CN117587809A

CN117587809A - 一种适用于浅埋富水环境的锚固组件及锚固施工方法

Info

Publication number: CN117587809A
Application number: CN202410054197.0A
Authority: CN
Inventors: 杨军; 董美强; 边文辉; 翟兆玺; 杨义豪; 李喆; 何肖辉
Original assignee: China University of Mining and Technology Beijing CUMTB
Current assignee: China University of Mining and Technology Beijing CUMTB
Priority date: 2024-01-15
Filing date: 2024-01-15
Publication date: 2024-02-23
Anticipated expiration: 2044-01-15
Also published as: CN117587809B

Abstract

本申请涉及一种适用于浅埋富水环境的锚固组件及锚固施工方法，其中，适用于浅埋富水环境的锚固组件，包括：排水机构和锚固机构，通过排水机构的设置使得锚固孔侧壁产生的渗水会通过渗水入口进入排水管路，从排水器靠近锚固孔洞口方向排出，不会与位于锚固位置的锚固剂产生反应或者稀释锚固剂，使得锚固剂胶结密实，锚固效果良好，避免了渗水使锚固产生的影响。本身有效地解决了现有技术中树脂锚固技术不适用于浅埋富水的环境中使用，由于大量的渗水影响锚固剂的发挥，导致锚杆固定过程中出现凝结时间长或锚固效果差的问题。

Description

一种适用于浅埋富水环境的锚固组件及锚固施工方法

技术领域

本申请涉及富水环境施工的技术领域，尤其涉及一种适用于浅埋富水环境的锚固组件及锚固施工方法。

背景技术

树脂锚固技术因常温固化快、锚固效果好、施工便捷，广泛应用于水利水电、矿山井巷、隧道以及边坡工程。其锚固原理即通过树脂与无机填料混合，经固化剂交联聚合，将锚杆与被加固岩体黏结成共同承载的整体，从而约束岩体变形。

现有技术中，树脂锚固技术不适合应用于浅埋富水的环境中，岩体容易向外渗水，使得普通树脂锚固剂通常难以发挥作用，即使满足锚固使用的锚固剂也不能在大量的渗水下形成有效地锚固作用，这就导致锚杆固定过程中出现凝结时间长或锚固效果差的现象。

发明内容

本申请提供了一种适用于浅埋富水环境的锚固组件及锚固施工方法，以解决现有技术中的树脂锚固技术不适用于浅埋富水的环境中使用，由于大量的渗水影响锚固剂的发挥，导致锚杆固定过程中出现凝结时间长或锚固效果差的问题。

第一方面，本申请提供了一种适用于浅埋富水环境的锚固组件，包括：排水机构和锚固机构，所述排水机构包括多个排水器，所述排水器包括排水管路、渗水入口和嵌入结构，所述嵌入结构用于嵌入锚固孔的内壁形成固定连接，所述渗水入口面向所述锚固孔的内壁设置，且所述渗水入口与所述排水管路连通，以将所述锚固孔的内壁产生的渗水沿所述排水管路排出，多个所述排水器环绕形成的内腔为锚固位置；所述锚固机构包括锚固剂和锚杆，所述锚固剂通过所述锚杆的一端推入所述锚固孔内，经过所述锚杆的搅拌后与所述锚固孔的底部以及所述锚固位置形成锚固力。

