CN112814714B - 一种具有拉胀效应的预应力全长锚固中空注浆锚杆 - Google Patents

Abstract

一种具有拉胀效应的预应力全长锚固中空注浆锚杆，杆体的内部开设有轴向贯通的中心注浆孔；杆体由位于末端的螺纹段和位于螺纹段以外的主体段组成；螺纹段的外部设置有外螺纹；主体段的表面沿长度方向均匀的固定连接有多个突出肋环，且在相邻的突出肋环之间的部分形成连通部；突出肋环的外径小于待施工钻孔的孔径；每个连通部上均开设有与中心注浆孔相连通的多个轴向扁平孔和多个环向扁平孔；托盘滑动的套设在螺纹段的外侧，螺母通过螺纹配合连接在螺纹段的外侧，且较托盘靠近杆体的末端；对中环套装在主体段的外部；对中环的外径与待施工钻孔的孔径相适配。该锚杆具有拉胀效应，能够施加较大的预应力，且有利于实现全长锚固。

Description

一种具有拉胀效应的预应力全长锚固中空注浆锚杆

技术领域

本发明属于工程支护技术领域，具体是一种具有拉胀效应的预应力全长锚固中空注浆锚杆。

背景技术

锚杆支护因其能有效调动围岩的自承载能力，不仅对围岩能够起到支撑的作用，同时还能对围岩起到改性加固的作用，因而自其诞生以来，一直广泛应用于矿山、隧道、边坡、水利等工程支护中。目前广泛采用的锚杆支护方式主要可以分为两类，一类是以实心螺纹钢锚杆加树脂药卷为代表的先灌后锚式锚杆，这类锚杆具有刚度大、支护强度高、支护及时等优点，但其由于其采用的树脂药卷固化效果与搅拌混合是否充分有关，因而树脂固化质量难以保证，同时，树脂药卷封装薄膜的裹覆效应以及锚杆的居中度，都严重影响锚杆的锚固效果。此外，由于锚杆安装机扭矩有限，钻孔内置入的药卷越多，锚杆安装的难度越大，因而此类锚固方式很难实现全长锚固，而以端头锚固或加长锚固为主。

另一类锚固方式则是以波形螺纹中空锚杆加水泥砂浆为代表的先锚后灌式锚杆，这类锚杆一般在前端设置涨壳式或其他类型的锚头，利用锚头提供一定的初始锚固力安装固定杆体和托盘，在锚杆安装好后再通过预留的注浆通道灌注水泥砂浆，从而实现杆体的全长锚固，不仅可有效地防止杆体锈蚀，还可以充填围岩中的裂隙，从而起到改良围岩的作用。这种锚固方式由于水泥砂浆固结时间过长，不能迅速形成锚固力，因而不适用于需要快速支护的地层。此外，由于水泥浆液流动性较好，在破碎地层中常会发生浆液渗漏，在上向孔注浆时则需设置止浆塞、排气管等多个配套装置，因此，这类锚杆的结构复杂、施工工序多、注浆质量不易保证。

此外，上述两种锚固方式均是通过杆体表面螺纹与锚固体之间的粘结力进行锚固，锚固力大小与锚杆-锚固剂接触面上所受到的法向应力正相关，由于传统锚杆在轴向拉力作用下杆体截面将不同程度的发生收缩，从而作用在锚杆-锚固剂接触面上法向应力降低，最终影响锚杆与锚固体之间的抗剪强度。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种具有拉胀效应的预应力全长锚固中空注浆锚杆，该锚杆结构简单，制作成本低，且施工工序方便，便于大面积应用于各类工程支护中，同时，其具有拉胀效应，能够施加较大的预应力，且有利于实现全长锚固，能更好的提高锚杆支护技术在各类岩石工程中的锚固效果。

为了实现上述目的，本发明提供一种具有拉胀效应的预应力全长锚固中空注浆锚杆，包括杆体、托盘、螺母和对中环；

所述杆体的内部开设有轴向贯通的中心注浆孔；所述杆体由位于末端的螺纹段和位于螺纹段以外的主体段组成；所述螺纹段的外部设置有外螺纹；所述主体段的表面沿长度方向均匀的固定连接有多个突出肋环，且在相邻的突出肋环之间的部分形成连通部；所述突出肋环的外径小于待施工钻孔的孔径；每个连通部上均开设有与中心注浆孔相连通的多个轴向扁平孔和多个环向扁平孔；

