CN111980022A - 一种适用于膨胀土胀缩变形的锚杆 - Google Patents

Abstract

一种适用于膨胀土胀缩变形的锚杆，包括从上至下的锚具、自由段和锚固段，锚具包括托板支座、锚头活塞套管、磁性滑动锚头、弹簧、活塞套顶部磁铁、活塞套底部磁铁、杆体的上端部分、螺母，自由段包括杆体的中间部分、塑性套管和止浆塞，锚固段包括杆体的下端部分、水泥砂浆部分和承载体；锚头活塞套管内部设有能上下滑动的磁性滑动锚头，磁性滑动锚头的上方和下方还分别设置有活塞套顶部磁铁和活塞套底部磁铁，活塞套顶部磁铁的下端面和磁性滑动锚头的上端面之间以及磁性滑动锚头的下端面和活塞套底部磁铁的上端面之间均存在斥力；本发明巧妙利用了磁铁及弹簧的设计，起到了既能完成对膨胀土的锚固又能适应膨胀土胀缩变形的作用。

Description

一种适用于膨胀土胀缩变形的锚杆

技术领域

本发明属于岩土工程技术领域，具体涉及一种适用于膨胀土胀缩变形的锚杆。

背景技术

膨胀土亦称胀缩性土。浸水后体积剧烈膨胀，失水后体积显著收缩的黏性土。我国膨胀土分布范围极广，从西南云贵高原到华北平原之间的平原、盆地、河谷阶地，以及河间地块和丘陵地区均有大量分布。膨胀土具有明显的胀缩性，导致膨胀土边坡稳定性较差，失稳破坏的概率较普通土质边坡要大。

锚杆是岩土体加固的杆件体系结构。通过锚杆杆体的纵向拉力作用，克服岩土体抗拉能力远远低于抗压能力的缺点。表面上看是限制了岩土体脱离原体。宏观上看是增加了岩土体的粘聚性。其实质上锚杆位于岩土体内与岩土体形成一个新的复合体。这个复合体中的锚杆是解决围岩体的抗拉能力低的关键。从而使得岩土体自身的承载能力大大加强。

针对现有的膨胀土边坡稳定性较差的情况，采用锚杆进行加固是一种常用的手段，但受限于膨胀土的胀缩特性，采用现有锚杆对膨胀土进行加固的效果并不理想。

因此，需要设计一种能适用于膨胀土胀缩变形的锚杆。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用于膨胀土胀缩变形的锚杆，以解决背景技术中提出的采用现有锚杆对膨胀土进行加固的效果并不理想问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种适用于膨胀土胀缩变形的锚杆，包括从上至下的锚具、自由段和锚固段，所述锚具包括托板支座、锚头活塞套管、磁性滑动锚头、弹簧、活塞套顶部磁铁、活塞套底部磁铁、杆体的上端部分、螺母，所述自由段包括杆体的中间部分、塑性套管和止浆塞，所述锚固段包括杆体的下端部分、水泥砂浆部分和承载体；所述托板支座的上方固定连接设置有锚头活塞套管，锚头活塞套管内部设置有能沿锚头活塞套管的轴向方向上下滑动的磁性滑动锚头，在锚头活塞套管内且位于磁性滑动锚头的上方和下方还分别设置有活塞套顶部磁铁和活塞套底部磁铁，活塞套顶部磁铁和活塞套底部磁铁均与锚头活塞套管的内壁固定连接；活塞套顶部磁铁的下端面和磁性滑动锚头的上端面的磁极极性相同，使得活塞套顶部磁铁的下端面和磁性滑动锚头的上端面之间存在斥力，磁性滑动锚头的下端面和活塞套底部磁铁的上端面的磁极极性相同，使得磁性滑动锚头的下端面和活塞套底部磁铁的上端面之间存在斥力；活塞套顶部磁铁和磁性滑动锚头之间设有弹簧且弹簧的两端分别与活塞套顶部磁铁和磁性滑动锚头固定连接，磁性滑动锚头和活塞套底部磁铁之间也设有弹簧且弹簧的两端分别与磁性滑动锚头和活塞套底部磁铁固定连接；托板支座下方设置有止浆塞，止浆塞呈圆台形且其大的底面一端与托板支座的下端面相贴合，止浆塞的小的底面一端塞在塑性套管的上端口处；所述托板支座、止浆塞、磁性滑动锚头和活塞套底部磁铁上均设有通孔，杆体的上端部分从下往上依次穿过止浆塞、托板支座、活塞套底部磁铁和磁性滑动锚头上的通孔后与螺母连接，杆体的中间部分套设在塑性套管内，杆体的下端部分包埋在水泥砂浆部分内，杆体下端部分的底部与承载体固定连接，承载体用于承接其上方的水泥砂浆部分。

