CN113550307B - 一种提升锚杆抗拔力的联动式结构及施工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及岩土工程边坡支护领域，具体公开了一种提升锚杆抗拔力的联动式结构及施工方法，固定结构包括固定环、顶板、连接杆和承压板，连接杆的首尾两端分别铰接固定环和顶板，连接杆的中间位置固定有承压板；施工方法包括将多个固定装置预先套设于锚索，然后将整体置入锚洞中，最后灌浆。有益效果是大幅提高锚固体与锚洞围岩的界面应力以及锚杆抗拔力，解决边坡锚杆锚固力不足的问题。

Description

一种提升锚杆抗拔力的联动式结构及施工方法
技术领域
本发明属于岩土工程边坡支护领域，特别涉及一种提升锚杆抗拔力的联动式结构及施工方法。
背景技术
在建筑工程施工中经常需要对滑坡进行支护处理，以防止坡体垮塌对建筑工程或人们的生命财产安全产生不利影响，目前，工程上所使用的加固锚杆多为单独的一根柱形钢筋，这类锚杆在使用过程中，因为单单只将一根锚杆打入锚洞，锚杆通过普通水泥与锚洞固定，锚杆和锚洞之间没有直接接触，其稳定性较差，随着时间的推移，水泥逐渐老化，压力不断增大，锚杆的固定端容易发生松动，不仅浪费了大量的施工材料，还给工程的安全与质量带来一定风险。因此，现在需要一种锚杆可以与锚洞直接连接，不再单单只通过水泥将其固定，还能大幅提高锚杆的抗拔力，延长锚杆的使用寿命，节约大量人力物力及工程成本。
以上背景技术内容的公开仅用于辅助理解本发明的发明构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本专利申请的申请日已经公开的情况下，上述背景技术不应当用于评价本申请的新颖性和创造性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种提升锚杆抗拔力的联动式结构及施工方法，大幅提高锚固体与锚洞围岩的界面应力以及锚杆抗拔力，解决边坡锚杆锚固力不足的问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种提升锚杆抗拔力的联动式结构，包括：固定环，所述固定环为圆环形结构，所述固定环用于套设于锚杆上；顶板，所述顶板的外侧面为弧面，所述顶板的外侧面用于贴合锚洞的一段内壁，所述顶板的外侧面设置有若干个水泥钉，水泥钉靠近所述顶板的底板面积较大，水泥钉远离所述顶板的顶部较为尖锐，如此方便水泥钉插入锚洞的内壁用于防滑；连接杆，所述连接杆可伸缩变形，所述连接杆受到外力缩短时产生反作用力，所述连接杆的首尾两端分别铰接所述固定环和所述顶板，所述连接杆的中间位置固定有承压板，所述承压板为片体结构。
作为上述方案的改进，所述连接杆包括外杆件、滑动插入所述外杆件之内的内杆件以及位于所述外杆件和内杆件之间的第一弹簧，在所述第一弹簧的作用下，所述内杆件受到伸出所述外杆件的力，所述外杆件的端部铰接所述固定环，所述内杆件的端部铰接所述顶板。采用上述方案，连接杆的长度变化范围大，灵活性强。在其他方案中，连接杆本身采用弹性材质，也可以提供少量变形，用于完全撑开承压板。
作为上述方案的改进，所述外杆件与所述固定环的铰接处设置有第二弹簧，所述第二弹簧提供的反作用力大于所述第一弹簧提供的反作用力，但所述第二弹簧提供的反作用力小于膨胀混凝土、连接杆和顶板三者的重力之和，使得所述连接杆能够同时垂直于所述固定环和所述顶板。以图1中的方位为准，此时是联动式结构初始状态；以图2中的方位为准，此时是顶板完全展开的状态，连接杆提供了左右方向上水平的推力。
作为上述方案的改进，所述水泥钉为半球形或三角锥形。
作为上述方案的改进，所述顶板所对应的圆心角为72°或90°或120°，采用上述方案，同款规格顶板更方便拼接成圆环结构，多个顶板在四周施力更加平衡。在其他方案中，顶板也可以选择不同的圆心角，相邻两个顶板之间也可以存在误差。
