、隧道等岩土工程围岩的稳定性控制。

背景技术

近年来锚杆注浆加固技术广泛应用于围岩破碎的矿山、隧道等岩土工程，支护效果良好，经济效益显著。注浆锚杆在实际工程中具有诸多优势：（1）注浆锚杆与围岩由浆液粘结，浆液固化后形成全长粘结锚固体系，整体性能更好；（2）注浆浆液在注浆压力作用下可挤压扩张充填围岩裂隙、节理，防止地下水渗入软化围岩；（3）浆液固化后，提高围岩力学性能，围岩承载力大幅度提高；（4）充分发挥围岩承载能力形成锚注承载结构，改变加固岩体的峰后承载和变形特性。

注浆锚杆在使用过程中也暴露了自身的缺点：（1）注浆锚杆安装过程中，注浆压力较大而锚杆自身锚固力不足时，容易将锚杆从钻孔内压出，造成退锚现象；（2）注浆锚杆在注浆过程中，排气不畅导致浆液无法注满钻孔，锚杆与围岩粘结强度不够，承载力减弱。上述缺点，限制了注浆锚杆在实际工程中的运用，不仅增加了工作量延长工期，还造成支护材料的浪费。

在本发明之前，申请号为2009201549148的专利公布了倒枪刺钉中空注浆锚杆，其特征是锚杆底部设置倒枪刺钉和压簧，倒枪刺钉可根据锚杆孔径张合并刺入岩石缝隙中，增加锚固力防止锚杆退锚，但是其压簧强度有限，在孔壁光滑时无法将刺钉压入围岩，在注浆压力较大时仍旧无法解决退锚问题。

申请号为2009200416933的专利公布了一种防退杆自止浆的注浆锚杆，其特征是在锚杆杆体的头部固定有多排倒刺，倒刺能阻止锚杆受注浆压力作用引起的退杆现象。在锚杆外壁设置倒刺虽然可以在一定程度上增加锚固力，但是增加了施工困难，在放入锚杆孔的过程中与围岩相互作用容易损坏倒刺，使其锚固效果下降；此外钻杆在钻孔中有偏移效应，极易导致实际钻孔直径比预定直径大，此时倒刺无法与围岩直接接触，从而无法发挥作用。

申请号为2016200215934的专利公布了一种增阻注浆锚杆，其技术特征是在锚杆中设置两种钢铰链体系，钢铰链体系在拉杆作用力下，上下两个连杆沿滑道移动，使两个连杆扩张开，增强了对围岩的凝结作用，此发明设计比较巧妙，但是翼板面积较大破坏了锚杆整体性，且此发明没有设置注浆排气孔，降低了浆液充盈效果。

针对上述发明和技术方案在解决注浆锚杆退锚和注浆排气等问题中存在的不足，需要发明一种新型增锚注浆锚杆，在解决注浆退锚问题的同时，兼具排气效果，使浆液充满锚杆钻孔和围岩裂隙，充分发挥注浆锚杆的支护作用。

发明内容

本发明针对现有注浆锚杆存在的缺陷，提供一种新型增锚注浆锚杆及其施工方法，解决注浆锚杆在施工过程中的退锚和排气问题，可用于破碎围岩巷道支护。

本发明一种新型增锚注浆锚杆的构造是：由注浆系统、增锚系统和紧固系统构成，其特征在于，所述的注浆系统由封盖、排气孔、注浆孔、堵浆塞、溢浆孔组成，所述的增锚系统由锚固孔、钢绞线、高强弹簧、锚爪、转轴和钢绞线夹具组成，所述的紧固系统由锚杆体、止浆垫、托盘、垫圈和高强螺母组成。

