CN111456782A - 一种注浆粘结可预应力让压锚杆及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种注浆粘结可预应力让压锚杆及其施工方法，涉及岩土锚固和工程支护技术领域，其中，让压锚杆包括锚头、杆体、让压套筒和支承垫板，所述让压套筒的前部内插有波纹套管；让压套筒后部的外部与支承垫板配合，内部设有内滑件；所述杆体依次穿过内滑件、让压套筒、波纹套管后与锚头连接，所述杆体和内滑件之间传力配合；所述的内滑件与让压套筒的配合面上设有多个环向通孔；所述环向通孔分别与让压套筒和波纹套管连通。本发明的锚杆具备释能让压、预应力、全长粘结等功能，用于永久工程支护。

Description

一种注浆粘结可预应力让压锚杆及其施工方法

技术领域

本发明属于岩土锚固和工程支护技术领域，尤其是涉及一种注浆粘结可预应力让压锚杆及其施工方法。

背景技术

让压锚杆(索)中安装一种特定的让压装置，在被支护结构发生大变形时，通过让压装置使锚杆(索)体产生与岩土体相适应的变形，避免锚杆(索)体拉断失效，保持支护作用，它是一种可以有效地控制复杂多变而又难以支护的大变形岩土工程的特定锚杆。近年来，各种具有恒阻变形的让压锚杆不断地被开发和应用于边坡、地下工程或采矿巷道支护工程中，以解决软弱围岩造成地层大变形的问题。

具有恒阻大变形的让压锚杆(索)主要采用套筒让压方式，其核心技术为一个恒阻让压装置。该技术的总体思路是将在杆体的一端套在特殊的让压套筒内，杆体与套筒内有相互协同的一个阻力装置，当杆体受拉力值超过阻力装置的最大阻力时，杆体就在套筒内发生滑移，使锚杆变形，当阻力值为恒定值并持续滑移时就具有恒阻变形的性能。从而该锚杆能在高地应力作用下，能够自动适应围岩的大变形而自动延伸，同时在变形过程中吸收围岩释放的变形能，从而保证了特殊地层条件下的支护效果。但是这些恒阻让压变形锚杆技术均为孔底端锚式如采用机械涨壳锚固(Expansion Shell Anchoring)或树脂药卷锚固(Resin Cartridge Bonding)。基本没有考虑全长锚杆的注浆粘结问题。如下述的几个典型的技术：

公开号为CN102094662A的中国专利文献公开了一种摩擦套筒式大变形锚杆，包括一个摩擦套筒穿在杆体一端部，并包括外螺母、垫板等锚杆配件。其核心技术是摩擦套筒的内壁上设有摩擦齿、而杆体上设有柱形摩擦体，摩擦齿与柱形摩擦体相互之间的摩擦阻力形成了恒阻滑移变形的效果。该技术没有涉及如何在锚杆在岩石孔中的锚固问题。

美国专利(US5531545)公开了一种锚索结构以及施工方法，为恒阻让压锚索，包括一个套筒穿在钢绞线一端部，并包括外螺母、垫板等锚杆配件，杆体采用7股的钢绞线作为杆体，钢绞线一端的中芯上套入一个锥形管形成套筒内钢绞线与套筒内壁的阻力装置。钢绞线受拉力使阻力装置挤压套筒内壁使其向外膨胀变形，超过一定荷载时，产生滑移。该锚杆在岩石孔中端部锚头采用树脂药卷锚固，中部没有与岩石孔粘结。

这些技术对于临时性的支护如巷道矿用锚杆是可靠又经济的方法。但对于公路、铁路、水利永久性工程且断面大，锚杆长度也很长的工程来说是不适合的。矿用锚杆一般在1.8～2.8m以内，让压锚杆也长度不超过5m。但是如双车道公路隧道断面宽达12m，锚杆通常在3.5～5m，让压锚杆长度达5～9m。如我国西部某公路隧道工程，高地应力引起大变形，需采用让压锚杆长度达9m，如采用孔底树脂药卷端锚锚固，其锚固长度约1.0m，这样其余8m长度都为无注浆保护，存在树脂锚固失效以及锚杆腐蚀的耐久性风险。

因此需要解决既能应对大变形的恒阻让压问题又要使支护能满足长期耐久性问题。

发明内容

本发明提供了一种注浆粘结可预应力让压锚杆，使本发明的装置具备释能让压、预应力、全长粘结等功能，用于永久工程支护。

一种注浆粘结可预应力让压锚杆，包括锚头、杆体、让压套筒和支承垫板，其特征在于，所述让压套筒的前部内插有波纹套管；让压套筒后部的外部与支承垫板配合，内部设有内滑件；

