CN117345309A - 一种抗剪预应力锚索 - Google Patents

Abstract

本发明提供的一种抗剪预应力锚索，涉及围岩控制和加固领域，包括多根钢绞线和注浆管，多根钢绞线围绕注浆管设置；抗剪预应力锚索还包括多根抗剪锚固钢筋、螺母、挡板、螺旋筋和多个增滑锚固单元，多根抗剪锚固钢筋围绕多根钢绞线的外围设置，多根抗剪锚固钢筋靠近钻孔的入口的一端均穿设在挡板上，并通过螺母固定在挡板上，螺旋筋缠绕在多根抗剪锚固钢筋的外围，多个增滑锚固单元沿钢绞线的长度方向等距的设置在多根所述钢绞线上。本发明能够对高应力松软地层起到真正的软破岩体实质加筋、硐室近场围岩抗剪和近场围岩整体增强的作用，从根本上实现了硐室近场区域围岩强度改良和承载能力提高的效果。

Description

一种抗剪预应力锚索

技术领域

本发明涉及围岩控制和加固领域，具体而言，涉及一种抗剪预应力锚索。

背景技术

随着地下工程建设规模和开挖深度的不断增加，大型硐室围岩的稳固性与安全性一直是人们密切关注的问题。长期以来，围岩发生持续大变形是地下工程建设及维护过程中面临的重要地质灾害之一；处于高地应力或者深部环境中的地下硐室，在应力作用下，其顶底板和两帮易出现破损问题，特别是对处于软弱破碎地层中已经发生混凝土结构局部开裂的大型硐室而言，围岩预期极易发生更大规模的变形。因此，为了保障地下硐室使用的安全性与持久性，需要对硐室围岩的稳定性进行必要的加固与支护工作。

对于硐室围岩来说，为了增大其整体稳定性，采用锚索及预应力锚索支护是一种广泛使用、安全高效的支护方式。通过将预应力钢绞线的一端固定在硐室围岩岩体的外侧，另一端锚固在滑动面以内的稳定岩体中，并对硐室表面松软岩体施加预应力，使得结构面处于紧压状态，增加结构面抗滑摩擦阻力以保持岩体的完整性，从而在根本上改善岩体力学特性，有效控制岩体位移并使其保持稳定状态。预应力锚索具有结构简单、施工安全、普适性强、效果显著等优势，近年来得到快速发展与广泛应用。同时，由于岩体滑动、变形导致的预应力锚索失效问题对地下岩土工程的稳定与安全带来了巨大的安全隐患。受硐室围岩滑动面位置的大变形特征与剪切作用对锚固系统的影响，多种具有抗剪性能的预应力锚索也逐渐发展起来。

经发明人研究发现，目前代表性技术的硐室加固用抗剪预应力锚索主要通过自身材料的抗剪、抗弯效应实现加固的效果，以便能够控制完整性较好岩体或局部深部软弱岩体的滑移与挤压问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种抗剪预应力锚索，其能够对高应力松软地层起到真正的软破岩体实质加筋、硐室近场围岩抗剪和近场围岩整体增强的作用，从根本上实现了硐室近场区域围岩强度改良和承载能力提高的效果。

本发明的实施例是这样实现的：

第一方面，本发明提供一种抗剪预应力锚索，包括多根钢绞线和注浆管，多根所述钢绞线围绕所述注浆管设置，并根据所述钢绞线插入钻孔的深度从浅到深的分为抗剪段和锚固段；

所述抗剪预应力锚索还包括位于所述抗剪段的多根抗剪锚固钢筋、螺母、挡板和螺旋筋，多根所述抗剪锚固钢筋围绕多根所述钢绞线的外围设置，多根所述抗剪锚固钢筋靠近所述钻孔的入口的一端均穿设在所述挡板上，并通过所述螺母固定在所述挡板上，所述螺旋筋缠绕在多根所述抗剪锚固钢筋的外围，并形成笼状柱体；

所述抗剪预应力锚索还包括位于所述锚固段的多个增滑锚固单元，多个所述增滑锚固单元沿所述钢绞线的长度方向等距的设置在多根所述钢绞线上；

所述增滑锚固单元包括单元体和滑道装置，所述单元体套设在多根所述钢绞线上，所述滑道装置套设在所述单元体上，用于减阻增滑，防止所述钻孔的孔壁破碎导致所述单元体无法进入到孔底的问题。

