CN113969579A - 一种多级膨胀囊体锚杆装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种多级膨胀囊体锚杆装置，解决了现有技术中的锚杆受力点不足、锁固段受力点容易损坏最终导致锚杆效果不佳甚至失效的难题。方案是，锚固端轴向外侧间隔布置有多个沿轴向外大内小的圆台体，所述圆台体轴向内端同轴连接有受拉力体，所述圆台体轴向外端开有轴向向内穿透受拉力体的穿过孔，轴向最内端的受拉力体固定在锚固端上，轴向外侧的受拉力体穿过其轴向内侧的相邻的圆台体和受拉力体中的穿过孔固定在锚固端上，所述圆台体轴向内部分上套有下端滑动套在受拉力体上的套管，所述套管轴向外端开有多段向着轴向内侧延伸的开槽。该发明同时有效地增加了锚杆受力体与锚孔内多段岩土体的锚固作用。

Description

一种多级膨胀囊体锚杆装置

技术领域

本发明涉及锚杆，特别是一种多级膨胀囊体锚杆装置。

背景技术

锚杆在边坡处治工程中应用广泛，其主要作用是控制边坡及深基坑等地表工程以及隧道、采场等地下硐室。

在一些围岩等级比较低如在软岩地区，围岩往往发生大变形，在地震的作用下，一些围岩常常也会产生大变形。产生大变形因素还有载荷等，而在工作中锚杆作为围岩支护结构应用的数量最多也最为广泛。

现有技术中的刚性锚杆大都只直接将锚杆的一端锚固在锚孔底部，然后通过拧在锚杆上的螺母将托盘压在边坡外侧面上。外部受力点是暴露在外界，在野外环境中，受到风吹日晒，使得其一方面螺母和托盘长期使用生锈，其力学性能受损，另外，边坡外侧面长期受力容易开裂，导致锚杆不能达到所要求的对边坡变形的控制，甚至失效。另外，由于锚孔较深，锚固端到边坡外侧面之间的变形可能发生在不同的深度，传统的这种锚杆无论是任何深度的变形，均是需要外部螺母和托盘受力，长期使用同样容易造成锚固失效。此种锚杆结构的受力不仅是由锚固端及锚杆外端头，而且还具有多段锚固段以及多段自膨胀锚固。

发明内容

针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本发明提供了一种多级膨胀囊体锚杆装置，有效解决了现有技术中的锚杆受力点不足、锁固段受力点容易损坏最终导致锚杆效果不佳甚至失效的难题。

其解决的技术方案是，一种多级膨胀囊体锚杆装置，包括锚固端，其特征在于，所述锚固端轴向外侧间隔布置有多个轴向外大内小的圆台体，所述圆台体轴向内端同轴连接有受拉力体，所述圆台体轴向外端开有轴向向内穿透受拉力体的穿过孔，轴向最内端的受拉力体固定在锚固端上，轴向外侧的受拉力体穿过其轴向内侧相邻的圆台体和受拉力体中的穿过孔固定在锚固端上，所述圆台体轴向内部分上套有轴向内端滑动套在受拉力体上的套管，所述套管轴向外端开有多个向着轴向内部延伸的开槽，轴向最内端的套管和锚固端之间连接有多个第一弹性体，其余套管和其轴向内侧的圆台体之间连接有多个第二弹性体；

所述开槽轴向内部的套管上成圆周布置开有多个第一注浆孔，所述套管径向内侧固定有覆盖在第一注浆孔上的环状注浆腔，所述环状注浆腔连通有另一端伸出锚孔外的第一注浆管，所述套管径向外侧固定有覆盖在第一注浆孔上的环状的第一弹性囊体，所述锚孔内开有与第一弹性囊体相对应的环状的第一容纳槽。

优选的，所述锚固端包括一圆柱体，所述圆柱体内部开有注浆室，所述圆柱体外圆面上开有多个连通到注浆室的第二注浆孔，所述圆柱体外圆面上固定有覆盖在第二注浆孔上的环状的第二弹性囊体，所述锚孔内开有与第二弹性囊体对应的环状的第二容纳槽，所述注浆室连通有另一端伸出锚孔外的第二注浆管。

