CN113136872A - 一种固废灌浆料的机械式旋扭可拆卸式预应力锚索结构 - Google Patents

Abstract

本发明属于碱激发无机非金属胶凝材料领域和锚杆支护技术领域，特别是涉及一种固废灌浆料的机械式旋扭可拆卸式预应力锚索结构。包括注浆装置、外部张拉装置、自由段、锚固段；注浆装置由注浆管、固废灌浆料组成；钢制承载体一端内侧设有螺纹，螺纹锚具两端均设有螺纹，与钢制承载体螺纹连接；钢制承载体与螺纹锚具螺纹连接处设有PE密封圈，螺纹锚具内部为锥形腔体，金属锚片为内径不变的圆台形构件，金属锚片与锚片移动螺杆卡扣连接。本发明的优点效果是操作简便、缩短工时、施工速度快、经济效果好。利用固废作为灌浆料，变废为宝，锚索可回收利用，不仅环保和降低造价，而且可有效解决深基坑支护锚索对地下空间永久性的污染问题。

Description

一种固废灌浆料的机械式旋扭可拆卸式预应力锚索结构

技术领域

本发明属于碱激发无机非金属胶凝材料领域和锚杆支护技术领域，特别是涉及一种固废灌浆料的机械式旋扭可拆卸式预应力锚索结构。

背景技术

随着土地市场化的发展，人们对地下空间的产权意识日益增强，锚杆（索）施工时超越“红线”的现象越来越受到限制。锚杆（索）在基坑加固中的大量使用，也导致对城市地下环境造成的污染越来越严重。因此，可回收锚索的发展成立必然趋势，并被国家重视。

由于城市城区的道路、建筑物及管线等设施较为密集，地下空间利用需求增加，基坑支护对周边环境的影响不断扩大，大量深基坑支护锚索埋于地下，对后续的施工、相邻地块的基坑开挖、地铁施工、城市长远规划产生影响。现有可拆卸锚索类型主要包括：U型锚索式、热熔式、爆破式、机械式等可回收锚索类型。其中，U型可回收锚索原理是在工序中先使用无粘结预应力钢绞线对主要部分进行折弯，在折弯的位置放置U型承载体，使其构成锚具缆，锚索各部分会按距离受力位置的远近依次受力（钢绞线至承载体至锚索支撑基础部分）。该锚索可以通过链接U型承载体来增大承受压力，该类型锚索存在回收时间长，由于锚索刚度大造成回收率低，且弯折后的钢绞线几乎不能再次使用等问题；热熔锚索主要依靠金属锚环的外壁镶嵌有电加热环，这个电加热装置将锚环热熔或者软化，以此来实现预应力钢绞线从金属夹片中顺利抽出回收，但此类可回收锚索存在造价高，拆卸工时较长的问题；爆破式可回收锚索式在回收时，通过外部预留引线，引爆预埋在锚索锚具附近的爆炸装置，通过爆炸力炸断锚索或者锚具，从而达到回收的目的，此类锚索需要预埋爆炸装置，施工时容易发生危险，爆炸力无法精准控制，回收率较低；机械式可回收锚索，通过在锚索固定端复杂的机械装置，卸载时，通过拉拔预留的锚索，从而解锁其余锚索，适合多组锚索使用，但固定端可拆卸装置较为精密和复杂，成本高，且容易产生故障。

发明内容

为解决上述存在的技术问题，本发明提供了一种固废灌浆料的机械式旋扭可拆卸式预应力锚索结构，有效利用固废作为灌浆料，变废为宝，锚索可回收利用，不仅环保和降低造价，而且可有效解决深基坑支护锚索对地下空间永久性的污染问题。

本发明采用的技术方案如下：

一种固废灌浆料的机械式旋扭可拆卸式预应力锚索结构，包括注浆装置、外部张拉装置、自由段、锚固段，锚固段由可拆卸锚固装置组成，可拆卸锚固装置是由钢制承载体、PE密封圈、金属锚片、螺纹锚具、锚片弹簧圈、锚片移动螺杆、端部螺帽组成；所述钢制承载体一端内侧设有螺纹，螺纹锚具两端均设有螺纹，与钢制承载体螺纹连接；钢制承载体与螺纹锚具螺纹连接处设有PE密封圈；金属锚片为内径不变的圆台形构件，且能沿径向拆分为完全相同的两部分；金属锚片外径较大一端外侧设有凹槽，凹槽内设有锚片弹簧圈，金属锚片外径较大一端内侧设有与锚片移动螺杆后端的环状凸起相匹配的凹槽，金属锚片与锚片移动螺杆卡扣连接；金属锚片外径较大一端位于端部螺帽内，另一端位于螺纹锚具内；端部螺帽轴向截面为凸字形，内径小的一端内侧设有螺纹，与锚片移动螺杆前端外侧的螺纹相匹配，形成螺纹连接；端部螺帽内径大的一端内侧设有螺纹，与螺纹锚具螺纹连接；螺纹锚具内侧为锥形腔体，其与钢制承载体连接处内径最小，与端部螺帽连接处内径最大。