所述的封盖是由不锈钢制成的圆形封堵盖板，其封堵部分与中空锚杆体相契合，封盖上设置排气孔、注浆孔和锚固孔，排气孔、注浆孔和锚固孔为封盖上的圆形钻孔；所述的排气孔用于排出注浆时钻孔和锚杆体内的空气，保证注浆充盈；所述的注浆孔连接注浆设备，用于向锚杆内注浆；所述的堵浆塞是由膨胀橡胶制成的圆柱形实心封堵设备，在注浆完毕后封堵排气孔和注浆孔；所述的溢浆孔为锚杆体上设置的矩形出浆口，同一截面按照对称原则设置四个溢浆孔，溢浆孔内有转轴，供锚爪旋转与围岩接触，提供锚固力。

所述的锚固孔为封盖上的圆形钻孔，为钢绞线提供锚固通道，并配合钢绞线夹具对钢绞线进行锚固；所述的钢绞线为镀锌高强钢绞线，设置在锚杆体内带动锚爪转动；所述的高强弹簧一端固定在锚杆底部，另外一端与钢绞线相连，为钢绞线施加预应力，并可提供足够的弹性力使钢绞线带动锚爪紧贴围岩；所述的锚爪为U形锚固爪，中间设孔安装转轴，一侧设置有倒刺，可紧贴围岩提供锚固力，另一侧与钢绞线连接，在钢绞线的带动下绕转轴转动，锚爪伸展开可以起到支撑环的作用，由于锚爪对称布置，可将锚杆固定至钻孔中央，防止偏移；所述的转轴为铜质小型轴承，位于溢浆孔一端，转轴中间安装锚爪，两端嵌入锚杆体内，可使锚爪绕转轴转动；所述的钢绞线夹具为低碳钢制成的小型钢绞线夹具，头细尾粗，与锚固孔相契合，由两瓣组成，瓣内有横纹，在挤压作用下可紧固钢绞线。

所述的锚杆体为中空注浆锚杆体，锚杆体外部有斜纹，增加与砂浆的接触面积，杆体设置若干个溢浆孔，溢浆孔内可安装转轴和锚爪，锚杆体端部设置外螺纹；所述止浆垫是由膨胀橡胶制成的中间厚边缘薄的矩形止浆垫，与托盘尺寸一致，中间设置圆孔以安装锚杆，遇浆液后膨胀密封围岩；所述的托盘为常用钢制托盘，表面镀锌防止腐蚀；所述的垫圈为低碳钢制成的弹簧垫圈，设置于高强螺母和托盘之间，用来保护托盘表面不受高强螺母擦伤，分散高强螺母对托盘的压力，使受力更加均匀；所述的高强螺母为外六角形高强螺母，内部设置螺纹，与锚杆端部设置外螺纹咬合，并提供预应力。