优选的，所述第一弹性囊体轴向内部的套管上套固有注浆导向盘。

优选的，所述锚固端中心固定有螺杆，所述螺杆向着轴向外侧穿过轴向最外端的圆台体内的穿过孔，所述螺杆穿过轴向最外端的圆台体的部分上套有托盘，所述托盘轴向外侧的螺杆上旋拧有螺母。

优选的，所述锚固端锚固在锚孔的轴向最内端，所述开槽轴向内侧的套管侧壁锚固在锚孔内，所述开槽处的锚孔内壁贴着套管。

优选的，所述第一弹性体和第二弹性体均为弹簧。

优选的，所述圆台体和受拉力体为一体结构。

优选的，轴向最内端的受拉力体之外的受拉力体均包括插入穿过孔的插入部、插入部轴向外端一体连接的过渡部，所述过渡部轴向外端面直径等于轴向最内端的受拉力体轴向外端直径，所述过渡部轴向外端和圆台体连接。

优选的，所述过渡部呈轴向内小外大的圆台状。

本发明的有益效果是：1.本发明在边坡进行变形时，可以分段控制，只需要变形处的轴向外端的套管和与其配合的受拉力体受力，而变形处轴向内侧的受拉力体不受力，这样不仅可以增加锚固装置的寿命，且便于对不同层位的边坡进行检测，监控到是哪一个层位的边坡的变形。

2.当边坡变形时，其受力点是被作用的受拉力体和锚固端，其受力均在锚孔内进行，锚孔内不会受到长期外部环境的侵蚀，增加了锚固装置的寿命和提高了锚固效果。

3.当边坡变形时，锚孔内壁带着相应位置的套管轴向向外移动，套管轴向外端由多个弧形部构成（因为套管轴向外端开有多个开槽），其具备一定的弹性，套管上部在圆台体上轴向向外移动，则圆台体迫使套管轴向外部不断的张开，由于套管张开后内径变大使得其和锚孔的摩擦力不断增大，牢牢的顶着锚孔侧壁，套管在锚孔侧壁的固定处、受拉力体和该处的受拉力体在锚固端的固定点构成了对边坡的锚固。此种轴向外侧端受力处利用套管和锚孔的摩擦力，其是圆周面接触，且其摩擦力随着套管的轴向外移而不断增大。适应性广。

4.该发明解决的主要工程技术难题为当边坡受到外力作用后，锚孔内相应位置处的套管将沿轴向向外移动，因此锚杆受力体与锚孔内岩土体之间有足够的锚固力就尤为重要，第一弹性囊体注浆膨胀进入与其对应的第一容纳槽内，当第一容纳槽和环状注浆腔均充满后停止注浆。此种锚固方式，将锚固浆液充入到锚孔侧壁预设空腔内和套管内，使得锚孔侧壁第一容纳槽和套管内的环状注浆腔形成一个完整的锚固结构，从而极大地增加了套管和锚孔侧壁的锚固力，巧妙地利用弹性囊体的膨胀特征，不仅可将混凝土方便地注入到锚孔侧壁设置的空腔内，从而防止混凝土任意流动使周边岩土体受到影响，可操作性强，施工方便。

5.该发明的锚固方式，第一弹性囊体膨胀进入到与其对应的第一容纳槽内，当第二容纳槽和注浆室均充满后停止注浆。此种锚固方式，将浆液充入到锚孔侧壁内和圆柱体内，使得锚孔内的第二容纳槽和圆柱体内的注浆室经混凝土形成一整体结构，极大地增加锚杆的锚固作用，该结构巧妙地设计了弹性囊体，并将混凝土有导向地注入到锚孔侧壁内预设的空腔内，从而有效地防止混凝土任意流动而导致周边岩土体受扰动，可操作性性强，施工方便。