进一步地，注浆装置包括注浆管和固废灌浆料，注浆管管口由外部张拉装置伸出，贯通外部张拉装置、自由段和锚固段，所述的注浆管为塑料管，直径50-100mm。

进一步地，自由段位于外部张拉装置和锚固段之间，由预应力钢绞线及其外部钢绞线套管组成；外部张拉装置由张拉千斤顶、斜铁、槽钢、预应力钢绞线、钢绞线套管和钢垫板组成，所述张拉千斤顶、斜铁、钢垫板均设置与预应力钢绞线相匹配的孔洞，槽钢设置在欲支护结构与钢垫板之间，钢垫板靠近欲支护结构的一面与槽钢接触，斜铁水平的一面与钢垫板接触；张拉千斤顶与斜铁倾斜的一面接触；预应力钢绞线剥去钢绞线套管依次穿过张拉钢垫板、斜铁、千斤顶并锁定，PE密封圈在钢绞线套管外，螺纹锚具在钢制承载体内，阻止固废灌浆料渗入螺纹锚具内，避免金属锚片无法松弛。

进一步地，螺纹锚具与钢制承载体和端部螺帽形成密闭的传力结构；在张拉预应力钢绞线时，预应力钢绞线与金属锚片在螺纹锚具锥形腔体内形成拉锁紧固握裹力。

进一步地，锚片移动螺杆通过旋转预应力钢绞线拆卸；锚片移动螺杆旋转进入端部螺帽，牵引金属锚片出螺纹锚具，形成腔体。

进一步地，锚片移动螺杆与端部螺帽装置预留出一定缝隙，长度为3-5mm。

进一步地，固废灌浆料包括高硅型铁尾矿、石灰、高炉矿渣、碱性激发剂，且按照以下重量份配比制作：30-50份高硅型铁尾矿，15-20份石灰，20-40份高炉矿渣、1-5份碱性激发剂。

进一步地，碱性激发剂为: NaOH溶液配制10-15摩尔/升，按照NaOH溶液中NaOH与水玻璃摩尔比1:1.1-1:1.4加入相应水玻璃，其中水玻璃模数n取值1.1-1.3。

操作方法：将预应力钢绞线和钢绞线套管穿过钢制承载体，金属锚片和预应力钢绞线在螺纹锚具的锥形腔体内形成拉锁结构；当预应力钢绞线卸载，预应力钢绞线和金属锚片的握裹力消失，预应力钢绞线松弛，锚片移动螺杆向端部螺帽一侧发生轻微移动；此时，锚片移动螺杆与端部螺帽内螺纹结合，在外部扭转作用下，锚片移动螺杆进入端部螺帽内并被固定，同时牵引金属锚片自螺纹锚具锥形腔体内向外移动，金属锚片放松，失去对预应力钢绞线的拉锁作用，抽出预应力钢绞线。

本发明的优点为：

1.本发明利用固废作为灌浆料，完全替代传统灌浆料中水泥砂浆的配方，可达到与水泥砂浆灌浆料相同的技术指标要求，大大降低了锚索的成本，同时，消耗了固废，变废为宝；替代了水泥，减少了环境污染。

2.本发明造价低，机械结构简单，锚索回收成功率高，易于施工现场操作。与同类可拆卸锚索及熔断类、爆炸类、U型锚索等相比，不需要特殊材料，且可回收利用率高，降低了成本；巧妙的利用预应力卸载回弹量，以及螺栓牵引金属锚片设计，采用锚索摩擦摩阻小的特点，通过人工旋转锚索，触发锚片张开，与锚索脱离，不需要额外使用设备即可实现锚杆可拆卸。

3.本发明在锚具与钢制承载体之间设置PE密封圈，防止灌浆液通过钢制承载体渗入可拆卸锚索内部。

4.本发明的金属锚片前段设置凹槽，方便锚片移动螺杆连接。

5.本发明的锚片移动螺杆，前段带有螺纹，后端为扩大面，中间为空腔，并带纵向螺纹。 前段螺纹，可与端部螺帽咬合，形成牵引金属锚片牵引力；后端扩大面为与锚片更好连接；中间空腔带纵向螺纹为了与预应力锚索增大旋转摩阻，从而带动锚片移动螺杆旋转。

