CN115288470A - 石窟寺顶部预应力无尾孔壁刻槽中空注浆锚固组件及锚固方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种石窟寺顶部预应力无尾孔壁刻槽中空注浆锚固组件及锚固方法，该锚固组件包括锚杆杆体、垫板和被动触发刀钻；所述的锚杆杆体放入锚杆孔后锚杆杆体的尾部位于锚杆孔内，锚杆杆体为中空结构，用于注浆；所述的被动触发刀钻设置在锚杆杆体外侧，锚杆杆体内还设有触发装置，用于触发被动触发刀钻伸长，通过旋转锚杆杆体切割锚杆孔内壁并形成切槽，使被动触发刀钻嵌入切槽内，为锚杆杆体提供锚固力；所述的垫板通过螺母固定在锚杆杆体的尾部，垫板的外圈与锚杆孔内壁紧密接触，用于防止注浆时漏浆。本发明可提高锚固结构的整体性和锚固强度，防止注浆时的漏浆现象，施工后锚杆杆体的尾部全部埋设于封锚体内，不会改变石窟寺表面外貌。
Description
技术领域
本发明涉及石窟寺顶部围岩加固技术领域，尤其涉及一种石石窟寺顶部预应力无尾孔壁刻槽中空注浆锚固组件及锚固方法。
背景技术
锚杆支护是用浆液将锚杆杆体锚固于岩体中，利用杆体抗拉强度对岩体进行加固的技术，其通过施加预应力来主动支护岩体，改善加固效果，锚杆支护广泛应用于矿山边坡、隧道、坝体等工程中，也是石窟寺围岩的一种常用加固方法。
目前传统的施工步骤类似于中国申请专利CN104653206A公开的一种基于普通锚索施工的预应力全长锚固锚索施工方法，包括以下步骤：采用锚杆钻机在眼位钻孔；锚杆钻机开大水门清孔；用锚索锚固端将树脂锚固剂顶入孔内，使锚杆钻机一边推动锚索，一边通过旋转锚索搅拌树脂锚固剂；在锚索防渗套上安装锚索注浆塞，在锚索注浆塞上安装锚索托盘，锚索托盘上设有注浆孔，在锚索托盘上安装锚索锁具，将注浆管的一端穿入注浆孔，利用锚索张拉机通过对锚索锁具加压；当锚索非锚固端的中心端面有浆液流出时，停止注浆，完成注浆操作。
上述锚固方法存在以下缺陷：1)石窟寺顶部采用锚杆支护时，需要用注浆机将浆液压注到锚杆孔中，由于锚杆孔口密封不严，在重力作用下浆液会流出锚杆孔，导致浆液充填不密实，锚固力降低，后期锚杆孔还会出现地下水渗漏，不利于对石窟的保护；2)常规锚杆用于石窟寺顶部加固时，锚杆尾部外露于岩体，改变了石窟寺表面外貌，影响石窟寺的观光度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种石石窟寺顶部预应力无尾孔壁刻槽中空注浆锚固组件及锚固方法，以解决传统锚固方法注浆过程易漏浆、锚杆尾部外露于岩体导致石窟寺外貌改变等问题。
为实现上述技术目的，本发明采用了以下技术方案：
本发明涉及一种石窟寺顶部预应力无尾孔壁刻槽中空注浆锚固组件，其设置在锚杆孔内，其包括锚杆杆体、垫板和被动触发刀钻；所述的锚杆杆体的长度小于锚杆孔的深度，使得锚杆杆体放入锚杆孔后锚杆杆体的尾部位于锚杆孔内，锚杆杆体为中空结构，用于注浆；所述的被动触发刀钻设置在锚杆杆体外侧，锚杆杆体内还设有触发装置，用于触发被动触发刀钻伸长，通过旋转锚杆杆体使被动触发刀钻切割锚杆孔内壁并形成切槽，使被动触发刀钻嵌入切槽内，为锚杆杆体提供锚固力；所述的垫板通过螺母固定在锚杆杆体的尾部，垫板的外圈与锚杆孔内壁紧密接触，用于防止注浆时漏浆，所述的螺母还用于对锚杆杆体施加预应力。
