CN115898494B - 一种高延伸率玄武岩纤维防腐锚索及其支护方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于锚索支护技术领域，具体涉及一种高延伸率玄武岩纤维防腐锚索及其支护方法。锚索包括：锚索本体、中空锚具与锚索托盘，锚索本体包括小径段、大径段与变径段，变径段位于小径段与大径段之间；中空锚具与锚索托盘均套设在锚索本体变径段与大径段所在的一端上，中空锚具的一端顶压在锚索托盘上；锚索本体采用玄武岩纤维制作而成。该锚索具有更好的防腐性能，且克服了玄武岩纤维锚索延长率低的特点，具有更好的让压吸能特性，更有利于实际工程应用，满足大部分工程实际设计的支护要求。

Description

一种高延伸率玄武岩纤维防腐锚索及其支护方法

技术领域

本发明属于锚索支护技术领域，具体涉及一种高延伸率玄武岩纤维防腐锚索及其支护方法。

背景技术

锚固支护广泛应用于地下工程领域，是岩土工程中最重要的支护防护手段之一，但目前广泛应用的普通钢绞线锚索存在生命周期短、容易拉伸破断等现象。传统的玄武岩纤维锚索有较强的耐腐蚀性和耐久性，但其脆性较高，延长率低，在地下工程变形过程中容易发生断裂。现有的让压支护锚固支护手段，主要依靠组合结构，较少的考虑到了防腐等因素。

随着我国隧道建设的高速发展及其对耐久性越来越严苛的要求，发明一种能够具有高延长率玄武岩纤维防腐锚索设备及支护方法，对地下工程锚固支护具有重要的指导意义。

因此，需要提供一种针对上述现有技术不足的改进技术方案。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高延伸率玄武岩纤维防腐锚索及其支护方法，以至少解决目前锚索不满足高延伸率及防腐要求等问题。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种高延伸率玄武岩纤维防腐锚索，所述锚索包括：

锚索本体，所述锚索本体包括小径段、大径段与变径段，所述变径段位于小径段与大径段之间；

中空锚具与锚索托盘，所述中空锚具与锚索托盘均套设在锚索本体变径段与大径段所在的一端上，中空锚具的一端顶压在锚索托盘上，以将锚索端部锁紧；

锚索本体采用玄武岩纤维制作而成。

如上所述的高延伸率玄武岩纤维防腐锚索，优选地，所述变径段的直径从小径段至大径段方向逐渐变大；锚索本体的小径段是伸入到钻孔中的部分，锚索本体的大径段与变径段是伸出到钻孔之外的部分。

如上所述的高延伸率玄武岩纤维防腐锚索，优选地，所述变径段为圆锥台结构；

所述中空锚具的外形为圆锥台结构，所述中空锚具的内部为空心结构，所述中空锚具的锥度与所述变径段的锥度相同。

如上所述的高延伸率玄武岩纤维防腐锚索，优选地，圆锥台的中空锚具直径最小的一端为小端，直径最大的一端为大端；

所述中空锚具小端直径等于所述小径段直径；所述中空锚具的大端上设有中空孔，所述中空孔直径大于等于所述大径段的直径；

如上所述的高延伸率玄武岩纤维防腐锚索，优选地，所述中空锚具轴向的长度大于等于所述变径段轴向的长度。

如上所述的高延伸率玄武岩纤维防腐锚索，优选地，所述中空锚具与锚索本体之间的空隙中填充有注浆液，以使中空锚具锁紧锚索本体。

如上所述的高延伸率玄武岩纤维防腐锚索，优选地，所述锚索本体与中空锚具及注浆液之间的摩擦阻力大于锚索本体极限抗拉强度的百分之50，且小于锚索本体极限抗拉强度的百分之80。

如上所述的高延伸率玄武岩纤维防腐锚索，优选地，索本体与中空锚具及注浆液之间的摩擦阻力与锚索本体极限抗拉强度符号如下公式：

F₁＝u₁*f*k

F₂＝u₂*f*k

F₃＝min(F₁,F₂)