在一种具体的实施方式中，采用了两根杆体，且螺母为双孔螺母，止浆塞为双孔止浆塞；托板支座、止浆塞、磁性滑动锚头和活塞套底部磁铁上均设有两个通孔。

在一种具体的实施方式中，所述磁性滑动锚头的下方也设有套设在杆体上的螺母。

在一种具体的实施方式中，所述磁性滑动锚头包括磁吸在一起的第一磁性滑动锚头和第二磁性滑动锚头，活塞套顶部磁铁和第一磁性滑动锚头之间设有弹簧且弹簧的两端分别与活塞套顶部磁铁和第一磁性滑动锚头固定连接，第二磁性滑动锚头和活塞套底部磁铁之间也设有弹簧且弹簧的两端分别与第二磁性滑动锚头和活塞套底部磁铁固定连接。

在一种具体的实施方式中，所述活塞套顶部磁铁和磁性滑动锚头之间设有两个对称分布的弹簧且两个弹簧的两端分别与活塞套顶部磁铁和磁性滑动锚头固定连接，磁性滑动锚头和活塞套底部磁铁之间也设有两个对称分布的弹簧且两个弹簧的两端分别与磁性滑动锚头和活塞套底部磁铁固定连接。

在一种具体的实施方式中，所述磁性滑动锚头、活塞套顶部磁铁和活塞套底部磁铁均为钕铁硼磁铁。

在一种具体的实施方式中，所述弹簧为奥氏体不锈钢弹簧。

在一种具体的实施方式中，所述活塞套顶部磁铁和活塞套底部磁铁分别设置在锚头活塞套管内的顶部和底部；所述水泥砂浆部分所采用的水泥砂浆等级不小于M20等级。

在一种具体的实施方式中，所述承载体内部还设置有能向与杆体垂直的平面的外侧方向伸出的锚固卡紧结构，承载体的下端设有用于控制锚固卡紧结构向外侧伸出的压紧开关。

在一种具体的实施方式中，所述承载体内部设置有四个锚固卡紧结构，四个锚固卡紧结构能分别向四个方向伸出，且相互间与相邻锚固卡紧结构能伸出的方向呈90°分布。

相比于现有技术，本发明具有以下有益效果：

本发明充分考虑了膨胀土胀缩变形的特性，巧妙利用了磁铁及弹簧的设计，起到了既能完成对膨胀土的锚固又能适应膨胀土胀缩变形的过程变化的作用。

本发明结构简单，成本较低，特别适合膨胀土边坡，尤其时变形较大的膨胀土边坡。

本发明结构灵活，能有效防止边坡隆起或凹陷，使膨胀土边坡维持稳定状态。

本发明的锚具内有多重平衡土体变形的设计，其使用寿命长，预期效果好。

本发明采用磁铁制造锚头，通过磁铁间的斥力来控制平衡，预期效果好，且符合绿色节能的要求。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明一种实施例的结构示意图；

图2是本发明一种实施例的锚具剖面图；

图3是本发明一种实施例的锚固段剖面图。

其中，1、杆体；2、托板支座；3、锚头活塞套管；4、磁性滑动锚头；8、弹簧；6、活塞套顶部磁铁；5、活塞套底部磁铁；7、螺母；10、塑性套管；9、止浆塞；11、水泥砂浆部分；12、承载体；41、第一磁性滑动锚头；42、第二磁性滑动锚头；121、锚固卡紧结构；122、压紧开关。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以根据权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

