CN113250725A - 膨胀型锚索锚杆支护方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种膨胀型锚索锚杆支护方法，属于工程科学技术领域，可应用于交通隧道围岩、水电地下硐室、城市地下空间、工程边坡等的支护领域。本发明本发明通过在锚索的自由段或者锚杆的自由段设置侧向膨胀结构，在锚索张拉或锚杆受力作用下，设置在自由段的侧向膨胀结构在锚索或锚杆轴向作用下而产生膨胀，对围岩岩体产生侧向压力，提高围岩自身强度和稳定性，使加固体和围岩岩体形成一个三维加固整体，进而达到提升支护效果和节约投资的目的，尤其是多个锚杆(或者锚索)构成的围岩或边坡支护系统中效果更好。

Description

膨胀型锚索锚杆支护方法
技术领域
本发明涉及一种膨胀型锚索锚杆支护方法，属于工程科学技术领域，可应用于交通隧道围岩、水电地下硐室、城市地下空间、工程边坡等的支护领域。
背景技术
目前，隧道、地下硐室和边坡等工程支护主要是以锚索或锚杆为主。关于锚杆的支护作用提法很多，普年的共识是通过锚杆的加固作用提高锚固岩层的自身承载能力，相当于起到了支护作用。由于锚索可施加较大的预应力，可挤紧和严密岩层中的层理、节理裂隙等不连续面，增加不连续面之间的摩擦力，从而提高围岩的整体强度，从而提高岩层的自身承载能力，相当于锚杆起到了支护作用。如图1示意的锚索/锚杆加固原理，锚索/锚杆主要包括三个部分：锚头、自由段和锚固段。其中自由段是指将锚杆头处的拉力传至锚固体区域，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岩体粘结的区域，其功能是将锚固体与岩体的粘结摩擦作用增大，增加锚固体的承压作用提供锚固力。不管是锚杆通过自身粘结材料与岩体(围岩)之间提供加固力，还是锚索通过主动施加预应力再通过锚固段施加在岩体上，其加固支护力都是一维的，作用方向也仅沿着锚索/锚杆的轴向。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种膨胀型锚索锚杆支护方法，能够提高自由段围岩的自稳能力，有利于围岩或边坡稳定。
为解决上述技术问题本发明所采用的技术方案是：膨胀型锚索锚杆支护方法，在锚索的自由段或者锚杆的自由段设置有侧向膨胀结构。
进一步的是：侧向膨胀结构包括侧向膨胀杯、外衬半合管以及驱动块；驱动块固定设置在锚索或者锚杆上，外衬半合管与锚孔同轴线布置且形成间隙配合，外衬半合管的侧壁设置有沿外衬半合管长度方向设置的一条或者多条变形缝，侧向膨胀杯设置有一件或者多件，依次套设于外衬半合管的内部，侧向膨胀杯的侧壁为与外衬半合管同轴线的锥形结构，锥形结构的大头端朝向锚孔的孔底一侧，侧向膨胀杯的内部具有供锚索或者锚杆穿过的通孔，所有的侧向膨胀杯均位于驱动块靠近锚孔孔口的这一侧，最靠近驱动块的一件侧向膨胀杯在其内部固定设置有驱动板，驱动板与驱动块在锚孔径向面的投影存在重合部位。
进一步的是：外衬半合管的内壁在靠近锚孔孔口的这一端套设有侧向膨胀底座，侧向膨胀底座具有与外衬半合管的内壁相适配的外圆面，侧向膨胀底座朝向外衬半合管内部的这一端设置有与侧向膨胀杯的外壁相适配的锥形孔。
进一步的是：锚孔内设置有固定挡板，固定挡板中部具有供锚索或者锚杆穿过的通孔，固定挡板设置于外衬半合管朝向锚孔孔口这一端的端面位置。
进一步的是：包括如下步骤：
一、通过钻机在设计位置上进行钻孔、成孔和清孔；
二、预制钢绞线，并设置好隔离挡板以及钢绞线隔离架；
三、在钢绞线预定安装侧向膨胀结构的位置设置绞线固定栓，绞线固定栓即为驱动块；
四、将预制好的钢绞线从孔口下入孔底，并放置注浆管；
五、将侧向膨胀结构放入预定位置；
六、将侧向膨胀结构通过固定挡板固定在自由段预定位置；
七、通过注浆管往锚固段注浆，由孔底向外进行注浆，直到导管孔口溢满为止；
八、孔口设置锚固垫墩和锚具；
