CN109209455B - 一种具有阻浆塞的涨壳式预应力中空注浆锚杆 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有阻浆塞的涨壳式预应力中空注浆锚杆，包括螺母、排气/注浆管、球面支撑垫板、阻浆塞、锚杆体、锚固头塑料套圈和涨壳式锚固头；涨壳式锚固头由涨壳内楔和涨壳外夹片组成，涨壳外夹片为多瓣式，涨壳内楔为中空结构且内设螺纹并通过螺纹与锚杆体连接；锚杆体设有与涨壳内楔螺纹相匹配的外螺纹，阻浆塞套设于锚杆体外表面，球面支撑垫板呈草帽状结构且中心部位设有用于贯穿锚杆体的圆孔并预留有用于穿引排气/注浆管的穿引孔，螺母由一半球体以及带动半球体旋转的旋动部，螺母压抵在支撑垫板外侧挤压阻浆塞，阻浆塞开有穿引排气/注浆管的引导孔，排气/注浆管贯穿引导孔；锚杆体周面具有连续的凸起且中部具有一贯穿的注浆孔。

Description

一种具有阻浆塞的涨壳式预应力中空注浆锚杆

技术领域

本发明属于锚杆技术领域，具体地说是涉及一种具有阻浆塞的涨壳式预应力中空注浆锚杆。

背景技术

在岩土工程涉及的地下工程、矿山巷道、基坑与边坡工程过程中，为防止地层变形坍塌或失稳而危及安全，对地层进行加固的一种主要的支护技术是采用锚杆。通过设置在地层中的锚杆所具有高强度抗拉能力及通过锚杆与锚杆周围的注浆体与地层之间密实结合等方式将地层加固起来，以提高地层的整体性，起着抗剪，抗拉，抗压等多种力学作用，以控制地层变形，使之达到稳定安全状态。

根据地层环境和对锚杆耐久性要求，锚杆可分为临时支护锚杆和永久支护锚杆；临时支护锚杆使用寿命要求保证施工期的支护安全，一般为24-36个月内；永久支护锚杆使用寿命要求保证工程项目投产后营运期的安全，一般要求在几十年，现在欧美国家对于永久支护型锚杆的使用寿命均为100-120年。因此锚杆在地层中的防腐问题是很重要的。根据目前技术研究成果，钢锚杆在地层中的腐蚀有化学腐蚀、电化学腐蚀、高应力腐蚀和散乱电流腐蚀4种，以电化学腐蚀和散乱电流腐蚀为主。这主要由地层中土的酸碱度和导电性等腐蚀介质通过地下水和空气与锚杆的接触引起。目前国内锚杆防腐技术主要分为隔离和绝缘两个方面。其方法有注浆固结保护、锚杆镀锌层保护、锚杆环氧树脂涂层、套管包裹等。采用上述一种方法时为单重防腐，采用两种为双重防腐，三种及以上为多重防腐。“注浆固结”为目前普遍被采用的单重防腐方式。另外，目前国内还有采用“注浆固结+镀锌涂层”，“注浆固结+环氧涂层”,“注浆固结+套管”等双重防腐方式。根据相关技术规范显示，目前所出现的单重防腐和双重防腐方式难以满足永久支护锚杆，100年以上使用寿命的要求。

现有技术中涉及的大部分粗钢筋锚杆，仅适合于临时支护，或属于单重防腐锚杆，如：

⑴粗钢筋砂浆锚杆：浆体饱满度难以保证，且因插入钢筋时存在偏离现象，钢筋保护层厚度不易均匀，锚固力不大，故钢筋锈蚀而破坏；同时因不能实施预应力，注浆体随钢筋变形而开裂，使水汽直接侵入钢筋，影响使用寿命；不适用于破碎地层；因锚杆支护力是在砂浆缓慢结硬后形成的，故不适用于需迅速形成支护力的场合。难以用于永久支护。

⑵早强水泥卷锚杆和树脂药卷锚固全粘结实心锚杆：虽是对普通砂浆实心锚杆进行了改进，可适用地层范围扩大，并能迅速形成支护力，但锚固浆体饱满度及钢筋保护层厚度因构造方面问题依然难以保证，影响锚杆体的可靠性。也难以用于永久支护。