6.本发明的端部螺帽，中间预留腔体，存放锚片移动螺杆；一端设置内螺纹，可与锚片移动螺杆连接；另一端设置内螺纹，与锚具螺纹相连。

7.本发明锚索装置具有可二次张拉，回收拆卸简单，能够保证锚索强度优点。

附图说明

图1为锚索结构张拉预应力示意图；

图2为可拆卸锚索锚片锁紧状态（施加预应力阶段）；

图3为可拆卸锚索锚片放松状态（卸载预应力，此时可拔出锚索）；

图4为可拆卸锚索锁紧状态局部详图；

图5为可拆卸锚索放松状态局部详图；

图6为锚具平面图和侧视图。

图7为外部张拉装置局部放大图。

图中，1为注浆管、2为固废灌浆料、3为张拉千斤顶、4为斜铁、5为槽钢、6为预应力钢绞线、7为钢绞线套管，8为钢垫板，9为可拆卸锚固装置， 9-1为钢制承载体、9-2为PE密封圈、9-3为金属锚片、9-4为螺纹锚具、9-5为锚片弹簧圈、9-6为锚片移动螺杆、9-7为端部螺帽。

具体实施方式

为了进一步说明本发明，下面结合附图及实施例对本发明进行详细的描述，但不能将它们理解为本发明保护范围的限定。本发明所述的技术特征或连接关系没有进行详细描述的部分均为采用的现有技术。

实施例：一种固废灌浆料的机械式旋扭可拆卸式预应力锚索结构，包括注浆装置、外部张拉装置、自由段、锚固段，所述注浆装置由注浆管1、固废灌浆料2组成，注浆管1管口由外部张拉装置伸出，贯通外部张拉装置、自由段和锚固段；外部张拉装置由张拉千斤顶3、斜铁4、槽钢5、预应力钢绞线6、钢绞线套管7和钢垫板8组成，张拉千斤顶3、斜铁4、钢垫板8均设置与预应力钢绞线6相匹配的孔洞，槽钢5设置在欲支护结构与钢垫板8之间，钢垫板8靠近欲支护结构10的一面与槽钢5接触，斜铁4水平的一面与钢垫板8接触；张拉千斤顶3与斜铁4倾斜的一面接触；预应力钢绞线6剥去钢绞线套管7依次穿过张拉钢垫板8、斜铁4、千斤顶3并锁定；自由段位于外部张拉装置和锚固段之间，由预应力钢绞线6及其外部钢绞线套管7组成；锚固段由可拆卸锚固装置9组成，可拆卸锚固装置9是钢制承载体9-1、PE密封圈9-2、金属锚片9-3、螺纹锚具9-4、锚片弹簧圈9-5、锚片移动螺杆9-6、端部螺帽组成9-7组成；所述钢制承载体9-1一端设有螺纹，钢制承载体9-1与螺纹锚具9-4螺栓相连，钢制承载体9-1与螺纹锚具9-4螺栓连接处设有PE密封圈9-2，螺纹锚具9-4内侧为锥形空腔，金属锚片9-3和预应力钢绞线6置于锚具内侧，金属锚片9-3一端外侧设有凹槽，凹槽里设有锚片弹簧圈9-5，金属锚片9-3一端内侧设有凹槽，与锚片移动螺杆9-6相连，锚片移动螺杆9-6前段为螺纹杆，与端部螺帽9-7相连。

注浆管1为塑料管，直径50-100mm。

PE密封圈9-2在钢绞线套管7外，螺纹锚具9-4在钢制承载体9-1内，阻止住浆液渗入螺纹锚具9-4内，避免金属锚片9-3无法松弛。

进一步地，螺纹锚具9-4端部有螺纹，腔体与金属锚片9-3形成紧固握裹力，端部螺纹与钢制承载体9-1和端部螺帽9-7相连。

锚片移动螺杆9-6前段有螺纹，通过旋转预应力钢绞线6拆卸；锚片移动螺杆9-6旋转进入端部螺帽9-7，牵引金属锚片9-3出螺纹锚具9-4，形成腔体；锚片移动螺杆9-6后端为环状凸起，与金属锚片9-3内侧凹槽形成卡扣连接。

端部螺帽9-7内外均有螺纹，外侧螺纹与螺纹锚具9-4相连；内侧螺帽与锚片移动螺杆9-6相连。

锚片移动螺杆9-6与端部螺帽9-7装置预留出一定缝隙，长度为3-5mm。

固废灌浆料2包括高硅型铁尾矿、石灰、高炉矿渣、碱性激发剂，且按照以下重量份配比制作：30-50份高硅型铁尾矿，15-20份石灰，20-40份高炉矿渣、1-5份碱性激发剂。