九、张拉锚索至设计预应力；
十、完成张拉后，立即用夹片将锚索锁定于锚具上，并用素混凝土包裹出露的钢绞线等金属，并封住锚头。
十一、重复上述步骤一至步骤十一，并对硐室表面或坡面进行封闭，形成锚索支护体系。
本发明的有益效果是：如前文所述，现有锚索/锚杆支护都是单向一维的，都是通过锚索/锚杆轴线主动或被动施加支护力，来维持岩体的稳定，没有充分利用围岩自身的稳定和围压作用下岩体强度显著增加的特点。本发明通过在锚索的自由段或者锚杆的自由段设置侧向膨胀结构，在锚索张拉或锚杆受力作用下，设置在自由段的侧向膨胀结构在锚索或锚杆轴向作用下而产生膨胀，对围岩岩体产生侧向压力，提高围岩自身强度和稳定性，使加固体和围岩岩体形成一个三维加固整体，进而达到提升支护效果和节约投资的目的，尤其是多个锚杆(或者锚索)构成的围岩或边坡支护系统中效果更好。
附图说明
图1是传统锚索加固原理示意图；
图2是本发明的立面结构示意图；
图3是本发明中侧向膨胀结构的结构示意图；
图4是图3的A-A剖面示意图；
图5是本发明的加固原理示意图。
图中标记：1-素混凝土包裹体；2-锚具；3-锚固垫墩；4-围岩岩体；5-侧向膨胀结构；6-锚索自由段；7-锚索锚固段；8-锚固体；9-锚索；10-隔离挡板；11-钢绞线隔离架；12-固定挡板；13-侧向膨胀底座；14-侧向膨胀杯；15-外衬半合管；16-驱动块。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图2至图4所示，本发明实施时，在锚索9的自由段或者锚杆的自由段设置有侧向膨胀结构5。
本发明中的锚索9(或者锚杆)自由段设置侧向膨胀结构5，实现锚索9(或者锚杆)在单向加固的同时，产生垂直于锚索9(或者锚杆)轴向的侧向压力，从而对岩体形成挤密增压作用，形成三维立体加固，进而达到提高支护效果，其原理如图5所示，进而达到降低投资的目的。对传统的锚索支护、锚杆支护而言，自由段围岩质量一般较差，本发明在自由段采取侧向膨胀挤压装置，可有利于自由段围岩稳定。
优选地，本发明中的侧向膨胀结构5包括侧向膨胀杯14、外衬半合管15以及驱动块16；驱动块16固定设置在锚索9或者锚杆上，外衬半合管15与锚孔同轴线布置且形成间隙配合，外衬半合管15的侧壁设置有沿外衬半合管15长度方向设置的一条或者多条变形缝(优选为多条)，侧向膨胀杯14设置有一件或者多件(优选设置为多件)，侧向膨胀杯14依次套设于外衬半合管15的内部，侧向膨胀杯14的侧壁为与外衬半合管15同轴线的锥形结构，锥形结构的大头端朝向锚孔的孔底一侧，侧向膨胀杯14的内部具有供锚索9或者锚杆穿过的通孔(该通孔通常是指开设在侧向膨胀杯14底板上的通孔)，所有的侧向膨胀杯14均位于驱动块16靠近锚孔孔口的这一侧，最靠近驱动块16的一件侧向膨胀杯14在其内部固定设置有驱动板(该驱动板通常可以是膨胀杯14的底板)，驱动板与驱动块16在锚孔径向面的投影存在重合部位。其中，侧向膨胀杯14、外衬半合管15优选采用金属材质制作，考虑经济适用性，一般为钢质材料。驱动块16为向侧向膨胀杯14的底板施加轴向力的部件，对于锚索支护结构，驱动块16通常可以是绞线固定栓。
以图2至图4中所示的锚索支护结构为例，在锚索9的张拉过程中，驱动块16在锚索9的轴向力作用下往外移动，驱动块16进而带动侧向膨胀杯14移动，通过锥面配合对外衬半合管15施加侧向挤压力，进而对岩体形成挤密增压作用，形成三维立体加固，进而达到提高支护效果。本发明利用锚杆支护结构实施时的作用原理相同，只是锚杆的轴向作用力不是依靠施加预应力产生，而是因地质变化而被动产生。
为提高侧向膨胀结构5的结构可靠性，外衬半合管15的内壁在靠近锚孔孔口的这一端套设有侧向膨胀底座13，侧向膨胀底座13具有与外衬半合管15的内壁相适配的外圆面，侧向膨胀底座13朝向外衬半合管15内部的这一端设置有与侧向膨胀杯14的外壁相适配的锥形孔。侧向膨胀底座13与外衬半合管15具有更大的接触面，可有效保证结构更稳固可靠。
