CN115262569A - 一种锚杆或桩基用纤维主筋杆 - Google Patents

Abstract

一种锚杆或桩基用纤维主筋杆，包括纤维杆身以及设置在纤维杆至少一端设有螺纹或纤维杆通长设有螺纹，纤维杆的中央若干位置设有纤维里衬的凸出，所述纤维杆身用纤维树脂浸渍胶粘凝结成杆体。纤维里衬的凸出为圆板状更好；纤维里衬的凸出与纤维主杆一体化。

Description

一种锚杆或桩基用纤维主筋杆

技术领域

本发明涉及一种锚杆或桩基用纤维主筋杆，用于固定或变直径(以下称变径或扩大式) 纤维笼及其锚杆或桩基应用，尤其是锚杆或桩基中的主骨架——主筋。

背景技术

通过锚杆杆体的纵向拉力作用，克服岩土体抗拉能力远远低于抗压能力的缺点。提高了围岩体的粘聚力和抗拉力。锚杆位于岩土体内与岩土体形成一个新的复合体。这个复合体中的锚杆是解决围岩体的抗拉能力低的关键。从而使得岩土体自身的大大加强。建筑工程行业使用的钢筋笼是重要的混凝土骨架，而纤维材质的笼的目的是为了完全或部分取代建筑工程行业的钢筋笼，尤其是需要抗拉力更强(高于钢筋2倍以上)的混凝土骨架，使用变直径纤维笼制备成锚杆或桩基就是最好的选择。使锚杆必须具备几个要素：一个抗拉强度高于岩土体的杆体，杆体一端可以和岩土体紧密接触形成摩擦(或粘结)阻力；锚杆杆体位于岩土体外部的另一端能够形成对岩土体的径向阻力；锚杆作为深入地层的受拉构件，它一端与工程构筑物连接，另一端深入地层中，整根锚杆分为自由段和锚固段，自由段是指将锚杆头处的拉力传至锚固体的区域，其功能是对锚杆施加；锚固段是指水泥浆体或混凝土锚固体将预应力筋与土层粘结的区域，其功能是将锚固体与土层的粘结摩擦作用增大，增加锚固体的承压或抗拉作用，将自由段的拉力传至土体深处。

锚杆是当代地下开采的矿山当中支护的最基本的组成部分，将巷道的围岩束缚在一起, 使围岩自身支护自身；现在锚杆不仅用于矿山，也用于建筑工程技术中，对地下室，隧道，坝体等进行主动加固。

锚杆的基本型是：钢筋或钢丝绳砂浆锚杆，已经有使用变直径纤维笼制备成锚杆或桩基在先。如CN202110334347X锚杆或桩基用变直径纤维笼，包括轴向杆、2个或以上套在轴向杆的圆环或环板，2组或以上与圆环数量对应的筋条，起码一个圆环或环板被固定或限位，其它圆环或环板在轴向杆能够自由滑动，圆环或环板均匀分布轴向杆上；或一个圆环或环板固定，其它圆环或环板在轴向杆能够滑动，圆环或环板均匀分布轴向杆上二个圆环或环板时，第一组筋条的第一端活络接第一圆环或环板，第二组筋条的第一端活络接第二圆环或环板圆环或环板；设有纤维骨架件均匀缀在筋条或/与竖筋上；变直径纤维笼能折叠伸展与收缩。

又如CN2021206318530一种囊式变直径纤维笼及其锚杆或桩基，包括囊袋与囊袋内的囊芯，囊芯为纤维骨架件制备的纤维笼作为混凝土骨架件，纤维骨架件均匀固定在囊袋内；固定方式包括系、缝、缀、夹、钉铆；纤维骨架件制备的纤维笼囊芯：纤维笼囊芯包括2个或以上套在轴向杆的环或环板，起码一个环或环板被固定，其它环或环板在轴向杆能够滑动，环或环板均匀在分布轴向杆上；纤维骨架件分别连接在滑动环与固定的环之间；纤维骨架种类包括纤维筋条、纤维网、纤维片、纤维布、箍筋、螺旋筋。锚杆包括囊式变直径纤维笼，锚杆杆件和锚杆杆件上端的固定结构，钢筋连接器。

