CN114875907A - 一种用于不良地质段的锚固装置及其施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于不良地质段的锚固装置及其施工方法，能够扩大涨壳式锚杆锚瓣的张开角度，解决锚杆内锚端锁定困难的难题，提高锚固的成功率，同时缩短了不良地质条件下锚杆施工耗时，保证施工过程中的安全性。包括依次转动连接的锚固段、传力杆组件以及张拉杆组件；所述锚固段包括锚瓣、张开器和限位片，所述限位片设置在锚瓣的顶端，所述传力杆组件由多根中空锚杆依次套接形成，所述张开器设置在中空锚杆靠近锚瓣的一段，所述中空锚杆远离锚瓣的一段为外露段，所述外露段与张拉杆组件连接，外露段上套设有半球形螺母和垫板，所述垫板上开设有灌浆孔，灌浆孔内置有灌浆管。
Description
技术领域
本发明属于岩土开挖支护技术领域，具体涉及一种用于不良地质段的锚固装置及其施工方法。
背景技术
锚杆在岩土开挖支护中的应用历史悠久，由于其高效、经济的特征，被广泛应用在边坡、地下硐室、闸墩、坝基等的加固施工中，已经成为了岩土施工领域的一项不可或缺的关键施工程序。一般情况下，开挖完成之后要尽快进行支护，以降低开挖区坍塌的风险。岩石条件不好的泥岩或者软岩地区，其开挖之后出现的塑性区范围交硬岩或者岩石条件好的区域更大，因而其所需的支护手段更为复杂，支护施工耗时较长，增加了施工过程中的不确定因素。
为降低岩石条件不好地区的施工风险，就必须提高支护的速度以及支护的深度。支护范围的深度往往是由锚杆的长度所决定，锚杆施工所消耗的施工时间也随着锚杆的长度而增加。
目前通常采用涨壳式锚杆用以支护，由于涨壳式锚杆与普通锚杆相比，施工速度大为降低。目前常见的涨壳式锚杆问题在于：涨壳式锚杆内部的涨壳头最大张开范围通常小于涨壳头直径的1.5倍，在地质条件不好的地区使用时往往出现内锚固端在最大张开范围时仍旧无法锚固的现象。若是预先灌浆待浆液凝固后再进行锚杆施工，不仅降低了施工速度，在增加了灌浆施工过程中的安全风险。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种用于不良地质段的锚固装置及其施工方法，能够扩大涨壳式锚杆锚瓣的张开角度，解决锚杆内锚端锁定困难的难题，提高锚固的成功率，同时缩短了不良地质条件下锚杆施工耗时，保证施工过程中的安全性。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种用于不良地质段的锚固装置，包括依次转动连接的锚固段、传力杆组件以及张拉杆组件；
所述锚固段包括锚瓣、张开器和限位片，所述限位片设置在锚瓣的顶端，所述传力杆组件由多根中空锚杆依次套接形成，所述张开器设置在中空锚杆靠近锚瓣的一段，所述中空锚杆远离锚瓣的一段为外露段，所述外露段与张拉杆组件连接，外露段上套设有半球形螺母和垫板，所述垫板上开设有灌浆孔，灌浆孔内置有灌浆管。
优选地，所述垫板的中心处开设有中心孔，所述半球形螺母通过中心孔与垫板连接。
优选地，所述中空锚杆为空心杆。
优选地，所述中空锚杆之间通过锚杆套筒螺纹连接。
优选地，所述张开器与锚瓣接触连接，所述中空锚杆靠近锚瓣的一端表面与限位片接触连接。
优选地，所述垫板的找平面与所述中空锚杆的轴线垂直。
一种用于不良地质段的锚固装置的施工方法，包括如下步骤：
安装装配好的锚固装置至待锚固孔洞的预设位置处，其中，固定位于待锚固孔洞内的中空锚杆不发生转动；
继续安装锚固装置直至限位片与待锚固孔洞的孔底接触，将限位片顶住孔底，转动中空锚杆的外露段，直至外露段无法转动停止；
安装垫板、半球形螺母以及灌浆管，后对灌浆孔进行封孔；
通过张拉连接套筒连接中空锚杆的外露段与张拉杆组件；
在外露段与张拉杆组件的张拉杆连接处依次安装撑靴、千斤顶、第二锚具和夹片；
安装完成后，千斤顶对张拉杆施加预设拉直拉力，并锁紧半球形螺母；
千斤顶卸力，通过灌浆管向待锚固孔洞内注浆，直至中空锚杆的外露段溢出浆液均匀，封闭灌浆管及中空锚杆的外露段，浆液凝固后，施工完成。
优选地，所述待锚固孔洞的预设位置为：
所述中空锚杆上的张开器与锚瓣贴合，所述中空锚杆的一端端面与限位片贴合。