本发明一种新型增锚注浆锚杆及其施工方法，具体包括以下步骤：

（1）拉紧钢绞线使其带动锚爪向锚杆体内转动，将锚爪收至锚杆体内，并用钢绞线夹具固定钢绞线；

（2）将锚杆放入钻孔内，松动钢绞线夹具，使高强弹簧拉动钢绞线在锚杆体内运动，钢绞线带动锚爪向锚杆体外侧转动并紧贴围岩；

（3）在钻孔外侧依次安装止浆垫、托盘和垫圈，并用高强螺母初步紧固；

（4）将注浆设备连接至注浆孔，打开排气孔的堵浆塞进行注浆，直至浆液从排气孔内溢出，移走注浆设备，并用堵浆塞封堵排气孔和注浆孔；

（5）待浆液达到足够粘结强度后对高强螺母进一步紧固，施加预应力。

本发明一种新型增锚注浆锚杆，通过注浆系统、增锚系统和紧固系统协同作用，解决注浆锚杆在施工过程中的退锚和注浆不充分的问题，其优点为：

（1）锚爪在钢绞线的带动下可绕转轴转动，收放自如，转动角度较大，适合不同孔径钻孔，便于锚杆顺利放入钻孔；

（2）通过高强弹簧拉伸钢绞线带动锚爪紧贴围岩，锚爪上有倒刺可与围岩贴合紧密，提供足够锚固力，在注浆时防止退锚；

（3）锚爪伸展开起到支撑环的作用，防止锚杆体与围岩直接接触，将锚杆固定至钻孔中央，保证锚杆与钻孔距离相同，浆液粘结均匀；

（4）锚杆设置排气孔，在注浆时顺利排出孔内气体，保证浆液充盈，提高锚固粘结效果，排气孔可检验钻孔浆液是否注满；

（5）锚杆设置止浆垫和堵浆塞，采用膨胀橡胶，遇浆液膨胀，封堵紧密，防止漏浆。

附图说明

图1为本发明一种新型增锚注浆锚杆安装结构截面示意图。

图2为本发明一种新型增锚注浆锚杆放入钻孔截面示意图。

图3为本发明A-A截面图。

图4为本发明溢浆孔正视图。

图5为本发明封盖俯视图。

图例说明：1-封盖；2-排气孔；3-注浆孔；4-堵浆塞；5-溢浆孔；6-锚固孔；7-钢绞线；8-高强弹簧；9-锚爪；10-转轴；11-钢绞线夹具；12-锚杆体；13-止浆垫；14-托盘；15-垫圈；16-高强螺母；17-钻孔；18-围岩。

具体实施方式

本发明提供了一种新型增锚注浆锚杆，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。

如图1所示，本发明一种新型增锚注浆锚杆，主要由封盖1、排气孔2、注浆孔3、堵浆塞4、溢浆孔5、锚固孔6、钢绞线7、高强弹簧8、锚爪9、转轴10和钢绞线夹具11、锚杆体12、止浆垫13、托盘14、垫圈15和高强螺母16组成。现场安装需要接触钻孔17和围岩18。

所述的封盖1是由不锈钢制成的圆形封堵盖板，其封堵部分与中空锚杆体12相契合，封盖1上按照要求设置排气孔2、注浆孔3和锚固孔6，排气孔2、注浆孔3和锚固孔6为封盖1上的圆形钻孔；所述的排气孔2用于排出注浆时钻孔17和锚杆体12内的空气，保证注浆充盈；所述的注浆孔3连接注浆设备，用于向锚杆内注浆；所述的堵浆塞4是由膨胀橡胶制成的圆柱形实心封堵设备，在注浆完毕后封堵排气孔2和注浆孔3；所述的溢浆孔5为锚杆体12上设置的矩形出浆口，同一截面按照对称原则设置四个溢浆孔5，溢浆孔5内有转轴10，供锚爪9旋转与围岩18接触，提供锚固力。

所述的锚固孔6为封盖1上的圆形钻孔，为钢绞线7提供锚固通道，并配合钢绞线夹具11对钢绞线7进行锚固；所述的钢绞线7为镀锌高强钢绞线，设置在锚杆体12内带动锚爪9转动；所述的高强弹簧8一端固定在锚杆底部，另外一端与钢绞线7相连，为钢绞线7施加预应力，并可提供足够的弹性力使钢绞线7带动锚爪9紧贴围岩18；所述的锚爪9为U形锚固爪，中间设孔安装转轴10，一侧设置有倒刺，可紧贴围岩18提供锚固力，另一侧与钢绞线7连接，在钢绞线7的带动下绕转轴10转动，锚爪9伸展开可以起到支撑环的作用，由于锚爪9对称布置，可将锚杆固定至钻孔17中央，防止偏移；所述的转轴10为铜质小型轴承，位于溢浆孔5一端，转轴中间安装锚爪9，两端嵌入锚杆体12内，可使锚爪9绕转轴10转动；所述的钢绞线夹具11为低碳钢制成的小型钢绞线夹具，头细尾粗，与锚固孔6相契合，由两瓣组成，瓣内有横纹，在挤压作用下可紧固钢绞线7。