目前市场上常用的扩体锚杆技术有素浆体，囊式扩体锚杆技术等。在成本的施工方面，变径大小头锚杆或桩基的扩孔技术已经有基础，注浆或混凝土的注入单独形成大小头，但未及相适应的钢筋骨架，不能形成有足够摩擦力的拉力或抗力传递的锚杆或桩基，尤其是锚杆的锚固力受到限制。在用于建筑地下室抗浮基坑支护，边坡支护，以及加固等技术领域时锚固力有所不足。因为它们需要抗拔力较大，且要求稳定可靠。

钢筋笼结构是以若干与主钢筋杆的竖向筋平行的结构在受力上不利吸收锚杆主钢筋杆的拉力强度，总体而言，锚杆主钢筋杆传递到钢筋笼及与之凝结的混凝土，需要设计一种成本低、受力结构更合理的、钢筋笼在垂直于主纤维杆或主钢筋的具有更好受力强度的扩大头钢筋笼。

钢筋笼系用钢筋制备，要求表面抗腐蚀处理，质量大，尽管钢筋笼的主筋可以采用精轧钢筋，直径有多种规格，如常用的32-52mm的直径，但抗拉强度仍有待提高。如采用抗拉强度更高质量更轻的纤维笼的意义很大，尤其是用于一些特殊的场合。

纤维笼的目的是为了完全或部分取代建筑行业的钢筋笼，主要用于建筑地下室抗浮基坑支护，边坡支护，地质灾害治理,以及加固等技术范畴，也用于抗压桩基。本发明提供的是抗拔力/抗压力较大，性能稳定可靠锚杆或桩基中的变径纤维笼骨架。

发明内容

本发明目的是，提出一种锚杆或桩基用纤维主筋杆——具有更大受拉力强度，可用于扩大头钢筋笼或纤维笼的主筋，且质量轻，一些场所的制作与施工更方便，不但用于固定直径笼可用，而且可以配合扩大头钢筋笼或纤维笼，能够承受或要求的力度更大，得到性能价格比更优的锚杆或桩基。

本发明的技术方案是：一种锚杆或桩基用纤维主筋杆，包括纤维杆身以及设置在纤维杆至少一端设有螺纹或纤维杆通长设有螺纹，纤维杆的中央若干位置设有纤维里衬的凸出，所述纤维杆身用纤维树脂浸渍胶粘凝结成杆体。纤维里衬的凸出为圆板状更好；纤维里衬的凸出与纤维主杆一体化，可以用于安装承压板，也可以用于安装固定径或扩大头笼。纤维里衬的凸出截面为矩形、梯形、多边形、椭圆、矩形迭加弧形的凸出形。

纤维里衬的凸出与纤维主杆一体化。

纤维杆由纤维杆中央钢芯；纤维杆中央钢芯的外部为纤维与高聚物制备的纤维套组合而成。

纤维杆至少一端设有螺纹，或者是通长螺纹、或者两端均设有螺纹，钢筋螺母连接器连接纤维杆的螺纹；钢筋螺母连接器也可以预先埋设在锚杆内。

进一步的，采用8-50毫米直径的锚杆的通长或部分精轧螺纹钢作为纤维杆身内衬；尤其是螺纹精轧螺纹钢作为所述螺纹处内衬；

进一步的，纤维以直接以纤维编织、加捻或再加卷绕或织物卷绕后树脂浸渍凝结而成，精轧螺纹钢和非金属材料纤维与树脂的复合是一根或多根(并列或合并)；一根或多根(可以合并)也可用于纯的纤维杆。

纤维为碳纤维、玄武岩纤维或玻璃纤维，也可为高分子材料纤维制备的抗拉纤维锚杆杆体即主筋杆，抗拉纤维杆体将分段的抗拉纤维杆体通过连接螺母连接的(设有外螺纹结构的)抗拉纤维杆体结构。

