CN111779195B - 预应力锚索可扩张式内锚头 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及土体锚固领域，特别是一种新型预应力锚索可扩张式内锚头。包括中空花管、薄壁钢管、顶部封板、底部封头、锚抓和撑抓，中空花管内沿其轴向设有中心轴孔，薄壁钢管设置在中空花管内的中心轴孔内，薄壁钢管在中空花管的中心轴孔内往复移动。其通过中空花管增大内锚头与注浆体接触面积的同时，在锚抓与撑抓双重锚固作用下，大幅度提高锚索锚固段的锚固力，便于后续注浆工作的完成。
Description
技术领域
本发明涉及土体锚固领域，特别是一种预应力锚索可扩张式内锚头。
背景技术
预应力锚索是加固边坡比较行之有效的施工方法，广泛应用于各种边坡工程建设中。当预应力锚索通过被锚固结构时，对边坡岩土体起到主动加固的作用，能显著提高边坡的整体稳定性和承载能力。预应力锚索由内锚头、锚索体和外锚头三部分组成，其中内锚头是锚索锚固在岩体内提供预应力的根基，其力学特征对锚索锚固段的抗拔性能有较大影响，而其力学特征又主要取决于整体结构构造。但是，现有的内锚头结构与注浆体的接触面积较小，又没有可靠的卡紧装置，锚索加固后索体的锚固力不大，长期的静载和动载严重影响到锚索的可靠性。因此，本申请对锚索内锚头的结构构造进行改良，以达到提高锚索锚固性能的目的。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提出了一种预应力锚索可扩张式内锚头，通过中空花管增大内锚头与注浆体接触面积的同时，在锚抓与撑抓双重锚固作用下，大幅度提高锚索锚固段的锚固力，便于后续注浆工作的完成。
本发明的技术方案是：一种预应力锚索可扩张式内锚头，其中，包括中空花管、薄壁钢管、顶部封板、底部封头、锚抓和撑抓，中空花管内沿其轴向设有中心轴孔，薄壁钢管设置在中空花管内的中心轴孔内，薄壁钢管在中空花管的中心轴孔内往复移动；
所述注浆管位于薄壁钢管内，注浆管与薄壁钢管之间的接触面为粗糙摩擦面；
所述顶部封板和底部封头分别固定于中空花管的前、后两端，注浆管依次从顶部封板的中心孔、中空花管和底部封头的中心孔内穿过，顶部封板和底部封头的中心孔的孔径小于薄壁钢管的外径，薄壁钢管的前端铰接有数个锚抓；
所述中空花管内沿其圆周方向间隔设置数个沿中空花管轴向设置的锚索孔道，锚索穿过锚索孔道且在锚索孔道内滑动，所述底部封头与数个撑抓铰接，锚索依次穿过顶部封板、中空花管、底部封头和撑抓，锚索的一端固定有T型挤压套管，T型挤压套管位于撑抓的后方，T型挤压套管将撑抓挤压在底部封头上；
所述中空花管和底部封头上均设有出浆孔。
本发明中，所述中空花管朝向顶部封板的一侧沿其圆周方向间隔设置数个长条形槽，长条形槽与中空花管的中心轴孔连通，锚抓设置在长条形槽内，锚抓的后端与中空花管连接，对应的在中空花管上设有铰接螺孔，铰接轴设置在铰接螺孔内，锚抓的前端通过连接杆与固定在薄壁钢管上的铰接支座Ⅰ连接，锚抓的顶端呈尖状，锚抓的后端设有侧平面，中空花管朝向底部封头的一侧沿其轴向设有数个出浆孔Ⅰ。
优选的，所述注浆管的外径大于薄壁钢管的内径，通过注浆管与薄壁钢管之间的过盈配合，实现了注浆管与薄壁钢管之间的固定连接；所述薄壁钢管的内表面为粗糙的波浪形表面，且注浆管外壁与薄壁钢管的接触部分为粗糙的波浪形表面，将薄壁钢管套在注浆管外壁具有波浪型外表面的区域。
所述顶部封板上沿其圆周方向间隔设有数个锚孔Ⅰ，以便于锚索穿过。
所述底部封头包括底部封板和出浆管，底部封板的一侧面与中空花管固定连接，底部封板的另一侧面与出浆管固定连接，底部封板和出浆管内均设有中心孔，底部封板上沿其圆周方向间隔设有数个锚孔Ⅱ，底部封板朝向出浆管的一侧端面上间隔设置数个铰接支座Ⅱ，底部封头通过铰接支座Ⅱ与撑抓连接，出浆管上沿其轴向设有数个出浆孔Ⅱ。