根据本申请的一些实施例，所述排水管路远离所述锚固孔入口的一端与所述锚固孔的底部连通。

根据本申请的一些实施例，所述渗水入口为多个，且沿伸入所述锚固孔的方向，所述渗水入口沿靠近所述锚固孔的内壁倾斜。

根据本申请的一些实施例，所述嵌入结构包括板状主体和嵌合部，所述板状主体与所述排水器固定连接，沿伸出所述锚固孔的方向，所述嵌合部沿远离所述锚固孔的轴线方向延伸。

根据本申请的一些实施例，所述嵌合部为多个锯齿，且相邻所述锯齿之间形成齿状的卡合位置。

根据本申请的一些实施例，所述排水器形成所述锚固位置的侧面设置有花形结构，所述花形结构用于增大所述排水器与所述锚固剂之间的摩擦力。

根据本申请的一些实施例，所述锚固机构设置有封堵环，可活动地穿设在所述锚杆上，所述封堵环与所述锚固位置间隙配合。

根据本申请的一些实施例，所述锚固剂包括不饱和聚酯树脂、硅酸盐、硅烷偶联剂、活性稀释剂、固化剂、促进剂和速溶胶粉。

根据本申请的一些实施例，以重量份计，所述锚固剂包括：

80-120份不饱和聚酯树脂、300-500份硅酸盐、1-5份硅烷偶联剂、1-5份活性稀释剂、5-10份固化剂、1-5份促进剂和1-5份速溶胶粉。

第二方面，本申请提供了一种锚固施工方法，所述锚固施工方法应用如上述的适用于浅埋富水环境的锚固组件进行锚固施工，所述锚固施工方法包括如下步骤：

S10，在预施工区域加工出所述锚固孔，将所述排水器依次布置在所述锚固孔内，使所述排水器与所述锚固孔固定，并形成所述锚固位置；

S20，将所述锚固剂放置于所述锚固位置内，并伸入所述锚杆进行所述锚固剂的搅拌；

S30，将所述锚固机构的封堵环沿所述锚固孔伸入的方向抵推，使所述封堵环与所述锚固剂抵紧；

S40，待锚固剂形成锚固力后，张拉所述锚杆，锁定锚杆形成预应力。

本申请提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：

本申请提供的一种适用于浅埋富水环境的锚固组件及锚固施工方法，其中，适用于浅埋富水环境的锚固组件，包括：排水机构和锚固机构，排水机构包括多个排水器，排水器包括排水管路、渗水入口和嵌入结构，嵌入结构用于嵌入锚固孔的内壁形成固定连接，渗水入口面向锚固孔的内壁设置，且渗水入口与排水管路连通，以将锚固孔的内壁产生的渗水沿排水管路排出，多个排水器环绕形成的内腔为锚固位置；锚固机构包括锚固剂和锚杆，锚固剂通过锚杆的一端推入锚固孔内，经过锚杆的搅拌后与锚固孔的底部以及锚固位置形成锚固力。通过排水机构的设置使得锚固孔侧壁产生的渗水会通过渗水入口进入排水管路，从排水器靠近锚固孔洞口方向排出，不会与位于锚固位置的锚固剂产生反应或者稀释锚固剂，使得锚固剂胶结密实，锚固效果良好，避免了渗水使锚固产生的影响。本身有效地解决了现有技术中树脂锚固技术不适用于浅埋富水的环境中使用，由于大量的渗水影响锚固剂的发挥，导致锚杆固定过程中出现凝结时间长或锚固效果差的问题。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1示出了本申请实施例提供的一种适用于浅埋富水环境的锚固组件的使用时的结构示意图；

图2示出了图1锚固组件的排水机构的结构示意图；

图3示出了图1锚固组件的排水器的结构示意图；

图4示出了图3排水器在A处的放大示意图；

图5示出了图1锚固组件的锚杆的结构示意图；

图6示出了图1锚固组件的封堵环的结构示意图；

图7示出了图1锚固组件的增效结构的结构示意图；

图8示出了本申请的锚固剂的锚固作用机理示意图；

图9示出了本申请的防水性能拉拔试验的锚固流程示意图；

图10示出了本申请实施例的锚固剂和其他锚固剂的锚固荷载-位移曲线的示意图。

其中，上述附图包含如下的附图标记：

10、排水机构；11、排水器；111、排水管路；112、渗水入口；113、嵌入结构；1131、板状主体；1132、嵌合部；114、花形结构；12、锚固位置；20、锚固机构；21、锚固剂；22、锚杆；221、外螺纹；23、封堵环；231、内螺纹；232、弧形槽；24、增效结构；241、钻片；242、搅动片；50、锚固孔。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。

为了便于描述，可以在文中使用空间相对关系术语来描述如图中示出的一个元件或者特征相对于另一元件或者特征的相对位置关系或运动情况，这些相对关系术语例如为“内部”、“外部”、“内侧”、“外侧”、“下面”、“下方”、“上面”、“上方”、“前”、“后”等。这种空间相对关系术语意于包括除图中描绘的方位之外的在使用或者操作中装置的不同方位。例如，如果在图中的装置发生了位置翻转或者姿态变化或者运动状态变化，那么这些方向性的指示也相应的随着变化，例如：描述为“在其它元件或者特征下面”或者“在其它元件或者特征下方”的元件将随后定向为“在其它元件或者特征上面”或者“在其它元件或者特征上方”。因此，示例术语“在……下方”可以包括在上和在下的方位。装置可以另外定向(旋转90度或者在其它方向)并且文中使用的空间相对关系描述符相应地进行解释。