本发明的一种适用于膨胀土胀缩变形的锚杆，包括从上至下的锚具、自由段和锚固段，所述锚具包括托板支座2、锚头活塞套管3、磁性滑动锚头4、弹簧8、活塞套顶部磁铁6、活塞套底部磁铁5、杆体1的上端部分、螺母7，所述自由段包括杆体1的中间部分、塑性套管10和止浆塞9，所述锚固段包括杆体1的下端部分、水泥砂浆部分11和承载体12；所述托板支座2的上方固定连接设置有锚头活塞套管3，锚头活塞套管3内部设置有能沿锚头活塞套管3的轴向方向上下滑动的磁性滑动锚头4，在锚头活塞套管3内且位于磁性滑动锚头4的上方和下方还分别设置有活塞套顶部磁铁6和活塞套底部磁铁5，活塞套顶部磁铁6和活塞套底部磁铁5均与锚头活塞套管3的内壁固定连接；活塞套顶部磁铁6的下端面和磁性滑动锚头4的上端面的磁极极性相同，使得活塞套顶部磁铁6的下端面和磁性滑动锚头4的上端面之间存在斥力，磁性滑动锚头4的下端面和活塞套底部磁铁5的上端面的磁极极性相同，使得磁性滑动锚头4的下端面和活塞套底部磁铁5的上端面之间存在斥力；活塞套顶部磁铁6和磁性滑动锚头4之间设有弹簧8且弹簧8的两端分别与活塞套顶部磁铁6和磁性滑动锚头4固定连接，磁性滑动锚头4和活塞套底部磁铁5之间也设有弹簧8且弹簧8的两端分别与磁性滑动锚头4和活塞套底部磁铁5固定连接；托板支座2下方设置有止浆塞9，止浆塞9呈圆台形且其大的底面一端与托板支座2的下端面相贴合，止浆塞9的小的底面一端塞在塑性套管10的上端口处；所述托板支座2、止浆塞9、磁性滑动锚头4和活塞套底部磁铁5上均设有通孔，杆体1的上端部分从下往上依次穿过止浆塞9、托板支座2、活塞套底部磁铁5和磁性滑动锚头4上的通孔后与螺母7连接，杆体1的中间部分套设在塑性套管内，杆体1的下端部分包埋在水泥砂浆部分11内，杆体下端部分的底部与承载体12固定连接，承载体12用于承接其上方的水泥砂浆部分11。

在一种具体的实施方式中，采用了两根杆体1，且螺母7为双孔螺母，止浆塞9为双孔止浆塞；托板支座2、止浆塞9、磁性滑动锚头4和活塞套底部磁铁5上均设有两个通孔。本发明采用两根杆体的设计，使得锚固段与水泥砂浆的接触面积更大，能更加有效的传递摩擦力。当膨胀土的胀缩变形较大时，采用两根杆体，则承载体端的力就可以由两根杆体共同承担，从而比一根杆体更能维持稳定。

在一种具体的实施方式中，所述磁性滑动锚头4的下方也设有套设在杆体1上的螺母。在磁性滑动锚头4的上下方均设置螺母即可使得磁性滑动锚头4与杆体1的相对位置维持稳定，从而更适应膨胀土的胀缩变形特性。

在一种具体的实施方式中，所述磁性滑动锚头4包括磁吸在一起的第一磁性滑动锚头41和第二磁性滑动锚头42，活塞套顶部磁铁6和第一磁性滑动锚头41之间设有弹簧8且弹簧8的两端分别与活塞套顶部磁铁6和第一磁性滑动锚头41固定连接，第二磁性滑动锚头42和活塞套底部磁铁5之间也设有弹簧8且弹簧8的两端分别与第二磁性滑动锚头42和活塞套底部磁铁5固定连接。将磁性滑动锚头4分为磁吸在一起的第一磁性滑动锚头41和第二磁性滑动锚头42，安装前可以先对弹簧和磁铁完成连接，从而安装时会更加方便。