作为上述方案的改进，在初始状态下，所述固定环位于锚洞中较深的位置，所述顶板位于锚洞中较浅的位置，所述连接杆和所述承压板倾斜布置，所述承压板的正面或背面朝向锚洞的出口；在使用状态下，所述固定环和所述顶板彼此靠拢同时压缩所述连接杆，所述连接杆提供反作用力使得所述顶板贴合锚洞的内壁。承压板主要用于受力，所以其正面(背面)需要较大的表面积；为了让连接杆得到较大的压力，连接杆的中间位置可以直接做粗做编(也可以理解为承压板与连接板为一体结构)。
为实现上述目的，本发明还提供了一种使用上述的提升锚杆抗拔力的联动式结构的施工方法，包括以下步骤：
S1.清理边坡的坡面，然后在边坡的坡面上成某一角度钻孔；
S2.组装多个联动式结构，将联动式结构的固定环套设于锚杆的锚固段，不同的高度区间分别设置有多个联动式结构，在相同的高度区间内，同组的多个联动式结构的顶板围成一圈；图3中可以看到，有三个不同的高度区间，每个
高度区间设置有三个联动式结构，同一个高度区间内的三个顶板围成一圈；S3.根据设计资料和工程需求配置对应的膨胀混凝土；
S4.将组装好的锚杆及上面的多个联动式结构放入边坡的锚洞内，组装好的锚杆及锚杆四周的联动式结构的原始状态为圆筒结构；沿着锚杆上的多个顶板组成的圆筒结构中灌注膨胀混凝土，依靠膨胀混凝土的重力将连接杆和承压板向下压，使得顶板初步展开(顶板初步贴合锚洞的内壁)；
S5.注浆完成后，利用液压千斤顶将锚杆向外拔出合适的长度，确保各个顶板完全展开(顶板与锚洞的内壁之间存在极大的作用力)；
S6.进行二次补浆，防止锚洞底部出现孔洞；补浆完成后再灌装素水泥进行封口。
作为上述方案的改进，设定H1为顶板原始状态的高度，设定H0为顶板展开后状态的高度，则锚杆向外拔出的长度为(H1-H0)/2cm。
作为上述方案的改进，所述膨胀混凝土中膨胀剂的含量为5-20％，所述膨胀混凝土中还包含玻璃纤维、粉煤灰、早强剂。
与现有的技术相比，本发明具有如下有益效果：
1.通过膨胀混凝土的膨胀应力将顶板嵌入锚洞中，一方面可通过顶板嵌入锚洞的内壁来提高锚固体的抗拔力；其次，在相邻两个顶板之间膨胀混凝土也可起到挤压土体的作用，从而提高锚固体与锚洞周围土体的界面应力。
2.将可适当伸缩的连接杆和顶板组合为可收缩扩展的结构，方便将改进后的联动式结构放入锚洞中，而不至于在放置联动式结构时，由于体积太大而触碰锚洞的内壁土体引起塌孔。
3.在连接杆上设置承压板可以有效的将膨胀混凝土重力传递在连接杆上，并使连接杆受压，由原始斜向上状态转到水平初步扩展状态。
4.连接杆的长短可随锚洞的大小设定，初步扩展后的顶板与锚洞内壁的距离不大于1cm，通过限定顶板与锚洞边缘的距离，使后期的膨胀混凝土的膨胀力更容易将顶板嵌入土体中。
5.顶板表面的水泥钉形状可设计为半球型、三角锥型等形态，设计原则是与顶板连接的部位截面积要大，防止发生剪切破坏。
6.在固定环与连接杆之间设置扭转弹簧(即第二弹簧)，利用扭转弹簧的弹力使连接杆保持原始斜向上的状态，并设定了扭转弹簧弹力略大于连接杆与顶板的重力，略小于膨胀混凝土、连接杆及顶板三者的重力之和，使其能在膨胀混凝土重力作用下转动到水平状态。
7.在混凝土加入膨胀剂，可使混凝土产生相应的膨胀应力，从而将预制顶板朝锚洞边缘方向挤压；加入玻璃纤维可以提高混凝土的抗裂性能，加入粉煤灰为了提高混凝土的流动性，使混凝土在锚洞中更加均匀、密实。
附图说明
图1是一种提升锚杆抗拔力的联动式结构的立体图；
图2是一种提升锚杆抗拔力的联动式结构的主视图；
图3是一种提升锚杆抗拔力的联动式结构的示意图。