⑶水胀式锚杆和管缝式锚杆：利用锚杆体与孔壁面摩擦形成支护力。属于非注浆锚杆，一般仅适用于临时支护和良好岩层中。

⑷涨壳式锚杆：利用锚固头的涨壳力形成点锚固，为非粘结型锚固产生的锚力。由于涨壳力通过涨壳与孔壁摩擦形成，故仅适用于较好的岩层中。

⑸中空自钻式锚杆：如中国专利（ZL95202848.4）所示技术方案，通过中空杆体做钻杆加钻头实现钻杆和锚杆合一，钻进后再注浆。该技术方案侧重于极软弱与破碎岩层的注浆支护，但其缺点是注浆体锚固时间过长，因工艺原因不能迅速形成锚固力，故不适用需快速支护的地层。

综上所述，上述锚杆类型均存在各自的缺点，且仅适用于某种场合。不论锚杆的支护理论如何，从支护特性对锚杆提出的理想要求为：⑴安装锚杆后能迅速形成支护锚固力，控制岩体变形；⑵能通过可靠的注浆使锚杆具永久支护力和耐久性（锚杆寿命100年）；⑶能通过预应力使锚杆注浆体处于零应力或注浆体不出现开裂保证锚杆在长期工作下不锈蚀；⑷施工工艺简单；（5）上述锚杆均无法良好的适应隧道拱顶的安装要求，尤其是对于注浆式的锚杆，由于浆料具有一定的流动性，那就导致浆料无法很好的充满锚杆安装孔，从而使锚杆安装强度降低，降低锚杆安装可靠度。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有阻浆塞的涨壳式预应力中空注浆锚杆，其意在克服背景技术中存在的问题。

为解决上述技术问题，本发明的目的是这样实现的：

一种具有阻浆塞的涨壳式预应力中空注浆锚杆，其特征在于：包括螺母、排气/注浆管、球面支撑垫板、阻浆塞、锚杆体、锚固头塑料套圈和涨壳式锚固头；所述的涨壳式锚固头由涨壳内楔和涨壳外夹片组成，所述的涨壳外夹片为多瓣式，所述的涨壳内楔为中空结构且内设螺纹并通过螺纹与锚杆体连接；所述的锚杆体设有与涨壳内楔所设螺纹相匹配的外螺纹，所述阻浆塞套设于锚杆体外表面，所述球面支撑垫板呈草帽状结构且中心部位设有用于贯穿锚杆体的圆孔并预留有用于穿引排气/注浆管的穿引孔，所述螺母由一半球体以及带动半球体旋转的旋动部，其中心预留有用于贯穿锚杆体且二者螺纹连接的安装孔，所述螺母压抵在支撑垫板外侧，阻浆塞外端与支撑垫板内侧接触且被所述支撑垫板挤压，所述阻浆塞沿其轴向开设有用于穿引排气/注浆管的引导孔，所述排气/注浆管穿过穿引孔后贯穿所述引导孔；

所述锚杆体外周面具有连续的凸起且中部具有一贯穿的注浆孔。

在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案：所述凸起为螺旋状。

在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案：锚杆体通体均具有螺旋状的所述凸起且所述螺母、涨壳内楔与其螺接。

在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案：所述阻浆塞为锥形。

在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案：所述阻浆塞材质为橡胶。

在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案：所述排气/注浆管穿出所述引导孔后伸出设定长度且其伸出部分贴紧锚杆体外周面。

在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案：所述涨壳内楔通过內楔夹条与涨壳外夹片进行夹持固定。

在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案：所述內楔夹条为凵形，其夹持涨壳内楔后两纵边固连于涨壳外夹片。

在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案：所述内楔夹条两纵边的端部均具有向外的折边，两折边用于卡紧在钻孔内壁，在旋动紧固螺母的时候起到防止涨壳式锚固头一同转动的作用。

本发明相比现有技术突出且有益的技术效果是：（1）通过涨壳式锚固头和岩壁形成涨压力，安装锚杆后可以迅速形成支护力，控制岩体变形；（2）锚杆安装完成后能施加预应力，使锚杆注浆固结体处于零应力状态，从而保证固结体不出现开裂现象，保护锚杆体在长期工作下不受地层介质的侵蚀，提高锚杆的使用寿命；（3）锚杆能360℃任意方向安装及注浆，降低了施工难度，提高了施工效率；（4）可以在灌浆过程中有效的排除钻孔内的空气和水，使灌浆更加充分彻底；（5）阻浆塞的设置使得该锚杆更加适用于隧道拱顶的使用，其可以确保注浆的饱满，保证和增强位于隧道拱顶的锚杆其安装强度。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是锚杆体结构示意图；

