CN113089661A - 一种自扩式锚杆及其施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种自扩式锚杆，包括杆体和自扩式拉锚装置，自扩式拉锚装置包括连接杆、楔形锚头和弹簧，连接杆的一端与杆体相连，另一端与楔形锚头相连，连接杆和楔形锚头之间设置弹簧，弹簧既能够帮助拉锚装置达到自扩张效果，又能够避免因夹角过大，失去了原有的能够提供的锚固力，起到保护作用，楔形锚头能够在弹簧作用下插入土中，楔形锚头上设置注浆孔和出浆孔。本发明还公开了一种自扩式锚杆的施工方法。本发明自扩式锚杆安全可靠、抗拔力强；待锚杆安插到预定位置后，拔出套管，楔形锚头因弹簧弹性势能释放，插入周围土体，将杆体向外拉拔，楔形锚头能够更深入得插入土体中；套管内壁涂有润滑剂，使得在将套管向外拔时能够更轻易完成。
Description
技术领域
本发明涉及一种锚杆及其施工方法，具体为一种自扩式锚杆及其施工方法。
背景技术
随着国家城市空间建设的饱和，对山区的开发利用逐渐提高，而大量的开挖坡体会形成很多的人工边坡，同时我国本就是多山的国家，因此边坡支护工程是常见的工程。
现有的支护方式中，锚固是边坡治理常见的方法之一，但常规采用锚杆进行边坡治理时，普通锚杆能够提供的锚固力、抗拔力有限，当坡体产生一定变形时，可能因锚固力不足导致坡体滑坡。
申请号为201610478775.9的中国专利公开了一种中空自扩底锚栓及其安装方法，将锚栓插到直孔底，锤击或冲击安装帽，以使楔块促使刀头向孔壁扩张，刀头嵌入直孔壁而凿出碎宵，锤击或冲击安装帽的同时，利用安装帽输入压缩空气以将碎宵吹出，刀头扩底到位后，向杆体内注浆至浆液溢出，待浆液固化，锚栓安装完毕，但问题在于：通过锤击或冲击的方式形成的锚孔底部扩张，通常扩张度较小，此时锚杆能提供的锚固力和抗拔力与常规锚杆相比，没有很大提升。
申请号为201920052778.5的中国专利公开了一种预扩孔后植式膜袋型伞状扩大头，通过伞状扩体装置增大锚杆锚固力，同时为了避免裂隙内泥浆回流进入伞状扩大头内部，影响固结体成分和强度，又在伞状扩体装置外套设膜袋，但问题在于：本发明主要还是通过扩大头的形式进行增大抗拔力，通过膜袋对扩大头处的浆液强度进行控制，但伞状扩体对钻孔周围土体的扰动并没能很好地控制，同时，也没能很好地利用周围土体自身的强度。
总的来说，现有的对自扩式锚杆的设计，更多的还是一种通过扩大锚固段钻孔半径，形成扩大头，或通过杆体扩张，局部适当扩大的方法达到提升锚杆抗拔力的效果，但未能有效利用到钻孔周围岩土体自身的强度。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明的目的是提供一种安全可靠、抗拔力强的自扩式锚杆，本发明的另一目的是提供一种操作简便的自扩式锚杆的施工方法。
技术方案：本发明所述的一种自扩式锚杆，包括杆体和自扩式拉锚装置，自扩式拉锚装置包括连接杆、楔形锚头和弹簧，连接杆的一端与杆体相连，另一端与楔形锚头相连，连接杆和楔形锚头之间设置弹簧，弹簧既能够帮助拉锚装置达到自扩张效果，又能够避免因夹角过大，失去了原有的能够提供的锚固力，起到保护作用，楔形锚头能够在弹簧作用下插入土中，楔形锚头上设置注浆孔和出浆孔。
