CN112879057A

CN112879057A - 一种全向环压负膨胀锚杆装置及增强锚固方法

Info

Publication number: CN112879057A
Application number: CN202110083121.7A
Authority: CN
Inventors: 吕祥锋; 杨亚晗
Original assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Current assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Priority date: 2021-01-21
Filing date: 2021-01-21
Publication date: 2021-06-01

Abstract

本发明提供了一种全向环压负膨胀锚杆装置及增强锚固方法，涉及岩土工程支护技术领域，能够借助内凹型蜂窝结构的力学特性及受力后的变形规律，实现自由段环压膨胀增阻效应，同时保证锚固段的锚固效果，增大锚杆整体支护效能；该装置包括长直形钢杆体和托盘结构，所述钢杆体穿设在托盘结构中，由所述托盘结构分割成长杆段和短杆段；所述长杆段的钢杆体外周全部或部分设有螺纹，用于与岩孔壁接触连接；所述长杆段靠近所述托盘结构的一端设有蜂窝结构体，所述蜂窝结构体铺设在长杆段钢杆体的表面；所述蜂窝结构体为内凹型蜂窝结构。本发明提供的技术方案适用于岩土支护的过程中。

Description

一种全向环压负膨胀锚杆装置及增强锚固方法

技术领域

本发明涉及岩土工程支护技术领域，尤其涉及一种全向环压负膨胀锚杆装置及增强锚固方法。

背景技术

锚杆是一种将拉力载荷传递到稳定岩土层中以提高岩土介质自身稳定性和强度的支护装置，主要依靠锚杆与围岩之间的摩擦。锚杆支护充分利用岩土体本身的承载能力保持岩体的稳定，本质是通过锚固作用增强岩土体的整体性，控制开挖后岩土的变形，防止应力突然释放。根据现场不同围岩的岩层产状和稳定状况，选取不同类别的锚杆支护形式，常用的锚杆支护形式有吸能锚杆、让压锚杆、管缝式锚杆、树脂锚杆等。

锚杆作为深入地层的受拉构件，整根锚杆分为自由段和锚固段，传统锚杆在顶板岩层运移过程中极易发生锚固剂与岩体脱黏，导致锚索的锚固结构失效。

因此，有必要研究一种全向环压负膨胀锚杆装置及增强锚固方法来应对现有技术的不足，以解决或减轻上述一个或多个问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种全向环压负膨胀锚杆装置及增强锚固方法，能够借助内凹型蜂窝结构的力学特性及受力后的变形规律，实现自由段环压膨胀增阻效应，同时保证锚固段的锚固效果，增大锚杆整体支护效能，构建安全稳定地下施工环境。

一方面，本发明提供一种全向环压负膨胀锚杆装置，其特征在于，所述锚杆装置包括长直形钢杆体和托盘结构，所述钢杆体穿设在托盘结构中，由所述托盘结构分割成长杆段和短杆段；

所述长杆段的钢杆体外周全部或部分设有螺纹，用于与岩孔壁接触连接；

所述长杆段靠近所述托盘结构的一端设有蜂窝结构体，所述蜂窝结构体铺设在长杆段钢杆体的表面。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述蜂窝结构体为内凹型蜂窝结构。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述内凹型蜂窝结构具体为具有负泊松比基本原理的内凹六边形。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述内凹型蜂窝结构铺设在所述长杆段螺纹的凹槽内。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述蜂窝结构体铺设长度为整个自由段；具体可以是所述长杆段长度的1/4～1/3。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述托盘结构包括板状托盘和外凸部；所述外凸部为中空结构，其端部与所述托盘固接；所述外凸部外表面设有螺纹，并与螺纹紧固件螺接。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述螺纹紧固件与对应位置处的钢杆体螺接。所述螺纹紧固件可以是螺栓。

另一方面，一种如上任一所述的全向环压负膨胀锚杆装置的增强锚固方法，其特征在于，所述方法的步骤包括：

S1、在岩体中钻孔；

S2、将锚固剂置入钻孔内；

S3、利用锚杆钻机将锚杆装置旋入钻孔中，同时锚杆装置的钢杆体对锚固剂进行搅拌并顶入钻孔深处；

S4、等锚固剂凝固后，按照预定预紧力对锚杆进行张拉，完成锚杆装置的安装。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述钻孔的长度为L+20mm，L为钢杆体长杆段的长度。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述预定预紧力为100kN～200kN。