图3是螺母结构示意图；

图4是阻浆塞结构示意图；

图5是球面支撑垫板结构示意图；

图6是涨壳式锚固头结构示意图；

图7是涨壳外夹片结构示意图；

图8是涨壳外夹片分布结构示意图；

图9是锚固头塑料套圈；

图10是內楔夹条夹持涨壳内楔结构示意图；

图11是涨壳内楔结构示意图；

图12是內楔夹条结构示意图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，

一种具有阻浆塞的涨壳式预应力中空注浆锚杆，包括螺母10、排气/注浆管20、球面支撑垫板30、阻浆塞40、锚杆体50、锚固头塑料套圈70和涨壳式锚固头80；涨壳式锚固头80由涨壳内楔90和涨壳外夹片81组成，涨壳外夹片81为多瓣式，涨壳内楔90为中空结构且内设螺纹并通过螺纹与锚杆体50连接；锚杆体50设有与涨壳内楔90所设螺纹相匹配的外螺纹，所述阻浆塞40套设于锚杆体50外表面，球面支撑垫板30呈草帽状结构且中心部位设有用于贯穿锚杆体50的圆孔并预留有用于穿引排气/注浆管20的穿引孔32，螺母10由一半球体12以及带动半球体12旋转的旋动部11，其中心预留有用于贯穿锚杆体50且二者螺纹连接的安装孔，螺母10压抵在支撑垫板30外侧，阻浆塞40外端与支撑垫板30内侧接触且被支撑垫板30挤压，阻浆塞40沿其轴向开设有用于穿引排气/注浆管20的引导孔41，排气/注浆管20穿过穿引孔32后贯穿所述引导孔41，排气/注浆管20穿出所述引导孔后伸出设定长度且其伸出部分贴紧锚杆体50外周面。

锚杆体50外周面具有连续的凸起51且中部具有一贯穿的注浆孔52。

进一步的，凸起51为螺旋状，锚杆体50通体均具有螺旋状的凸起51且螺母10、涨壳内楔90与其螺接。

优选的，凸起51截面为连续的波浪状。

优选的，阻浆塞40为锥形。

优选的，阻浆塞40材质为橡胶。

需要说明的是，阻浆塞40的设置使得该锚杆更加适用于隧道拱顶的使用，其可以确保注浆的饱满，保证和增强位于隧道拱顶的锚杆其安装强度。

涨壳内楔90通过內楔夹条100与涨壳外夹片81进行夹持固定。

內楔夹条100为凵形，其夹持涨壳内楔90后两纵边采用铆钉铆接于涨壳外夹片81。

内楔夹条100两纵边的端部均具有向外的折边101，所述两折边101的最远端的距离稍大于钻孔的内径，且两折边向锚杆插入钻孔的方向相反向倾斜。

形成一个注浆料流通的通路，这样注浆料就可以从注浆孔23进入到岩石上预先开设的锚杆孔内进行填充。

作为优选的，锚固头塑料套圈70尺寸比钻孔稍大，其在锚杆插入前自然脱落；锚固头塑料套圈70在涨壳式锚固头80进入钻孔之前，限制涨壳外夹片81的张开，使其容易进入到钻孔内。

安装过程中，锚杆体50带动涨壳内楔90运动，涨壳外夹片81涨开，与锚杆孔壁紧密接触，促使锚杆迅速形成支护锚固力；注浆孔52作为浆料流动通道，根据需要进行注浆；球面支撑垫板30与螺母10的半球体12为球面接触，在锚杆轴线与岩面非垂直安装情况下，通过调整，使球面支撑垫板30能与岩面紧密贴合。

具体安装过程进行说明如下：

⑴首先根据锚杆的尺寸在岩壁上钻孔并清扫钻孔。

⑵现场将涨壳式锚固头80与锚杆体50连接好，并以涨壳式锚固头80在前的方式插入钻孔内，将锚杆送到预定位置。

⑶在锚杆体50相对涨壳式锚固头80的另一端依次安装上阻浆塞40、排气/注浆管20、球面支撑垫板30的装配体，最后安装旋入螺母10，并用扳手卡住旋动部11将螺母10拧紧，同时保证球面支撑垫板30与岩壁紧密贴合，在旋紧螺母10使，阻浆塞40被挤进孔中并完全封闭。