进一步地，楔形锚头不与连接杆相连的一端延伸相交于一条直线。楔形锚头与常规圆锥体形锚头相比，随着插入土体的深度增加，能够提供的阻力会不断增大，也正因为如此，与常规圆锥体形锚头相比，能够为整个锚杆提供的抗拔力更大。连接杆焊接在杆体上，能够为楔形锚头提供更大的反力。连接杆与楔形锚头铰接，二者能够独立转动，有利于楔形锚头插入土中。
进一步地，出浆孔的数量为4N个，N为正整数，靠近楔形锚头的端部，分别均布在楔形锚头的四个面上。有利于注入的浆液与土体更好的接触，既避免了因楔形锚头插入、移动导致破坏土体自身应力状态，降低土体强度的情况，又能够通过水泥砂浆的粘结作用，使楔形锚头与土体形成整体，提高强度等级，增大锚杆抗拔力。注浆孔与出浆孔相连通。自扩式拉锚装置的数量为3～6个，均匀间隔设置在杆体的周向。
进一步地，自扩式拉锚装置在套管内时，弹簧处于压缩状态。安插到钻孔中后，拔出套管，被压缩的弹簧弹性势能释放，使得楔形锚头插入土体中，达到自扩效果。当连接杆与楔形锚头之间的夹角过大，导致弹簧进入受拉状态时，弹簧自身有收紧趋势，避免了因夹角过大形成的拉锚装置锚固效果不理想的情况的发生。
进一步地，套管的表面设置润滑层，以利于套管能够更加容易地从钻孔中拔出。
进一步地，杆体的尾部依次设置止浆塞、垫片和螺母。止浆塞在螺母与垫片的紧固作用下，能够较好的堵住钻孔，避免因注浆浆体从钻孔流出而降低整个支护装置的支护效果。
上述自扩式锚杆的施工方法，包括以下步骤：
步骤一，钻设锚孔并清孔；
步骤二，将处于压缩状态的弹簧、连接杆和楔形锚头放在套管内，一起放入步骤一的锚孔中；
步骤三，拔出套管，楔形锚头在弹簧的作用下，插入周围土体；
步骤四，将杆体向坡面方向拔出5～10厘米，使得楔形锚头能够更深得插入土中，达到更加稳固的效果；
步骤五，沿楔形锚头上的注浆孔进行一次注浆，使楔形锚头与其周围土体的粘结更牢固，提供更大的锚固力和抗拔力；
步骤六，对锚孔进行二次注浆，使得杆体与其周围土体的粘结更牢固；
步骤七，在杆体尾部依次布置止浆塞、垫片、螺母，完成施工。
工作原理：锚杆杆体焊接3个拉锚装置，拉锚装置由连接杆和楔形锚头组成，二者通过铰接连接，能够独立自由转动，同时在连接杆和楔形锚头之间设置弹簧，弹簧既能够帮助拉锚装置达到自扩张效果，又能够避免因夹角过大，失去了原有的能够提供的锚固力，起到保护作用。锚固效果具体是通过使用套管将锚杆套住，使弹簧处于受压状态，而后在钻孔内拔出套管，弹簧弹性势能释放，对楔形锚头做功，使楔形锚头达到自扩张效果，锚头能够初步插入土体中，而后通过拉拔锚杆杆体，从而使得楔形锚头在受到向坡面的拉拔力的作用以及可相对于连接杆自由转动的条件下，更加深入的插入土体中，同时为了避免因锚头的插入、移动，对土体原始地应力状态产生扰动破坏，会通过向注浆孔注入水泥砂浆，从与之连通的4N个出浆孔排出，这样能够使楔形锚头与周围土体在水泥砂浆的粘结作用下，更加牢固，为整个锚杆提供更大更稳定的锚固力和抗拔力。
有益效果：本发明和现有技术相比，具有如下显著性特点：
1、自扩式锚杆安全可靠、抗拔力强，自扩式锚杆能够通过简单的操作步骤达到锚杆自扩的同时，有效增大周围土体自身强度的效果，增大锚杆的抗拔力，从而提高了边坡的安全稳定性。
2、在将锚杆装置送入钻孔前，通过将锚杆装置放入内壁涂有润滑剂的套管内，使得拉锚装置中的弹簧处于受压状态，待锚杆安插到预定位置后，拔出套管，拉锚装置的楔形锚头会因弹簧弹性势能的释放，初步插入钻孔周围土体，而后在将杆体向外拉拔指定长度时，楔形锚头能够更深入得插入土体中；