附图说明

图1为本发明主视图。

图2为图1中A-A向剖视图（拿掉注浆管）。

图3为图2中B部放大图（拿掉注浆管）。

图4为本发明视角一立体图。

图5为本发明视角二立体图。

图6为本发明套管立体图。

图7为本发明第一级受拉力体立体图。

图8为本发明第二级受拉力体立体图。

图9为本发明安装在锚孔内的结构图。

图10为图1中A-A向局部剖视立体图（拿掉注浆管）。

具体实施方式

以下结合附图1-10对本发明的具体实施方式做出进一步详细说明。

实施例1，其解决的技术方案是，一种多级膨胀囊体锚杆装置，包括锚固端1，其特征在于，所述锚固端1轴向外侧间隔布置有多个轴向外大内小的圆台体2，所述圆台体2轴向内端同轴连接有受拉力体3，所述圆台体2轴向外端开有轴向向内穿透受拉力体3的穿过孔4，轴向最内端的受拉力体3固定在锚固端1上，轴向外侧的受拉力体3穿过其轴向内侧相邻的圆台体2和受拉力体3中的穿过孔4固定在锚固端1上，所述圆台体2轴向内部分上套有轴向内端滑动套在受拉力体3上的套管5，所述套管5轴向外端开有多个向着轴向内部延伸的开槽6，轴向最内端的套管5和锚固端1之间连接有多个第一弹性体7，其余套管5和其轴向内侧的圆台体2之间连接有多个第二弹性体8。

所述开槽轴向内部的套管上成圆周布置开有多个第一注浆孔16，所述套管径向内侧固定有覆盖在第一注浆孔16上的环状注浆腔17，所述环状注浆腔17连通有另一端伸出锚孔9外的第一注浆管18，所述套管径向外侧固定有覆盖在第一注浆孔16上的环状的第一弹性囊体19，所述锚孔9内开有与第一弹性囊体19相对应的环状的第一容纳槽20。

优选的，所述锚固端1包括一圆柱体21，所述圆柱体21内部开有注浆室22，所述圆柱体21外圆面上开有多个连通到注浆室22的第二注浆孔23，所述圆柱体21外圆面上固定有覆盖在第二注浆孔23上的环状的第二弹性囊体24，所述锚孔9内开有与第二弹性囊体24对应的环状的第二容纳槽25，所述注浆室22连通有另一端伸出锚孔9外的第二注浆管26。该处的第二注浆管26通过穿过孔穿出到锚孔9外部。锚固时，通过第二注浆管26将浆液注入到注浆室22内，注浆室22内的浆液通过第二注浆孔23充入到第二弹性囊体24内，随着注浆的进行，第二弹性囊体24不断的膨胀，第二弹性囊体24可以由弹性橡胶构成。第二弹性囊体24膨胀进入到与其对应的第二容纳槽25内，当第二容纳槽25和注浆室22均充满后停止注浆。此种锚固方式，将浆液充入到锚孔9侧壁内预设的空腔内和圆柱体21内，使得锚孔9和圆柱体21形成一个整体锚固结构，极大地增加了锚固作用力，该结构巧妙地利用弹性囊体的膨胀特性，将混凝土可控地注入到锚孔9的侧壁内预设的空腔内，从而有效地防止混凝土随意流动，可操作性性强，施工方便。第一弹性体7固定在圆柱体21端面上。受拉力体3固定在圆柱体21端面上。

优选的，所述第一弹性囊体19轴向内部的套管上套固有注浆导向盘27。

使用时，先打好锚孔9，在锚孔中有多段扩孔，该扩孔即为容纳槽，该发明中的锚固端1可以是带有第二弹性囊体24的锚固端，当然也可以是传统的锥形的锚固头，使用锥形的锚固头时，只需要在锚孔底部注浆，将锥形锚固头覆盖在浆液下即可，此为现有技术，在此不再赘述。在受拉力体外圆面上开有连通其内部空腔的可以通过注浆管的通孔，使得注浆管可以穿过通孔，受拉力体的穿过孔内向上伸出到锚孔外部，当然在层叠有多个受拉力体的部位，通孔穿过最外端的受拉力体外圆面和最内端的受拉力体内圆面之间。在托盘11上也开有供第一注浆管18和第二注浆管26通过的通孔。