优选地，所述的被动触发刀钻包括套筒、刀钻头、弹簧和弹板，所述的套筒固定在锚杆杆体的外壁，所述的刀钻头、弹簧和弹板均设置在套筒内，弹簧的一端与锚杆杆体的外壁连接，弹板的内侧面与弹簧的另一端连接，刀钻头固定在弹板的外侧面，所述的套筒和刀钻头上均设有插孔，在弹簧处于压缩状态时，插孔内设有插针；所述的触发装置为钢绞丝，钢绞丝位于锚杆杆体的中空结构内，所述的锚杆杆体上设有穿插孔，所述的插针的一端设有连接线，连接线穿过穿插孔后与钢绞丝连接。被动触发刀钻触发易操作，一次性可触发多个被动触发刀钻。
优选地，其还包括排气管，排气管的顶端固定在锚杆杆体的顶端，排气管的底端穿过所述的垫板，所述的排气管用于注浆时排出锚杆孔内的空气。排气管的设置有助于注浆时排出锚杆孔内的空气，保证注浆顺利进行。
优选地，所述的垫板上设有中心孔和排气管孔，所述的锚杆杆体贯穿中心孔，所述的排气管贯穿排气管孔。
优选地，所述的锚杆杆体的侧壁上还开设有若干出浆孔，用于注浆时浆液的流出；所述的锚杆杆体的尾部还设有螺纹段，用于与螺母配合。出浆孔的设置有助于提升注浆的效率，保证注浆顺利进行，螺纹段的设置便于螺母的安装。
本发明还涉及一种基于上述石窟寺顶部预应力无尾孔壁刻槽中空注浆锚固组件的锚固方法，其包括以下步骤：
1)锚杆孔钻孔：利用钻机在石窟寺顶部的围岩处钻孔形成孔身段，利用锥形钻头将孔身段的孔口扩大形成孔径从下到上逐渐减小的孔口段；
2)锚杆杆体安装：将被动触发刀钻焊接在锚杆杆体的外壁上，被动触发刀钻处于收缩状态，在锚杆杆体的中空结构内安装触发装置，连接被动触发刀钻与触发装置，将锚杆杆体放入锚杆孔内，启动触发装置使被动触发刀钻伸长，在锚杆杆体的尾部连接锚杆钻机，锚杆钻机启动带动锚杆杆体旋转，被动触发刀钻切割锚杆孔内壁形成切槽，且被动触发刀钻嵌入切槽内，为锚杆杆体提供初始锚固力；
3)垫板安装：将垫板安装至锚杆杆体的尾部，向锚杆杆体的尾部旋拧螺母，使垫板上升直至垫板外圈与孔口段侧壁完全密封，此时，垫板无法继续上升，继续旋拧螺母以对锚杆杆体施加预应力；
4)注浆：在锚杆杆体的尾部连接注浆机，通过锚杆杆体的中空结构向垫板以上的锚杆孔进行注浆作业；
5)封锚施工：待浆液凝固后，用砂浆填充垫板以下的锚杆孔，完成封锚施工。
优选地，所述的被动触发刀钻包括套筒、刀钻头、弹簧和弹板，所述的套筒固定在锚杆杆体的外壁，所述的刀钻头、弹簧和弹板均设置在套筒内，弹簧的一端与锚杆杆体的外壁连接，弹板的内侧面与弹簧的另一端连接，刀钻头固定在弹板的外侧面，所述的套筒和刀钻头上均设有插孔，在弹簧处于压缩状态时，插孔内设有插针；所述的触发装置为钢绞丝，钢绞丝位于锚杆杆体的中空结构内，所述的锚杆杆体上设有穿插孔，所述的插针的一端设有连接线，连接线穿过穿插孔后与所述的钢绞丝连接；
