CN113202090B - 可监测变形量的张拉式锚固装置及其施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种可监测变形量的张拉式锚固装置，包括锚杆，锚杆包括锚固段和自由段，锚固段用于与岩石层锚固，自由段靠近锚固段的一端设有锚杆应力计，自由段远离锚固段的一端设有张拉装置，张拉装置内设有锚索测力计，锚索测力计与自由段套接，通过锚杆端部的锚爪装置的防松定位及锚杆应力计和锚索测力计双重监测效果，锚杆应力计反馈岩石地基形变，锚索测力计实时监测地表段锚杆拉力，通过锚杆应力计和锚索测力计相互比对判断各深度地基变形情况，相比于传统的单段测力的方式提高了实时监测能力，大大提高了锚固装置的可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及水电站地下厂房施工领域，尤其是涉及一种可监测变形量的张拉式锚固装置及其施工方法。
背景技术
预应力锚杆主要采用高强度精轧螺纹钢作为主要受力构件，对锚杆进行预应力张拉、锁定、施加荷载以达到预应力目的，预应力锚杆需要做到防止松拖以提供可靠的支护效果，在此基础上可增加应力监测，提供长期可观测的窗口，进一步提升该装置可靠性，随着锚杆支护的普及发展，锚杆因其经济性在各领域中起到了越来越多的应用。
水电站引水发电系统工程地下厂房也需要进行预应力锚杆锚固施工，以监测三大洞室变形量，传统的锚固装置，通常在锚杆设置应力或应变计监测其应力或应变，根据应力或应变计读数变化判断锚固装置是否失效，如CN 102704972 B预应力测力锚杆及使用方法中的记载，但是由于应力或应变计位置较深，且经过灌浆施工，砂浆凝固后将锚杆各长度位置固定，远离应力或应变计部分的锚杆出现断点后应力或应变计无法测出，起不到监测效果，降低了锚固装置的可靠性，因此对于水电站这样重要的建筑设施，亟需一种能提高锚固可靠性的锚固装置。
发明内容
本发明提供了一种可监测变形量的张拉式锚固装置及其施工方法，解决了水电站引水发电系统工程地下厂房施工时，锚固不可靠的问题。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种可监测变形量的张拉式锚固装置，包括锚杆，锚杆包括锚固段和自由段，锚固段用于与岩石层锚固，自由段靠近锚固段的一端设有锚杆应力计，自由段远离锚固段的一端设有张拉装置，张拉装置内设有锚索测力计，锚索测力计与自由段套接。
优选的方案中，张拉装置包括壳体，锚索测力计设在壳体内部，壳体侧壁设有扳手口和多个手把。
优选的方案中，张拉装置内部还设有螺母，螺母与自由段螺纹连接。
优选的方案中，还包括电缆线，壳体下端设有预留口，电缆线一端穿过预留口以与锚杆应力计连接。
优选的方案中，还包括锚杆拉拔仪，锚杆拉拔仪端部抵靠在张拉装置上，锚杆拉拔仪与自由段套接。
优选的方案中，锚固段远离自由段的一端设有锚爪装置，锚爪装置中设有可多个张开的外伸爪，外伸爪用于卡住锚杆孔内壁。
优选的方案中，锚爪装置包括连接柱，连接柱中滑动套接有滑动头，连接柱和滑动头之间形成密闭空间，密闭空间中设有电爆破装置，电爆破装置爆炸使滑动头向远离连接柱的方向滑动以驱动外伸爪张开。
优选的方案中，连接柱和滑动头之间还设有拉索，拉索一端与滑动头固定连接，还设有夹紧顶丝，夹紧顶丝穿过滑动头以压紧拉索另一端，电爆破装置爆炸使拉索断裂；
连接柱和滑动头之间还设有中空滑杆，中空滑杆一端与滑动头固定，中空滑杆另一端与连接柱滑动套接，中空滑杆内设有弹簧，连接柱端部设有止挡头，弹簧两端分别抵靠中空滑杆和止挡头；
止挡头设有贯通的进气孔，连接柱端部设有多个进气槽，锚固段端部设有切槽。
优选的方案中，滑动头一侧设有顶架，还设有多个连接壁，顶架通过连接壁与连接柱连接，各外伸爪的一端与顶架铰接，滑动头上铰接有多个支臂，各支臂与各外伸爪的中部铰接。
