CN110454206B - 预应力锚索、锚杆锚索联合支护系统及软弱岩层支护工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种预应力锚索、锚杆锚索联合支护系统及软弱岩层支护工艺其中，预应力锚索包括锚索本体、托盘及锚索锁具，锚索本体包括第一锚固段、第二锚固段和张拉段；第一锚固段、第二锚固段和张拉段由多根钢绞线连续编织成一体的结构件，第一锚固段与第二锚固段相接处设有第一分隔盘，第二锚固段靠近张拉段设有第二分隔盘，第一锚固段的端部设有导向体，锚索本体内埋设有第一注浆管和第二注浆管，第一注浆管和第二注浆管的入浆口位于张拉段侧，第一注浆管的出浆口位于第一分隔盘与第二分隔盘之间，第二注浆管的出浆口位于第二分隔盘和托盘之间。本发明提供的预应力锚索，提高了浆液的利用率，改善了软弱围岩的力学性能，提高了软弱围岩的稳定性。

Description

预应力锚索、锚杆锚索联合支护系统及软弱岩层支护工艺

技术领域

本发明涉及围岩加固技术领域，具体的涉及一种预应力锚索、锚杆锚索联合支护系统及软弱岩层支护工艺。

背景技术

预应力锚索，是指采取预应力方法把锚索锚固在岩体内部的索状支架，其在岩土支护领域已得到广泛应用。预应力锚索靠锚头通过岩体软弱结构面的孔锚入岩体内，把滑体(破碎体)与稳固岩体联在一起，从而改变岩体的应力状态，提高边坡、巷道、隧道不稳定岩体的整体性和强度。

目前，岩石质量指标RQD低于25的岩体通常采用锚杆(索)和注浆加固。中国发明专利提供一种基于普通锚索施工的预应力全长锚固锚索施工方法(申请号：2011d10969595X)：其在眼位钻孔，用锚索锚固端将树脂锚固剂顶入孔内，使锚杆钻机一边推动锚索，一边通过旋转锚索搅拌树脂锚固剂；在锚索防渗套上安装锚索注浆塞，在锚索注浆塞上安装锚索托盘，锚索托盘上设有注浆孔，在锚索托盘上安装锚索锁具，将注浆管的一端穿入注浆孔，利用锚索张拉机通过对锚索锁具加压；当锚索非锚固端的中心端面有浆液流出时，停止注浆，完成注浆操作。该专利提供的施工方法可以在一定程度上加固围岩，但存在水泥浆液注入围岩后容易产生漏浆、跑浆现象，而且注浆压力受限，故加固效果有限。

对此，中国发明专利提供公开了一种地下工程极软弱围岩分步注浆加固方法(申请号：201910224612a5)，其包括以下步骤：S1、对浅部极软弱围岩进行注浆加固；S2、通过中部注浆锚索对中部极软弱围岩进行注浆加固；S3、对所述中部注浆锚索进行拉拔试验，判断拉拔力是否达到设定范围，若是，则执行步骤S4，若否，则执行步骤S5；S4、对深部极软弱围岩进行注浆加固；S5、调整所述中部注浆锚索支护参数。该发明能有效解决漏浆、跑浆现象，而且能够加固岩体，但该注浆需要经过重复钻孔和重复注浆，施工程序相当复杂，施工周期长。

因此需要提供一种预应力锚索及施工工艺，以改变岩体加固方式，提高加固效果。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明第一方面提供一种预应力锚索，其包括锚索本体、托盘及锚索锁具，所述锚索本体包括第一锚固段、第二锚固段和张拉段，所述第一锚固段和所述第二锚固段伸入锚索孔内，所述张拉段位于锚索孔的外侧，所述托盘套设于张拉段并通过锚索锁具固设于岩体表面；所述第一锚固段、第二锚固段和张拉段由多根钢绞线连续编织成一体的结构件，其中，所述第一锚固段和所述第二锚固段相接处固设有第一分隔盘，所述第二锚固段靠近张拉段固设有第二分隔盘，所述第一锚固段的自由端同轴设置有导向体，所述锚索本体内埋设有第一注浆管和第二注浆管，所述第一注浆管和第二注浆管的入浆口均位于所述张拉段侧，所述第一注浆管的出浆口位于第一分隔盘与第二分隔盘之间，所述第二注浆管的出浆口位于第二分隔盘和托盘之间。