进一步的，金属材料和非金属材料的复合是一根或多根钢芯，并浇筑混凝土或水泥砂浆、水泥浆或其他能固化材料包裹之一并凝结固化成锚杆或与扩大头形成扩大头锚杆或等直径锚杆。制备锚杆时，抗拉纤维杆体的底端部设有扩大头骨架，扩大头骨架包括承压板(件)、钢筋、钢筋笼或能扩大直径的变直径钢筋笼、囊袋及其他锚固件；指各种承压件如承压板。

在抗拉纤维杆至少一端设有螺纹2，或者两端均设有螺纹2；或者整根纤维杆身的表面设有螺纹2(以玻璃钢工艺制备)，用于连接螺母连接到螺纹；

纤维杆上纤维里衬的凸出个数为N个，N为10个以内。

纤维杆1或钢芯纤维套复合结构的纤维杆内置光纤。

采用8-50毫米直径的螺纹精轧螺纹作为纤维杆身内衬。

纤维主筋杆与直通功扩大头骨架浇筑混凝土或水泥砂浆、水泥浆凝结固化成锚杆或扩大头锚杆；锚杆可以是在施加应力的条件下施加混凝土或水泥砂浆、水泥浆或其他能固化材料包裹之一并凝结固化形成扩大头锚杆或等直径锚杆。

浇筑混凝土或水泥砂浆、水泥浆或其他能固化材料包裹之一并凝结固化成锚杆或与扩大头形成扩大头锚杆或等直径锚杆。制备锚杆时，抗拉纤维杆体的底端部设有扩大头骨架，扩大头骨架包括承压板、钢筋、钢筋笼或能扩大直径的变直径钢筋笼、囊袋及其他锚固件；指各种承压件如承压板。

纤维以直接以纤维编织、加捻或再加卷绕或织物卷绕后树脂浸渍凝结而成。

精轧螺纹钢和非金属材料纤维与树脂的复合是一根或多根(并列或合并)；一根或多根(可以合并)也可用于纯的纤维杆。纤维为碳纤维、玄武岩纤维或玻璃纤维，也可为高分子材料纤维制备的抗拉纤维锚杆杆体即主筋杆，抗拉纤维杆体将分段的抗拉纤维杆体通过连接螺母连接的(设有外螺纹结构的)抗拉纤维杆体结构。

纤维筋或非金属纤维与精轧钢筋的复合筋的结构。

本发明是一种纤维筋或非金属纤维与精轧钢筋的复合筋的结构；抗拉纤维包括玻璃纤维、玄武岩纤维、树脂、土工布、帆布、玻璃纤维增强树脂、芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维、碳纤维、硼烯、聚四氟乙烯、石墨烯、碳元素相关的材料及其复合材料、高分子、高分子聚合物材料、纳米材料、金属材料和非金属材料等、尤其是制备成织物后，金属材料和非金属材料的复合是一根或多根芯(浇筑)作为抗拉纤维杆体形状包括但不限于圆柱体、竹节形柱体；多边形(圆内切线)柱体、圆/矩形、正方形、鹞形、圆环等。截面平面图形可以是圆(椭圆)、多边形(包括三角形、矩形、梯形、平行四边形、五边形、六边形)、菱形、扇形、弓形、L、H、S、U、Π、C、V形等；规格、型号、形状、尺寸、材料，各项参数可以调整。本发明锚杆是扩大头锚杆和直通等直径锚杆。尤其是抗拉纤维杆体的端部设有扩大头骨架，扩大头骨架包括能伸缩的连动杆、承压板(件)、钢筋、钢筋笼或能扩大直径的变直径钢筋笼、囊袋及其他锚固件；抗拉纤维杆体与扩大头骨架浇筑混凝土或水泥砂浆、水泥浆或其他能固化材料包裹之一并凝结固化形成扩大头锚杆或等直径锚杆；锚杆是在先张或后张施加应力的条件下浇注混凝土或水泥砂浆、水泥浆或其他能固化材料包裹之一并凝结固化形成预应力扩大头锚杆或等直径锚杆。