碱激发剂为: NaOH溶液配制10-15摩尔/升，按照NaOH溶液中NaOH与水玻璃摩尔比1:1.1-1:1.4加入相应水玻璃，其中水玻璃模数n取值1.1-1.3。

将预应力钢绞线6和钢绞线套管7串过钢制承载体9-1，金属锚片9-3和预应力钢绞线6在螺纹锚具9-4的锥形腔体内形成拉锁结构；当预应力卸载后，预应力钢绞线6和金属锚片9-3的握裹力消失，预应力钢绞线 6松弛，锚片移动螺杆9-6向端部螺帽9-7一侧发生轻微移动；此时，锚片移动螺杆9-6与端部螺帽9-7内螺纹结合，在外部扭转作用下，锚片移动螺杆9-6进入端部螺帽9-7内并被固定，同时牵引金属锚片9-3自螺纹锚具9-4锥形腔体内向外移动，金属锚片9-3放松，失去对预应力钢绞线6的拉锁作用，抽出预应力钢绞线6。

机理：锚固体装置锚片与螺杆相连，作为临时支护工程，施工完成后，预应力卸载，锚索外部有PVC塑胶管，旋转摩阻和纵向摩阻较小，预应力卸载时，端部锚片有一定回缩量，触发锚片螺杆与端部螺帽咬合，进入螺丝扣，锚索可以自由旋转，人工在自由端一侧旋转锚索，锚索的旋转带动空腔带肋螺杆旋转，并进入端锚螺帽，进一步可触发锚片转，依靠螺丝扣旋转牵引，从锚具中带出锚片，锚片由于钢绞线存在和没有锚具束缚，呈现散开花瓣状，失去对锚索的约束，此阶段即可顺利抽出锚索。

可拆卸锚索使用：

1、将PE密封圈9-2放入钢制承载体9-1螺扣内；

2、将螺纹锚具9-4拧入钢制承载体9-1；

3、使预应力钢绞线6传入钢制承载体9-1，从螺纹锚具9-4露出；

4、将金属锚片9-3固定在预应力钢绞线6上，并放置锚片弹簧圈9-5；

5、将锚片移动螺杆9-6连接金属锚片9-3；

6、将端部螺帽9-7拧入螺纹锚具9-4螺扣上；

7、通过注浆管1进行注浆，等待浆体硬化；

8、张拉预应力钢绞线6，施加预应力；

9、卸载预应力；

拆除：

10、预应力卸载后，用扳手固定无粘结预应力锚索6，逆时针转动，带动锚片移动螺杆9-6进入端部螺帽9-7，牵引金属锚片9-3后移出锚具腔体，从而释放紧压力，进而拔出钢绞线。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种固废灌浆料的机械式旋扭可拆卸式预应力锚索结构，包括注浆装置、外部张拉装置、自由段、锚固段，其特征在于：锚固段由可拆卸锚固装置（9）组成，可拆卸锚固装置（9）是由钢制承载体（9-1）、PE密封圈（9-2）、金属锚片（9-3）、螺纹锚具（9-4）、锚片弹簧圈（9-5）、锚片移动螺杆（9-6）、端部螺帽（9-7）组成；所述钢制承载体（9-1）一端内侧设有螺纹，螺纹锚具（9-4）两端均设有螺纹，与钢制承载体（9-1）螺纹连接；钢制承载体（9-1）与螺纹锚具（9-4）螺纹连接处设有PE密封圈（9-2）；金属锚片（9-3）为内径不变的圆台形构件，且能沿径向拆分为完全相同的两部分；金属锚片（9-3）外径较大一端外侧设有凹槽，凹槽内设有锚片弹簧圈（9-5），金属锚片（9-3）外径较大一端内侧设有与锚片移动螺杆（9-6）后端的环状凸起相匹配的凹槽，金属锚片（9-3）与锚片移动螺杆（9-6）卡扣连接；金属锚片（9-3）外径较大一端位于端部螺帽（9-7）内，另一端位于螺纹锚具（9-4）内；端部螺帽（9-7）轴向截面为凸字形，内径小的一端内侧设有螺纹，与锚片移动螺杆（9-6）前端外侧的螺纹相匹配，形成螺纹连接；端部螺帽（9-7）内径大的一端内侧设有螺纹，与螺纹锚具（9-4）螺纹连接；螺纹锚具（9-4）内侧为锥形腔体，其与钢制承载体（9-1）连接处内径最小，与端部螺帽（9-7）连接处内径最大。