本发明提供的预应力锚索，通过对锚索孔位于第二分隔盘与托盘之间的部位进行封闭注浆，以形成稳定的止浆垫，当对锚索孔位于第一分隔盘与第二分隔盘之间的部位进行加固注浆时，加固注浆的浆液无法通过止浆垫周围的岩体漏浆和跑浆，这样有效提高了加固浆液的利用率，进而提高了软弱岩层的加固效果，有效改善了软弱围岩的力学性能，提高了软弱围岩的稳定性。

另外，根据本发明上述的预应力锚索，还可以具有如下附加的技术特征：

根据本发明的一个示例所述第一锚固段长度方向上间隔形成有多个镂空结构体，所述镂空结构体内同轴设置有第一吸能体，相邻两个镂空结构体之间的多根钢绞线交错编织形成交织结构体，所述交织结构体外套有第二吸能体。

根据本发明的一个示例，所述第一吸能体包括套设于最中心钢绞线外壁的防锈套管和夹设在防锈套管与边缘钢绞线之间的第一吸能件。

根据本发明的一个示例，所述第二吸能体包括套设在交织结构体外壁的压缩套管和贴设于压缩套管内的第二吸能件。

根据本发明的一个示例，所述第一分隔盘和第二分隔盘均包括盘本体和固设在盘本体外圆周面上的橡胶垫圈，所述盘本体具有穿设钢绞线的穿线孔。

根据本发明的一个示例，所述第二锚固段的轴向上均匀设置有多个倒锥体。

本发明第二方面提供一种锚杆锚索联合支护系统，包括上述任意一项所述的一种预应力锚索，其中，所述托盘的每一个边角处均开设有第二安装孔，每个所述第二安装孔对应安装有一锚杆，所述锚杆的一端锚固在岩体内，所述锚杆的另一端通过锚杆锁具固定在托盘上。

本发明提供的锚杆锚索联合支护系统，通过多根锚杆将软弱围岩连接成整体后，再通过预应力锚索将软弱围岩与稳定围岩连接成一体，这样有效提高了软弱围岩与稳定围岩连接的稳定性，避免了局部软弱围岩脱离稳定围岩。

本发明第三方面提供一种软弱岩层支护工艺，包括如下实施步骤：

S10、对软弱岩层进行临时支护后，施工锚索孔，并利用钻机出水将锚索孔内的杂质清除干净；

S20、利用钻孔窥视仪探测锚索孔内岩层的性质和裂隙发育情况，并通过探测结果计算第一锚固段和第二锚固段的长度；

S30、将树脂锚固剂放在锚索孔的孔口，将导向体的自由端顶在树脂锚固剂上并缓慢推入锚索孔的孔底后，将锚索张拉段的自由端与锚杆钻机连接，锚杆钻机旋转推动锚索搅拌树脂锚固剂凝固50s～60s后，撤下锚杆钻机；

S40、对预应力锚索进行张拉预紧；

S50、将第二注浆管与注浆设备连接后，向锚索孔位于第二分隔盘与托盘之间的区域内注入封闭浆液，注浆压力视ROD系数介于0.5Mpa～2Mpa之间。

S60、待封闭浆液凝固24h后，将第一注浆管与注浆设备连接后，向锚索孔位于第一分隔盘与第二分隔盘之间的区域内注入加固浆液。

S70、待封闭浆液凝固48h后，利用托盘上的第二安装孔向岩体施工锚杆并进行张拉预紧；

另外，根据本发明上述实施例的软弱岩层支护工艺，还可以具有如下附加的技术特征：

根据本发明的一个示例，在S50中，所述封闭浆液为水泥-水玻璃双液浆，其配合体积比例为：水泥浆：水玻璃＝1:0.5～1:1.0，其中，水玻璃模数M＝2.8～3.0，水玻璃溶液浓度为Be’＝30～40，水泥浆水灰比＝0.5：1～1.0：1。