在可选的实施方式中，所述抗剪锚固钢筋远离所述钻孔的入口的一端向靠近所述钢绞线的方向弯折预设角度。

在可选的实施方式中，所述钢绞线上位于所述抗剪段的部分表面涂抹有黄油并且套设有软管。

在可选的实施方式中，所述抗剪预应力锚索包括多个连接头，所述抗剪锚固钢筋由多根螺纹钢筋首尾连接而成，所述连接头设置在相邻两根所述螺纹钢筋的连接处。

在可选的实施方式中，所述抗剪预应力锚索还包括位于多个隔离架，多个所述隔离架沿所述注浆管的长度方向等距的设置在所述注浆管和多根所述钢绞线上，多根所述抗剪锚固钢筋穿过位于所述抗剪段的多个所述隔离架。

在可选的实施方式中，所述钢绞线和所述抗剪锚固钢筋通过铅丝与所述隔离架进行绑扎连接。

在可选的实施方式中，所述滑道装置的形状为钢制的薄圆筒，薄圆筒的两端向内弯折形成预设坡度。

在可选的实施方式中，所述抗剪预应力锚索还包括位于设置在所述锚固段的多根束线环，多根所述束线环沿所述钢绞线的长度方向等距的绑扎多根所述钢绞线上。

在可选的实施方式中，所述抗剪预应力锚索还包括锁具、钢垫板和导向帽，多根所述钢绞线位于所述钻孔外的一端均穿过所述钢垫板，所述锁具配合所述钢垫板张拉多根所述钢绞线，多根所述钢绞线位于所述钻孔孔底的一端连接所述导向帽。

本发明实施例的有益效果是：

本发明提供一种抗剪预应力锚索，包括多根钢绞线和注浆管，多根钢绞线围绕注浆管设置，并根据钢绞线插入钻孔的深度从浅到深的分为抗剪段和锚固段；抗剪预应力锚索还包括位于抗剪段的多根抗剪锚固钢筋、螺母、挡板和螺旋筋，多根抗剪锚固钢筋围绕多根钢绞线的外围设置，多根抗剪锚固钢筋靠近钻孔的入口的一端均穿设在挡板上，并通过螺母固定在挡板上，螺旋筋缠绕在多根抗剪锚固钢筋的外围，并形成笼状柱体。本发明中，多根钢绞线的设置可以有效的加强锚索的强度，另外，本发明采用的由多根抗剪锚固钢筋与螺旋筋以点焊或铅丝绑扎的方式连接方式使得二者连接在一起，并通过挡板和螺母固定在一起，形成的特制的笼状到的锚索抗剪锚固结构钢筋笼，注浆后与锚索及围岩紧密结合形成一个核心受力体，并且核心受力体与钢绞线锚固段是分离且相互不产生影响，可以最大程度的提升现有预应力锚索的抗剪强度，增强硐室围岩体强度与抗变形能力；

除此之外，抗剪预应力锚索还包括位于锚固段的多个增滑锚固单元，多个增滑锚固单元沿钢绞线的长度方向等距的设置在多根钢绞线上；增滑锚固单元包括单元体和滑道装置，单元体套设在多根钢绞线上，滑道装置套设在单元体上。有效解决因松散地层钻孔内壁破碎造成的锚索推送不顺利或短时间无法推送问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例提供的一种抗剪预应力锚索结构示意图；

图2为图1中Ⅰ-Ⅰ剖面示意图和Ⅱ-Ⅱ剖面示意图；

图3为本发明实施例提供的连接头示意图；

图4为本发明实施例提供的增滑锚固单元结构示意图。

图标:

10-钢绞线；11-抗剪段；12-锚固段；20-注浆管；30-抗剪锚固钢筋；40-螺母；50-挡板；60-螺旋筋；70-软管；80-连接头；90-隔离架；100-增滑锚固单元；101-单元体；102-滑道装置；110-束线环；120-锁具；130-钢垫板；140-导向帽；150-钻孔。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、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。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“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，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本实施例提供的一种抗剪预应力锚索，主要是用于保障地下硐室使用的安全性与持久性，并对硐室围岩的稳定性进行必要的加固与支护，从而在根本上改善岩体力学特性，有效控制岩体位移并使其保持稳定状态，另外，本实施例结构简单、普适性强、具有强抗剪能力的硐室加固用抗剪预应力锚索，对高应力软弱破碎地层中的硐室围岩起到实质加筋、局部抗剪和整体增强的作用，从根本上提升围岩承载能力，增强工程结构的稳定性，大幅提升对硐室围岩的强度改良与结构加固效果。