所述的步骤2)中启动触发装置使被动触发刀钻伸长的具体方式为：
2.1)向下拉动钢绞丝，钢绞丝带动连接线向下运动，进而将插针从套筒中抽出；
2.2)压缩状态的弹簧失去插针的约束后回弹，通过弹板将刀钻头弹出。
优选地，所述的步骤2)锚杆杆体安装后，锚杆杆体的尾部高出锚杆孔的孔口至少50mm。
优选地，所述的步骤3)中所用的垫板的直径为100～150mm，厚度为10mm，垫板安装安装后，垫板位于孔口段的中部。
优选地，所述的步骤2)中，还在锚杆杆体上安装了排气管，排气管的顶端固定在锚杆杆体的顶端；所述的步骤3)安装垫板前，先排气管的底端穿过垫板，再向锚杆杆体的尾部旋拧螺母进而完成垫板的安装；所述的步骤4)的注浆过程中，排气管用于排出锚杆孔内的空气。
采用本发明涉及的技术方案，具有以下的特点和有益效果：
1.本发明涉及的石窟寺顶部预应力无尾孔壁刻槽中空注浆锚固组件在锚杆本体的外侧设置了被动触发刀钻，当锚杆本体放入锚杆孔后，用触发装置触发被动触发刀钻，使被动触发刀钻伸长，然后用锚杆钻机旋转锚杆本体，使得被动触发刀钻切割锚杆孔内壁形成切槽，且被动触发刀钻嵌入切槽内，如此可保证锚杆杆体位于锚杆孔的中轴位置，且实现了锚杆杆体的快速锚固，可及早对锚杆杆体施加预应力，提高了锚杆杆体的锚固力；注浆是切槽内也灌满浆液，浆液凝固后，注浆部分与锚杆孔内壁之间形成凹凸形成的连接部，提高锚固结构的整体性。
2.本发明涉及的石窟寺顶部预应力无尾孔壁刻槽中空注浆锚固方法在钻锚杆孔时，将锚杆孔钻成相互连通的孔口段和孔身段，孔口段的孔径从下到上逐渐减小，锚杆组件包括锚杆杆体和垫板，垫板的外圈与孔口段的内壁紧密接触，注浆过程中，垫板可防止浆液渗漏，浆液充填密实，锚固力强，后期锚杆孔不会出现地下水渗漏的问题。
3.本发明涉及的石窟寺顶部预应力无尾孔壁刻槽中空注浆锚固方法所使用的锚杆杆体的长度小于锚杆孔的深度，使得锚杆杆体放入锚杆孔后锚杆杆体的尾部位于锚杆孔内，封锚后锚杆杆体的尾部全部埋设于封锚体内，不会改变石窟寺表面外貌，不会影响石窟寺的观光度。
附图说明
图1为石窟寺顶部预应力无尾孔壁刻槽中空注浆锚固组件的结构示意图；
图2为被动触发刀钻的结构示意图；
图3为垫板的结构示意图；
图4为石窟寺顶部预应力无尾孔壁刻槽中空注浆锚固方法的流程图；
图5为锚杆杆体及垫板安装后的结构示意图。
附图标记说明：1-锚杆组件，11-锚杆杆体，12-垫板，13-螺母，14-出浆孔，15-穿插孔，16-螺纹段，121-中心孔，122-排气管孔，2-被动触发刀钻，21-套筒，22-刀钻头，23-插针，24-弹板，25-弹簧，26-插孔，27-钢绞丝，3-排气管，41-孔口段，42-孔身段；5-围岩，51-切槽。
具体实施方式
下面对本发明进行详细说明，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。