根据本发明的一个示例，所述钻机采用变径钻头施工锚索孔，所述锚索孔的孔底及容纳第二锚固段的区域进行扩孔。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

图1为实施例1提供的一种预应力锚索的结构示意图；

图2为图1中A-A处剖视图；

图3为图1中B-B处剖视图；

图4为图1中C-C处剖视图；

图5为图1中D-D处剖视图；

图6为实施例2提供的一种锚杆锚索联合支护系统的剖视图；

图7为实施例2提供的一种锚杆锚索联合支护系统的俯视图；

图8为实施例3提供的软弱岩层支护工艺的施工状态图；

附图标记中：

1、锚索本体；11a、导向体；11b、第一锚固段；11c、第二锚固段；11d、张拉段；12a、第一注浆管；12b、第二注浆管；13a、第一分隔盘；131、盘本体；132、橡胶垫圈；133、穿线孔；13b、第二分隔盘；14、第一吸能体；141、防锈套管；142、吸能体；15、第二吸能体；151、压缩套管；152、第二吸能件；16、倒锥体；161、紧固套管；162、倒锥片；

2、托盘；

3、锚索锁具；

4、锚索孔；

5、锚杆；

6、锚杆锁具；

7、树脂锚固剂；

8、加固浆液；

9、封闭浆液。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

实施例1

结合附图1至附图5所示，本实施例提供一种预应力锚索，其包括锚索本体1、托盘2及锚索锁具3，所述锚索本体1包括第一锚固段11b、第二锚固段11c和张拉段11d，锚固时，第一锚固段11b和第二锚固段11c伸入锚索孔内，张拉段11d位于锚索孔的外侧，托盘2套设于张拉段11d并通过锚索锁具3固设于岩体表面。

在本实施例中，托盘2的规格不低于300mm*300m*16mm，其可采用中部向外凸起的减震托盘，也可采用现有技术中常见的平面托盘。第一锚固段11b和第二锚固段11c的长度之和不低于4.3m，具体地可根据岩石质量指标ROD系数和现有技术中通用的锚固参数计算。

具体地，第一锚固段11b、第二锚固段11c和张拉段11d由多根钢绞线连续编织成一体的结构件，其中，第一锚固段11b和第二锚固段11c相接处固设有第一分隔盘13a，所述第二锚固段11c靠近张拉段11d固设有第二分隔盘13b，所述第一锚固段11b的自由端同轴设置有导向体11a，所述锚索本体1内埋设有第一注浆管12a和第二注浆管12b，所述第一注浆管12a和第二注浆管12b的入浆口均位于所述张拉段11d侧，所述第一注浆管12a的出浆口位于第一分隔盘13a与第二分隔盘13b之间，所述第二注浆管12b的出浆口位于第二分隔盘13b和托盘2之间。

在本实施例中，锚索孔在位于第二分隔盘13b和托盘2之间的区域注入封闭浆液，所述封闭浆液采用水泥-水玻璃双液浆，封闭浆液的配合体积比例为：水泥浆：水玻璃＝1:0.5～1:1.0，其中，水玻璃模数M＝2.8～3.0，水玻璃溶液浓度为Be’＝30～40，水泥浆水灰比＝0.5：1～1.0：1。

在本实施例中，第二分隔盘13b和托盘2之间的区域注浆后形成止浆垫，所述止浆垫的厚度不低于0.5m，即第二分隔盘13b和托盘2之间距离不少于0.5m。注浆压力视岩石质量指标ROD介于0.5Mpa～2Mpa之间，具体地，当ROD小于15时，注浆压力优选0.5～1Mpa，当ROD介于15-30时，注浆压力优选1～2Mpa，上述注浆压力是根据实际经验值确定的，当然也可根据张永成编制的《注浆技术》中的公式确定。