2.根据权利要求1所述一种固废灌浆料的机械式旋扭可拆卸式预应力锚索结构，其特征在于：注浆装置包括注浆管（1）和固废灌浆料（2），注浆管（1）管口由外部张拉装置伸出，贯通外部张拉装置、自由段和锚固段，所述的注浆管（1）为塑料管，直径50-100mm。

3.根据权利要求1所述一种固废灌浆料的机械式旋扭可拆卸式预应力锚索结构，其特征在于：自由段位于外部张拉装置和锚固段之间，由预应力钢绞线（6）及其外部钢绞线套管（7）组成；外部张拉装置由张拉千斤顶（3）、斜铁（4）、槽钢（5）、预应力钢绞线（6）、钢绞线套管（7）和钢垫板（8）组成，所述张拉千斤顶（3）、斜铁（4）、钢垫板（8）均设置与预应力钢绞线（6）相匹配的孔洞，槽钢（5）设置在欲支护结构（10）与钢垫板（8）之间，钢垫板（8）靠近欲支护结构（10）的一面与槽钢（5）接触，斜铁（4）水平的一面与钢垫板（8）接触；张拉千斤顶（3）与斜铁（4）倾斜的一面接触；预应力钢绞线（6）剥去钢绞线套管（7）依次穿过张拉钢垫板（8）、斜铁（4）、千斤顶（3）并锁定，PE密封圈（9-2）在钢绞线套管（7）外，螺纹锚具（9-4）在钢制承载体（9-1）内，阻止固废灌浆料（2）渗入螺纹锚具（9-4）内，避免金属锚片（9-3）无法松弛。

4.根据权利要求1所述一种固废灌浆料的机械式旋扭可拆卸式预应力锚索结构，其特征在于：所述的螺纹锚具（9-4）与钢制承载体（9-1）和端部螺帽（9-7）形成密闭的传力结构；在张拉预应力钢绞线（6）时，预应力钢绞线（6）与金属锚片（9-3）在螺纹锚具（9-4）锥形腔体内形成拉锁紧固握裹力。

5.根据权利要求1所述一种固废灌浆料的机械式旋扭可拆卸式预应力锚索结构，其特征在于：锚片移动螺杆（9-6）通过旋转预应力钢绞线（6）拆卸；锚片移动螺杆（9-6）旋转进入端部螺帽（9-7），牵引金属锚片（9-3）出螺纹锚具（9-4），形成腔体。

6.根据权利要求1所述一种固废灌浆料的机械式旋扭可拆卸式预应力锚索结构，其特征在于：锚索移动螺杆（9-6）与端部螺帽（9-7）装置预留出一定缝隙，长度为3-5mm。

7.根据权利要求2所述一种固废灌浆料的机械式旋扭可拆卸式预应力锚索结构，其特征在于：所述的固废灌浆料（2）包括高硅型铁尾矿、石灰、高炉矿渣、碱性激发剂，且按照以下重量份配比制作：30-50份高硅型铁尾矿，15-20份石灰，20-40份高炉矿渣、1-5份碱性激发剂。

8.根据权利要求7所述一种固废灌浆料的机械式旋扭可拆卸式预应力锚索结构，其特征在于：所述碱性激发剂为: NaOH溶液配制10-15摩尔/升，按照NaOH溶液中NaOH与水玻璃摩尔比1:1.1-1:1.4加入相应水玻璃，其中水玻璃模数n取值1.1-1.3。

9.根据权利要求1所述一种固废灌浆料的机械式旋扭可拆卸式预应力锚索结构，其特征在于：

操作方法：将预应力钢绞线（6）和钢绞线套管（7）穿过钢制承载体（9-1），金属锚片（9-3）和预应力钢绞线（6）在螺纹锚具（9-4）的锥形腔体内形成拉锁结构；当预应力钢绞线（6）卸载，预应力钢绞线（6）和金属锚片（9-3）的握裹力消失，预应力钢绞线（6）松弛，锚索移动螺杆（9-6）向端部螺帽（9-7）一侧发生轻微移动；此时，锚索移动螺杆（9-6）与端部螺帽（9-7）内螺纹结合，在外部扭转作用下，锚索移动螺杆（9-6）进入端部螺帽（9-7）内并被固定，同时牵引金属锚片（9-3）自螺纹锚具（9-4）锥形腔体内向外移动，金属锚片（9-3）放松，失去对预应力钢绞线（6）的拉锁作用，抽出预应力钢绞线（6）。

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