0.5*σ*C_min≤F₃≤0.8*σ*C_min

公式中：

u₁表示中空锚具与注浆液之间的摩擦系数；

F₁表示中空锚具与注浆液之间的摩擦力；

f表示围岩对锚索的拉力；

k表示围岩对锚索的拉力在垂直于中空锚具内表面方向的分配系数；

u₂表示锚索与注浆液之间的摩擦系数；

F₂表示锚索与注浆液之间的摩擦力；

F₃表示两种摩擦阻力取最小值；

σ表示锚索极限抗拉强度；

C_min表示锚索本体中的最小截面积。

如上所述的高延伸率玄武岩纤维防腐锚索，优选地，所述中空锚具采用防腐材料制作而成；所述锚索托盘采用玄武岩纤维制作而成。

本申请还提供一种如上所述的高延伸率玄武岩纤维防腐锚索的支护方法，所述支护方法包括：

步骤1，在围岩上钻孔，清除孔内渣滓，并在孔内放入锚固剂；

步骤2，将锚索本体穿过中空锚具与锚索托盘，然后将锚索本体的小径段推入到围岩上的钻孔内，锚索本体将锚固剂推至孔底；

步骤3，旋转锚索本体，以将锚固剂搅拌均匀，以使锚索本体在孔底形成锚固端；

步骤4，通过张拉装置拉紧锚索本体的大径段，实现锚索本体的预应力加载；

步骤5，在预应力加载稳定后，锚索本体与中空锚具之间出现间隙，将注浆管连通所述间隙，通过注浆管向间隙内注入注浆液；去除张拉装置，实现锚索本体与中空锚具的锁紧；

步骤6，围岩发生变形后，锚索本体受到向着围岩内部的拉伸力，当拉伸力大于锚索本体与中空锚具及凝固的注浆液之间的摩擦阻力后，锚索本体向着中空锚具内部进行滑动，实现较好的让压效果。

有益效果：本申请锚索本体采用玄武岩纤维制作而成，大大提高了锚索本体的防腐性能；为了提高锚索的让压延伸性能，且通过在锚索本体上设置小径段、变径段与大径段，使其与合圆锥台形的中空锚具以及位于两者间隙的高分子注浆液配合，较好的实现了该锚索的让压吸能，克服了玄武岩纤维锚索延长率低的特点，更有利于实际工程应用，满足大部分工程实际设计的支护要求。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。其中：

图1为发明实施例中锚索的结构示意图；

图2为发明实施例中施加预应力并注入高分子注浆液后锚索的结构示意图；

图3为发明实施例中锚索受力后中空锚具膨胀让压的结构示意图。

图中：1、围岩；2、锚索托盘；3、中空锚具；4、注浆管；5、锚索本体；6、预应力；7、高分子注浆液；8、拉伸力。

具体实施方式

下面将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的一部分实施例，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，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”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而不是要求本发明必须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。本发明中使用的术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间部件间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

根据本发明的具体实施例，如图1-3所示，本发明提供一种高延伸率玄武岩纤维防腐锚索，锚索包括：锚索本体5，锚索本体5包括小径段、大径段与变径段，变径段位于小径段与大径段之间；中空锚具3与锚索托盘2，中空锚具3与锚索托盘2均套设在锚索本体5变径段与大径段所在的一端上，中空锚具3的一端顶压在锚索托盘2上，以将锚索端部锁紧。

在本实施例中，小径段与大径段均为圆柱形结构，大径段的直径大于小径段；变径段为圆锥台结构，从而使得小径段至大径段的均匀的进行过度，也即本申请具有变径段的锚索本体5结构更加均匀。中空锚具3套设在锚索的变径段与大径段所在的一端，这就使得锚索与中空锚具3接触的部分是逐渐变大的。锚索本体5为玄武岩纤维锚索束。

当锚索收到围岩1内部作用力被拉伸时，锚索逐渐向着围岩1内部运动，使得锚索的变径段及大径段逐渐进入中空锚具3中，逐渐缓冲围岩1应力作用，使得锚索发挥了较好的让压特性，从而克服了玄武岩锚索延伸率低的缺点，保证了锚索更好的起到支护作用。

变径段的直径从小径段至大径段方向逐渐变大；锚索本体5的小径段是伸入到钻孔中的部分，锚索本体5的大径段与变径段是伸出到钻孔之外的部分。也即变径段的直径从小径段至大径段方向平缓过渡；保证锚索本体5结构的均匀性，进而避免锚索本体5因结构突变而在受力情况下，发生受力不均应力集中的情况。

变径段为圆锥台结构；中空锚具3的外形为圆锥台结构，中空锚具3的内部为空心结构，中空锚具3的锥度与变径段的锥度相同。中空锚具3的锥度与锚索变径段的锥度相同，则更加便于中空锚具3的安装与锚固锁紧。

圆锥台的中空锚具3直径最小的一端为小端，直径最大的一端为大端；中空锚具3小端直径等于小径段直径；中空锚具3的大端上设有中空孔，中空孔直径大于等于大径段的直径；中空锚具3上的中空孔直径大于等于锚索大径段的直径，从而更加便于锚索大径段进入到中空锚具3中，以便于锚索的让压运动。