进一步的优选方式为，锚孔内设置有固定挡板12，固定挡板12中部具有供锚索9或者锚杆穿过的通孔，固定挡板12设置于外衬半合管15朝向锚孔孔口这一端的端面位置。固定挡板12可以对侧向膨胀结构5起到轴向限位作用，便于将侧向膨胀结构5设置在预定位置。
以锚索支护结构为例，本发明在具体实施时，优选通过如下步骤实现：
一、通过钻机在设计位置上进行钻孔、成孔和清孔；
二、预制钢绞线，并设置好隔离挡板10以及钢绞线隔离架11；隔离挡板10可以起到防止灌浆材料侵入自由段的作用；
三、在钢绞线预定安装侧向膨胀结构5的位置设置绞线固定栓，绞线固定栓即为驱动块16；
四、将预制好的钢绞线从孔口下入孔底，并放置注浆管；
五、将侧向膨胀结构5放入预定位置；
六、将侧向膨胀结构5通过固定挡板12固定在自由段预定位置；
七、通过注浆管往锚固段注浆，由孔底向外进行注浆，直到导管孔口溢满为止；
八、孔口设置锚固垫墩3和锚具2；
九、张拉锚索至设计预应力；
十、完成张拉后，立即用夹片将锚索锁定于锚具2上，并用素混凝土包裹出露的钢绞线等金属，并封住锚头；
十一、重复上述步骤一至步骤十一，并对硐室表面或坡面进行封闭，形成锚索支护体系。

Claims (5)

1.膨胀型锚索锚杆支护方法，其特征在于：在锚索(9)的自由段或者锚杆的自由段设置有侧向膨胀结构(5)。
2.如权利要求1所述的膨胀型锚索锚杆支护方法，其特征在于：侧向膨胀结构(5)包括侧向膨胀杯(14)、外衬半合管(15)以及驱动块(16)；驱动块(16)固定设置在锚索(9)或者锚杆上，外衬半合管(15)与锚孔同轴线布置且形成间隙配合，外衬半合管(15)的侧壁设置有沿外衬半合管(15)长度方向设置的一条或者多条变形缝，侧向膨胀杯(14)设置有一件或者多件，依次套设于外衬半合管(15)的内部，侧向膨胀杯(14)的侧壁为与外衬半合管(15)同轴线的锥形结构，锥形结构的大头端朝向锚孔的孔底一侧，侧向膨胀杯(14)的内部具有供锚索(9)或者锚杆穿过的通孔，所有的侧向膨胀杯(14)均位于驱动块(16)靠近锚孔孔口的这一侧，最靠近驱动块(16)的一件侧向膨胀杯(14)在其内部固定设置有驱动板，驱动板与驱动块(16)在锚孔径向面的投影存在重合部位。
3.如权利要求2所述的膨胀型锚索锚杆支护方法，其特征在于：外衬半合管(15)的内壁在靠近锚孔孔口的这一端套设有侧向膨胀底座(13)，侧向膨胀底座(13)具有与外衬半合管(15)的内壁相适配的外圆面，侧向膨胀底座(13)朝向外衬半合管(15)内部的这一端设置有与侧向膨胀杯(14)的外壁相适配的锥形孔。
4.如权利要求2所述的膨胀型锚索锚杆支护方法，其特征在于：锚孔内设置有固定挡板(12)，固定挡板(12)中部具有供锚索(9)或者锚杆穿过的通孔，固定挡板(12)设置于外衬半合管(15)朝向锚孔孔口这一端的端面位置。
5.如权利要求1至4中任意一项所述的膨胀型锚索锚杆支护方法，其特征在于，包括如下步骤：
一、通过钻机在设计位置上进行钻孔、成孔和清孔；
二、预制钢绞线，并设置好隔离挡板(10)以及钢绞线隔离架(11)；
三、在钢绞线预定安装侧向膨胀结构(5)的位置设置绞线固定栓，绞线固定栓即为驱动块(16)；
四、将预制好的钢绞线从孔口下入孔底，并放置注浆管；
五、将侧向膨胀结构(5)放入预定位置；
六、将侧向膨胀结构(5)通过固定挡板(12)固定在自由段预定位置；
七、通过注浆管往锚固段注浆，由孔底向外进行注浆，直到导管孔口溢满为止；
八、孔口设置锚固垫墩(3)和锚具(2)；
九、张拉锚索至设计预应力；
十、完成张拉后，立即用夹片将锚索锁定于锚具(2)上，并用素混凝土包裹出露的钢绞线等金属，并封住锚头；
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