本申请的应用可以参考CN2021206318530一种囊式变直径纤维笼及其锚杆或桩基等，包括本申请人的在先申请。

根据施加预应力的设计要求，主筋为纤维筋，并配置配筋材料，配筋材料包括钢筋(纤维)笼、箍筋、钢套筒、钢丝网笼、承压板、承压法兰螺母；主筋与配置钢筋(纤维)材料一并凝结固化构成锚杆杆件。

后施加的预应力抗浮抗拉锚杆、钢筋锚杆的主筋抗浮抗拉能力得以充分体现。构成无粘结先张或后张预应力抗浮抗拉钢筋锚杆，防腐油脂层为防腐油脂或防腐沥青或聚合物材料。构成无粘结先张或后张预应力抗浮抗拉纤维筋自身俱备有防腐特征，浇注时只做好与胶凝材料的隔离为实施后张应力留有空间即可。

所述锚杆杆件抗拉纤维杆体的前端，设有与能伸缩的连动杆、承压板(件)、变直径钢筋笼、固定直径钢筋笼、囊袋或其他锚头进行连接或连接的装置，形成预制预应力锚杆体系。组合装配式锚杆组件构成一个实际应用抗压抗拉(主要是抗拉，且效果更好)的工程件。延长接续式锚杆是锚杆能够接续成延长化的杆件并最后成为组件。

对先张式预应力抗浮抗拉钢筋锚杆进行预应力的固定一般采用两种方式，一种方式是在施加预应力的同时在施加预应力的钢筋上浇筑混凝土，混凝土凝固后则成；混凝土与锚杆紧密粘结，即有粘结锚杆；第二种，本发明可以采用预制管柱构成一种空心锚杆的预应力结构，便于工厂化生产，且重量可控，运输成本并不高，预应力的施加质量和标准在工厂更易控制和把握。

有益效果：本发明要达到精轧螺纹钢筋制作的锚杆筋体截面的3-4倍抗拉值(主要视纤维的品种而定)；串联笼体或承压件极为方便，使杆体的整体性能好，是一种加强的纤维锚杆杆体，其构造简单、自重轻；不需要预留预应力筋孔道，构件尺寸减小，施工简便、设备要求低。预应力损失小、可补拉。抗腐蚀能力强。抗震性能好。当地震荷载引起大幅度位移时，加强纤维锚杆杆体一般始终处于受拉状态，应力变化幅度较小并保持在拉力工作阶段，而普通钢筋则使结构能量消散得到保证加强纤维锚杆杆体施工方法和后张法一样，但是预应力筋与混凝土不直接接触，处于无粘结的状态。加强纤维锚杆杆体是带防腐隔离层和外护套的专用预应力筋。本发明可用于后张预应力抗浮抗拉纤维筋锚杆应用，预应力的抗拉纤维杆体其实形成一自由段的纤维筋，但不再伸长，具有应力施加的作用。先张或后张预应力抗浮抗拉钢筋锚杆及工法。即制备的抗浮抗拉钢筋锚杆能用后张法预制预应力的锚杆组件及应用技术，并利用直通或扩大头等各种锚头一起组合形成后张预应力锚杆体系，克服抗浮变形、杆体能在自由段弹性变形，通过新的方法在制备杆件后再施加预应力并得到了预应力锚杆的成品进行应用，从而不但达到控制承压型直通或变直径钢筋笼扩体预应力锚杆工程实践中变形量的目的，尤其是达到节省施工时间、节约成本、提高工程质量和效率的效果。抗拉纤维杆身具有多种功能。