所述托盘滑动的套设在螺纹段的外侧，所述螺母通过螺纹配合连接在螺纹段的外侧，且较托盘靠近杆体的末端；

所述对中环套装在主体段的外部，对中环的外径与待施工钻孔的孔径相适配。

进一步，为了便于实现注浆作业，还包括压浆机构，所述压浆机构由薄壁管、活塞头和活塞杆组成，所述薄壁管的外径与中心注浆孔的孔径相适配，且滑动的插装在中心注浆孔中；所述活塞头设置在薄壁管的内腔中，且与薄壁管的内腔滑动密封配合，所述活塞杆的外径小于薄壁管的内径，其一端伸入到薄壁管的内腔中并与活塞头一端的中心固定连接。

进一步，为了有效的提高拉胀效应，能更好的施加预应力，并能更好的达到全长锚固的目的，每个连通部上的多个轴向扁平孔和多个环向扁平孔之间相交错的设置。

作为一种优选，所述对中环由橡胶材质制成。

进一步，为了便于实现锚杆在待施工钻孔中的插装作业，所述对中环的上端和下端均呈圆台形。

进一步，为了增加杆体的抗拉及抗剪强度，所述杆体采用一体成型工艺加工而成。

本发明中，在杆体的主体段管壁上均匀布设多个环向扁平孔和轴向扁平孔，首先可以起到出浆口的作用，便于实现锚固过程中的注浆作业；其次，在围岩变形锚杆受轴向拉力作用时，固结在轴向扁平孔和环向扁平孔中的锚固剂可以与扁平孔之间相互作用，可以有效起到阻止锚杆被拉出的作用，从而增强了支护效果；最后，通过环向扁平孔和轴向扁平孔之间交错设置，形成了一种负泊松比结构，从而可以在受到轴向拉力时，杆体截面不仅不会收缩，还能够发生环向膨胀作用，使锚杆具有一定的膨胀效应，这样，锚杆会越拉越粗，可有效增大锚杆与锚固体界面上的法向应力。通过对中环的设置，不仅能够保证锚固环厚度的均匀性，还能确保锚杆在安装过程中的居中度，可有效防止出现锚杆偏心的工况，同时，对中环还可以在分段注浆过程中起到止浆塞的作用，从而便于实现对同一杆体不同部分的分段锚固，还能方便的实现锚杆预应力的全长锚固。通过突出肋环的设置，可以在锚杆受轴向拉力时，与锚固剂相互作用，进一步提高锚杆的抗剪强度，从而进一步增强了支护效果。本锚杆结构简单，制作成本低，施工工序方便，通用性强，适于推广应用于各类支护工程，可以有效提高锚杆在各种围岩条件下的锚固效果。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明在对中环前部灌浆锚固后的示意图；

图3是本发明在对中环前部和后部均已灌浆锚固后的示意图；

图4是本发明中主体段的结构示意图；

图5是图2中A-A向的剖视图；

图6是图2中B-B向的剖视图；

图7是本发明中压浆机构的结构示意图；

图8是本发明中螺母的结构示意图；

图9是本发明中对中环的结构示意图；

图10是本发明中突出肋环的结构示意图。

图中： 1、主体段，2、锚固剂，3、螺母，4、对中环，5、活塞头，6、突出肋环，7、托盘，8、螺纹段，9、轴向扁平孔，10、环向扁平孔，11、活塞杆，12、杆体，13、连通部，14、中心注浆孔，15、压浆机构，16、薄壁管。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1至图10所示，一种具有拉胀效应的预应力全长锚固中空注浆锚杆，包括杆体12、托盘7、螺母3和对中环4；