在本实施例中，锚索孔在位于第一分隔盘13a和第二分隔盘13b之间的区域注入加固浆液，加固浆液注浆压力可参照此标高的静水压和止浆垫的厚度确定，具体为5～7Mpa，所述加固浆液为现有技术中常见的水泥浆，水泥浆中可增加少量的速凝剂和微膨胀剂，速凝剂和微膨胀剂占比不得超过水泥浆浆液的2％，加入速凝剂可使水泥浆在一定时间内快速凝固并具有较高的强度，加入微膨胀剂可使水泥浆发生微膨胀并充填围岩中的孔隙和裂隙。

如图1所示，所述第一锚固段11b长度方向上间隔形成有多个镂空结构体，所述镂空结构体内同轴设置有第一吸能体14，相邻两个镂空结构体之间的多根钢绞线交错编织形成交织结构体，所述交织结构体外套有第二吸能体15。

具体地，如图2所示，所述第一吸能体14包括套设于最中心钢绞线外壁的防锈套管141和夹设在防锈套管141与边缘钢绞线之间的第一吸能件142，所述第一吸能件142优选高阻尼橡胶或弹性钢片，所述防锈套管141为硬质PVC管，所述防锈套管141将第一吸能体14处的最中心钢绞线包裹，以避免钢绞线生锈后其强度降低。

具体地，如图3所示，所述第二吸能体15包括套设在交织结构体外壁的压缩套管151和贴设于压缩套管151内的第二吸能件152，所述压缩套管151采用高阻尼橡胶制成，所述第二吸能件152可采用弹簧压片。

具体地，如图4所示，所述第一分隔盘13a和第二分隔盘13b均包括盘本体131和固设在盘本体131外圆周面上的橡胶垫圈132，所述盘本体131具有穿设钢绞线的穿线孔133。

具体地，如图1和图5所示，所述第二锚固段11c的轴向上均匀设置有多个倒锥体16，所述倒锥体16包括固定套设于第二锚固段11c上的紧固套管161和固设在紧固套管161轴向上的多个倒锥片162，所述倒锥片162呈圆弧曲面结构，设置倒锥体16可增加固浆液与预应力锚索的接触面积，进而提高预应力锚索的锚固力。

综上所述，本发明提供的预应力锚索，通过对锚索孔位于第二分隔盘13b与托盘2之间的区域进行封闭注浆，以形成稳定的止浆垫，当对锚索孔位于第一分隔盘13a与第二分隔盘13b之间的区域进行加固注浆时，加固注浆的浆液无法通过止浆垫周围的围岩漏浆和跑浆，这样有效提高了加固浆液的利用率，进而提高了软弱岩层的加固效果，有效改善了软弱围岩的力学性能，提高了软弱围岩的稳定性。

另外，本发明提供的预应力锚索的第一锚固段11b锚固在稳定的岩层中，当岩层发生冲击地压或发生微型地震挤压时，第一锚固段11b受压径向和轴向均发生形变，发生形变的同时耗能，使得岩层相对稳定。

实施例2：

本实施例基于实施例1提供一种锚杆锚索联合支护系统，其包括实施例1中的预应力锚索，还包括多个锚杆5。

如图6和图7所示，托盘2的边角处对应开设有多个第二安装孔，每个第二安装孔对应安装有一锚杆5，所述锚杆5的一端锚固在岩体内，所述锚杆5的另一端通过锚杆锁具6固定在托盘2上。

在本实施例中，所述托盘2为方形托盘2，托盘2的四个边角均开设有第二安装孔，每个第二安装孔均安装有一个锚杆5，所述锚杆5的长度部不少于2200mm。

本实施例提供的锚杆锚索联合支护系统，利用多个锚杆5将非稳定层连为一片，利用锚索将稳定层和非稳定层连接在一起，形成立体式稳定的支护结构，能够扩大支护面积，提高支护的稳定性。

