CN112982397A - 一种可回收充气伞撑式气囊锚杆及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及岩土工程锚固技术领域，具体涉及一种可回收充气伞撑式气囊锚杆及其使用方法。包括中空的锚杆本体，锚杆本体顶部安装有垫板和充气装置；锚杆本体的底部包括方形锚头；方形锚头上设有联动结构，锚头及联动结构的外侧包覆有气囊；在锚杆本体靠近方形锚头的一侧设有环形连接套环与环形连接件；气囊内侧的锚杆本体上设有进气孔；锚杆本体上设有定位环形连接套环用的弹簧卡件；锚杆本体的外侧套设有辅助顶管；环形连接套件上固定有柔性拉条。本发明通过伞撑扩孔增加锚杆的端阻力，且气囊注气膨胀后对端部土体进一步挤压，实现二次加固，进而增加锚杆受力。同时本发明既可使用注气也可使用注浆，当无法注气时，可用注浆代替注气进行二次加固。

Description

一种可回收充气伞撑式气囊锚杆及其使用方法

技术领域

本发明涉及岩土工程锚固技术领域，具体涉及一种可回收充气伞撑式气囊锚杆及其使用方法。

背景技术

锚杆，是当代煤矿当中巷道支护的最基本的组成部分，现在锚杆不仅用于矿山，也用于工程技术中，对边坡，隧道，坝体进行主体加固。作为深入地层的受拉构件，它一端与工程构筑物连接，另一端深入地层中，整根锚杆分为自由段和锚固段，自由段是指将锚杆顶部的拉力传至锚固体的区域，其功能是对锚杆施加预应力；锚固段是指水泥浆体将预应力筋与土层粘结的区域，其功能是将锚固体与土层的粘结摩擦作用增大，增加锚固体的承压作用，将自由段的拉力传至土体深处。

锚杆作为运用于岩土工程领域支护技术中的重要组成部分，其种类与技术一直在不断增长与创新。目前，大部分锚杆技术主要依赖于注浆后产生的凝固体与周围土体的粘结摩擦作用来提高锚固力，而运用于软土地层时，由于浆液凝固体与软土无法产生较大的摩擦力，且在软土中水泥浆液流向不确定，难以保证注浆体的体形，因此，普通注浆锚杆常常不能达到预想的锚固效果。随后，端头扩大型锚杆由于其锚固力增加了扩体处的端阻力，较普通锚杆锚固力高，所以得到了广泛应用。但由于仍主要采用注浆方法，因此也无法避免的，在锚固任务完成之后，锚杆的注浆凝固体留存在地下土体中，成为地下永久障碍，此外注浆施工需要一定时间才能形成锚固力，致使施工进度缓慢的问题。

为适应城市土地开发需求的增加，尤其满足以多软土地层经济发达地区为主的在对土地开发时边坡与基坑支护的需求，因此需要一种能够克服传统锚杆缺点的新式锚杆。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明的目的在于提供一种在软土地层承载力高、锚固快的可回收充气伞撑式气囊锚杆及其使用方法。本发明可以通过伞撑扩孔增加锚杆的端阻力，并且气囊注气膨胀后还可对端部土体进一步挤压，实现二次加固，进而增加锚杆受力。同时施工过程对环境友好；当施工结束，无需锚杆受力即可拔出回收，循环利用。

本专利为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：

本发明的目的之一在于提供了一种可回收充气伞撑式气囊锚杆，包括置于软土注入孔内的中空锚杆本体，锚杆本体的顶部安装有垫板和充气装置；垫板置于注入孔外侧；充气装置包括进气管，进气管的一端贯通垫板且与所述锚杆本体的内部连通；进气管位于注入孔外侧的部分设有压力表和阀门；

所述锚杆本体的底部为扩张部分，所述扩张部分包括固定在锚杆本体端部的方形锚头，方形锚头与注入孔的底部接触；方形锚头上设有联动结构，方形锚头及联动结构的外侧包覆有气囊；在所述锚杆本体靠近方形锚头的一侧从下上至下依次设有环形连接套环与环形连接件，所述气囊的边缘置于环形连接套环与环形连接件之间的缝隙中并密封、固定；所述气囊内侧的锚杆本体上均布有多个进气孔，从而使锚杆本体内侧的气体能够通过进气孔进入气囊内；所述环形连接套件上部的锚杆本体上开设有相对设置的两个通孔，通孔内连接有弹簧卡件；锚杆本体的外侧套设有辅助顶管，辅助顶管的底端与环形连接套件的顶部接触，辅助顶管的顶端位于注入孔外部；所述环形连接套件上固定有柔性拉条，所述柔性拉条为单股钢丝绳，钢丝绳的一端用钢丝绳卡扣旋紧固定于环形连接套环上，另一端置于注入孔外侧。