⑷如需对锚杆进行预应力时，可直接使用扭力扳手旋紧螺母10对锚杆体50进行张拉预应力，使涨壳式锚固头80内的涨壳外夹片81进一步撑开，直到达到设计预应力要求。

⑸完成上述步骤后，用注浆泵将浆液通过注浆孔52注入，浆液通过注浆孔52到达钻孔底部，然后逐渐充满整个钻孔及岩壁缝隙，在这过程中，由于阻浆塞40的封闭隔离作用，气体从排气/注浆管20排出。当浆液从排气/注浆管20溢出，说明注浆完成，注浆泵停止工作，注浆结束；

然后通过弯曲该排气/注浆管20或用钳子挤压排气/注浆管20的管壁来关闭软管；

经过上述步骤，锚杆安装完成。

需要说明的是，如果与锚杆体50的尺寸相比，有一个大直径的钻孔，通过注浆孔52注浆，钻孔内的水难以从排气/注浆管完全排出，这里就可以通过排气/注浆管20的出口端安装注浆接头，由排气/注浆管20灌浆，通过注浆孔52进行疏散钻孔内可能存在的空气和水，当灌浆从注浆孔52入口端流出时，采用帽螺母旋入注浆孔52入口处的锚杆体50上将注浆孔52封闭，注浆完成。

上述实施例仅为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种具有阻浆塞的涨壳式预应力中空注浆锚杆，其特征在于：包括螺母（10）、排气/注浆管（20）、球面支撑垫板（30）、阻浆塞（40）、锚杆体（50）、锚固头塑料套圈（70）和涨壳式锚固头（80）；所述的涨壳式锚固头（80）由涨壳内楔（90）和涨壳外夹片（81）组成，所述的涨壳外夹片（81）为多瓣式，所述的涨壳内楔（90）为中空结构且内设螺纹并通过螺纹与锚杆体（50）连接；所述的锚杆体（50）设有与涨壳内楔（90）所述螺纹相匹配的外螺纹，所述阻浆塞（40）套设于锚杆体（50）外表面，所述球面支撑垫板（30）呈草帽状结构且中心部位设有用于贯穿锚杆体（50）的圆孔并预留有用于穿引排气/注浆管（20）的穿引孔（32），所述螺母（10）由一半球体（12）以及带动半球体（12）旋转的旋动部（11），其中心预留有用于贯穿锚杆体（50）且二者螺纹连接的安装孔，所述螺母（10）压抵在球面支撑垫板（30）外侧，阻浆塞（40）外端与球面支撑垫板（30）内侧接触且被所述球面支撑垫板（30）挤压，所述阻浆塞（40）沿其轴向开设有用于穿设排气/注浆管（20）的引导孔（41），所述排气/注浆管（20）穿过穿引孔（32）后贯穿所述引导孔（41）；

所述锚杆体（50）外周面具有连续的凸起（51）且中部具有一贯穿的注浆孔（52）；

所述排气/注浆管（20）穿出所述引导孔后伸出设定长度且其伸出部分贴紧锚杆体（50）外周面；

所述涨壳内楔（90）通过内楔夹条（100）与涨壳外夹片（81）进行夹持固定；

所述内楔夹条（100）为凵形，其夹持涨壳内楔（90）后两纵边固连于涨壳外夹片（81）。

2.根据权利要求1所述的一种具有阻浆塞的涨壳式预应力中空注浆锚杆，其特征在于：所述凸起（51）为螺旋状。

3.根据权利要求2所述的一种具有阻浆塞的涨壳式预应力中空注浆锚杆，其特征在于：锚杆体（50）通体均具有螺旋状的所述凸起（51）且所述螺母（10）、涨壳内楔（90）与其螺接。

4.根据权利要求1所述的一种具有阻浆塞的涨壳式预应力中空注浆锚杆，其特征在于：所述阻浆塞（40）为锥形。

5.根据权利要求1所述的一种具有阻浆塞的涨壳式预应力中空注浆锚杆，其特征在于：所述阻浆塞（40）材质为橡胶。

6.根据权利要求1所述的一种具有阻浆塞的涨壳式预应力中空注浆锚杆，其特征在于：所述内楔夹条（100）两纵边的端部均具有向外的折边（101）。