优选地，所述千斤顶施加的预设拉直拉力为标准设计拉力的115％。
优选地，所述对灌浆孔进行封孔包括：
安装灌浆管后安装细面纱进行封孔，其中，细面纱孔外的缠绕长度不大于灌浆管位于孔内的长度。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明提供一种用于不良地质段的锚固装置及其施工方法，通过采用本发明所述的锚固装置进行施工，能够扩大了锚固装置中锚瓣的张开角度，提高了在不良地质段锚杆的使用有效性。其中，将锚固装置安装至孔底前，对孔内的多根中空锚杆相互连接时进行固定不产生转动，保证锚固装置能够伸入孔内顺利抵达孔底，其过程中锚瓣不会在孔中部涨开造成干扰，锚固装置抵达孔底时，通过设置有限位片受力插入孔底岩石，岩石卡住限位片，此时使得位于孔内的内锚固端相对固定，保证后续锚固过程的稳定；再转动传力杆组件，锚瓣在张开器的挤压作用下或者顶环的牵引所用下打开，直至张开至最大角度，在外力的借助下能够显著扩大涨壳头最大张开范围，至此内锚固端初步锚固完成；随后，采用千斤顶将本发明所述的锚固装置锁定至设计扭力，并锁紧半球形螺母，完成进一步锁紧固定；锁紧后将千斤顶卸力并通过灌浆管向灌浆孔内注浆，待浆液凝固，完成锚固施工。本发明所述的锚固装置及其施工方法解决了不良地质条件下快速开挖支护的问题，较大程度的缩短了不良地质条件下锚杆施工耗时长、内锚端锁定困难的难题。施工速度快、施工效果好、制作简单、安装方便且操作容易，节省了大量时间成本，极大的降低了不良地质条件下循环开挖支护的施工时长、降低了支护未完成时间段内的风险、节约了施工成本，为岩土支护施工提供了一种施工的新思路，其实用性强，应用范围广泛，经济效益明显。
附图说明
图1是本发明锚固装置的横向整体示意图；
图2是本发明锚固装置的竖向整体示意图；
图3是本发明锚固段和传力杆组件的结构示意图；
图4是本发明外露段的结构示意图；
图5是本发明千斤顶和第二锚具的结构示意图。
图中：1-1、锚瓣；1-2、张开器；1-3、限位片；1-4、锚杆套筒；1-5、中空锚杆；1-6、垫板；1-7、半球形螺母；1-8、灌浆管；2-1、撑靴；2-2、穿心式千斤顶；2-3、张拉连接套筒；2-4、第二锚具；2-5、张拉杆；2-6、夹片。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的原理和特征做进一步的详细说明，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
本发明提供一种用于不良地质段的锚固装置，如图1、2和3所示，包括依次转动连接的锚固段、传力杆组件以及张拉杆组件，其中，锚固段部分由锚瓣1-1、张开器1-2、限位片1-3形成，传力杆组件由多根中空锚杆1-5依次套接形成，所述中空锚杆1-5远离锚瓣1-1的一段为外露段，所述外露段与张拉杆组件连接，外露段上套设有半球形螺母1-7和垫板1-6，所述垫板1-6上开设有灌浆孔，灌浆孔内置有灌浆管1-8。
其中，限位片1-3位于锚瓣1-1的顶端，在收到沿传力杆轴向方向的外力时，限位片1-3将插入岩石，转动传力杆组件，锚固段与传力杆组件相对转动。
其中，张开器1-2固定在中空锚杆1-5上靠近锚固段的位置。
其中，中空锚杆1-5转动时，张开器1-2与锚瓣1-1贴合传力迫使锚瓣1-1张开，从而达到锚固的效果。
优选地，锚瓣1-1的后端为转动连接，该设计使得锚瓣1-1张开时能够充分受力。
优选的，中空锚杆1-5的外表面设有螺纹，多根中空锚杆1-5之间通过锚杆套筒1-4互相连接，中空锚杆1-5的外侧螺纹与锚杆套筒1-4的内壁螺纹相匹配，中空锚杆1-5相互套接形成传力杆组件，在伸入待锚固孔内时可根据孔洞的深度自由加长传力杆组件的长度。
优选的，所述垫板1-6的中心处开设有中心孔，所述半球形螺母1-7通过中心孔与垫板1-6连接，半球形螺母1-7与垫板1-6的中心孔相互受力，可保证外露端基岩面与传力杆呈多角度状态下的受力稳定。
优选的，中空锚杆1-5内部为中空结构，可作为锚固后灌浆时的灌浆管使用。
优选的，所述垫板1-6的找平面可以与所述中空锚杆1-5的轴线垂直，也可以不垂直。