作为优化的技术方案，进一步的，所述联动结构包括与方形锚头铰接的扩孔板、以及铰接在扩孔板与环形连接件之间的拉杆；所述扩孔板与气囊的内壁接触从而在气囊张开时起到联动支撑的作用。

进一步的，所述弹簧卡件包括与锚杆本体内壁接触的卡件本体，卡件本体的两侧设有与所述通孔滑动配合的圆柱形卡扣；当所述卡扣弹出所述通孔时，卡扣与所述环形连接套件的上端接触。

进一步的，所述辅助顶管的外部设有刻度。

本发明的另一目的在于提供了上述可回收充气伞撑式气囊锚杆的使用方法，具体包括如下步骤：

S1、首先用钻孔设备在目标土体内的锚杆设计位置钻注入孔；钻孔深度达到设计要求后，进行清孔；

S2、在锚杆本体放入注入孔之前，对锚杆本体进行预进气检测气囊密封的气密性；

S3、当锚杆本体送入注入孔时，将柔性拉条的末端从垫板中牵出避免混入土体中无法找到，同时将辅助顶管顶住环向连接套环一同送入注入孔内；

S4、当锚杆顶部达到注入孔底部时，用千斤顶对辅助顶管施加压力，这时作环形连接套环与环形连接件在辅助顶管的作用下带动拉杆向前移动，并使得扩孔板不断撑开；当环形连接套环与环形连接件经过所述通孔时，弹簧卡件将被压缩；当环形连接套环完全穿过通孔时，撤下辅助钢管，弹簧卡扣将回弹并对环形连接套环定位，此时扩孔板完成撑开形成伞形；此过程中通过在注入孔外观察辅助钢管的位移来判断环形连接套环与环形连接件是否到达弹簧卡扣处；

S5、安装充气装置，对进气管进行充气，高压气体从进气孔流出，使得气囊膨胀，挤压周围土体；充气完成后关闭阀门；

S6、当锚杆工作完成后，对气囊放气；往外张拉柔性拉条，带动伞撑机构逐渐收拢，最后将整个锚杆拔出回收。

本专利具有的优点和积极效果是：

本发明的可回收充气伞撑式气囊锚杆不仅结构合理、实用，对软土质挤压效果好，而且可在可在施工结束后，方便回收，循环利用，对环境友好，同时，本发明既可使用注气也可使用注浆，当受场地等因素限制，无法进行注气时，除无法回收外，可用注浆代替注气进行二次加固。

具体的，首先，对比传统注浆锚杆需要通过与孔壁的摩擦力获得锚固力，从而对锚杆长度要求较长且在软土地区锚杆力较小的特点，以及传统气囊式锚杆只通过气囊膨胀挤压孔壁土体实现锚固的情况，本发明不仅可以通过伞撑扩孔增加锚杆的端阻力，同时气囊注气膨胀后还可对端部土体进一步挤压，大大提高了端部阻力实现二次加固，因此对锚杆长度要求缩短，同时也可运用于软土地层。

其次扩孔注气后，即可形成锚固力无需如注浆需要等待；

此外，可通过观察辅助顶管的位移来判断孔内环形连接套环和环形连接件是否移动到位，结果更加精确；

最后，本发明既可使用注气也可使用注浆；当受场地等因素限制，无法进行注气时，除无法回收外，可用注浆代替注气进行二次加固。

附图说明

附图1为可回收充气伞撑式气囊锚杆放入孔洞中收拢时的状态示意图；

附图2为可回收充气伞撑式气囊锚杆打开时的状态示意图；

附图3可回收充气伞撑式气囊锚杆气囊充气时的状态示意图。

图中：1、锚杆本体，2、垫板，3、进气管，4、压力表，5、阀门，6、螺栓，7、环形连接套环，8、环形连接件，9、弹簧卡件，10、方形锚头，11、拉杆，12、扩孔板，13、气囊，14、柔性拉条，15、进气孔；16、辅助顶管；17、通孔；18、注入孔。