参照附图1所示，本发明涉及的石窟寺顶部预应力无尾孔壁刻槽中空注浆锚固组件包括锚杆杆体11、垫板12和被动触发刀钻2；所述的锚杆杆体11的长度小于设计的锚杆孔的深度，使得锚杆杆体11放入锚杆孔后锚杆杆体11的尾部位于锚杆孔内。所述的锚杆杆体11为中空结构，中空结构用于注浆；所述的被动触发刀钻2设置多组，且均匀的设置在锚杆杆体11外侧，锚杆杆体11内还设有触发装置，用于触发被动触发刀钻2伸长，通过旋转锚杆杆体11使被动触发刀钻2切割锚杆孔内壁并形成切槽，使被动触发刀钻嵌入切槽内，进而为锚杆杆体11提供锚固力；所述的垫板12通过螺母13固定在锚杆杆体的尾部，垫板12的外圈与锚杆孔内壁紧密接触，用于防止注浆时漏浆，所述的螺母13还用于对锚杆杆体施加预应力。
参照附图1和2所示，所述的被动触发刀钻2包括套筒21、刀钻头22、弹簧25和弹板24，所述的套筒21固定在锚杆杆体11的外壁，所述的刀钻头22、弹簧25和弹板24均设置在套筒21内，弹簧25的一端与锚杆杆体11的外壁连接，弹板24的内侧面与弹簧25的另一端连接，刀钻头22固定在弹板24的外侧面，所述的套筒21和刀钻头22上均设有插孔26，在弹簧25处于压缩状态时，插孔26内设有插针23；所述的触发装置为钢绞丝27，钢绞丝27位于锚杆杆体22的中空结构内，所述的锚杆杆体11上设有穿插孔15，所述的插针23的一端设有连接线，连接线穿过穿插孔15后与钢绞丝27连接。
参照附图1～3所示，所述的石窟寺顶部预应力无尾孔壁刻槽中空注浆锚固组件还包括排气管3，排气管3的顶端固定在锚杆杆体11的顶端，所述的垫板12上设有中心孔121和排气管孔122；所述的锚杆杆体11的尾部还设有螺纹段16，用于与螺母13配合，锚杆杆体11贯穿中心孔121后在螺纹段16处旋拧螺母13，排气管3底端贯穿排气管孔122，排气管3用于注浆时排出锚杆孔内的空气。为提高注浆的效率，还可以在锚杆杆体11的侧壁上还开设有若干出浆孔14。
参照附图4和5所示，基于上述石窟寺顶部预应力无尾孔壁刻槽中空注浆锚固组件的石窟寺顶部预应力无尾孔壁刻槽中空注浆方法包括以下步骤：
1)锚杆孔钻孔：利用钻机在石窟寺顶部的围岩处钻孔形成孔身段42，成孔后清理孔道，确保孔径为锚杆杆体11直径的2倍左右，利用锥形钻头将孔身段42的孔口扩大形成孔径从下到上逐渐减小的孔口段41；
2)锚杆杆体11安装：将被动触发刀钻2焊接在锚杆杆体的外壁上，被动触发刀钻2处于收缩状态，在锚杆杆体的中空结构内安装钢绞丝27，用连接线将所有被动触发刀钻2的插针23与钢绞丝27连接；在锚杆杆体11上安装了排气管3，排气管3的顶端固定在锚杆杆体11的顶端；将锚杆杆体11放入锚杆孔内，锚杆杆体11的尾部高出锚杆孔的孔口至少50mm，触发被动触发刀钻使其伸长，具体为：
2.1)向下拉动钢绞丝27，钢绞丝27带动连接线向下运动，进而将插针23从套筒21中抽出；
2.2)压缩状态的弹簧25失去插针23的约束后回弹，通过弹板24将刀钻头22弹出；
然后在锚杆杆体11的尾部连接锚杆钻机，锚杆钻机启动带动锚杆杆体11旋转，被动触发刀钻2切割锚杆孔内壁形成切槽51，且被动触发刀钻2嵌入切槽51内，为锚杆杆体11提供初始锚固力；