在一种具体的实施方式中，所述活塞套顶部磁铁6和磁性滑动锚头4之间设有两个对称分布的弹簧8且两个弹簧8的两端分别与活塞套顶部磁铁6和磁性滑动锚头4固定连接，磁性滑动锚头4和活塞套底部磁铁5之间也设有两个对称分布的弹簧8且两个弹簧8的两端分别与磁性滑动锚头4和活塞套底部磁铁5固定连接。采用对称分布的弹簧能使上下两块磁铁间的受力更加均衡。

在一种具体的实施方式中，所述磁性滑动锚头4、活塞套顶部磁铁6和活塞套底部磁铁5均为钕铁硼磁铁。相对于铁氧体磁铁、铝镍钴、钐钴，钕铁硼磁铁的磁性能大大的超越了这几种磁铁，钕铁硼磁铁能吸附其本身重量的640倍的重量，所以钕铁硼常被业外人士称为强力磁铁。

在一种具体的实施方式中，所述弹簧8为奥氏体不锈钢弹簧。此类弹簧机械性能更好且相对更经济。

在一种具体的实施方式中，所述活塞套顶部磁铁6和活塞套底部磁铁5分别设置在锚头活塞套管3内的顶部和底部；所述水泥砂浆部分11所采用的水泥砂浆等级不小于M20等级。

在一种具体的实施方式中，所述承载体12内部还设置有能向与杆体垂直的平面的外侧方向伸出的锚固卡紧结构121，承载体12的下端设有用于控制锚固卡紧结构向外侧伸出的压紧开关122。通过设计锚固卡紧结构121能进一步加强锚固段的锚固能力。

在一种具体的实施方式中，所述承载体12内部设置有四个锚固卡紧结构121，四个锚固卡紧结构121能分别向四个方向伸出，且相互间与相邻锚固卡紧结构121能伸出的方向呈90°分布。

本发明安装时先对膨胀土进行钻孔，然后将承载体端的杆体伸入孔中，敲击杆体使承载体下端的压紧开关受力，进而使承载体内的锚固卡紧结构伸出卡入周围的土体，将调配好的水泥砂浆部分灌入孔中完成锚固段的安装。在杆体外套装上塑性套管，再在塑性套管上端塞上止浆塞完成自由段的安装。在杆体上继续依次安装托板支座、锚头活塞套管、活塞套底部磁铁、弹簧、磁性滑动锚头、螺母、弹簧和活塞套顶部磁铁，安装时注意磁铁的磁极极性，即完成整个锚杆的安装。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演和替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种适用于膨胀土胀缩变形的锚杆，其特征在于，包括从上至下的锚具、自由段和锚固段，所述锚具包括托板支座(2)、锚头活塞套管(3)、磁性滑动锚头(4)、弹簧(8)、活塞套顶部磁铁(6)、活塞套底部磁铁(5)、杆体(1)的上端部分、螺母(7)，所述自由段包括杆体(1)的中间部分、塑性套管(10)和止浆塞(9)，所述锚固段包括杆体(1)的下端部分、水泥砂浆部分(11)和承载体(12)；所述托板支座(2)的上方固定连接设置有锚头活塞套管(3)，锚头活塞套管(3)内部设置有能沿锚头活塞套管(3)的轴向方向上下滑动的磁性滑动锚头(4)，在锚头活塞套管(3)内且位于磁性滑动锚头(4)的上方和下方还分别设置有活塞套顶部磁铁(6)和活塞套底部磁铁(5)，活塞套顶部磁铁(6)和活塞套底部磁铁(5)均与锚头活塞套管(3)的内壁固定连接；活塞套顶部磁铁(6)的下端面和磁性滑动锚头(4)的上端面的磁极极性相同，使得活塞套顶部磁铁(6)的下端面和磁性滑动锚头(4)的上端面之间存在斥力，磁性滑动锚头(4)的下端面和活塞套底部磁铁(5)的上端面的磁极极性相同，使得磁性滑动锚头(4)的下端面和活塞套底部磁铁(5)的上端面之间存在斥力；活塞套顶部磁铁(6)和磁性滑动锚头(4)之间设有弹簧(8)且弹簧(8)的两端分别与活塞套顶部磁铁(6)和磁性滑动锚头(4)固定连接，磁性滑动锚头(4)和活塞套底部磁铁(5)之间也设有弹簧(8)且弹簧(8)的两端分别与磁性滑动锚头(4)和活塞套底部磁铁(5)固定连接；托板支座(2)下方设置有止浆塞(9)，止浆塞(9)呈圆台形且其大的底面一端与托板支座(2)的下端面相贴合，止浆塞(9)的小的底面一端塞在塑性套管(10)的上端口处；所述托板支座(2)、止浆塞(9)、磁性滑动锚头(4)和活塞套底部磁铁(5)上均设有通孔，杆体(1)的上端部分从下往上依次穿过止浆塞(9)、托板支座(2)、活塞套底部磁铁(5)和磁性滑动锚头(4)上的通孔后与螺母(7)连接，杆体(1)的中间部分套设在塑性套管内，杆体(1)的下端部分包埋在水泥砂浆部分(11)内，杆体下端部分的底部与承载体(12)固定连接，承载体(12)用于承接其上方的水泥砂浆部分(11)。