所述的锚杆体12为中空注浆锚杆体，锚杆体12外部有斜纹，增加与砂浆的接触面积，杆体设置若干个溢浆孔5，溢浆孔内可安装转轴10和锚爪9，锚杆体12端部设置外螺纹；所述止浆垫13是由膨胀橡胶制成的中间厚边缘薄的矩形止浆垫，与托盘14尺寸一致，中间设置圆孔以安装锚杆，遇浆液后膨胀，密封围岩18；所述的托盘14为常用钢制托盘，表面镀锌防止腐蚀；所述的垫圈15为低碳钢制成的弹簧垫圈，设置于高强螺母16和托盘14之间，用来保护托盘14表面不受高强螺母擦伤，分散高强螺母对托盘14的压力，使受力更加均匀；所述的高强螺母16为外六角形高强螺母，内部设置螺纹，与锚杆端部设置外螺纹咬合，并提供预应力。

本发明一种新型增锚注浆锚杆及其施工方法，具体包括以下步骤：

（1）拉紧钢绞线7使其带动锚爪9向锚杆体12内转动，将锚爪9收至锚杆体12内，并用钢绞线夹具11固定钢绞线7；

（2）将锚杆放入钻孔17内，松动钢绞线夹具11，使高强弹簧8拉动钢绞线7在锚杆体12内运动，钢绞线7带动锚爪9向锚杆体12外侧转动并紧贴围岩18；

（3）在钻孔17外侧依次安装止浆垫13、托盘14和垫圈15，并用高强螺母16初步紧固；

（4）将注浆设备连接至注浆孔3，打开排气孔2的堵浆塞4进行注浆，直至浆液从排气孔2内溢出，移走注浆设备，并用堵浆塞4封堵排气孔2和注浆孔3；

（5）待浆液达到足够粘结强度后对高强螺母16进一步紧固，施加预应力。

Claims (2)

1.一种新型增锚注浆锚杆，其特征在于，它是由注浆系统、增锚系统和紧固系统构成；所述的注浆系统由封盖、排气孔、注浆孔、堵浆塞、溢浆孔组成，其中，封盖是由不锈钢制成圆形封堵盖板，排气孔和注浆孔为封盖上的圆形钻孔，排气孔用于排出注浆时钻孔和锚杆体内的空气；堵浆塞在注浆完毕后封堵排气孔和注浆孔；溢浆孔为锚杆体上设置的矩形出浆口，溢浆孔内安装有转轴，转轴供锚爪旋转与围岩接触；所述的增锚系统由锚固孔、钢绞线、高强弹簧、锚爪、转轴和钢绞线夹具组成，其中，锚固孔为封盖上的圆形钻孔，为钢绞线提供锚固通道；高强弹簧一端固定在锚杆体底部，另一端与钢绞线连接，高强弹簧拉伸钢绞线带动锚爪紧贴围岩；锚爪为U形锚固爪，一侧设置有倒刺，可紧贴围岩提供锚固力，锚爪对称布置，伸展开可以将锚杆体固定至钻孔中央，防止偏移；钢绞线夹具头细尾粗，与锚固孔相契合，由两瓣组成，瓣内有横纹，可挤压紧固钢绞线；所述的紧固系统由锚杆体、止浆垫、托盘、垫圈和高强螺母组成，止浆垫是由膨胀橡胶制成的中间厚边缘薄的矩形止浆垫，中间设置圆孔以安装锚杆体，遇浆液后膨胀密封围岩；垫圈为弹簧垫圈，用于分散高强螺母对托盘的压力。

2.如权利要求1所述的一种新型增锚注浆锚杆的施工方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

（1）拉紧钢绞线使其带动锚爪向锚杆体内转动，将锚爪收至锚杆体内，并用钢绞线夹具固定钢绞线；

（2）将锚杆放入钻孔内，松动钢绞线夹具，使高强弹簧拉动钢绞线在锚杆体内运动，钢绞线带动锚爪向锚杆体外侧转动并紧贴围岩；

（3）在钻孔外侧依次安装止浆垫、托盘和垫圈，并用高强螺母初步紧固；

（4）将注浆设备连接至注浆孔，打开排气孔的堵浆塞进行注浆，直至浆液从排气孔内溢出，移走注浆设备，并用堵浆塞封堵排气孔和注浆孔；

（5）待浆液达到足够粘结强度后对高强螺母进一步紧固，施加预应力。