3、套管内壁涂有润滑剂，使得在将套管向外拔时能够更轻易完成；
4、拉锚装置中的楔形锚头有开孔，通过注浆可以使楔形锚头与锚头周围土体的粘结更牢固，提供更大的锚固力和抗拔力；
5、拉锚装置中的连接杆和楔形锚头铰接连接，二者可以自由转动，这样楔形锚头可以更轻易插入土中，同时又因弹簧的存在，当连接杆与楔形锚头之间的夹角超出弹簧松弛状态时的夹角大小时，弹簧因受拉产生收缩力，不会导致拉锚装置因夹角过大而失效。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明套管3工作状态的剖面图；
图3是本发明自扩式拉锚装置2的结构示意图；
图4是本发明楔形锚头22的剖视图。
具体实施方式
以说明书附图所示的方向为上、下、左、右。
如图1，自扩式锚杆包括杆体1、自扩式拉锚装置2、止浆塞4、垫片5和螺母6。杆体1的一端为尖锥，另一端分别与止浆塞4、垫片5和螺母6螺纹固定连接。自扩式拉锚装置2位于边坡滑裂面以外的稳定土层中，包括连接杆21、楔形锚头22和弹簧23。根据实际工程需要确定杆体1长度及拉锚装置设计参数。自扩式拉锚装置2的数量为3～6个，均匀间隔设置在杆体1的周向。止浆塞4在螺母6与垫片5的紧固作用下，能够较好的堵住钻孔，避免因注浆浆体从钻孔流出而降低整个支护装置的支护效果。
如图2，内壁涂有润滑剂的套管3套在锚杆外侧，使得自扩式拉锚装置2的弹簧23处于受压状态。安插到钻孔中后，拔出套管3，被压缩的弹簧23弹性势能释放，使得楔形锚头22插入土体中，达到自扩效果。当连接杆21与楔形锚头22之间的夹角过大，导致弹簧23进入受拉状态时，弹簧23自身有收紧趋势，避免了因夹角过大形成的拉锚装置锚固效果不理想的情况的发生。
如图3～4，自扩式拉锚装置2的连接杆21和楔形锚头22通过铰接方式连接，，二者能够独立转动，有利于楔形锚头22插入土中。同时在连接杆21和楔形锚头22之间设置弹簧23，弹簧23既能够帮助拉锚装置达到自扩张效果，又能够避免因夹角过大，失去了原有的能够提供的锚固力，起到保护作用。楔形锚头22能够在弹簧23作用下插入土中，楔形锚头22上设有注浆孔24和出浆孔25。楔形锚头22不与连接杆21相连的一端延伸相交于一条直线。楔形锚头22是一种前端尖，向后逐渐变宽的渐变式结构。连接杆21焊接在杆体1上，能够为楔形锚头22提供更大的反力。楔形锚头22处有开孔，包括一处注浆孔24和四处出浆孔25，出浆孔25的数量可以替换为4N个，N为正整数。注浆孔24与出浆孔25连通，注浆孔24靠近铰接处，出浆孔25对称布置在楔形锚头22的四个面上，靠近楔形锚头22端部。有利于注入的浆液与土体更好的接触，既避免了因楔形锚头22插入、移动导致破坏土体自身应力状态，降低土体强度的情况，又能够通过水泥砂浆的粘结作用，使楔形锚头22与土体形成整体，提高强度等级，增大锚杆抗拔力。
当锚杆安插在套管3内部送入钻孔后，拔出套管3，拉锚装置中的受压弹簧23能够释放弹性势能，将楔形锚头22弹出，使得楔形锚头22初步插入土中，而后在对杆体1施加向坡面方向的拔出力时，楔形锚头22能够更深入得插入土中，同时因为弹簧23的制约作用，当连接杆21与楔形锚头22之间的夹角超出某一度数时，弹簧23将受拉，从而出现回缩的趋势，避免了拉锚装置因夹角过大而失效的情况的出现。在锚杆安插到位后，通过向楔形锚头22注浆孔24注浆，浆液通过出浆孔25排出，使得楔形锚头22与周边土体更牢靠接触，能够为锚杆提供更大的锚固力和抗拔力，如此一来，既能保证楔形锚头22插入的土体部分不会因为应力状态变化而导致土体强度降到甚至破坏，又能够提高锚杆的支护效果，保证支护结构按安全可靠性。