实施例3：

如图8所示，本实施例基于实施例2提供一种软弱岩层支护工艺，具体包括如下步骤：

S10、对软弱岩层进行临时支护后，施工锚索孔4，并利用钻机出水将锚索孔4内的杂质清除干净；

S20、利用钻孔窥视仪探测锚索孔4内岩层的性质和裂隙发育情况，并通过探测结果计算第一锚固段11b和第二锚固段11c的长度；

S30、将树脂锚固剂7放在锚索孔4的孔口，将导向体11a的自由端顶在树脂锚固剂7上并缓慢推入锚索孔4的孔底后，将锚索张拉段11d的自由端与锚杆钻机连接，锚杆钻机旋转推动锚索搅拌树脂锚固剂7凝固50s～60s后，撤下锚杆钻机；

S40、对预应力锚索进行张拉预紧；

S50、将第二注浆管12b与注浆设备连接后，向锚索孔4位于第二分隔盘13b与托盘2之间的区域内注入封闭浆液，注浆压力视ROD系数介于0.5Mpa～2Mpa之间。

S60、待封闭浆液9凝固24h后，将第一注浆管12a与注浆设备连接后，向锚索孔4位于第一分隔盘13a与第二分隔盘13b之间的区域内注入加固浆液9。

S70、待封闭浆液9凝固48h后，利用托盘2上的第二安装孔向岩体施工锚杆5并进行张拉预紧；

具体地，在S10中，钻机采用变径钻头施工锚索孔4，所述锚索孔4的孔底及容纳第二锚固段11c的区域进行扩孔，锚索孔4的孔底扩大后可增加充填树脂锚固剂7的空间，扩大第一锚固段11b的锚固面积，进而提高第一锚固段11b的锚固力；锚索孔4对应第二锚固段11c的区域扩孔后，可容纳倒锥体16，利用倒锥体16可增加预应力锚索与加固浆液8的融合面积，从而进一步提高软弱地层的整体性。

具体地，在S50中，所述封闭浆液9为水泥-水玻璃双液浆，其配合体积比例为：水泥浆：水玻璃＝1:0.5～1:1.0，其中，水玻璃模数M＝2.8～3.0，水玻璃溶液浓度为Be’＝30～40，水泥浆水灰比＝0.5：1～1.0：1。

具体地，在S50中，在S60中，所述加固浆液9为水泥浆，所述水泥浆内添加有速凝剂和微膨胀剂。

在本实施例中，利用第二注浆管12b向锚索孔4位于第二分隔盘13b与托盘2之间的区域内注入封闭浆液9，使第二分隔盘13b与托盘2之间以形成稳定的止浆垫，注入封闭浆液9一方面有助于使浆液扩散半径内的围岩形成一个相对稳定的结构体，另一方面使浆液充填围岩裂隙，避免加固浆液9出现跑浆和露浆现象，封闭浆液9的注浆压力控制在0.5Mpa～2Mpa之间，可有效控制扩散半径，同时避免注浆压力过大使得注浆区域脱离岩体。

第一分隔盘13a与第二分隔盘13b之间的区域注入加固浆液9，使得本申请中的预应力锚索为全锚，可使预应力锚索充分与围岩结合成一体，将锚索预应力传递给岩体，能够有效增加岩体抗变形能力，提高岩层的稳定性。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种预应力锚索，包括锚索本体、托盘及锚索锁具，所述锚索本体包括第一锚固段、第二锚固段和张拉段，所述第一锚固段和所述第二锚固段伸入锚索孔内，所述张拉段位于锚索孔的外侧，所述托盘套设于张拉段并通过锚索锁具固设于岩体表面，其特征在于：