所述杆体12的内部开设有轴向贯通的中心注浆孔14；所述杆体12由位于末端的螺纹段8和位于螺纹段8以外的主体段1组成；所述螺纹段8的外部设置有外螺纹；所述主体段1的表面沿长度方向均匀的固定连接有多个突出肋环6，且在相邻的突出肋环6之间的部分形成连通部13；所述突出肋环6的外径小于待施工钻孔的孔径；每个连通部13上均开设有与中心注浆孔14相连通的多个轴向扁平孔9和多个环向扁平孔10；

所述托盘7滑动的套设在螺纹段8的外侧，所述螺母3通过螺纹配合连接在螺纹段8的外侧，且较托盘7靠近杆体12的末端；

所述对中环4套装在主体段1的外部，作为一种优选，对中环4靠近首端的设置；对中环4的外径与待施工钻孔的孔径相适配。作为一种优选，对中环4由橡胶材质制成，其内径略小于主体段1的外径，从而能紧紧的套装在主体段1的外壁上。对中环4的外径可以略大于待施工钻孔的孔径，从而能在注浆过程中更好的起到止浆的作用。

为了便于实现锚杆在待施工钻孔中的插装作业，所述对中环4的上端和下端均呈圆台形。

为了便于实现注浆作业，还包括压浆机构15，所述压浆机构15由薄壁管16、活塞头5和活塞杆11组成，所述薄壁管16的外径与中心注浆孔14的孔径相适配，且滑动的插装在中心注浆孔14中；所述活塞头5设置在薄壁管16的内腔中，且与薄壁管16的内腔滑动密封配合，所述活塞杆11的外径小于薄壁管16的内径，其一端伸入到薄壁管16的内腔中并与活塞头5一端的中心固定连接，从而便于推动活塞头5在薄壁管16内往复的滑动。

作为一种优选，所述活塞头5为橡胶材质的软头。

为了有效的提高拉胀效应，能更好的施加预应力，并能更好的达到全长锚固的目的，每个连通部13上的多个轴向扁平孔9和多个环向扁平孔10之间相交错的设置。

为了增加杆体的抗拉及抗剪强度，所述杆体12采用一体成型工艺加工而成。

锚杆安装前，通过人工配置锚固剂2，采用散装树脂锚固剂按胶泥和固化剂质量比1：0.05配置所需的锚固剂2。在安装前进行人工配置，不仅可以有效控制锚固剂搅拌的均匀度，保证了锚固剂的饱和度和凝固时间，同时避免了传统药卷式锚固剂封装薄膜对锚杆的裹覆效应，此外，与采用水泥砂浆灌浆方式相比，本发明所用的树脂锚固剂粘度更大，不会出现渗漏的问题，从而可以应用于上向孔锚固以及松软破碎围岩支护。

锚杆安装过程中，根据所需的首次锚固长度，将对中环4套在杆体12前部的对应位置，将锚杆插装到待施工钻孔中后，向压浆机构15中的薄壁管16注入所需的锚固剂2，再将薄壁管16的前端伸入到中心注浆孔14 的前部，然后通过活塞杆11将活塞头5向薄壁管16前端推进，以将锚固剂2向对中环4以前的部分压入，该过程中，锚固剂2通过轴向扁平孔9和环向扁平孔10进入锚杆与待施工钻孔之间的部分，由于对中环4兼有止浆作用，压入的树脂锚固剂仅会对杆体12前端（对中环4以前的部分）进行锚固，该过程中，可以将薄壁管16逐渐向外部拉出（薄壁管16向外部拉出时的极限位置不脱离对中环4所在的区域），同时，逐渐将活塞头5向薄壁管16的前端进行推进，从而实现边退边压的作业方式，以有效增加锚固效果，这样，便实现了对对中环4以前部分的锚固作业，前部锚固作业完成后，将薄壁管16由杆体12中拉出。待锚固剂凝固后，依次套装好托盘7和螺母3，采用扭紧螺母或张拉仪张拉的方式对锚杆施加预应力，施加完预应力后，根据剩余锚固长度配置所需的锚固剂2，并将其注入到薄壁管16中，然后将薄壁管16的前端伸入到靠近对中环4所在的区域，再次通过活塞杆11将活塞头5向薄壁管16前端推进，以将锚固剂2向对中环4以后的部分压入，由于对中环4兼有止浆作用，锚固剂2通过轴向扁平孔9和环向扁平孔10进入对中环4以后的部分，该过程中，逐渐将薄壁管16向外部拉出，同时，逐渐将活塞头5向薄壁管16的前端进行推进，从而实现边退边压的作业方式，以有效增加锚固效果。