具体实施方式

为能进一步了解本专利的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

请参阅图1～3，发明公开了一种可回收充气伞撑式气囊锚杆，包括置于软土注入孔18内的中空锚杆本体1，锚杆本体1的顶部安装有垫板2和充气装置；垫板2置于注入孔18外侧；充气装置包括进气管3，进气管的一端贯通垫板2且与所述锚杆本体1的内部连通；进气管3位于注入孔18外侧的部分设有压力表4和阀门5；

所述锚杆本体1的底部为扩张部分，所述扩张部分包括固定在锚杆本体端部的方形锚头10，方形锚头10与注入孔18的底部接触；方形锚头上设有联动结构，方形锚头及联动结构的外侧包覆有气囊13；在所述锚杆本体1靠近方形锚头的一侧从下上至下依次设有环形连接套环7与环形连接件8，所述气囊的边缘置于环形连接套环7与环形连接件8之间的缝隙中，通过拧紧螺栓6使夹于两者之间的气囊下端密封与固定；所述气囊内侧的锚杆本体上均布有多个进气孔，从而使锚杆本体1内侧的气体能够通过进气孔进入气囊内；所述联动结构包括与方形锚头铰接的扩孔板12、以及铰接在扩孔板12与环形连接件8之间的拉杆11；所述扩孔板12与气囊13的内壁接触从而在气囊张开时起到联动支撑的作用；所述环形连接套件7上部的锚杆本体上开设有相对设置的两个通孔17，通孔内连接有弹簧卡件9；所述弹簧卡件包括与锚杆本体内壁接触的卡件本体，卡件本体的两侧设有与所述通孔滑动配合的圆柱形卡扣；当所述卡扣弹出所述通孔时，卡扣与所述环形连接套件7的上端接触；锚杆本体1的外侧套设有辅助顶管16，辅助顶管16的底端与环形连接套件7的顶部接触，辅助顶管16的顶端位于注入孔18外部；辅助顶管由高强度的钢材料制成，其外部设有刻度；所述锚杆若不考虑回收，则既可使用注气也可使用注浆。

优选的，所述锚杆本体1为不锈钢钢管制作而成，所述进气孔对称设在距离方形锚头10cm、15cm、20cm处；所述通孔对称设在距离方形锚头30cm处；锚杆本体1的顶部通过加工螺纹与方形锚头相连。

优选的，所述气囊13材料为橡胶弹性胶膜，套袋形式，膜厚2mm。

优选的，所述环形连接套件7上固定有柔性拉条14，所述柔性拉条为单股钢丝绳，钢丝绳的一端用钢丝绳卡扣旋紧固定于环形连接套环7上，并另一端置于注入孔18外侧。

优选的，所述进气管3的直径略小于锚杆本体1的直径，进气管3的外壁与锚杆本体1的内壁接触。

优选的，所述扩孔板12为转角尖锐处经磨圆处理的不锈钢材料，扩孔板12和拉杆11的数量均为4个，对称设在所述锚杆本体1的四周。

本发明还公开了气囊锚杆的使用方法，具体包括如下步骤：

S1、首先用钻孔设备在目标土体内的锚杆设计位置钻圆形注入孔18，所钻孔径要比方形锚头10的底部对角线大4cm以上；钻孔深度达到设计要求后，进行清孔；

S2、在锚杆本体放入注入孔18之前，对锚杆本体进行预进气检测气囊13密封的气密性；

S3、当锚杆本体送入注入孔18时，将柔性拉条14的末端从垫板2中牵出避免混入土体中无法找到，同时将辅助顶管顶住环向连接套环7一同送入注入孔18内；

S4、当锚杆顶部达到注入孔18底部时，用千斤顶对辅助顶管施加压力，这时作环形连接套环7与环形连接件8在辅助顶管的作用下带动拉杆11向前移动，并使得扩孔板12不断撑开；当环形连接套环7与环形连接件8经过所述通孔时，弹簧卡件9将被压缩；当环形连接套环7完全穿过通孔时，撤下辅助钢管，弹簧卡扣9将回弹并对环形连接套环7定位，此时扩孔板12完成撑开形成伞形；由于辅助钢管与环形连接套环的位移是相等的，且环形连接套环7从起点至终点的距离是可以事先确定的，因此通过在注入孔18外观察辅助钢管的位移来判断环形连接套环7与环形连接件8是否到达弹簧卡扣9处；