所述撑抓包括铰接板和轴向板，铰接板的一端与轴向板垂直固定连接，铰接板的另一端与底部封头的铰接支座Ⅱ铰接，铰接板上设有供锚索穿过的滑槽，铰接板的后方设有T型挤压套管，T型挤压套管的端部外径大于撑抓滑槽的短边长，轴向板的朝向岩土层的一侧设有数个抓齿，抓齿的齿刃方向与锚索的牵引方向相同，撑抓的数量与锚索的数量相同。
本发明的有益效果是：
该内锚头的多个锚抓张开时，锚抓尖状顶端切入岩土内实现内锚头的预锚固，该内锚头的撑抓张开时，撑抓上的多个抓齿切入岩土内，再次起到了增强锚固力的作用，因此在锚抓和撑抓的双重扩张作用下，大幅度提高了锚索锚固段的锚固力，便于后续注浆工序的完成。
附图说明
图1为本发明的剖面结构示意图；
图2为中空花管的结构示意图；
图3为锚抓的结构示意图。
图4为撑抓的结构示意图。
图5为顶部封板的结构示意图。
图6为底部封头的结构示意图；
图7为锚抓张开时本发明的结构示意图；
图8为撑抓张开时本发明的结构示意图。
图中：1锚抓；101侧平面；2连接杆；3薄壁钢管；4撑抓；401铰接板；402轴向板；403滑槽；5顶部封板；501锚孔Ⅰ；6底部封头；601底部封板；602出浆管；7注浆管；8锚索；9出浆孔Ⅰ；10铰接螺孔；11锚索孔道；12中空花管；13铰接支座Ⅰ；14铰接支座Ⅱ；15T型挤压套管；16抓齿；17出浆孔Ⅱ。
具体实施方式
为了使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在以下描述中阐述了具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以多种不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广。因此本发明不受下面公开的具体实施方式的限制。
如图1所示，本发明所述的预应力锚索可扩张式内锚头包括中空花管12、薄壁钢管3、顶部封板5、底部封头6、锚抓1和撑抓4，中空花管12内沿其轴向设有中心轴孔，薄壁钢管3设置在中空花管12内的中心轴孔内，薄壁钢管3可以在中空花管12的中心轴孔内往复移动。注浆管7位于薄壁钢管3内，注浆管7与薄壁钢管3固定连接。顶部封板5和底部封头6分别固定于中空花管12的前、后两端，注浆管7依次从顶部封板5、中空花管12和底部封头6内穿过。两中心孔的孔径均小于薄壁钢管3的外径，以防止薄壁钢管3从中空花管12的中心轴孔内滑出。薄壁钢管3的前端铰接有数个锚抓1。中空花管12内沿其圆周方向间隔设置数个沿中空花管轴向设置的锚索孔道11，锚索8穿过锚索孔道11且可以在锚索孔道11内滑动。底部封头6通过T型挤压套管15与锚索8连接。中空花管12和底部封头6上均设有出浆孔。
如图2所示，中空花管12朝向顶部封板5的一侧沿其圆周方向间隔设置数个长条形槽，长条形槽与中空花管12的中心轴孔连通，从而将一侧的中空花管分为数个扇形块，锚抓1设置在长条形槽内，本实施例中，沿中空花管12的圆周方向均匀间隔设置三个长条形槽，三个长条形槽将中空花管12分为三个扇形块。如图1和图3所示，锚抓1的后端通过铰接轴与中空花管12连接，对应的在中空花管12上设有铰接螺孔，铰接轴设置在铰接螺孔内，锚抓1的前端通过连接杆2与固定在薄壁钢管3上的铰接支座Ⅰ13连接，连接杆2的两端分别与锚抓1和铰接支座Ⅰ13铰接，即通过锚抓1实现了中空花管12与薄壁钢管3之间的连接。锚抓1的顶端呈尖状，锚抓1的后端设有侧平面101。中空花管12朝向底部封头的一侧沿其轴向设有数个出浆孔Ⅰ9。
本发明中，注浆管7的外径略大于薄壁钢管3的内径，通过注浆管7与薄壁钢管3之间的过盈配合，实现了注浆管7与薄壁钢管3的固定连接。同时，薄壁钢管3的内表面为粗糙的波浪形表面，且注浆管7外壁与薄壁钢管3的接触部分也为粗糙的波浪形表面，将薄壁钢管3套在注浆管外壁具有波浪型外表面的区域，粗糙的波浪形表面可以增大薄壁钢管3与注浆管7之间的摩擦系数，增大了薄壁钢管3和注浆管7之间的摩擦力，从而增大了薄壁钢管3与注浆管7之间的固定连接力。