所述第一锚固段、第二锚固段和张拉段由多根钢绞线连续编织成一体的结构件，其中，所述第一锚固段和所述第二锚固段相接处固设有第一分隔盘，所述第二锚固段靠近张拉段固设有第二分隔盘，所述第一锚固段的自由端同轴设置有导向体，所述锚索本体内埋设有第一注浆管和第二注浆管，所述第一注浆管和第二注浆管的入浆口均位于所述张拉段侧，所述第一注浆管的出浆口位于第一分隔盘与第二分隔盘之间，所述第二注浆管的出浆口位于第二分隔盘和托盘之间。

2.根据权利要求1所述的一种预应力锚索，其特征在于：所述第一锚固段长度方向上间隔形成有多个镂空结构体，所述镂空结构体内同轴设置有第一吸能体，相邻两个镂空结构体之间的多根钢绞线交错编织形成交织结构体，所述交织结构体外套有第二吸能体。

3.根据权利要求2所述的一种预应力锚索，其特征在于：所述第一吸能体包括套设于最中心钢绞线外壁的防锈套管和夹设在防锈套管与边缘钢绞线之间的第一吸能件。

4.根据权利要求2所述的一种预应力锚索，其特征在于：所述第二吸能体包括套设在交织结构体外壁的压缩套管和贴设于压缩套管内的第二吸能件。

5.根据权利要求2所述的一种预应力锚索，其特征在于：所述第一分隔盘和第二分隔盘均包括盘本体和固设在盘本体外圆周面上的橡胶垫圈，所述盘本体具有穿设钢绞线的穿线孔。

6.根据权利要求1所述的一种预应力锚索，其特征在于：所述第二锚固段的轴向上均匀设置有多个倒锥体。

7.一种锚杆锚索联合支护系统，其特征在于：包括权利要求1至6任意一项所述的一种预应力锚索，其中，所述托盘的每一个边角处均开设有第二安装孔，每个所述第二安装孔对应安装有一锚杆，所述锚杆的一端锚固在岩体内，所述锚杆的另一端通过锚杆锁具固定在托盘上。

8.一种基于权利要求7锚杆锚索联合支护系统的软弱岩层支护工艺，其特征在于：如下实施步骤：

S10、对软弱岩层进行临时支护后，施工锚索孔，并利用钻机出水将锚索孔内的杂质清除干净；

S20、利用钻孔窥视仪探测锚索孔内岩层的性质和裂隙发育情况，并通过探测结果计算第一锚固段和第二锚固段的长度；

S30、将树脂锚固剂放在锚索孔的孔口，将导向体的自由端顶在树脂锚固剂上并缓慢推入锚索孔的孔底后，将锚索张拉段的自由端与锚杆钻机连接，锚杆钻机旋转推动锚索搅拌树脂锚固剂凝固50s～60s后，撤下锚杆钻机；

S40、对预应力锚索进行张拉预紧；

S50、将第二注浆管与注浆设备连接后，向锚索孔位于第二分隔盘与托盘之间的区域内注入封闭浆液，注浆压力视ROD系数介于0.5Mpa～2Mpa之间；

S60、待封闭浆液凝固24h后，将第一注浆管与注浆设备连接后，向锚索孔位于第一分隔盘与第二分隔盘之间的区域内注入加固浆液；

S70、待封闭浆液凝固48h后，利用托盘上的第二安装孔向岩体施工锚杆并进行张拉预紧。

9.根据权利要求8所述的软弱岩层支护工艺，其特征在于：在S50中，所述封闭浆液为水泥-水玻璃双液浆，其配合体积比例为：水泥浆：水玻璃＝1:0.5～1:1.0，其中，水玻璃模数M＝2.8～3.0，水玻璃溶液浓度为Be’＝30～40，水泥浆水灰比＝0.5：1～1.0：1。

10.根据权利要求8所述的软弱岩层支护工艺，其特征在于：所述钻机采用变径钻头施工锚索孔，所述锚索孔的孔底及容纳第二锚固段的区域进行扩孔。

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