如图1和图2所示，本申请实施例提供了一种适用于浅埋富水环境的锚固组件，包括：排水机构10和锚固机构20，排水机构10包括多个排水器11，排水器11包括排水管路111、渗水入口112和嵌入结构113，嵌入结构113用于嵌入锚固孔50的内壁形成固定连接，渗水入口112面向锚固孔50的内壁设置，且渗水入口112与排水管路111连通，以将锚固孔50的内壁产生的渗水沿排水管路111排出，多个排水器11环绕形成的内腔为锚固位置12；锚固机构20包括锚固剂21和锚杆22，锚固剂21通过锚杆22的一端推入锚固孔50内，经过锚杆22的搅拌后与锚固孔50的底部以及锚固位置12形成锚固力。

通过排水机构10的设置使得锚固孔50的侧壁产生的渗水会通过渗水入口112进入排水管路111，从排水器11靠近锚固孔50洞口方向排出，不会与位于锚固位置12的锚固剂21产生反应或者稀释锚固剂21，使得锚固剂21能够胶结密实，锚固效果良好，避免了渗水使锚固产生的影响。本身有效地解决了现有技术中树脂锚固技术不适用于浅埋富水的环境中使用，由于大量的渗水影响锚固剂的发挥，导致锚杆固定过程中出现凝结时间长或锚固效果差的问题。

需要说明的是，在本实施例的技术方案中，通过嵌入结构113使得排水器11与锚固孔50的内壁相结合形成相互固定的作用力，然后通过锚固剂21与排水器11的侧部以及锚固孔50的底部形成锚固作用，相当于使用了排水器11作为了锚杆22侧部产生锚固力作用的构件，同时排水器11起到了隔离大部分渗水的作用，使得锚固剂21能够得到形成锚固作用的环境，进而实现凝结。由于排水器11的体积较小，且锚固孔50内的操作空间也及其有限，因此嵌入结构113可以采用倒钩的嵌入进岩体，这样在后续施加预应力时也可以实现增加锚固力。

如图1和图2所示，在本实施例的技术方案中，排水管路111远离锚固孔50入口的一端与锚固孔50的底部连通。这样的设置使得锚固孔50正对排水管路111的部分渗水能够直接进入排水管路111向外排出，这样的设置避免了锚固孔50底部的渗水集中在锚固孔50的底壁和锚固剂21之间，导致锚固剂21吸收过多的水分或者混合过多的水分导致形成的胶结作用较差，锚固失效。

如图3所示，在本实施例的技术方案中，渗水入口112为多个，且沿伸入锚固孔50的方向，渗水入口112沿靠近锚固孔50的内壁倾斜。这样的设置使得渗出的液体可以沿着向洞外的方向排出，相较于排水器11与锚固孔50之间的间隙，渗水入口112的开口较大，使得渗水会在狭小的空间内直接进入渗水入口112，渗水入口112可以看作是开口逐渐增大的管道，这样使得无论是渗水还是部分土质，在穿过渗水入口112后均能够直接在重力的作用下划入排水管路111进而排出，不会产生堵塞。即使发生堵塞，堵塞的位置也能够作为液体的渗入点，即通过位于渗水入口112的泥土，作为液体透过的路径。

如图3所示，在本实施例的技术方案中，沿锚固孔50伸入的方向，嵌入结构113的位置相较于渗水入口112的位置更靠近锚固孔50的底部，这样的设置一方面是使得嵌入的位置跟靠近锚固孔50的底部，形成锚固的区域也是在锚固孔50的底部，这样的结合度较高的位置相对集中，形成的锚固力作用更好。另一方面，先进入锚固孔50的嵌入结构113会部分伸入锚固孔50的侧壁，形成对锚固孔50的侧壁挤压的效果，这样使得侧壁中的液体会在重力和挤压力的作用下从渗水入口112处排入排水管路111，这样的排水效果也会更好。