上述自扩式锚杆的施工方法，包括以下步骤：
a、通过锚杆螺旋钻机对预定位置进行锚孔钻设并清孔；
b、将设计制造完成的自扩式锚杆套在内壁涂有润滑剂的套管3内，确保自扩式拉锚装置2的弹簧23处于受压状态，将组装完成的自扩式锚杆送入锚孔；；
c、拔出套管3，楔形锚头22一部分在受压弹簧23作用下插入周围土体；
d、将锚杆杆体1向坡面方向拔出约5～10厘米，使得楔形锚头22能够更深得插入土中；
e、将注浆管连接在楔形锚头22注浆孔24进行一次注浆，使楔形锚头22与其周围土体的粘结更牢固，提供更大的锚固力和抗拔力；
f、对锚孔进行二次注浆，使得杆体1与其周围土体的粘结更牢固；
g、依次布置止浆塞4、垫片5、螺母6，完成施工。
Claims (10)
1.一种自扩式锚杆，其特征在于：包括杆体(1)和自扩式拉锚装置(2)，所述自扩式拉锚装置(2)包括连接杆(21)、楔形锚头(22)和弹簧(23)，所述连接杆(21)的一端与杆体(1)相连，另一端与楔形锚头(22)相连，所述连接杆(21)和楔形锚头(22)之间设置弹簧(23)，所述楔形锚头(22)能够在弹簧(23)作用下插入土中，所述楔形锚头(22)上设置注浆孔(24)和出浆孔(25)。
2.根据权利要求1所述的一种自扩式锚杆，其特征在于：所述楔形锚头(22)不与连接杆(21)相连的一端延伸相交于一条直线。
3.根据权利要求1所述的一种自扩式锚杆，其特征在于：所述连接杆(21)焊接在杆体(1)上。
4.根据权利要求1所述的一种自扩式锚杆，其特征在于：所述连接杆(21)与楔形锚头(22)铰接。
5.根据权利要求1所述的一种自扩式锚杆，其特征在于：所述出浆孔(25)的数量为4N个，N为正整数，靠近楔形锚头(22)的端部。
6.根据权利要求1所述的一种自扩式锚杆，其特征在于：所述自扩式拉锚装置(2)的数量为3～6个，均匀间隔设置在杆体(1)的周向。
7.根据权利要求1所述的一种自扩式锚杆，其特征在于：所述自扩式拉锚装置(2)在套管(3)内时，弹簧(23)处于压缩状态。
8.根据权利要求7述的一种自扩式锚杆，其特征在于：所述套管(3)的表面设置润滑层。
9.根据权利要求1所述的一种自扩式锚杆，其特征在于：所述杆体(1)的尾部依次设置止浆塞(4)、垫片(5)和螺母(6)。
10.根据权利要求1～9任一所述的一种自扩式锚杆的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，钻设锚孔并清孔；
步骤二，将处于压缩状态的弹簧(23)、连接杆(21)和楔形锚头(22)放在套管(3)内，一起放入步骤一的锚孔中；
步骤三，拔出套管(3)，楔形锚头(22)在弹簧(23)的作用下，插入周围土体；
步骤四，将杆体(1)向坡面方向拔出5～10厘米；
步骤五，沿楔形锚头(22)上的注浆孔(24)进行一次注浆；
步骤六，对锚孔进行二次注浆；
步骤七，在杆体(1)尾部依次布置止浆塞(4)、垫片(5)、螺母(6)，完成施工。
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