与现有技术相比，本发明可以获得包括以下技术效果：

1)实现全向负膨胀增阻效应，受到冲击地压围岩体发生运移变形，通过锚杆自身膨胀延伸进行卸压，有效避免锚固失效发生；

2)锚固段长直钢杆体外圆面设置有大幅度螺纹，实现锚杆与围岩更加紧密结合，加大锚固力，更高效发挥锚固性能；

3)锚杆的结构尺寸分布可根据巷道围岩内部岩质分布而进行调整，对地下施工环境的稳定性更具针对性；

4)锚杆外表结构简单精巧，减少材料浪费，整体性较高，施工快速方便。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有技术效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本发明一个实施例提供的全向环压负膨胀锚杆正面整体结构示意图；

图2是本发明一个实施例提供的全向环压负膨胀锚杆围岩受力剖面结构示意图；

图3是本发明一个实施例提供的全向环压负膨胀锚杆内凹型蜂窝结构体剖面示意图；

图4是本发明一个实施例提供的全向环压负膨胀锚杆内凹型蜂窝结构体受力变化剖面示意图；

图5是本发明一个实施例提供的全向环压负膨胀锚杆方形托盘、螺栓的整体结构示意图。

其中，图中：

1、螺纹段；2、蜂窝段；3、钢杆体；4、托盘结构；4-1、方形盘；4-2、外凸部分；5-螺栓。

具体实施方式

为了更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。

应当明确，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。

针对现有技术的不足，本发明提供一种径全向环压负膨胀锚杆支护装置及增强锚固方法。如图1-2所示，该锚杆支护装置包括钢杆体3和托盘结构4，钢杆体3一端穿过托盘结构4后采用螺栓5固定。钢杆体3穿设段与托盘结构4固接，固接方式可以是焊接。钢杆体3的外周全部或分段设有螺纹，形成螺纹段1，钢杆体3锚固段靠近托盘结构4的一段的外周设有内凹型蜂窝结构体2，形成蜂窝段。

螺纹段1处的长直钢杆体外圆面设置有大幅度螺纹，在锚杆安装入岩壁时大幅度螺纹嵌入壁孔之中，增大锚杆与孔壁接触面积，增大锚固段的锚固力和抗拉拔性能。

内凹型蜂窝结构体2为内凹蜂窝单位胞体层结构，铺设在钢杆体3的表面，上端与螺纹焊接，下端与钢杆体3焊接，可以是设置在螺纹内，增大锚杆之间的稳定性。当锚杆受到拉拔力，内凹六边形面积逐渐扩大，趋于四边形变化，如图3-4所示，内凹型蜂窝结构体整体纵向延伸、横向体积膨胀，撑涨管壁增加孔壁摩擦力，强化锚杆的支护效应，起到负膨胀增加稳定作用。

钢杆体3上端部与内凹型蜂窝结构体2整体焊接，钢杆体3穿过托盘结构4无缝相接并焊接稳定。

如图5所示，托盘结构4分为方形盘4-1、外凸部分4-2，位于钢杆体3和螺栓5之间，螺栓5通过钢杆体3螺纹部分与外凸部分4-2紧密结合，实现预紧张拉。当受拉力过大时外凸部分4-2发生时向围岩内部变形起到缓冲作用。

一种全向环压负膨胀锚杆支护装置及增强锚固方法，步骤如下：

a.打眼前，严格检查巷道断面规格，不符合作业规程要求必须先进行处理，打眼应按由外向里、先顶后帮的顺序进行。

b.在岩体中施工孔径为28mm钻孔，钻孔深度为锚杆长度L-20mm,为端部预紧张拉留出端头空余量，并保证锚杆深入稳定岩层不小于0.5米；

c.安装前应将眼孔内的积水、岩粉用压风吹扫干净。之后将锚固剂依次放入钻孔中，将锚杆顶住锚固剂，借助锚杆将锚固剂顶入钻孔内；

d.依次安装托盘和螺母，利用锚杆钻机旋转带动锚杆转动，并将锚固剂搅拌均匀，直至旋转至钻孔底部；

e.搅拌充分后，停止搅拌约30s，待锚固剂凝固后，按照设计预紧力进行锚杆张拉，预紧力为100kN～200kN；

f.退下锚杆钻机，重复步骤a～e施工下一根锚索。

本发明增阻内膨胀抗拉拔作用原理:

当地下围岩体结构发生运移变形，锚杆整体结构受到全向拉拔力，具有随围岩运移的趋势，内凹型蜂窝结构体2以内凹蜂窝单位胞体层层铺满自由段长柱空间，锚杆整体阻碍围岩体滑动吸收能量产生横向体积膨胀纵向延伸，内凹型蜂窝结构体2二维图形为具有负泊松比基本原理的内凹六边形，当锚杆受到拉拔力，内凹六边形面积逐渐扩大，趋于四边形变化，锚杆内凹型蜂窝结构体整体纵向延伸、横向体积膨胀，撑涨管壁增加孔壁摩擦力，维持锚杆本身不被破坏，强化锚杆的支护效应，起到全向负膨胀增加支护结构整体稳定，实现岩层控制长期稳定。

本发明锚杆的膨胀效应主要针对本身结构开展，借助内凹型蜂窝结构的力学特性及受力后的变形规律，实现自由段环压膨胀增阻效应，同时保证锚固段的锚固效果，增大锚杆整体支护效能，构建安全稳定地下施工环境。

本发明所提到的自由段和锚固段均指本领域一般认可的自由段和锚固段的划分定义。

以上对本申请实施例所提供的一种全向环压负膨胀锚杆装置及增强锚固方法，进行了详细介绍。以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

如在说明书及权利要求书当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求书并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求书当中所提及的“包含”、“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含/包括但不限定于”。“大致”是指在可接收的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，基本达到所述技术效果。说明书后续描述为实施本申请的较佳实施方式，然所述描述乃以说明本申请的一般原则为目的，并非用以限定本申请的范围。本申请的保护范围当视所附权利要求书所界定者为准。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者系统中还存在另外的相同要素。

应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

上述说明示出并描述了本申请的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本申请并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述申请构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本申请的精神和范围，则都应在本申请所附权利要求书的保护范围内。

Claims

1.一种全向环压负膨胀锚杆装置，其特征在于，所述锚杆装置包括长直形钢杆体和托盘结构，所述钢杆体穿设在托盘结构中，由所述托盘结构分割成长杆段和短杆段；

2.根据权利要求1所述的全向环压负膨胀锚杆装置，其特征在于，所述蜂窝结构体为内凹型蜂窝结构。

3.根据权利要求2所述的全向环压负膨胀锚杆装置，其特征在于，所述内凹型蜂窝结构具体为具有负泊松比基本原理的内凹六边形。

4.根据权利要求2所述的全向环压负膨胀锚杆装置，其特征在于，所述内凹型蜂窝结构铺设在所述长杆段螺纹的凹槽内。

5.根据权利要求1所述的全向环压负膨胀锚杆装置，其特征在于，所述蜂窝结构体铺设长度为整个自由段。

6.根据权利要求1所述的全向环压负膨胀锚杆装置，其特征在于，所述托盘结构包括板状托盘和外凸部；所述外凸部为中空结构，其端部与所述托盘固接；所述外凸部外表面设有螺纹，并与螺纹紧固件螺接。

7.根据权利要求6所述的全向环压负膨胀锚杆装置，其特征在于，所述螺纹紧固件与对应位置处的钢杆体螺接。

8.一种权利要求1-7任一所述的全向环压负膨胀锚杆装置的增强锚固方法，其特征在于，所述方法的步骤包括：

S1、在岩体中钻孔；

S2、将锚固剂置入钻孔内；

9.根据权利要求8所述的全向环压负膨胀锚杆装置的增强锚固方法，其特征在于，所述钻孔的长度为L+20mm，L为钢杆体长杆段的长度。

10.根据权利要求8所述的全向环压负膨胀锚杆装置的增强锚固方法，其特征在于，所述预定预紧力为100kN～200kN。