本发明中，在杆体的主体段管壁上均匀布设多个环向扁平孔和轴向扁平孔，首先可以起到出浆口的作用，便于实现锚固过程中的注浆作业；其次，在围岩变形锚杆受轴向拉力作用时，固结在轴向扁平孔和环向扁平孔中的锚固剂可以与扁平孔之间相互作用，可以有效起到阻止锚杆被拉出的作用，从而增强了支护效果；最后，通过环向扁平孔和轴向扁平孔之间交错设置，形成了一种负泊松比结构，从而可以在受到轴向拉力时，杆体截面不仅不会收缩，还能够发生环向膨胀作用，使锚杆具有一定的膨胀效应，这样，锚杆会越拉越粗，可有效增大锚杆与锚固体界面上的法向应力。通过对中环的设置，不仅能够保证锚固环厚度的均匀性，还能确保锚杆在安装过程中的居中度，可有效防止出现锚杆偏心的工况，同时，对中环还可以在分段注浆过程中起到止浆塞的作用，从而便于实现对同一杆体不同部分的分段锚固，还能方便的实现锚杆预应力的全长锚固。通过突出肋环的设置，可以在锚杆受轴向拉力时，与锚固剂相互作用，进一步提高锚杆的抗剪强度，从而进一步增强了支护效果。本锚杆结构简单，制作成本低，施工工序方便，通用性强，适于推广应用于各类支护工程，可以有效提高锚杆在各种围岩条件下的锚固效果。

Claims (4)

1.一种具有拉胀效应的预应力全长锚固中空注浆锚杆，包括杆体（12）、托盘（7）和螺母（3），其特征在于，还包括对中环（4）；

所述杆体（12）的内部开设有轴向贯通的中心注浆孔（14）；所述杆体（12）由位于末端的螺纹段（8）和位于螺纹段（8）以外的主体段（1）组成；所述螺纹段（8）的外部设置有外螺纹；所述主体段（1）的表面沿长度方向均匀的固定连接有多个突出肋环（6），且在相邻的突出肋环（6）之间的部分形成连通部（13）；所述突出肋环（6）的外径小于待施工钻孔的孔径；每个连通部（13）上均开设有与中心注浆孔（14）相连通的多个轴向扁平孔（9）和多个环向扁平孔（10）；

所述托盘（7）滑动的套设在螺纹段（8）的外侧，所述螺母（3）通过螺纹配合连接在螺纹段（8）的外侧，且较托盘（7）靠近杆体（12）的末端；

所述对中环（4）套装在主体段（1）的外部，对中环（4）的外径与待施工钻孔的孔径相适配；

还包括压浆机构（15），所述压浆机构（15）由薄壁管（16）、活塞头（5）和活塞杆（11）组成，所述薄壁管（16）的外径与中心注浆孔（14）的孔径相适配，且滑动的插装在中心注浆孔（14）中；所述活塞头（5）设置在薄壁管（16）的内腔中，且与薄壁管（16）的内腔滑动密封配合，所述活塞杆（11）的外径小于薄壁管（16）的内径，其一端伸入到薄壁管（16）的内腔中并与活塞头（5）一端的中心固定连接；

每个连通部（13）上的多个轴向扁平孔（9）和多个环向扁平孔（10）之间相交错的设置。

2.根据权利要求1所述的一种具有拉胀效应的预应力全长锚固中空注浆锚杆，其特征在于，所述对中环（4）由橡胶材质制成。

3.根据权利要求1或2所述的一种具有拉胀效应的预应力全长锚固中空注浆锚杆，其特征在于，所述对中环（4）的上端和下端均呈圆台形。

4.根据权利要求3所述的一种具有拉胀效应的预应力全长锚固中空注浆锚杆，其特征在于，所述杆体（12）采用一体成型工艺加工而成。

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