3)垫板安装：所用垫板12的直径为100～150mm，厚度为10mm，将排气管3的底端穿过垫板12的排气管孔122，将锚杆杆体11对准垫板12的中心孔121插入，向锚杆杆体11的尾部旋拧螺母13，进而将垫板12安装至锚杆杆体11的尾部，旋拧螺母13，使垫板12上升直至垫板12的外圈与孔口段41侧壁完全密封，此时，垫板12无法继续上升，垫板12安装安装后，垫板12位于孔口段41的中部，继续旋拧螺母13以对锚杆杆体11施加预应力；
4)注浆：在锚杆杆体11的尾部连接注浆机，设置注浆机的注浆压力值，通过锚杆杆体11的中空结构向垫板12以上的锚杆孔进行注浆作业，直至排气管3处有浆液溢出，拆下注浆机并封堵锚杆杆体11尾部的孔口；整个注浆过程中，锚杆孔内空气从排气管3排出，保证注浆顺利进行；
5)封锚施工：待浆液凝固后，用砂浆填充垫板以下的孔口段41，完成封锚施工，封锚后，锚杆杆体全部位于锚杆孔内。
以上结合实施例对本发明进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍属于本发明的专利涵盖范围之内。
Claims (10)
1.一种石窟寺顶部预应力无尾孔壁刻槽中空注浆锚固组件，其设置在锚杆孔内，其特征在于：其包括锚杆杆体、垫板和被动触发刀钻；所述的锚杆杆体的长度小于锚杆孔的深度，使得锚杆杆体放入锚杆孔后锚杆杆体的尾部位于锚杆孔内，锚杆杆体为中空结构，用于注浆；所述的被动触发刀钻设置在锚杆杆体外侧，锚杆杆体内还设有触发装置，用于触发被动触发刀钻伸长，通过旋转锚杆杆体使被动触发刀钻切割锚杆孔内壁并形成切槽，使被动触发刀钻嵌入切槽内，为锚杆杆体提供锚固力；所述的垫板通过螺母固定在锚杆杆体的尾部，垫板的外圈与锚杆孔内壁紧密接触，用于防止注浆时漏浆，所述的螺母还用于对锚杆杆体施加预应力。
2.根据权利要求1所述的石窟寺顶部预应力无尾孔壁刻槽中空注浆锚固组件，其特征在于：所述的被动触发刀钻包括套筒、刀钻头、弹簧和弹板，所述的套筒固定在锚杆杆体的外壁，所述的刀钻头、弹簧和弹板均设置在套筒内，弹簧的一端与锚杆杆体的外壁连接，弹板的内侧面与弹簧的另一端连接，刀钻头固定在弹板的外侧面，所述的套筒和刀钻头上均设有插孔，在弹簧处于压缩状态时，插孔内设有插针；所述的触发装置为钢绞丝，钢绞丝位于锚杆杆体的中空结构内，所述的锚杆杆体上设有穿插孔，所述的插针的一端设有连接线，连接线穿过穿插孔后与钢绞丝连接。
3.根据权利要求1所述的石窟寺顶部预应力无尾孔壁刻槽中空注浆锚固组件，其特征在于：其还包括排气管，排气管的顶端固定在锚杆杆体的顶端，排气管的底端穿过所述的垫板，所述的排气管用于注浆时排出锚杆孔内的空气。
4.根据权利要求3所述的石窟寺顶部预应力无尾孔壁刻槽中空注浆锚固组件，其特征在于：所述的垫板上设有中心孔和排气管孔，所述的锚杆杆体贯穿中心孔，所述的排气管贯穿排气管孔。
5.根据权利要求1所述的石窟寺顶部预应力无尾孔壁刻槽中空注浆锚固组件，其特征在于：所述的锚杆杆体的侧壁上还开设有若干出浆孔，用于注浆时浆液的流出；所述的锚杆杆体的尾部还设有螺纹段，用于与螺母配合。