包括可监测变形量的张拉式锚固装置的施工方法：
S1、钻锚杆孔，使锚杆孔穿过表层至岩石层中，并在锚杆孔孔口施工找平层及安装其上的垫板；
S2、在锚杆孔中安装锚杆，使锚固段到达岩石层中；
S3、引爆电爆破装置，外伸爪卡紧锚杆孔内壁；
S4、将灌浆管穿过预留口并向锚杆孔中灌浆至接近锚杆应力计的高度，等待砂浆凝固；
S5、在垫板上安装张拉装置；
S6、安装螺母和锚杆拉拔仪，根据锚杆应力计读数利用螺母和锚杆拉拔仪预拉紧自由段；
S7、预拉紧一定时间后若锚杆孔孔口未被损坏，向锚杆孔中再次灌浆至锚杆孔孔口，并等待砂浆凝固。
本发明的有益效果为：设有锚杆应力计和锚索测力计，锚杆应力计反馈岩石地基形变，锚索测力计实时监测地表段锚杆拉力，通过锚杆应力计和锚索测力计相互比对判断各深度地基变形情况，相比于传统的单段测力的方式提高了实时监测能力；锚杆地下端部设有锚爪装置，外伸爪能卡进锚杆孔内壁中，相比传统的依靠锚杆壁与砂浆混凝土摩擦力作为锚固力的结构大大提高了阻力，防止松脱。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1是本发明的示意图。
图2是本发明的张拉装置示意图A。
图3是本发明的张拉装置示意图B。
图4是本发明的锚爪装置示意图。
图5是本发明的锚爪装置剖视图。
图中：锚杆1；锚固段101；自由段102；切槽103；张拉装置2；手把201；预留口202；壳体203；扳手口204；垫板3；灌浆管4；电缆线5；锚杆应力计6；锚杆拉拔仪7；锚爪装置8；连接柱801；滑动头802；支臂803；外伸爪804；顶架805；连接壁806；中空滑杆807；止挡头808；弹簧809；电爆破装置810；拉索811；电导线812；夹紧顶丝813；穿线孔814；进气孔815；进气槽816；锚索测力计9；锚杆孔10；螺母11；扭力扳手12；找平层13；岩石层14；表层15。
具体实施方式
如图1-5中，一种可监测变形量的张拉式锚固装置，包括锚杆1，锚杆1包括锚固段101和自由段102，锚固段101用于与岩石层14锚固，自由段102靠近锚固段101的一端设有锚杆应力计6，可监测锚固段101形变，自由段102远离锚固段101的一端设有张拉装置2，张拉装置2内设有锚索测力计9，锚索测力计9与自由段102套接，锚索测力计9可在地基表面监测锚杆1的地上自由端的内部拉应力。
优选的方案中，张拉装置2包括壳体203，锚索测力计9设在壳体203内部，壳体203侧壁设有方便插入扳手的扳手口204和多个方便工作人员手动操作旋转的手把201。
优选的方案中，张拉装置2内部还设有螺母11，螺母11与自由段102螺纹连接，旋转螺母11即可拉紧并锁定自由段102。
优选的方案中，还包括电缆线5，壳体203下端设有预留口202，电缆线5一端穿过预留口202以与锚杆应力计6连接，灌浆施工时，灌浆管4穿过预留口202伸入锚杆孔10中。
优选的方案中，还包括锚杆拉拔仪7，锚杆拉拔仪7端部抵靠在张拉装置2上，锚杆拉拔仪7与自由段102套接，锚杆拉拔仪7用于快速提拉自由段102至预定预紧力，可减轻直接通过螺母11提拉自由段102的工作量。
优选的方案中，锚固段101远离自由段102的一端设有锚爪装置8，锚爪装置8中设有可多个张开的外伸爪804，外伸爪804用于卡住锚杆孔10内壁，锚杆1向孔外拉动时，外伸爪804有张开的趋势，进一步提升卡紧力，各外伸爪804沿锚爪装置8周向均布，并且各外伸爪804等长，伸开时碰到锚杆孔10内壁后可使锚杆1相对于锚杆孔10自动居中，降低后续施工难度。
优选的方案中，锚爪装置8包括连接柱801，连接柱801中滑动套接有滑动头802，连接柱801和滑动头802之间形成密闭空间，密闭空间中设有电爆破装置810，电爆破装置810爆炸当量适中，不会导致锚爪装置8失效，电爆破装置810一端设有电导线812，电导线812通过贯通的小孔以及穿线孔814穿过并最终通过电缆线5引到地上，通过地上控制装置引爆电爆破装置810使滑动头802向远离连接柱801的方向滑动以驱动外伸爪804迅速张开并冲击锚杆孔10内壁，外伸爪804的尖头紧紧卡入内壁中。