所述杆体依次穿过内滑件、让压套筒、波纹套管后与锚头连接，所述杆体和内滑件之间传力配合；

所述的内滑件与让压套筒的配合面上设有多个环向通孔；所述环向通孔分别与让压套筒和波纹套管连通。

本发明让压锚杆的恒阻让压滑移工作原理为：杆体在承受拉力荷载时，通过内滑件传力给所述的让压套筒，并通过让压套筒与支承垫板的配合将荷载传递到岩土支承面，起支护作用。当内滑件承受拉力荷载超过额定力时，杆体带动内滑件在让压套筒内孔发生沿杆体轴线方向相对滑移伸长；因杆体内端已经锚固不动，让压滑移向岩土支承面方向，以达到释能和控制围岩稳定作用。环向通孔分别与让压套筒和波纹套管连通，形成注浆排气通道。

本发明中，杆体可以采用钢绞线或者实心杆体。当杆体为钢绞线时，所述的内滑件包括夹具和楔形夹片，所述夹具为圆柱管，所述的楔形夹片设置在圆柱管内，与杆体挤压配合。

当杆体为实心杆体时，杆体与内滑件螺纹配合。实心杆体至少在其与内滑件配合处设有外螺纹，内滑件为带内螺纹的圆柱管。

支承垫板与让压套筒的外端可以有两种传力方式。

第一种是：所述让压套筒的后部设有外螺纹，通过锁定螺母与支承垫板配合。

另一种是：所述让压套筒的后部设有墩头，通过墩头与支承垫板配合。

所述的让压套筒和波纹套管之间通过制动件连接。

进一步地，所述的制动件为圆柱管，波纹套管、制动件和让压套筒依次插接配合。即波纹套管的后部插接在制动件的前部内壁，制动件的后部插接在让压套筒的前部内壁，具体插接可以采用过盈配合或者螺纹插接。

为了便于制造，所述的环向通孔可以设置在让压套筒外端的内壁上，且环向通孔均匀分布。当然，环向通孔也可以设置在内滑件的外壁上，或者在让压套筒外端的内壁和内滑件的外壁上均设置环向通孔。

本发明还提供了上述注浆粘结可预应力让压锚杆的施工方法，包括以下步骤：

(1)在需要支护的岩石表面钻入一个与锚杆长度匹配的锚杆孔。

(2)将杆体插入锚杆孔内，在孔底对锚头进行锚固；可采用涨壳锚固头的锚固方式或采用树脂药卷锚固剂的的锚固方式。

(3)将波纹套管、让压套筒、内滑件套入杆体并伸入锚杆孔，在让压套筒的外端安装支承垫板和锁定螺母。

(4)采用张拉工具张拉杆体，达到预定的锁定力时用内滑件锁定或用锁定螺母锁定，张拉力必须低于让压套筒与内滑件之间的最小让压力。

(5)观察地层受地应力作用产生滑移情况，当锚杆受力产生滑移到预定位置后，通过让压套筒与内滑件之间的环向通孔向锚杆注浆，使锚杆孔内空隙全部填满浆体，使锚杆全粘结锚固，完成锚杆的安装。

本发明在孔口让压套筒式让压锚杆技术上进行改进，提出先孔底锚固再后注浆全长粘结技术工艺，在让压套筒与内滑件之间设计了环向通孔，环向通孔分别与让压套筒和波纹套管连通，形成注浆排气通道进行注浆，使本发明装置具有恒阻让压的功能，通过自动伸长来释能，又可张拉预应力开控制初期变形，具备释能让压、预应力、全长粘结等功能，用于永久工程支护。

附图说明

图1为发明让压锚杆的第一种实施例(钢绞线)结构示意图；

图2为第一种实施例安装在地层中工作状态示意图；

图3为图2中A-A位置的剖面图；

图4为本发明让压锚杆的第二种实施例(实心杆体)结构示意图。

图中：1-杆体，2-让压套筒，3-内滑件，4-锁定螺母，5-支承垫板，6-制动件，7-波纹套管，10-空腔，20-让压套筒内筒，21-环向通孔，3a-楔形夹片，3b-夹具，80-锚头，90-让压滑移段，101-岩石支承面，102-锚杆孔。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细描述，需要指出的是，以下所述实施例旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。