中空锚具3轴向的长度大于等于变径段轴向的长度。便于中空锚索的安装与锁具操作。

中空锚具3与锚索本体5之间的空隙中填充有注浆液，以使中空锚具3锁紧锚索本体5。在本实施例中，浆液为高分子材料注浆液。本申请通过注浆液填充到中空锚具3与锚索本体5之间的空隙中，使得中空锚具3与锚索本体5的位置相对固定，从而实现对锚索本体5施加预应力6后，对锚索本体5的无损锁紧；在现有技术中，一般的锚索是通过夹片等结构进行锁紧，在锁紧过程中会产生剪切力；而本申请中的锚索采用玄武岩纤维制作，采用传统锁紧结构很可能会对本申请的玄武岩纤维锚索造成一定的损坏；而本申请中这种通过高分子注浆液7填充满中空锚具3与锚索本体5之间的空隙的做法，不仅实现了对锚索的锁紧，还完全避免了锚索受到受害的情况发生。

在此基础上，注浆液覆盖在中空锚具3内的锚索本体5上，对锚索本体5进行了保护，还进一步避免了该段锚索本体5被腐蚀的情况发生。

锚索本体5与中空锚具3及注浆液之间的摩擦阻力大于锚索本体5抗拉强度的百分之50且同时小于锚索本体5抗拉强度的百分之80。

如公式1-3所示：

F₁＝u₁*f*k

F₂＝u₂*f*k

F₃＝min(F₁,F₂)

0.5*σ*C_min≤F₃≤0.8*σ*C_min

公式中：

u₁表示中空锚具与注浆液之间的摩擦系数；

F₁表示中空锚具与注浆液之间的摩擦力；

f表示围岩对锚索的拉力；

k表示围岩对锚索的拉力在垂直于中空锚具内表面方向的分配系数；

u₂表示锚索与注浆液之间的摩擦系数；

F₂表示锚索与注浆液之间的摩擦力；

F₃表示两种摩擦阻力取最小值；

σ表示锚索极限抗拉强度；

C_min表示锚索本体中的最小截面积。

如此设置保证锚索本体5可以相对中空锚具3发生摩擦位移运动，而锚索本体5不会在位移运动中出现变形的情况；不仅使得锚索更好的进行让压运动，而且避免了锚索发生破损变形而使支护失效的情况发生。

中空锚具3采用防腐材料制作而成。在本实施例中，中空锚具3采用304不锈钢或其他耐腐蚀材料，提高了中空锚具3的防腐性能。锚索本体5与锚索托盘2采用玄武岩纤维制作而成。使得锚索本体5与锚索托盘2强度高、电绝缘、耐腐蚀、耐高温性能均较好。

本申请还提供一种如上的高延伸率玄武岩纤维防腐锚索的支护方法，该支护方法包括：

步骤1，在围岩1上钻孔，清除孔内渣滓，并在孔内放入锚固剂。

步骤2，将锚索本体5穿过中空锚具3与锚索托盘2，然后将锚索本体5的小径段推入到围岩1上的钻孔内，锚索本体5将锚固剂推至孔底。

步骤3，旋转锚索本体5，以将锚固剂搅拌均匀，以使锚索本体5在孔底形成锚固端。

步骤4，通过张拉装置拉紧锚索本体5的大径段，实现锚索本体5的预应力6加载；在此期间，中空锚具3始终将锚索托盘2顶推至与围岩1紧贴；张拉装置向锚索本体5施加，沿其轴线方向远离围岩1的张紧力，从而使得锚索本体5与中空锚具3之间出现间隙。

步骤5，在预应力6加载稳定后，锚索本体5与中空锚具3之间出现间隙，将注浆管4连通间隙，通过注浆管4向间隙内注入注浆液；在本实施例中，注浆管4连接在圆锥台形中空锚具3的大端位置；去除张拉装置，实现锚索本体5与中空锚具3的锁紧。

步骤6，围岩1发生变形后，锚索本体5受到向着围岩1内部的拉伸力8，当拉伸力8大于锚索本体5与中空锚具3及凝固的注浆液之间的摩擦阻力后，锚索本体5向着中空锚具3内部进行滑动，实现较好的让压效果。

由于锚索本体在张拉锁紧时，是锚索本体的变径段与小径段的一部分位于中空锚具内，当锚索本体向着中空锚具运动时，锚索本体的大径段会逐渐进入到中空锚具内部，由于锚索本体的直径是逐渐变大的，使得锚索本体在发生滑动位移的过程中，锚索本体中的大径段逐渐进入中空锚具中，从而使得锚具膨胀变形。在这个过程中逐渐消耗掉围岩内的变形能量，使得锚索较好的进行让压吸能。