S5、安装充气装置，对进气管3进行充气，气压大小可由压力表4显示，高压气体从进气孔15流出，使得气囊13膨胀，挤压周围土体；压力表4控制气囊13体积的大小，避免气囊13过大或过小，充气完成后关闭阀门5。

S6、当锚杆工作完成后，缓慢打开阀门5对气囊放气；当压力表4降到较小值时，撤下进气管3、压力表4与阀门5，之后固定锚杆不动，通过千斤顶或拉拔器往外张拉柔性拉条14，带动伞撑机构逐渐收拢，最后对整个锚杆拔出回收。

以上所述仅是对本专利的较佳实施例而已，并非对本专利作任何形式上的限制，凡是依据本专利的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本专利技术方案的范围内。

Claims (5)

1.一种可回收充气伞撑式气囊锚杆，包括置于软土注入孔内的中空锚杆本体，其特征在于：锚杆本体的顶部安装有垫板和充气装置；垫板置于注入孔外侧；充气装置包括进气管，进气管的一端贯通垫板且与所述锚杆本体的内部连通；进气管位于注入孔外侧的部分设有压力表和阀门；

所述锚杆本体的底部为扩张部分，所述扩张部分包括固定在锚杆本体端部的方形锚头，方形锚头与注入孔的底部接触；方形锚头上设有联动结构，方形锚头及联动结构的外侧包覆有气囊；在所述锚杆本体靠近方形锚头的一侧从下上至下依次设有环形连接套环与环形连接件，所述气囊的边缘置于环形连接套环与环形连接件之间的缝隙中并密封、固定；所述气囊内侧的锚杆本体上均布有多个进气孔，从而使锚杆本体内侧的气体能够通过进气孔进入气囊内；所述环形连接套件上部的锚杆本体上开设有相对设置的两个通孔，通孔内连接有弹簧卡件；锚杆本体的外侧套设有辅助顶管，辅助顶管的底端与环形连接套件的顶部接触，辅助顶管的顶端位于注入孔外部；所述环形连接套件上固定有柔性拉条，所述柔性拉条为单股钢丝绳，钢丝绳的一端用钢丝绳卡扣旋紧固定于环形连接套环上，另一端置于注入孔外侧。

2.如权利要求1所述的可回收充气伞撑式气囊锚杆，其特征在于：所述联动结构包括与方形锚头铰接的扩孔板、以及铰接在扩孔板与环形连接件之间的拉杆；所述扩孔板与气囊的内壁接触从而在气囊张开时起到联动支撑的作用。

3.如权利要求1所述的可回收充气伞撑式气囊锚杆，其特征在于：所述弹簧卡件包括与锚杆本体内壁接触的卡件本体，卡件本体的两侧设有与所述通孔滑动配合的圆柱形卡扣；当所述卡扣弹出所述通孔时，卡扣与所述环形连接套件的上端接触。

4.如权利要求1所述的可回收充气伞撑式气囊锚杆，其特征在于：所述辅助顶管的外部设有刻度。

5.如权利要求1至4任一项所述的可回收充气伞撑式气囊锚杆的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、首先用钻孔设备在目标土体内的锚杆设计位置钻注入孔；钻孔深度达到设计要求后，进行清孔；

S2、在锚杆本体放入注入孔之前，对锚杆本体进行预进气检测气囊密封的气密性；

S3、当锚杆本体送入注入孔时，将柔性拉条的末端从垫板中牵出避免混入土体中无法找到，同时将辅助顶管顶住环向连接套环一同送入注入孔内；

S4、当锚杆顶部达到注入孔底部时，用千斤顶对辅助顶管施加压力，这时环形连接套环与环形连接件在辅助顶管的作用下带动拉杆向前移动，并使得扩孔板不断撑开；当环形连接套环与环形连接件经过所述通孔时，弹簧卡件将被压缩；当环形连接套环完全穿过通孔时，撤下辅助钢管，弹簧卡扣将回弹并对环形连接套环定位，此时扩孔板完成撑开形成伞形；此过程中通过在注入孔外观察辅助钢管的位移来判断环形连接套环与环形连接件是否到达弹簧卡扣处；

S5、安装充气装置，对进气管进行充气，高压气体从进气孔流出，使得气囊膨胀，挤压周围土体；充气完成后关闭阀门；

S6、当锚杆工作完成后，对气囊放气；往外张拉柔性拉条，带动伞撑机构逐渐收拢，最后将整个锚杆拔出回收。

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