当在需要锚固点打好锚孔9之后，先安装该发明，以两级锚固为例，先将第一级螺杆10固定在锚固端1。将第一级套管5从第一级受拉力体3轴向内端向着轴向外端套在第一级受拉力体3上，然后将第二级套管5从轴向内端向着轴向外端套在第二级受拉力体3上，然后将第二级受拉力体3向着轴向内端经第一级受拉力体3的穿过孔4向着轴向内端穿出。然后向着轴向外端移动第一级的受拉力体3和套管5，将第二级的受拉力体3轴向内端露出来且固定在锚固端1。然后将第一级受拉力体3固定在锚固端1，在第一级套管5和锚固端1之间均布多个第一级弹簧，然后在第一级圆台体2和第二级套管5之间均布多个第二级弹簧。

然后将锚固端1锚固在锚孔9底部，将第一弹性囊体19对着锚孔内的第一容纳槽20，然后通过第一注浆管18注浆，浆液通过第一注浆管18进入到环状注浆腔17内，浆液从环状注浆腔17通过多个第一注浆孔16注入到第一弹性囊体19内，第一弹性囊体19的材质可以是弹性橡胶，然后第一弹性囊体19向外膨胀，优选在第一弹性囊体19下部设置有注浆导向盘27，可以对第一弹性囊体19起到膨胀导向作用，随着浆液的不断注入，第一弹性囊体19逐渐膨胀并进入到第一容纳槽20内，持续注浆，直到第一弹性囊体19充满第一容纳槽20，且充满环状注浆腔17，停止注浆，浆液凝固后，形成从第一容纳槽20经多个第一注浆孔16到环状注浆腔17之间的锚固，此为注浆点二14。此种锚固方式，使得混凝土伸入到锚孔9侧壁内预设的空腔内和套管5内，形成一个整体的锚固体。而且巧妙地利用了弹性囊体的膨胀性，有效地防止了混凝土随意流淌，并使其朝着特定的导向进行注浆并形成锚固体，以达到所需要的形状和状态。从而使套管5与锚孔内的岩土体紧紧地锚固在一起，区别于直接在锚孔9和套管5之间注浆的摩擦阻力作用，该种凝固后的腔体内与锚孔内的混凝土形成一整体锚固结构，打破了传统的仅仅靠摩擦力来进行锚固的局限，该发明技术方案可行，经济效益显著。此外，该发明将极大地避免了传统注浆对周边岩土体的扰动，减少岩土体遇浆液后产生水理作用而致使岩土体强度降低，进而有效地发挥岩土体的强度。

将开槽6处的锚孔9内注浆，使得锚孔9侧壁增厚，此处为注浆点三15，使得锚孔9侧壁可以贴合在开槽6处的套管5侧壁上。这样当某个级别的套管5处的岩体发生变形时，则由于该处的开槽6轴向内部的套管5与锚孔9固定连接，则该处岩体变形带动相应的套管5轴向向外移动，套管5轴向向外移动与圆台体2配合，使得开槽6处的套管5径向向外张开，由于开槽6处的套管5紧贴锚孔9，则在其张开过程中不断增大对锚孔9侧壁的压力，使得套管5更加紧固的固定在锚孔9内，而套管5又被内部的圆台体2阻止其进一步向上移动，圆台体2经过受拉力体3固定在底部的锚固端1上，则构成锚固端1阻止受拉力体3轴向向外移动、受拉力体3阻止圆台体2轴向向外移动、圆台体2阻止套管5轴向向外移动、套管5通过与圆台体2的配合不断径向向外扩展增大与锚孔9的摩擦力而进一步阻止该处岩体轴向向外移动。最终达到锚固的效果。

该发明中的受力处均在锚孔9内，不会长期受到风吹日晒，其锚孔9内部环境优于锚孔9外的环境，因此可以增加锚固设备的寿命。其该发明中的锚固是多级锚固，通过检测不同级的受拉力体3的受力程度，可以检测是哪一级别处的岩体发生变形，便于对岩体变形监控和研究。