本发明提供一种用于不良地质段的锚固装置及其施工方法，通过采用本发明所述的锚固装置进行施工，能够扩大了锚固装置中锚瓣1-1的张开角度，提高了在不良地质段锚杆的使用有效性。其中，将锚固装置安装至孔底前，对孔内的多根中空锚杆1-5相互连接时进行固定不产生转动，保证锚固装置能够伸入孔内顺利抵达孔底，其过程中锚瓣1-1不会在孔中部涨开造成干扰，锚固装置抵达孔底时，通过设置有限位片1-3受力插入孔底岩石，岩石卡住限位片1-3，此时使得位于孔内的内锚固端相对固定，保证后续锚固过程的稳定；再转动传力杆组件，锚瓣1-1在张开器1-2的挤压作用下或者顶环的牵引所用下打开，直至张开至最大角度，在外力的借助下能够显著扩大涨壳头最大张开范围，至此内锚固端初步锚固完成；随后，采用千斤顶将本发明所述的锚固装置锁定至设计扭力，并锁紧半球形螺母1-7，完成进一步锁紧固定；锁紧后将千斤顶卸力并通过灌浆管1-8向灌浆孔内注浆，待浆液凝固，完成锚固施工。
实施例
本发明提供一种用于不良地质段的锚固装置的施工方法，包括如下步骤：
步骤1，对待锚固孔洞进行钻孔，清孔，对锚固装置做安装前准备。
步骤2，如图3所示，将带张开器1-2的中空锚杆1-5安装至孔内锚固的合适位置。
步骤3，安装已经装配好的锚固装置，若中空锚杆1-5长度不足时，采用锚杆套筒1-4进行下一根中空锚杆1-5连接，直至满足长度要求；连接中空锚杆1-5时，固定位于孔内中空锚杆1-5不转动，只转动位于孔外中空锚杆1-5。
步骤4，锚固装置安装至孔底时，将限位片1-3用力顶在孔底岩石上，随后转动中空锚杆1-5的外露段，直至外露段无法转动时为止。
步骤5，安装灌浆管1-8，随后安装细面纱封孔，注意细面纱孔外的缠绕长度不得超过灌浆管1-8在孔内的长度，安装垫板1-6，安装半球形螺母1-7。垫板1-6安装前，需对垫板1-6安装区域进行找平。
步骤6，采用张拉连接套筒2-3连接中空锚杆1-5的外露段至张拉杆2-5上。
步骤7，如图4和5所示，依次安装撑靴2-1，穿心式千斤顶2-2，锚具2-4，夹片2-6。
步骤8，全部安装完成后，气动油泵，通过穿心式千斤顶2-2提供将中空锚杆1-5拉直设计拉力的115％，随后采用扳手锁紧半球形螺母1-7。
步骤9，穿心式千斤顶2-2卸力，依次取掉夹片2-6，锚具2-4，穿心式千斤顶2-2，张拉杆2-5以及张拉连接套筒2-3。
步骤10，通过灌浆管1-8向待锚固孔洞内注浆，直至中空锚杆1-5的外露段溢出的浆液较为均匀时，封闭灌浆管及中空锚杆1-5的外露段。
步骤11，浆液凝固，施工完成。
进一步地，步骤2中，所述合适位置的理想状态为：中空锚杆1-5上的张开器1-2贴近锚瓣1-1，中空锚杆1-5的端头表面贴近限位片1-3。
进一步地，步骤3中，所述中空锚杆1-5相互连接时，孔内中空锚杆1-5一定不可转动，否则锚瓣1-1有可能在孔内中部涨开，无法抵达孔底。
进一步地，步骤4中，所述限位片1-3抵在孔底岩石上后，转动中空锚杆1-5的外露段，此时锚瓣1-1与中空锚杆1-5相对转动，锚瓣1-1涨开，进而起到锚固作用。
进一步地，步骤5中，垫板1-6找平面可不与中空锚杆1-5的轴线垂直，通过调整半球形螺母1-7的角度，从而不影响中空锚杆1-5锚固力的传递。
进一步地，步骤8中，为防止穿心式千斤顶2-2卸力后锚固力达不到设计值，穿心式千斤顶2-2加压时，其拉力为设计拉力的115％。
进一步地，步骤10中，灌浆时，可以采用中空锚杆1-5作为回浆管。
本发明所述的锚固装置及其施工方法解决了不良地质条件下快速开挖支护的问题，较大程度的缩短了不良地质条件下锚杆施工耗时长、内锚端锁定困难的难题。施工速度快、施工效果好、制作简单、安装方便且操作容易，节省了大量时间成本，极大的降低了不良地质条件下循环开挖支护的施工时长、降低了支护未完成时间段内的风险、节约了施工成本，为岩土支护施工提供了一种施工的新思路，其实用性强，应用范围广泛，经济效益明显。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制；凡本行业的普通技术人员均可按说明书附图所示和以上所述而顺畅地实施本发明；但是,凡熟悉本专业的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时,凡依据本发明的实质技术对以上实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变等，均仍属于本发明的技术方案的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种用于不良地质段的锚固装置，其特征在于，包括依次转动连接的锚固段、传力杆组件以及张拉杆组件；