需要说明的是，锚杆孔指在岩土地层中通过钻孔等手段形成的预定的孔径和深度可满足安装锚杆的孔，所以有锚杆孔口、锚杆孔底等。“后部”指的是锚杆体或构件朝向或靠近锚杆孔口的一段；“前部”指的是锚杆体或构件朝向或靠近锚杆孔底的一段。

实施例1

如图1～3所示，为本发明的第一种实施例。杆体1为一根多股的高强钢绞线，使用时，杆体1前端的锚头80伸入锚杆孔102的孔底；其后端以同心轴方式由内而外依次从波纹套管7、让压套筒2以空腔方式穿过，再从内滑件3以传力配合方式穿出。内滑件3组装在让压套筒2的后部空腔内，让压套筒2后部的外部与锁定螺母4螺纹配合，锁定螺母4与支承垫板5配合传力给岩石支承面101。

作为支承垫板的另一个传力方案，让压套筒2的后部设有墩头，即让压套筒2后部的内孔不变而外径边粗，墩头与支承垫板5配合并传力。

让压套筒2为一段金属直短圆管，让压套筒内筒20的前部孔径小、后部孔径大，其后部的内孔位置容纳内滑件3。

为防止内滑件3滑移过量，让压套筒2的前部加粗起止推作用；同时波纹套管7、让压套筒2可以直接连接配合并形成与杆体1之间的内腔作为注浆通道。但作为优选，设置一个制动件6，起止推作用。制动件6为一个短圆管，前端连接波纹套管7，其后端连接让压套筒2，杆体1穿过制动件6，并有满足注浆需要的空腔。

内滑件3为一段光面外壁的金属短直圆柱管，其材质的强度、硬度高于让压套筒2。为配合钢绞线的传力，内滑件3包括楔形夹片3a和夹具3b，楔形夹片3a在夹具3b内，与杆体1配合；夹具3b为圆柱管，内孔与楔形夹片3a配合。

波纹套管7为一根比杆体1短的直管，其一端与让压套筒2直接连接配合，或者通过制动件6连接配合，另一端伸向杆体1的前端，并与底部的锚头80有一定间隔，以保证后期注浆。波纹套管7与杆体1中间形成空腔10。作为优选，波纹套管的材质为工程塑料。

为使锚杆在让压滑移功能完成后进行锚杆全长注浆保护，作为重要的技术特征，提出了系统的注浆排气通道。

波纹套管7、让压套筒2以及其连接部位(如止推件6)与所包裹的杆体1的纵向长度范围内的空腔全部连通，并与锚杆孔102内外连通。

其中，让压套筒内孔20与内滑件3的外壁配合，其配合交界面设计了多个环向通孔21，作为注浆通道。如图3所示，为在图2的A-A位置的剖面图，表达了杆体1、内滑件3、让压套筒2的配合关系以及在锚杆孔102中状况。

如图2～3所示，锚杆安装在岩石孔中后，让压套筒内孔20、环向通孔21、杆体1与波纹套管7之间的空腔10、杆体1与制动件6之间的空腔全部连通，形成与锚杆孔102内外连通的注浆排气通道，锚杆的注浆与排气按图2中让压套筒2外端的箭头方向进入，从岩土支承面101排出。

锚头80的锚固方式采用机械锚固方式或化学锚固方式，采用现有的常规技术。图2所示为采用树脂药卷锚固的化学方式，其端部为树脂药卷搅拌头以及钢绞线上分布几个为提高树脂药卷锚固效果的鸟笼状扩大体。如采用机械锚固方式即在杆体1端部安装涨壳锚固件。

实施例2

作为对本发明实施例2的说明，以下仅对与上述实施例1的不同之处进行说明。

如图4所示，杆体1采用实心杆体，实心杆体为直长实心杆体，如圆钢棒或螺纹钢筋，其后部设有螺纹外表面，杆体与内滑件3螺纹配合。杆体1前端连接的锚头伸入孔底，其锚固方式为锚固剂锚固或涨壳头锚固(未图示)，均为常规技术。

内滑件3为一段光面外壁的金属短直圆柱管，其材质的强度、硬度高于所述的让压套筒2。

本发明让压锚杆的恒阻让压滑移工作原理为：杆体1在承受拉力荷载时，通过内滑件3传力给让压套筒2，并通过让压套筒2与支承垫板5的配合将荷载传递到岩土支承面，起支护作用；当内滑件3承受拉力荷载超过额定力时，杆体1带动内滑件3在让压套筒2内孔发生沿杆体轴线方向相对滑移伸长；因杆体1内端已经锚固不动，让压滑移向岩土支承面方向，以达到释能和控制围岩稳定作用。环向通孔21分别与让压套筒2和波纹套管7连通，形成注浆排气通道。