当轴向内部的第一级处的岩体发生变形时，此时由于是轴向最内部的岩体变形，因此该变形处外部的所有岩体均有发生移动的趋势，因此此时所有级别的受拉力体3均将受力作用。此时的外部的岩体也较重，因此所有受拉力体3将同时承受较重的岩体的重量张拉力，而当某一级处的岩体发生变形时，此时该级别轴向内部的受拉力体3不受力，其轴向外部的所有受拉力体3受力。这种结构，使得外部较重的岩体有更多的受拉力体3控制承受，内部较轻的岩体则有较少的受拉力体3控制承受，这样灵活自适配，不仅增强的锚固强度，且自适应性强，每个受拉力体3均能起到其所应当的作用。同时不是每次都是每级受拉力体3都作用，无形中增强了受拉力体3的寿命。

实施例2，在实施例1的基础上，所述锚固端1中心固定有螺杆10，所述螺杆10向着轴向外侧穿过轴向最外端的圆台体2内的穿过孔4，所述螺杆10穿过轴向最外端的圆台体2的部分上套有托盘11，所述托盘11轴向外侧的螺杆10上旋拧有螺母12。螺杆10固定在圆柱体21端面上。

该实施例中，增加螺杆10，也就是常规的锚固方式，多一级别的防护，可以根据情况进行设置，将螺杆10固定在锚固端1中心处，然后螺杆10轴向外端伸出到锚孔9外，在螺杆10上套上托盘11压在锚孔9外的岩体侧壁上，然后在托盘11轴向外部的螺杆10上套上螺母12。该螺母12在初始状态可以压紧托盘11，直接构成另一级别的锚固。也可以与托盘11之间保持一定距离，作为预防锚固，当岩体变形到一定程度时其带着托盘11与螺母12接触构成锚固。多一级别的锚固增强了锚固的安全性。

实施例3，在实施例1的基础上，所述锚固端1锚固在锚孔9的轴向内端，所述开槽6轴向内侧的套管5侧壁锚固在锚孔9内，所述开槽6处的锚孔9内壁贴着套管5。

这样设置，使得锚孔9侧壁移动时，带着套管5有轴向向外移动的趋势，则套管5配合圆台体2使得套管5轴向外部有张开的趋势，张开后紧贴锚孔9侧壁抓着，增加的膨胀力阻止锚孔9侧壁使得其不向着轴向外部移动，越向外移动则抓得阻力越大越紧，防止开槽6轴向内部的套管5与锚孔9之间的固定在岩体移动过程中断裂而导致整个锚固失效。

实施例4，在实施例1的基础上，所述第一弹性体7和第二弹性体8均为弹簧。

该弹簧的作用是保持套管5与其下部的连接处保持连接，且不影响套管5跟随岩体向上移动。

实施例5，在实施例1的基础上，所述圆台体2和受拉力体3为一体结构。

圆台体2和受拉力体3可以是一体铸造而成。套管5材料可以使用膨胀螺丝的碳钢膨胀管。开槽6处的套管5径向外部可以设置多个摩擦凸点，用来增加与锚孔9侧壁的摩擦。

实施例6，在实施例1的基础上，轴向最内端的受拉力体3之外的受拉力体3均包括插入穿过孔4的插入部301、插入部301轴向外端一体连接的过渡部302，所述过渡部302轴向外端面直径等于轴向最内端的受拉力体3轴向外端直径，所述过渡部302轴向外端和圆台体2连接。

这样设置使得轴向内部的插入部301直径较小，可以插入到穿过孔4内，而过渡部302为了将受拉力体3的直径扩大到与轴向最内端的受拉力体3一致，这样便于一体铸造圆台体2，保证多个级别圆台体2尺寸一致。且相互之间的直径自然过渡，没有轴肩，增强其受力程度。同样的圆台体2，可以保证同样尺寸的套管5。这样同样尺寸的套管5和圆台体2配合，不仅生产便利，且其可以锚孔9侧壁的安装标准一致且作用效果一致。