主要的附图标记说明：1、顶板；2、连接杆；3、第一弹簧；4、膨胀混凝土；5、铰链；6、固定环；7、承压板；8、第二弹簧；9、水泥钉；10、锚杆。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“顶部”、“底部”、“顶面”、“底面”、“内”、“外”、“内侧”、“外侧”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到术语“第一”、“第二”、“第三”只是用于描述目的以及区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。下面根据本发明的整体结构，对其实施例进行说明。
参照图1至图3，本发明公开了本发明提供了一种提升锚杆抗拔力的联动式结构，包括：固定环6，所述固定环6为圆环形结构，所述固定环6用于套设于锚杆10上；顶板1，所述顶板的外侧面为弧面，所述顶板的外侧面用于贴合锚洞的一段内壁，所述顶板的外侧面设置有若干个水泥钉9，水泥钉9靠近所述顶板的底板面积较大，水泥钉9远离所述顶板的顶部较为尖锐，如此方便水泥钉9插入锚洞的内壁用于防滑；连接杆2，所述连接杆2可伸缩变形，所述连接杆2受到外力缩短时产生反作用力，所述连接杆2的，所述连接杆2的首尾两端分别铰接所述固定环6和所述顶板1，所述连接杆2的中间位置固定有承压板7，所述承压板7为片体结构。
作为上述方案的改进，所述连接杆2包括外杆件、滑动插入所述外杆件之内的内杆件以及位于所述外杆件和内杆件之间的第一弹簧3，在所述第一弹簧3的作用下，所述内杆件受到伸出所述外杆件的力，所述外杆件的端部铰接所述固定环6，所述内杆件的端部铰接所述顶板1。这里的第一弹簧3为压簧。采用上述方案，连接杆2的长度变化范围大，灵活性强。在其他方案中，连接杆2本身采用弹性材质，也可以提供少量变形，用于完全撑开承压板7。
作为上述方案的改进，所述外杆件与所述固定环6的铰接处设置有第二弹簧8，所述第二弹簧8提供的反作用力大于所述第一弹簧3提供的反作用力，但所述第二弹簧8提供的反作用力小于膨胀混凝土4、连接杆2和顶板1三者的重力之和，使得所述连接杆2能够同时垂直于所述固定环6和所述顶板1。以图1中的方位为准，此时是联动式结构初始状态，可以看到铰链5，这里的第二弹簧8为扭簧；以图2中的方位为准，此时是顶板1完全展开的状态，连接杆2提供了左右方向上水平的推力。
作为上述方案的改进，所述水泥钉9为半球形或三角锥形。
作为上述方案的改进，所述顶板1所对应的圆心角为72°或90°或120°，采用上述方案，同款规格顶板1更方便拼接成圆环结构，多个顶板1在四周施力更加平衡。在其他方案中，顶板1也可以选择不同的圆心角，相邻两个顶板1之间也可以存在误差。
作为上述方案的改进，在初始状态下，所述固定环6位于锚洞中较深的位置，所述顶板1位于锚洞中较浅的位置，所述连接杆2和所述承压板7倾斜布置，所述承压板7的正面或背面朝向锚洞的出口；在使用状态下，所述固定环6和所述顶板1彼此靠拢同时压缩所述连接杆2，所述连接杆2提供反作用力使得所述顶板1贴合锚洞的内壁。承压板7主要用于受力，所以其正面(背面)需要较大的表面积；为了让连接杆2得到较大的压力，连接杆2的中间位置可以直接做粗做编(也可以理解为承压板7与连接板为一体结构)。
本发明还公开了一种使用上述的联动式结构的施工方法，包括以下步骤：S1.清理边坡的坡面，然后在边坡的坡面上成某一角度钻孔；
S2.组装多个联动式结构，将联动式结构的固定环6套设于锚杆10的锚固段，
不同的高度区间分别设置有多个联动式结构，在相同的高度区间内，同组的多个联动式结构的顶板1围成一圈；图3中可以看到，有三个不同的高度区间，每个高度区间设置有三个联动式结构，同一个高度区间内的三个顶板1围成一圈；
S3.根据设计资料和工程需求配置对应的膨胀混凝土4；
S4.将组装好的锚杆10及上面的多个联动式结构放入边坡的锚洞内，组装好的锚杆10及锚杆10四周的联动式结构的原始状态为圆筒结构；沿着锚杆10上的多个顶板1组成的圆筒结构中灌注膨胀混凝土4，依靠膨胀混凝土4的重力将连接杆2和承压板7向下压，使得顶板1初步展开(顶板1初步贴合锚洞的内壁)；