顶部封板5通过焊接方式固定在中空花管12的前侧端面，如图5所示，顶部封板5上设有中心孔，以便于穿过注浆管；顶部封板5上沿其圆周方向间隔设有数个锚孔Ⅰ501，以便于穿过锚索8。底部封头6通过焊接方式固定在中空花管12的后侧端面，如图6所示，底部封头6包括底部封板601和出浆管602，底部封板601的一侧面与中空花管12固定连接，底部封板601的另一侧面与出浆管602固定连接，底部封板601和出浆管602内均设有中心孔，以便于穿过注浆管；底部封板601上沿其圆周方向间隔设有数个锚孔Ⅱ，以便于穿过锚索8。底部封板601朝向出浆管的一侧端面上间隔设置数个铰接支座Ⅱ14，底部封头6通过铰接支座Ⅱ14与撑抓4连接。出浆管602上沿其轴向设有数个出浆孔Ⅱ17。
如图4所示，撑抓4包括铰接板401和轴向板402，轴向板402与铰接板401的一端呈垂直固定连接，因此撑抓4呈L形。铰接板401的一端与轴向板402固定连接，铰接板401的另一端与底部封头6的铰接支座Ⅱ14之间通过铰接轴连接，从而实现了撑抓4与底部封头6的连接。当撑抓4张开时，轴向板402平行于中空花管12的轴向，铰接板401紧贴底部封板601的外表面。铰接板401上设有滑槽403，以便于锚索8穿过，因此锚索8依次穿过顶部封板5、中空花管12、底部封头6和撑抓4。轴向板402的外侧即朝向岩土层的一侧设有数个抓齿16，抓齿16的齿刃方向与锚索的牵引方向相同。撑抓4的数量与锚索孔道11的数量即锚索8的数量相同。
锚索8的一端固定有T型挤压套管15，T型挤压套管15位于撑抓4的后方。T型挤压套管15的端部外径大于撑抓滑槽403的短边长，在对锚索牵引时，牵引力通过T型挤压套管15传递至撑抓4，实现对撑抓4的按压，使撑抓4外扩，抓齿16端部尖锐的齿刃直接切入岩土之中。
该内锚头的工作原理如下所述。在钻孔、清孔完成后，将锚索8依次穿过顶部封板5、中空花管12的锚索孔道、底部封头6和撑抓4，锚索8下放完成后，内锚头仍保持初始状态，如图1所示，此时锚抓1完全位于在中空花管12内。向外稍拔注浆管7，利用注浆管外壁粗糙面7和薄壁钢管3内壁粗糙面之间的摩擦力，带动薄壁钢管3向顶部封板5方向移动，此时固定在薄壁钢管3上的铰接支座Ⅰ13的位置发生变化，与薄壁钢管铰接的连接杆2在向顶部封板方向移动的同时发生转动，从而使与连接杆2的另一端铰接的锚抓1张开，如图7所示。锚抓1的顶端较为尖锐，张开后易于切入岩土体实现结构的预锚固，锚抓1张开时，锚抓1后端的侧平面101恰好顶在长条形槽的槽底，岩土体对锚抓顶端产生的作用力与中空花管对锚抓底端产生的作用力方向恰好相反，从而在预锚固过程中，锚抓1能够保持相对静止的工作状态。
在锚抓张开切入岩土体实现内锚头的预锚固后，内锚头已经具备了一定的抗拔力，此时对锚索8进行牵引，锚索8牵引过程中，固定在锚索后端的T型挤压套管15随锚索8动作，T型挤压套管15将撑抓4向中空花管12方向推动，使撑抓4沿铰接支座Ⅱ14转动，撑抓4外扩的同时，撑抓4上的抓齿16切入岩土体，再次起到增强锚固力的作用。在锚抓1与撑抓4的双重锚固作用之下，可以大幅度提高锚索锚固段的锚固力。锚抓1和撑抓4完全张开后，内锚头固定在岩土内，此时可以进行注浆，边注浆边拔注浆管，拔注浆管7的过程中，薄壁钢管3随注浆管7向顶部封板5方向移动，当薄壁钢管3运动至与顶部封板5接触后，在顶部封板5的阻挡作用下，薄壁钢管3停止移动，继续拉动注浆管7，将注浆管7的后端被拉动至底部封头6内后，浆液可沿底部封头的出浆孔Ⅱ17和中空花管12的出浆孔Ⅰ9流出。浆液凝固后，出浆孔中的注浆体与周围的注浆体浑然一体，而中空花管12的存在也增加了锚索8与注浆体的接触面积，增大了荷载应力的传递面积。因此，带有出浆孔Ⅰ9的中空花管12在一定程度上缓解了局部应力，提高了运行阶段的可靠性。