实施例7，在实施例6的基础上，所述过渡部302呈轴向内小外大的圆台状。

套管轴向内端固定有径向向内伸出的滑动配合在受拉力体上的滑环13。滑环13使得套管轴向内端竖向滑动连接在受拉力体上。

Claims (9)

1.一种多级膨胀囊体锚杆装置，包括锚固端（1），其特征在于，所述锚固端（1）轴向外侧间隔布置有多个沿轴向外大内小的圆台体（2），所述圆台体（2）轴向内端同轴连接有受拉力体（3），所述圆台体（2）轴向外端开有轴向向内穿透受拉力体（3）的穿过孔（4），轴向最内端的受拉力体（3）固定在锚固端（1）上，轴向外侧的受拉力体（3）穿过其轴向内侧相邻的圆台体（2）和受拉力体（3）中的穿过孔（4）固定在锚固端（1）上，所述圆台体（2）轴向内部分上套有轴向内端滑动套在受拉力体（3）上的套管（5），所述套管（5）轴向外端开有多个向着轴向内部延伸的开槽（6），轴向最内端的套管（5）和锚固端（1）之间连接有多个第一弹性体（7），其余套管（5）和其轴向内侧的圆台体（2）之间连接有多个第二弹性体（8）；

所述开槽轴向内部的套管上成圆周布置开有多个第一注浆孔（16），所述套管径向内侧固定有覆盖在第一注浆孔（16）上的环状注浆腔（17），所述环状注浆腔（17）连通有另一端伸出锚孔9外的第一注浆管（18），所述套管径向外侧固定有覆盖在第一注浆孔（16）上的环状的第一弹性囊体（19），所述锚孔9内开有与第一弹性囊体（19）相对应的环状的第一容纳槽（20）。

2.根据权利要求1所述的一种多级膨胀囊体锚杆装置，其特征在于，所述锚固端（1）中心固定有螺杆（10），所述螺杆（10）向着轴向外侧穿过轴向最外端的圆台体（2）内的穿过孔（4），所述螺杆（10）穿过轴向最外端的圆台体（2）的部分上套有托盘（11），所述托盘（11）轴向外侧的螺杆（10）上旋拧有螺母（12）。

3.根据权利要求1所述的一种多级膨胀囊体锚杆装置，其特征在于，所述锚固端（1）锚固在锚孔（9）的轴向内端，所述开槽（6）轴向内侧的套管（5）侧壁锚固在锚孔（9）内，所述开槽（6）处的锚孔（9）内壁贴着套管（5）。

4.根据权利要求1所述的一种多级膨胀囊体锚杆装置，其特征在于，所述第一弹性体（7）和第二弹性体（8）均为弹簧。

5.根据权利要求1所述的一种多级膨胀囊体锚杆装置，其特征在于，所述圆台体（2）和受拉力体（3）为一体结构。

6.根据权利要求1所述的一种多级膨胀囊体锚杆装置，其特征在于，轴向最内端的受拉力体（3）之外的受拉力体（3）均包括插入穿过孔（4）的插入部（301）、插入部（301）轴向外端一体连接的过渡部（302），所述过渡部（302）轴向外端面直径等于轴向最内端的受拉力体（3）轴向外端直径，所述过渡部（302）轴向外端和圆台体（2）连接。

7.根据权利要求6所述的一种多级膨胀囊体锚杆装置，其特征在于，所述过渡部（302）呈轴向内小外大的圆台状。

8.根据权利要求1所述的一种多级膨胀囊体锚杆装置，所述锚固端1包括一圆柱体（21），所述圆柱体（21）内部开有注浆室（22），所述圆柱体（21）外圆面上开有多个连通到注浆室（22）的第二注浆孔（23），所述圆柱体（21）外圆面上固定有覆盖在第二注浆孔（23）上的环状的第二弹性囊体（24），所述锚孔9内开有与第二弹性囊体（24）对应的环状的第二容纳槽（25），所述注浆室（22）连通有另一端伸出锚孔9外的第二注浆管（26）。

9.根据权利要求1所述的一种多级膨胀囊体锚杆装置，所述第一弹性囊体（19）轴向内部的套管上套固有注浆导向盘（27）。

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