如图1和图2所示，本实施例提供一种抗剪预应力锚索，包括多根钢绞线10和注浆管20，多根钢绞线10围绕注浆管20设置，并根据钢绞线10插入钻孔150的深度从浅到深的分为抗剪段11和锚固段12；抗剪预应力锚索还包括位于抗剪段11的多根抗剪锚固钢筋30、螺母40、挡板50和螺旋筋60，多根抗剪锚固钢筋30围绕多根钢绞线10的外围设置，多根抗剪锚固钢筋30靠近钻孔150的入口的一端均穿设在挡板50上，并通过螺母40固定在挡板50上，螺旋筋60缠绕在多根抗剪锚固钢筋30的外围，并形成笼状柱体。

详细的，本实施例中，钻孔150长度为20~40m，钻孔150直径为150mm，注浆管20位于抗剪预应力锚索的中心位置，钢绞线10为15.24mm，设置有6股，整体等距的环绕注浆管20布置；螺旋筋60使用直径φ6.5mm的光圆钢筋制成，抗剪锚固钢筋30使用直径φ16mm、单根长度2.5m的螺纹钢筋制成，螺母40配套φ16mm螺纹钢筋使用；并通过对缠绕的螺旋筋60与抗剪锚固钢筋30的多次连接重叠位置采用点焊或铅丝绑扎方式进行固定，形成直径φ130mm的笼状柱体，挡板50的厚度为20mm、外径130mm，注浆管20直径为φ20mm，耐压值为4MPa。

可以理解的是，本实施例中，多根钢绞线10的设置可以有效的加强锚索的强度，另外，本实施例采用的由多根抗剪锚固钢筋30与螺旋筋60以点焊或铅丝绑扎的方式连接方式使得二者连接在一起，并通过挡板50和螺母40固定在一起，形成的特制锚索抗剪锚固结构钢筋笼，注浆后与锚索及围岩紧密结合形成一个核心受力体，并且核心受力体与钢绞线10锚固段是分离且相互不产生影响，可以最大程度的提升现有预应力锚索的抗剪强度，增强硐室围岩体强度与抗变形能力。

如图4所示，抗剪预应力锚索还包括位于锚固段12的多个增滑锚固单元100，多个增滑锚固单元100沿钢绞线10的长度方向等距的设置在多根钢绞线10上，增滑锚固单元100包括单元体101和滑道装置102，单元体101套设在多根钢绞线10上，滑道装置102套设在单元体101上，用于防止钻孔150的孔壁破碎导致单元体101无法进入到孔底的问题；另外，滑道装置102的形状为钢制的薄圆筒，薄圆筒的两端向内弯折形成预设坡度。

可以理解的是，增滑锚固单元100主要气道保护、减阻和锚固等多重作用，增滑锚固单元100的外径为95mm，包裹单元体101的滑道装置102由内径96mm、壁厚2mm钢制薄圆筒，薄圆筒的两端裁切成锯齿状结构，经管钳将锯齿状结构向内弯折后完全包裹并固定住单元体101。

需要注意的是，本实施例通过上述方式以及结构能够解决传统预应力锚索在进行大硐室加固时，无法对松软地层侧向应力提供足够的对抗作用、松软地层自身承载力发挥不理想、松软地层钻孔150孔壁破碎导致的锚索推送不顺利或根本无法推送的问题；且本实施例提供的抗剪预应力锚索对高应力松软地层起到了真正的实质加筋、局部抗剪和整体增强的作用，从根本上实现了硐室近场区域围岩全面的围岩强度改良和承载能力提升的效果。

进一步地，抗剪锚固钢筋30远离钻孔150的入口的一端向靠近钢绞线10的方向弯折预设角度。详细的，弯折的角度为45°，可以理解的是，将抗剪锚固钢筋30的一端弯折的目的是为了确保将抗剪锚固钢筋30推送至钻孔150时，不会卡在钻孔150壁上，尤其是岩体稳定性较差的钻孔150。