2.根据权利要求1所述的适用于膨胀土胀缩变形的锚杆，其特征在于，采用了两根杆体(1)，且螺母(7)为双孔螺母，止浆塞(9)为双孔止浆塞；托板支座(2)、止浆塞(9)、磁性滑动锚头(4)和活塞套底部磁铁(5)上均设有两个通孔。

3.根据权利要求1所述的适用于膨胀土胀缩变形的锚杆，其特征在于，所述磁性滑动锚头(4)的下方也设有套设在杆体(1)上的螺母。

4.根据权利要求1所述的适用于膨胀土胀缩变形的锚杆，其特征在于，所述磁性滑动锚头(4)包括磁吸在一起的第一磁性滑动锚头(41)和第二磁性滑动锚头(42)，活塞套顶部磁铁(6)和第一磁性滑动锚头(41)之间设有弹簧(8)且弹簧(8)的两端分别与活塞套顶部磁铁(6)和第一磁性滑动锚头(41)固定连接，第二磁性滑动锚头(42)和活塞套底部磁铁(5)之间也设有弹簧(8)且弹簧(8)的两端分别与第二磁性滑动锚头(42)和活塞套底部磁铁(5)固定连接。

5.根据权利要求1所述的适用于膨胀土胀缩变形的锚杆，其特征在于，所述活塞套顶部磁铁(6)和磁性滑动锚头(4)之间设有两个对称分布的弹簧(8)且两个弹簧(8)的两端分别与活塞套顶部磁铁(6)和磁性滑动锚头(4)固定连接，磁性滑动锚头(4)和活塞套底部磁铁(5)之间也设有两个对称分布的弹簧(8)且两个弹簧(8)的两端分别与磁性滑动锚头(4)和活塞套底部磁铁(5)固定连接。

6.根据权利要求1所述的适用于膨胀土胀缩变形的锚杆，其特征在于，所述磁性滑动锚头(4)、活塞套顶部磁铁(6)和活塞套底部磁铁(5)均为钕铁硼磁铁。

7.根据权利要求1所述的适用于膨胀土胀缩变形的锚杆，其特征在于，所述弹簧(8)为奥氏体不锈钢弹簧。

8.根据权利要求1所述的适用于膨胀土胀缩变形的锚杆，其特征在于，所述活塞套顶部磁铁(6)和活塞套底部磁铁(5)分别设置在锚头活塞套管(3)内的顶部和底部；所述水泥砂浆部分(11)所采用的水泥砂浆等级不小于M20等级。

9.根据权利要求1所述的适用于膨胀土胀缩变形的锚杆，其特征在于，所述承载体(12)内部还设置有能向与杆体垂直的平面的外侧方向伸出的锚固卡紧结构(121)，承载体(12)的下端设有用于控制锚固卡紧结构向外侧伸出的压紧开关(122)。

10.根据权利要求9所述的适用于膨胀土胀缩变形的锚杆，其特征在于，所述承载体(12)内部设置有四个锚固卡紧结构(121)，四个锚固卡紧结构(121)能分别向四个方向伸出，且相互间与相邻锚固卡紧结构(121)能伸出的方向呈90°分布。

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