6.一种基于权利要求1所述的石窟寺顶部预应力无尾孔壁刻槽中空注浆锚固组件的锚固方法，其特征在于：其包括以下步骤：
1)锚杆孔钻孔：利用钻机在石窟寺顶部的围岩处钻孔形成孔身段，利用锥形钻头将孔身段的孔口扩大形成孔径从下到上逐渐减小的孔口段；
2)锚杆杆体安装：将被动触发刀钻焊接在锚杆杆体的外壁上，被动触发刀钻处于收缩状态，在锚杆杆体的中空结构内安装触发装置，连接被动触发刀钻与触发装置，将锚杆杆体放入锚杆孔内，启动触发装置使被动触发刀钻伸长，在锚杆杆体的尾部连接锚杆钻机，锚杆钻机启动带动锚杆杆体旋转，被动触发刀钻切割锚杆孔内壁形成切槽，且被动触发刀钻嵌入切槽内，为锚杆杆体提供初始锚固力；
3)垫板安装：将垫板安装至锚杆杆体的尾部，向锚杆杆体的尾部旋拧螺母，使垫板上升直至垫板外圈与孔口段侧壁完全密封，此时，垫板无法继续上升，继续旋拧螺母以对锚杆杆体施加预应力；
4)注浆：在锚杆杆体的尾部连接注浆机，通过锚杆杆体的中空结构向垫板以上的锚杆孔进行注浆作业；
5)封锚施工：待浆液凝固后，用砂浆填充垫板以下的锚杆孔，完成封锚施工。
7.根据权利要求6所述的基于权利要求1所述的石窟寺顶部预应力无尾孔壁刻槽中空注浆锚固组件的锚固方法，其特征在于：所述的被动触发刀钻包括套筒、刀钻头、弹簧和弹板，所述的套筒固定在锚杆杆体的外壁，所述的刀钻头、弹簧和弹板均设置在套筒内，弹簧的一端与锚杆杆体的外壁连接，弹板的内侧面与弹簧的另一端连接，刀钻头固定在弹板的外侧面，所述的套筒和刀钻头上均设有插孔，在弹簧处于压缩状态时，插孔内设有插针；所述的触发装置为钢绞丝，钢绞丝位于锚杆杆体的中空结构内，所述的锚杆杆体上设有穿插孔，所述的插针的一端设有连接线，连接线穿过穿插孔后与所述的钢绞丝连接；
所述的步骤2)中启动触发装置使被动触发刀钻伸长的具体方式为：
2.1)向下拉动钢绞丝，钢绞丝带动连接线向下运动，进而将插针从套筒中抽出；
2.2)压缩状态的弹簧失去插针的约束后回弹，通过弹板将刀钻头弹出。
8.根据权利要求6所述的基于权利要求1所述的石窟寺顶部预应力无尾孔壁刻槽中空注浆锚固组件的锚固方法，其特征在于：所述的步骤2)锚杆杆体安装后，锚杆杆体的尾部高出锚杆孔的孔口至少50mm。
9.根据权利要求6所述的基于权利要求1所述的石窟寺顶部预应力无尾孔壁刻槽中空注浆锚固组件的锚固方法，其特征在于：所述的步骤3)中所用的垫板的直径为100～150mm，厚度为10mm，垫板安装安装后，垫板位于孔口段的中部。
10.根据权利要求6所述的基于权利要求1所述的石窟寺顶部预应力无尾孔壁刻槽中空注浆锚固组件的锚固方法，其特征在于：所述的步骤2)中，还在锚杆杆体上安装了排气管，排气管的顶端固定在锚杆杆体的顶端；所述的步骤3)安装垫板前，先排气管的底端穿过垫板，再向锚杆杆体的尾部旋拧螺母进而完成垫板的安装；所述的步骤4)的注浆过程中，排气管用于排出锚杆孔内的空气。
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