进一步地，钢绞线10上位于抗剪段11的部分表面涂抹有黄油并且套设有软管70。详细的，每根钢绞线10均套设有一个软管70，软管70为PVC软管70，φ为25mm，可以理解的是，设置黄油的目的是防腐处理，设置软管70的目的是隔绝钢绞线10和岩体直接接触，具有防腐的作用，同时还可以保证钢绞线10在钻孔150内的推送效果。

图1和图3所示，进一步地，抗剪预应力锚索包括多个连接头80，抗剪锚固钢筋30由多根螺纹钢筋首尾连接而成，连接头80设置在相邻两根螺纹钢筋的连接处。详细的，连接相邻螺纹钢筋用的异形钢筋连接头80的长度为50mm，外径20mm，两端倒角为30°。可以理解的是，由于两根螺纹钢筋的连接处是通过焊接或其他工艺连接，因此在抗剪的能力上比起螺纹钢筋自身来说要弱很多，为了加强两根螺纹钢筋连接处的强度，设置连接头80将连接处包裹起来，以此来增强抗剪锚固钢筋30整体的抗剪能力。

本实施例中，抗剪预应力锚索还包括多个隔离架90，多个隔离架90沿所述注浆管20的长度方向等距的设置在注浆管20和多根钢绞线10上，多根抗剪锚固钢筋30穿过位于抗剪段11的多个隔离架90，钢绞线10和抗剪锚固钢筋30通过铅丝与隔离架90进行绑扎连接。详细的，多根钢绞线10整体位于隔离架90的中间位置且环向布置，多根抗剪锚固钢筋30位于隔离架90外围位置且环向布置，隔离架90外径130mm，隔离架90之间的距离为2m。

可以理解的是，使用隔离架90对钢绞线10的位置进行约束，能够在锚索推送过程中有效保护钢绞线10及其外部保护层，增加抗剪预应力锚索的耐久性；在抗剪预应力锚索的抗剪段11使用铅丝对钢绞线10、抗剪锚固钢筋30与隔离架90进行绑扎连接，能够有效提高钢绞线10与抗剪锚固结构两者连接的稳固性。

本实施例提供的抗剪预应力锚索还包括位于设置在锚固段12的多根束线环110，多根束线环110沿钢绞线10的长度方向等距的绑扎多根钢绞线10上。详细的，束线环110的外径为95mm，与位于锚固段12的隔离架90间隔设置，隔离架90和束线环110间隔距离为1m，两者的作用均是对钢绞线10进行位置约束以及尺寸约束，保证钢绞线10能够顺直的推送进钻孔150内。

除此之外，本实施例提供的抗剪预应力锚索还包括锁具120、钢垫板130和导向帽140，多根钢绞线10位于钻孔150外的一端均穿过钢垫板130，锁具120配合钢垫板130张拉多根钢绞线10，多根钢绞线10位于钻孔150孔底的一端连接导向帽140。详细的，在钢绞线10的端部采用OVM.M15-6锁具120和尺寸为250mm250mm、厚度为16mm的钢垫板130进行锁定操作，当注浆管20注入水泥浆并形成水泥浆结石体，养护一定时间后，使用锁具120及钢垫板130进行张拉锁定。

需要注意的是，通过锁具120及钢垫板130为抗剪预应力锚索提供初始预应力，并在注浆操作后，使得抗剪预应力锚索与岩体形成有效受力整体，以便提高松软地层自身承载力，并对松软地层侧向应力提供足够的对抗应力。

本实施例提供的一种抗剪预应力锚索具有以下优点：

一、本实施例提供的一种抗剪预应力锚索，采用一种由螺纹钢筋与螺旋筋60以点焊或铅丝绑扎方式连接并通过挡板50和螺母40固定在一起，组合成抗剪段11，形成特制锚索抗剪锚固结构钢筋笼，注浆后，抗剪预应力锚索与围岩紧密结合形成一个核心受力体，并且核心受力体与钢绞线10的锚固段12是分离且相互不产生影响，可以最大程度的提升现有预应力锚索的抗剪强度，增强硐室围岩体强度与抗变形能力。