以上对本发明所提供的预应力锚索可扩张式内锚头进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (6)
1.一种预应力锚索可扩张式内锚头，其特征在于：包括中空花管(12)、薄壁钢管(3)、顶部封板(5)、底部封头(6)、锚抓(1)和撑抓(4)，中空花管(12)内沿其轴向设有中心轴孔，薄壁钢管(3)设置在中空花管(12)内的中心轴孔内，薄壁钢管(3)在中空花管(12)的中心轴孔内往复移动；
注浆管(7)位于薄壁钢管(3)内，注浆管(7)与薄壁钢管(3)之间的接触面为粗糙摩擦面；
所述顶部封板(5)和底部封头(6)分别固定于中空花管(12)的前、后两端，注浆管(7)依次从顶部封板(5)的中心孔、中空花管(12)和底部封头(6)的中心孔内穿过，顶部封板(5)和底部封头(6)的中心孔的孔径小于薄壁钢管(3)的外径，薄壁钢管(3)的前端铰接有数个锚抓(1)；
所述中空花管(12)内沿其圆周方向间隔设置数个沿中空花管轴向设置的锚索孔道(11)，锚索(8)穿过锚索孔道(11)且在锚索孔道(11)内滑动，所述底部封头(6)与数个撑抓(4)铰接，锚索依次穿过顶部封板(5)、中空花管(12)、底部封头(6)和撑抓(4)，锚索(8)的一端固定有T型挤压套管(15)，T型挤压套管(15)位于撑抓(4)的后方，T型挤压套管(15)将撑抓(4)挤压在底部封头(6)上；
所述中空花管(12)和底部封头(6)上均设有出浆孔。
2.根据权利要求1所述的预应力锚索可扩张式内锚头，其特征在于：所述中空花管(12)朝向顶部封板(5)的一侧沿其圆周方向间隔设置数个长条形槽，长条形槽与中空花管(12)的中心轴孔连通，锚抓(1)设置在长条形槽内，锚抓(1)的后端与中空花管(12)连接，对应的在中空花管(12)上设有铰接螺孔，铰接轴设置在铰接螺孔内，锚抓(1)的前端通过连接杆(2)与固定在薄壁钢管(3)上的铰接支座Ⅰ(13)连接，锚抓(1)的顶端呈尖状，锚抓(1)的后端设有侧平面(101)，中空花管(12)朝向底部封头的一侧沿其轴向设有数个出浆孔Ⅰ(9)。
3.根据权利要求1所述的预应力锚索可扩张式内锚头，其特征在于：所述注浆管(7)的外径大于薄壁钢管(3)的内径，所述薄壁钢管(3)的内表面为粗糙的波浪形表面，且注浆管(7)外壁与薄壁钢管(3)的接触部分为粗糙的波浪形表面，将薄壁钢管(3)套在注浆管外壁具有波浪型外表面的区域。
4.根据权利要求1所述的预应力锚索可扩张式内锚头，其特征在于：所述顶部封板(5)上沿其圆周方向间隔设有数个锚孔Ⅰ(501)。
5.根据权利要求1所述的预应力锚索可扩张式内锚头，其特征在于：所述底部封头(6)包括底部封板(601)和出浆管(602)，底部封板(601)的一侧面与中空花管(12)固定连接，底部封板(601)的另一侧面与出浆管(602)固定连接，底部封板(601)和出浆管(602)内均设有中心孔，底部封板(601)上沿其圆周方向间隔设有数个锚孔Ⅱ，底部封板(601)朝向出浆管的一侧端面上间隔设置数个铰接支座Ⅱ(14)，底部封头(6)通过铰接支座Ⅱ(14)与撑抓(4)连接，出浆管(602)上沿其轴向设有数个出浆孔Ⅱ(17)。
6.根据权利要求1所述的预应力锚索可扩张式内锚头，其特征在于：所述撑抓(4)包括铰接板(401)和轴向板(402)，铰接板(401)的一端与轴向板(402)垂直固定连接，铰接板(401)的另一端与底部封头(6)的铰接支座Ⅱ(14)铰接，铰接板(401)上设有供锚索穿过的滑槽(403)，铰接板(401)的后方设有T型挤压套管(15)，T型挤压套管(15)的端部外径大于撑抓滑槽(403)的短边长，轴向板(402)的朝向岩土层的一侧设有数个抓齿(16)，抓齿(16)的齿刃方向与锚索的牵引方向相同，撑抓(4)的数量与锚索(8)的数量相同。
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