本发明让压锚杆的施工方法，包括如下步骤：

第一步、钻孔。在岩石表面上钻入一个与锚杆长度匹配的锚杆孔。

第二步、插入杆体进行孔底端锚。分两种情况，一是采用涨壳锚固头的锚固方式时，将带有涨壳锚固头的杆体插入孔底，并用工具使涨壳锚固头张开与岩体锚固，形成锚固力。二是如采用树脂药卷锚固剂的的锚固方式时，先在孔中插入树脂药卷，在将带有搅拌装置的杆体插入孔中，搅拌树脂药卷使其与杆体和岩石孔充分固结形成锚固力。

第三步、安装其余锚杆配件：将波纹套管、让压套筒、内滑件等套入杆体伸入孔底，安装支承垫板和锁定螺母，如不需要注浆可不安装波纹套管(临时锚杆不一定注浆)。

第四步、张拉锚杆，形成预定的预应力。采用张拉工具张拉杆体，达到预定的锁定力时可用内滑件锁定或用锁定螺母锁定，张拉力必须低于让压套筒与内滑件之间的最小让压力，一般为最小让压力的0.7倍左右。

第五步、锚杆让压产生恒阻滑移。观察地层受地应力作用观察地层受地应力作用产生滑移情况是否到位。

第六步、锚杆注浆。当锚杆受力产生滑移到预定位置后，如图2所示，产生让压滑移段90，向锚杆注浆，使锚杆孔内空隙全部填满如水泥为主等无机浆体，使锚杆全粘结锚固，完成锚杆的安装。

以上所述的实施例对本发明的技术方案和有益效果进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的具体实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充和等同替换，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种注浆粘结可预应力让压锚杆，包括锚头、杆体、让压套筒和支承垫板，其特征在于，所述让压套筒的前部内插有波纹套管；让压套筒后部的外部与支承垫板配合，内部设有内滑件；

所述杆体依次穿过内滑件、让压套筒、波纹套管后与锚头连接，所述杆体和内滑件之间传力配合；

所述的内滑件与让压套筒的配合面上设有多个环向通孔；所述环向通孔分别与让压套筒和波纹套管连通。

2.如权利要求1所述的注浆粘结可预应力让压锚杆，其特征在于，所述的杆体为钢绞线。

3.如权利要求1所述的注浆粘结可预应力让压锚杆，其特征在于，所述的内滑件包括夹具和楔形夹片，所述夹具为圆柱管，所述的楔形夹片设置在圆柱管内，与杆体挤压配合。

4.如权利要求1所述的注浆粘结可预应力让压锚杆，其特征在于，所述的杆体为实心杆体，杆体与内滑件螺纹配合。

5.如权利要求1所述的注浆粘结可预应力让压锚杆，其特征在于，所述让压套筒的后部设有外螺纹，通过锁定螺母与支承垫板配合。

6.如权利要求1所述的注浆粘结可预应力让压锚杆，其特征在于，所述让压套筒的后部设有墩头，通过墩头与支承垫板配合。

7.如权利要求1所述的注浆粘结可预应力让压锚杆，其特征在于，所述的让压套筒和波纹套管之间通过制动件连接。

8.如权利要求7所述的注浆粘结可预应力让压锚杆，其特征在于，所述的制动件为圆柱管，波纹套管、制动件和让压套筒依次插接配合。

9.如权利要求1所述的注浆粘结可预应力让压锚杆，其特征在于，所述的环向通孔设置在让压套筒的内壁上。

10.如权利要求1所述注浆粘结可预应力让压锚杆的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)在需要支护的岩石表面钻入一个与锚杆长度匹配的锚杆孔；

(2)将杆体插入锚杆孔内，在孔底对锚头进行锚固；

(3)将波纹套管、让压套筒、内滑件套入杆体并伸入锚杆孔，在让压套筒的外端安装支承垫板和锁定螺母；

(4)采用张拉工具张拉杆体，达到预定的锁定力时用内滑件锁定或用锁定螺母锁定，张拉力必须低于让压套筒与内滑件之间的最小让压力；

(5)观察地层受地应力作用产生滑移情况，当锚杆受力产生滑移到预定位置后，通过让压套筒与内滑件之间的环向通孔向锚杆注浆，使锚杆孔内空隙全部填满浆体，使锚杆全粘结锚固，完成锚杆的安装。

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