二、本实施例提供的一种抗剪预应力锚索，在锚索构件中设置螺纹钢筋内弯段、异形钢筋连接头80及增滑锚固单元100，可以为抗剪预应力锚索长距离推送过程起到减阻增滑、减少推送障碍的作用，有效解决因松散地层钻孔150内壁破碎造成的锚索推送不顺利或短时间无法推送问题。

三、本实施例提供的一种抗剪预应力锚索，在抗剪段11设置有锁具120，通过锁具120及钢垫板130为抗剪预应力锚索提供初始预应力，并在注浆操作后，使得抗剪预应力锚索与岩体形成有效受力整体，以便提高松软地层自身承载力，并对松软地层侧向应力提供足够的对抗应力。

四、本实施例提供的一种抗剪预应力锚索，使用隔离架90与束线环110对钢绞线10进行约束，能够在锚索推送过程中有效保护钢绞线10及其外部保护层，增加锚索的耐久性；在抗剪段11使用铅丝对钢绞线10、螺纹钢筋与隔离架90进行绑扎连接，能够有效提高钢绞线10与抗剪锚固结构两者连接的稳固性。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种抗剪预应力锚索，其特征在于，包括多根钢绞线和注浆管，多根所述钢绞线围绕所述注浆管设置，并根据所述钢绞线插入钻孔的深度从浅到深的分为抗剪段和锚固段；

所述抗剪预应力锚索还包括位于所述抗剪段的多根抗剪锚固钢筋、螺母、挡板和螺旋筋，多根所述抗剪锚固钢筋围绕多根所述钢绞线的外围设置，多根所述抗剪锚固钢筋靠近所述钻孔的入口的一端均穿设在所述挡板上，并通过所述螺母固定在所述挡板上，所述螺旋筋缠绕在多根所述抗剪锚固钢筋的外围，并形成笼状柱体；

所述抗剪预应力锚索还包括位于所述锚固段的多个增滑锚固单元，多个所述增滑锚固单元沿所述钢绞线的长度方向等距的设置在多根所述钢绞线上；

所述增滑锚固单元包括单元体和滑道装置，所述单元体套设在多根所述钢绞线上，所述滑道装置套设在所述单元体上，用于减阻增滑，防止所述钻孔的孔壁破碎导致所述单元体无法进入到钻孔孔底。

2.根据权利要求1所述的一种抗剪预应力锚索，其特征在于，所述抗剪锚固钢筋远离所述钻孔的入口的一端向靠近所述钢绞线的方向弯折预设角度。

3.根据权利要求1所述的一种抗剪预应力锚索，其特征在于，所述钢绞线上位于所述抗剪段的部分表面涂抹有黄油并且套设有软管。

4.根据权利要求1所述的一种抗剪预应力锚索，其特征在于，所述抗剪预应力锚索包括多个连接头，所述抗剪锚固钢筋由多根螺纹钢筋首尾连接而成，所述连接头设置在相邻两根所述螺纹钢筋的连接处。

5.根据权利要求1所述的一种抗剪预应力锚索，其特征在于，所述抗剪预应力锚索还包括位于多个隔离架，多个所述隔离架沿所述注浆管的长度方向等距的设置在所述注浆管和多根所述钢绞线上，多根所述抗剪锚固钢筋穿过位于所述抗剪段的多个所述隔离架。

6.根据权利要求5所述的一种抗剪预应力锚索，其特征在于，所述钢绞线和所述抗剪锚固钢筋通过铅丝与所述隔离架进行绑扎连接。

7.根据权利要求1所述的一种抗剪预应力锚索，其特征在于，所述滑道装置的形状为钢制的薄圆筒，薄圆筒的两端向内弯折形成预设坡度。

8.根据权利要求1所述的一种抗剪预应力锚索，其特征在于，所述抗剪预应力锚索还包括位于设置在所述锚固段的多根束线环，多根所述束线环沿所述钢绞线的长度方向等距的绑扎多根所述钢绞线上。

9.根据权利要求1所述的一种抗剪预应力锚索，其特征在于，所述抗剪预应力锚索还包括锁具、钢垫板和导向帽，多根所述钢绞线位于所述钻孔外的一端均穿过所述钢垫板，所述锁具配合所述钢垫板张拉多根所述钢绞线，多根所述钢绞线位于所述钻孔孔底的一端连接所述导向帽。