所述锚固段包括锚瓣(1-1)、张开器(1-2)和限位片(1-3)，所述限位片(1-3)设置在锚瓣(1-1)的顶端，所述传力杆组件由多根中空锚杆(1-5)依次套接形成，所述张开器(1-2)设置在中空锚杆(1-5)靠近锚瓣(1-1)的一段，所述中空锚杆(1-5)远离锚瓣(1-1)的一段为外露段，所述外露段与张拉杆组件连接，外露段上套设有半球形螺母(1-7)和垫板(1-6)，所述垫板(1-6)上开设有灌浆孔，灌浆孔内置有灌浆管(1-8)。
2.根据权利要求1所述的一种用于不良地质段的锚固装置，其特征在于，所述垫板(1-6)的中心处开设有中心孔，所述半球形螺母(1-7)通过中心孔与垫板(1-6)连接。
3.根据权利要求1所述的一种用于不良地质段的锚固装置，其特征在于，所述中空锚杆(1-5)为空心杆。
4.根据权利要求1所述的一种用于不良地质段的锚固装置，其特征在于，所述中空锚杆(1-5)之间通过锚杆套筒(1-4)螺纹连接。
5.根据权利要求1所述的一种用于不良地质段的锚固装置，其特征在于，所述张开器(1-2)与锚瓣(1-1)接触连接，所述中空锚杆(1-5)靠近锚瓣(1-1)的一端表面与限位片(1-3)接触连接。
6.根据权利要求1所述的一种用于不良地质段的锚固装置，其特征在于，所述垫板(1-6)的找平面与所述中空锚杆(1-5)的轴线垂直。
7.一种用于不良地质段的锚固装置的施工方法，其特征在于，基于权利要求1-6任一项所述的锚固装置，包括如下步骤：
安装装配好的锚固装置至待锚固孔洞的预设位置处，其中，固定位于待锚固孔洞内的中空锚杆(1-5)不发生转动；
继续安装锚固装置直至限位片(1-3)与待锚固孔洞的孔底接触，将限位片(1-3)顶住孔底，转动中空锚杆(1-5)的外露段，直至外露段无法转动停止；
安装垫板(1-6)、半球形螺母(1-7)以及灌浆管(1-8)，后对灌浆孔进行封孔；
通过张拉连接套筒(2-3)连接中空锚杆(1-5)的外露段与张拉杆组件；
在外露段与张拉杆组件的张拉杆(2-5)连接处依次安装撑靴(2-1)、千斤顶(2-2)、第二锚具(2-4)和夹片(2-6)；
安装完成后，千斤顶(2-2)对张拉杆(2-5)施加预设拉直拉力，并锁紧半球形螺母(1-7)；
千斤顶(2-2)卸力，通过灌浆管(1-8)向待锚固孔洞内注浆，直至中空锚杆(1-5)的外露段溢出浆液均匀，封闭灌浆管(1-8)及中空锚杆(1-5)的外露段，浆液凝固后，施工完成。
8.根据权利要求7所述的一种用于不良地质段的锚固装置的施工方法，其特征在于，所述待锚固孔洞的预设位置为：
所述中空锚杆(1-5)上的张开器(1-2)与锚瓣(1-1)贴合，所述中空锚杆(1-5)的一端端面与限位片(1-3)贴合。
9.根据权利要求7所述的一种用于不良地质段的锚固装置的施工方法，其特征在于，所述千斤顶(2-2)施加的预设拉直拉力为标准设计拉力的115％。
10.根据权利要求7所述的一种用于不良地质段的锚固装置的施工方法，其特征在于，所述对灌浆孔进行封孔包括：
安装灌浆管(1-8)后安装细面纱进行封孔，其中，细面纱孔外的缠绕长度不大于灌浆管(1-8)位于孔内的长度。
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- 2022-05-24 CN CN202210571020.9A patent/CN114875907A/zh active Pending
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