附图说明

图1-图4均为本发明单凸出纤维杆纵截面结构示意图；

图5-图8均为本发明双凸出纤维杆纵截面结构示意图；

图9-图11为本发明锚杆杆体采用中央钢芯1-1；纤维杆中央钢芯的外部为纤维与高聚物的示意图，其中图9通长螺纹、图10一端设有螺纹2，图11两端均设有螺纹2。

图12本发明锚杆应用的示意图。

图13是本发明锚杆的示意图。

图14是本发明锚杆应用变径纤维笼的示意图。

具体实施方式

锚杆组件抗拉纤维杆体，施加后张预应力锚杆组件内钢筋的数量，是一根或者一根以上，钢筋的规格、性能、强度、直径可根据设计要求具体确定；预应力锚杆组件的长度、横截面的形状和面积，则根据具体的工程技术要求设定；当工程需要杆件的长度超长时，可以采取用螺母连接器的方式或其他方式，将两根或两根以上的钢筋杆件加以连接，以达成所需的长度；因纤维杆至少一端设有螺纹2，或者是通长螺纹、或者两端均设有螺纹2，钢筋螺母连接器可以连接纤维杆；钢筋螺母连接器也可以预先埋设在锚杆内。锚杆杆件可以是实心的，亦可以是空心的。

图示，本发明的抗拉纤维锚杆杆体，主要是抗拉纤维制备成杆身，在抗拉纤维杆至少一端设有螺纹2，或者两端均设有螺纹2；或者整根纤维杆身的表面设有螺纹2(以玻璃钢工艺制备)，用于连接螺母连接到螺纹；纤维杆由纤维杆中央钢芯1-1；纤维杆中央钢芯的外部为纤维与高聚物(以玻璃钢工艺制备)制备的纤维套1-2组合而成；

纤维杆通长设有螺纹，纤维杆的中央若干位置设有纤维里衬的凸出3，所示凸出为各种形状，可以是截面为矩形(外形为圆板状)、梯形、多边形、椭圆等，还可以在纤维杆体上设有多个凸出(可以纤维编织成凸出再用树脂固化)；所述纤维杆身用纤维树脂浸渍胶粘凝结成杆体。纤维杆1或钢芯纤维套复合结构的纤维杆内置光纤4，混凝土5可以用于浇筑混凝土。光纤4的传感光纤为应变传感光纤，用于对锚杆的应力进行监测，当然要配上布里渊或光时域反射设备。

此螺纹是连接成更长规格的锚杆以及在锚杆的底端安装承压板时需要有螺母安装，螺纹是与螺母相配套的，所述抗拉纤维杆身与螺纹均用抗拉纤维与树脂浸渍胶粘凝结成杆身与螺纹。锚杆杆体可以是有粘接或无粘结配合抗拉纤维杆体，在施加外部应力时可高强螺母锁定预应力，与锚杆杆体及与锚固段的混凝土可以使用纤维增强混凝土。直径可以在 32以上至100毫米。为了制备螺纹，采用8-50毫米直径的锚杆的通长或部分精轧螺纹钢作为抗拉纤维杆身内衬；尤其是螺纹精轧螺纹钢作为所述螺纹处内衬，内衬的位置的仍有一半以上的截面积为拉拉纤维体。抗拉纤维杆身以抗拉纤维的织物卷绕后以树脂浸渍胶粘凝结而成。需要考虑到纤维的经纬；抗拉纤维为碳纤维或玄武岩纤维或芳纶构成抗拉纤维锚杆杆体，抗拉纤维杆体将分段的抗拉纤维杆体通过连接螺母和端部的螺纹连接成长度达到需要的抗拉纤维杆体结构。抗拉纤维杆体的底端部固定部位设有扩大头骨架，扩大头骨架包括能伸缩的连动杆、钢筋、钢筋笼或能扩大直径的变直径钢筋笼；抗拉纤维杆体与扩大头骨架浇筑混凝土或水泥砂浆、水泥浆或其他能固化材料包裹之一并凝结固化成锚杆与扩大头；锚杆是在施加应力的条件下施加混凝土或水泥砂浆、水泥浆或其他能固化材料包裹之一并凝结固化。抗拉纤维杆体的底端部也可单独设有承压板，或承压板与扩大头骨架的结合。图中还说明了，抗拉纤维杆体的底端部还可设有非扩大头骨架或再与承压板结合的锚杆头。