优选的方案中，连接柱801和滑动头802之间还设有拉索811，拉索811一端与滑动头802固定连接，还设有夹紧顶丝813，夹紧顶丝813穿过滑动头802以压紧拉索811另一端，拉索811较细较脆弱，主要用于拉住滑动头802以使外伸爪804处于收缩状态，方便锚杆1下插，锚杆1下插到位后，电爆破装置810爆炸使拉索811断裂，同时爆破力使滑动头802迅速向上滑动，推动外伸爪804扩张；
连接柱801和滑动头802之间还设有中空滑杆807，中空滑杆807一端与滑动头802固定，中空滑杆807另一端与连接柱801滑动套接，中空滑杆807内设有弹簧809，连接柱801端部设有止挡头808，弹簧809两端分别抵靠中空滑杆807和止挡头808，中空滑杆807可保护内部的弹簧809，减小爆炸冲击，电爆破装置810爆炸后，锚固段101灌浆前，中空滑杆807提供支撑弹力，防止外伸爪804回缩；
止挡头808设有贯通的进气孔815，连接柱801端部设有多个进气槽816，锚固段101端部设有切槽103，中空滑杆807内部依次通过进气孔815、切槽103和进气槽816连通外界，平衡内外气压，防止中空滑杆807卡死。
优选的方案中，滑动头802一侧设有顶架805，还设有多个连接壁806，顶架805通过连接壁806与连接柱801连接，各外伸爪804的一端与顶架805铰接，滑动头802上铰接有多个支臂803，各支臂803与各外伸爪804的中部铰接，支臂803可改善外伸爪804受力角度，放大外伸爪804尖端的速度，顶架805除连接外可限制滑动头802位移，防止冲出。
施工方法如下：
S1、钻锚杆孔10，深度约8米，使锚杆孔10穿过松软的表层15至岩石层14中，清理地面并在锚杆孔10孔口施工找平层13，找平层13施工时必须保证平整，待找平层13凝期达到张拉要求时，安装垫板3，垫板3必须安装平整，以及在锚索测力计9安装前，采用打磨机对接触面进行打磨处理，保证接触面平整；
S2、在锚杆孔10中安装锚杆1，使锚固段101到达岩石层14中；
S3、利用地面控制装置引爆电爆破装置810，爆破力外伸爪804卡紧锚杆孔10内壁；
S4、将灌浆管4穿过预留口202并向锚杆孔10中灌浆至接近锚杆应力计6的高度，等待砂浆凝固；
S5、在垫板3上安装带有锚索测力计9的张拉装置2；
S6、利用壳体203上的扳手口204将螺母11塞入，自由段102端头安装螺母11并将螺母11旋到需要的位置，锚索测力计9与自由段102套接，张拉装置2与垫板3固定，再将锚杆拉拔仪7套在自由段102端头，观察锚杆应力计6读数，利用锚杆拉拔仪7将锚杆1张拉至1.1倍的设计载荷，然后利用扭力扳手12进行螺母11预紧；
S7、预拉紧48小时后，锚杆应力计6测得的损失若小于4~5KN，同时锚杆孔10孔口未被损坏，则符合设计要求，然后向锚杆孔10中再次灌浆至锚杆孔10孔口，固定自由段102，并等待砂浆凝固。
定期监测锚杆应力计6与锚索测力计9 ，对比二者读数，可判断地基及锚固情况，如：若锚杆应力计6读数正常，锚索测力计9读数大幅减小，说明岩石地基未发生形变但锚杆自由段102断裂；若锚杆应力计6与锚索测力计9读数同时增大，则说明岩石层地基发生侧移或向下形变等等。
上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种可监测变形量的张拉式锚固装置，其特征是：包括锚杆（1），锚杆（1）包括锚固段（101）和自由段（102），锚固段（101）用于与岩石层（14）锚固，自由段（102）靠近锚固段（101）的一端设有锚杆应力计（6），自由段（102）远离锚固段（101）的一端设有张拉装置（2），张拉装置（2）内设有锚索测力计（9），锚索测力计（9）与自由段（102）套接；