S5.注浆完成后，利用液压千斤顶将锚杆10向外拔出合适的长度，确保各个顶板1完全展开(顶板1与锚洞的内壁之间存在极大的作用力)；
S6.进行二次补浆，防止锚洞底部出现孔洞；补浆完成后再灌装素水泥进行封口。
作为上述方案的改进，设定H1为顶板1原始状态的高度(参照图1各零件的方位)，设定H0为顶板1展开后状态的高度(参照图2中各零件的方位)，则锚杆10向外拔出的长度为(H1-H0)/2cm。
作为上述方案的改进，所述膨胀混凝土4中膨胀剂的含量为5-20％，所述膨胀混凝土4中还包含玻璃纤维、粉煤灰、早强剂。
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (7)

1.一种提升锚杆抗拔力的联动式结构，其特征在于包括：
固定环，所述固定环为圆环形结构，所述固定环用于套设于锚杆上；
顶板，所述顶板的外侧面为弧面，所述顶板的外侧面用于贴合锚洞的一段内壁，所述顶板的外侧面设置有若干个水泥钉；
连接杆，所述连接杆可伸缩变形，所述连接杆受到外力缩短时产生反作用力，所述连接杆的首尾两端分别铰接所述固定环和所述顶板，所述连接杆的中间位置固定有承压板，所述承压板为片体结构；
所述连接杆包括外杆件、滑动插入所述外杆件之内的内杆件以及位于所述外杆件和内杆件之间的第一弹簧，在所述第一弹簧的作用下，所述内杆件受到伸出所述外杆件的力，所述外杆件的端部铰接所述固定环，所述内杆件的端部铰接所述顶板；
所述外杆件与所述固定环的铰接处设置有第二弹簧，所述第二弹簧提供的反作用力大于所述第一弹簧提供的反作用力，但所述第二弹簧提供的反作用力小于膨胀混凝土、连接杆和顶板三者的重力之和，使得所述连接杆能够同时垂直于所述固定环和所述顶板。
2.根据权利要求1所述的一种提升锚杆抗拔力的联动式结构，其特征在于：所述水泥钉为半球形或三角锥形。
3.根据权利要求2所述的一种提升锚杆抗拔力的联动式结构，其特征在于：所述顶板所对应的圆心角为72°或90°或120°。
4.根据权利要求1至3任一项所述的一种提升锚杆抗拔力的联动式结构，其特征在于：在初始状态下，所述固定环位于锚洞中较深的位置，所述顶板位于锚洞中较浅的位置，所述连接杆和所述承压板倾斜布置，所述承压板的正面或背面朝向锚洞的出口；在使用状态下，所述固定环和所述顶板彼此靠拢同时压缩所述连接杆，所述连接杆提供反作用力使得所述顶板贴合锚洞的内壁。
5.一种使用如权利要求1至4任一项所述的提升锚杆抗拔力的联动式结构的施工方法，其特征在于包括以下步骤：
S1.清理边坡的坡面，然后在边坡的坡面上成某一角度钻孔；
S2.组装多个联动式结构，将联动式结构的固定环套设于锚杆的锚固段，不同的高度区间分别设置有多个联动式结构，在相同的高度区间内，同组的多个联动式结构的顶板围成一圈；
S3.根据设计资料和工程需求配置对应的膨胀混凝土；
S4.将组装好的锚杆及上面的多个联动式结构放入边坡的锚洞内，组装好的锚杆及锚杆四周的联动式结构的原始状态为圆筒结构；沿着锚杆上的多个顶板组成的圆筒结构中灌注膨胀混凝土，依靠膨胀混凝土的重力将连接杆和承压板向下压，使得顶板初步展开；
S5.注浆完成后，利用液压千斤顶将锚杆向外拔出合适的长度，确保各个顶板完全展开；
S6.进行二次补浆，防止锚洞底部出现孔洞；补浆完成后再灌装素水泥进行封口。
6.根据权利要求5所述的施工方法，其特征在于：设定H1为顶板原始状态的高度，设定H0为顶板展开后状态的高度，则锚杆向外拔出的长度为(H1-H0)/2cm。
7.根据权利要求6所述的施工方法，其特征在于：所述膨胀混凝土中膨胀剂的含量为5-20％，所述膨胀混凝土中还包含玻璃纤维、粉煤灰、早强剂。
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