设置承压板，多个凸出部位亦可以是安装多块承压板的结构，成为承压式无竖筋变直径纤维笼扩体锚杆或桩基，无竖筋变直径纤维笼在置于扩体段时展开释放，在无竖筋变直径纤维笼上设有注浆或注入混凝土导管机构，以达成注浆或注入混凝土成为锚杆或桩基，无竖筋变直径纤维笼成为锚杆或桩基的骨架。

本发明的承压变径纤维笼扩体锚杆或桩基，变径纤维笼在置于扩体段时展开释放，在变径纤维笼上设有注浆或注入混凝土导管机构，以达成注浆或注入混凝土成为锚杆或桩基，变径纤维笼成为锚杆或桩基的骨架。

N个圆板可以安装N个纤维笼。

纤维锚杆的纤维主要是碳纤维、玄武岩纤维、玻璃纤维、芳纶纤维玻、璃纤维增强树脂、树脂、土工布、帆布、超高分子量聚乙烯纤维、硼烯、聚四氟乙烯、石墨烯、碳元素相关的材料及其复合材料、高分子、高分子聚合物材料、纳米材料、钢质、其他金属、复合金属、金属材料和非金属材料等。

本发明适用范围包括但不限于抗浮、抗拔、抗拉、抗压等各类桩型；应用领域包括但不限于各类建筑工程、护坡及地质灾害等范畴。图12本发明锚杆应用的示意图。可以应用于本申请人的所有在先申请的专利。

以上所述仅为本发明的实施案例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则和原理之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均已经包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种锚杆或桩基用纤维主筋杆，其特征是，包括纤维杆身以及设置在纤维杆至少一端设有螺纹或纤维杆通长设有螺纹，纤维杆的中央若干位置设有纤维里衬的凸出，所述纤维杆身用纤维树脂浸渍胶粘凝结成杆体。

2.根据权利要求1所述的锚杆或桩基用纤维主筋杆，其特征是，纤维里衬的凸出截面为矩形、梯形、多边形、椭圆。

3.根据权利要求1或2所述的锚杆或桩基用纤维主筋杆，其特征是，纤维里衬的凸出与纤维主杆一体化。

4.根据权利要求1或2所述的锚杆或桩基用纤维主筋杆，其特征是，纤维杆由纤维杆中央钢芯；纤维杆中央钢芯的外部为纤维与高聚物制备的纤维套组合而成。

5.根据权利要求1或2所述的锚杆或桩基用纤维主筋杆，其特征是，纤维杆至少一端设有螺纹，或者是通长螺纹、或者两端均设有螺纹，钢筋螺母连接器连接纤维杆的螺纹；钢筋螺母连接器也可以预先埋设在锚杆内。

6.根据权利要求1或2所述的锚杆或桩基用纤维主筋杆，其特征是，在抗拉纤维杆至少一端设有螺纹，或者两端均设有螺纹，或者整根纤维杆身的表面设有螺纹。

7.根据权利要求1或2所述的锚杆或桩基用纤维主筋杆，其特征是，纤维杆上纤维里衬的凸出个数为N个，N为10个以内。

8.根据权利要求1或2所述的锚杆或桩基用纤维主筋杆，其特征是，纤维杆1或钢芯纤维套复合结构的纤维杆内置光纤。

9.根据权利要求1所述的锚杆或桩基用纤维主筋杆，其特征是，采用8-50毫米直径的螺纹精轧螺纹作为纤维杆身内衬。

10.根据权利要求3所述的锚杆或桩基用纤维主筋杆，其特征是，纤维主筋杆与直通功扩大头骨架浇筑混凝土或水泥砂浆、水泥浆凝结固化成锚杆或扩大头锚杆；锚杆可以是在施加应力的条件下施加混凝土或水泥砂浆、水泥浆或其他能固化材料包裹之一并凝结固化形成扩大头锚杆或等直径锚杆。

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