锚固段（101）远离自由段（102）的一端设有锚爪装置（8），锚爪装置（8）中设有可多个张开的外伸爪（804），外伸爪（804）用于卡住锚杆孔（10）内壁；
锚爪装置（8）包括连接柱（801），连接柱（801）中滑动套接有滑动头（802），连接柱（801）和滑动头（802）之间形成密闭空间，密闭空间中设有电爆破装置（810），电爆破装置（810）爆炸使滑动头（802）向远离连接柱（801）的方向滑动以驱动外伸爪（804）张开；
连接柱（801）和滑动头（802）之间还设有拉索（811），拉索（811）一端与滑动头（802）固定连接，还设有夹紧顶丝（813），夹紧顶丝（813）穿过滑动头（802）以压紧拉索（811）另一端，电爆破装置（810）爆炸使拉索（811）断裂；
连接柱（801）和滑动头（802）之间还设有中空滑杆（807），中空滑杆（807）一端与滑动头（802）固定，中空滑杆（807）另一端与连接柱（801）滑动套接，中空滑杆（807）内设有弹簧（809），连接柱（801）端部设有止挡头（808），弹簧（809）两端分别抵靠中空滑杆（807）和止挡头（808）；
止挡头（808）设有贯通的进气孔（815），连接柱（801）端部设有多个进气槽（816），锚固段（101）端部设有切槽（103）。
2.根据权利要求1所述可监测变形量的张拉式锚固装置，其特征是：张拉装置（2）包括壳体（203），锚索测力计（9）设在壳体（203）内部，壳体（203）侧壁设有扳手口（204）和多个手把（201）。
3.根据权利要求1所述可监测变形量的张拉式锚固装置，其特征是：张拉装置（2）内部还设有螺母（11），螺母（11）与自由段（102）螺纹连接。
4.根据权利要求2所述可监测变形量的张拉式锚固装置，其特征是：还包括电缆线（5），壳体（203）下端设有预留口（202），电缆线（5）一端穿过预留口（202）以与锚杆应力计（6）连接。
5.根据权利要求1所述可监测变形量的张拉式锚固装置，其特征是：还包括锚杆拉拔仪（7），锚杆拉拔仪（7）端部抵靠在张拉装置（2）上，锚杆拉拔仪（7）与自由段（102）套接。
6.根据权利要求1所述可监测变形量的张拉式锚固装置，其特征是：滑动头（802）一侧设有顶架（805），还设有多个连接壁（806），顶架（805）通过连接壁（806）与连接柱（801）连接，各外伸爪（804）的一端与顶架（805）铰接，滑动头（802）上铰接有多个支臂（803），各支臂（803）与各外伸爪（804）的中部铰接。
7.一种根据权利要求4所述可监测变形量的张拉式锚固装置的施工方法，其特征是：
S1、钻锚杆孔（10），使锚杆孔（10）穿过表层（15）至岩石层（14）中，并在锚杆孔（10）孔口施工找平层（13）及安装其上的垫板（3）；
S2、在锚杆孔（10）中安装锚杆（1），使锚固段（101）到达岩石层（14）中；
S3、引爆电爆破装置（810），外伸爪（804）卡紧锚杆孔（10）内壁；
S4、将灌浆管（4）穿过预留口（202）并向锚杆孔（10）中灌浆至接近锚杆应力计（6）的高度，等待砂浆凝固；
S5、在垫板（3）上安装张拉装置（2）；
S6、安装螺母（11）和锚杆拉拔仪（7），锚杆拉拔仪（7）端部抵靠在张拉装置（2）上，锚杆拉拔仪（7）与自由段（102）套接，根据锚杆应力计（6）读数利用螺母（11）和锚杆拉拔仪（7）预拉紧自由段（102）；
S7、预拉紧一定时间后若锚杆孔（10）孔口未被损坏，向锚杆孔（10）中再次灌浆至锚杆孔（10）孔口，并等待砂浆凝固。
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