综上所述，本发明提供的高延伸率玄武岩纤维防腐锚索及其支护方法的技术方案中，锚索本体采用玄武岩纤维制作而成，大大提高了锚索本体的防腐性能；为了提高锚索的让压延伸性能，本申请锚索本体设置小径段、变径段与大径段，其中变径段处于小径段与大径段之间，变径段的直径逐渐变大，本申请上述特殊结构的锚索本体配合圆锥台形的中空锚具以及位于两者间隙的高分子注浆液，较好的实现了该锚索的让压吸能，克服了玄武岩纤维锚索延长率低的特点；也即本申请的锚索不仅具有较好的防腐性能，还具有更好的让压特性，更有利于实际工程应用，满足大部分工程实际设计的支护要求。

可以理解的是，以上描述仅为示例性的，本申请实施例对此并不进行限定。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均在本发明待批权利要求保护范围之内。

Claims (3)

1.一种高延伸率玄武岩纤维防腐锚索，其特征在于，所述锚索包括：

锚索本体，所述锚索本体包括小径段、大径段与变径段，所述变径段位于小径段与大径段之间；

中空锚具与锚索托盘，所述中空锚具与锚索托盘均套设在锚索本体变径段与大径段所在的一端上，中空锚具的一端顶压在锚索托盘上，以将锚索端部锁紧；

锚索本体采用玄武岩纤维制作而成，所述变径段的直径从小径段至大径段方向逐渐变大；锚索本体的小径段是伸入到钻孔中的部分，锚索本体的大径段与变径段是伸出到钻孔之外的部分，所述变径段为圆锥台结构；

所述中空锚具的外形为圆锥台结构，所述中空锚具的内部为空心结构，所述中空锚具的锥度与所述变径段的锥度相同，圆锥台的中空锚具直径最小的一端为小端，直径最大的一端为大端；

所述中空锚具小端直径等于所述小径段直径；所述中空锚具的大端上设有中空孔，所述中空孔直径大于等于所述大径段的直径；

所述中空锚具轴向的长度大于等于所述变径段轴向的长度，所述中空锚具与锚索本体之间的空隙中填充有注浆液，以使中空锚具锁紧锚索本体，所述锚索本体与中空锚具及注浆液之间的摩擦阻力大于锚索本体极限抗拉强度的百分之50，且小于锚索本体极限抗拉强度的百分之80，锚索本体与中空锚具及注浆液之间的摩擦阻力与锚索本体极限抗拉强度符合如下公式：

F₁＝u₁*f*k

F₂＝u₂*f*k

F₃＝min(F₁,F₂)

0.5*σ*C_min≤F₃≤0.8*σ*C_min

公式中：

u₁表示中空锚具与注浆液之间的摩擦系数；

F₁表示中空锚具与注浆液之间的摩擦力；

f表示围岩对锚索的拉力；

k表示围岩对锚索的拉力在垂直于中空锚具内表面方向的分配系数；

u₂表示锚索与注浆液之间的摩擦系数；

F₂表示锚索与注浆液之间的摩擦力；

F₃表示两种摩擦阻力取最小值；

σ表示锚索极限抗拉强度；

C_min表示锚索本体中的最小截面积。

2.根据权利要求1所述的高延伸率玄武岩纤维防腐锚索，其特征在于，所述中空锚具采用防腐材料制作而成；所述锚索托盘采用玄武岩纤维制作而成。

3.一种高延伸率玄武岩纤维防腐锚索的支护方法，其使用权利要求1-2任一所述的高延伸率玄武岩纤维防腐锚索，其特征在于，所述支护方法包括：

步骤1，在围岩上钻孔，清除孔内渣滓，并在孔内放入锚固剂；

步骤2，将锚索本体穿过中空锚具与锚索托盘，然后将锚索本体的小径段推入到围岩上的钻孔内，锚索本体将锚固剂推至孔底；

步骤3，旋转锚索本体，以将锚固剂搅拌均匀，以使锚索本体在孔底形成锚固端；

步骤4，通过张拉装置拉紧锚索本体的大径段，实现锚索本体的预应力加载；

步骤5，在预应力加载稳定后，锚索本体与中空锚具之间出现间隙，将注浆管连通所述间隙，通过注浆管向间隙内注入注浆液；去除张拉装置，实现锚索本体与中空锚具的锁紧；

步骤6，围岩发生变形后，锚索本体受到向着围岩内部的拉伸力，当拉伸力大于锚索本体与中空锚具及凝固的注浆液之间的摩擦阻力后，锚索本体向着中空锚具内部进行滑动，实现较好的让压效果。