如图3和图4所示，在本实施例的技术方案中，嵌入结构113包括板状主体1131和嵌合部1132，板状主体1131与排水器11固定连接，沿伸出锚固孔50的方向，嵌合部1132沿远离锚固孔50的轴线方向延伸。板状主体1131的设置用于起到固定嵌合部1132以及提供结构强度的作用，使得嵌合部1132与排水器11之间的连接紧密，后续传递锚固力作用时更好。

需要说明的是，如图3所示，在本实施例的技术方案中，嵌入结构113和渗水入口112均为多个，渗水入口112为多个的设置可以进行紧贴锚固孔50内壁的位置得到充分的排水作用，嵌入结构113为多个一方面可以形成多个位置的同时固定，后续进行张拉的时候能够避免应力集中的情况，使得锚固孔50的整个内壁均与锚固组件之间形成更加稳定的锚固力。进一步地，嵌入结构113和渗水入口112均规律地成排设置，这样的设置能够使得排水器11不会受到沿其长度方向上不同位置和大小的作用力，能够更好地控制和计算锚固力，也不会使得排水器11出现损坏的情况。

如图4所示，在本实施例的技术方案中，嵌合部1132为多个锯齿，且相邻锯齿之间形成齿状的卡合位置。这样的设置能够使得多个锯齿之间分别卡柱一定体积的岩体，使得锯齿与岩体之间的作用力和结合度更强，进而锚固作用的效果更好。

需要说明的是，排水器11大体为圆管形状，这样能够环绕配合设置在锚固孔50的内壁，同时形成近似圆形的锚固位置12，这样更利于锚固力的稳定，以及形成锚固后锚杆22的位置精准不会出现较大的偏差，导致锚杆22的作用效果出现较大的偏差。

如图3和图4所示，在本实施例的技术方案中，排水器11形成锚固位置12的侧面设置有花形结构114，花形结构114用于增大排水器11与锚固剂21之间的摩擦力。花形结构114的设置用于增加与锚固剂21之间的接触面积，这样锚固剂21搅拌的时候会与花形结构114之间形成更多的摩擦作用，从而使得锚固剂21的结合度更高。

进一步地，如图3所示，花形结构114为沿排水器11的壁面向外突出的多个条状物，同一区域内的条状物按照相同的间隔和形态排列，使得相邻的条状物之间形成一个过道，进行锚固剂21搅拌时可以通过过道和暂存部分锚固剂21，也使得锚固剂21能够沿固定的方向进行融合，达到更好的结合效果。需要说明的是，如图3，条状物的结构设置有多层，且多层的花形结构114的朝向呈角度设置，这样使得在锚固剂21在凝结的时候，延缓了锚固剂21在重力作用下向锚固孔50外滑动的趋势，使得锚固剂21的搅拌后的形态能够相对稳定，变化幅度较小，形成更好的粘接。

需要说明的是，花形结构114设置在相对所述嵌入结构113和渗水入口112的一侧，沿排水器11的长度方向，花形结构114的总长度约等于排水器11的长度，这样可以选择具体的锚固位置，以及对锚固剂21的用量进行设置，以达到所需求的锚固力。

如图1、图5和图7所示，在本实施例的技术方案中，锚固机构20还包括增效结构24，增效结构24为搅拌头，其顶部设置有钻片241，周侧设置有搅动片242，底部设置有内螺纹孔，可与锚杆22的外螺纹221进行螺纹连接，一方面能够将两者紧密结合，在锚固剂21凝结后成为一体，另一方面螺纹连接可以形成自锁，通过控制增效结构24的位置形态即可控制锚杆22的位置和形态。搅动片242的设置类似于花形结构114，相邻的搅动片242之间形成一个过道，可以容纳部分锚固剂21，这样使得锚固剂21能够与搅动片242以及过道相贴，结合度更高，接触的面积更多，进而使得锚固的作用更加明显。进一步地，搅动片242形成的过道与花形结构114形成的过道，可以使得锚固剂21在搅拌的时候更加充分，能够有效地带动位于两者过道以及过道之间的锚固剂21使得锚固更加充分。

需要说明的是，锚杆22的外螺纹设计，使得螺纹之间会形成一定的间隙，增效结构24没有包裹的区域，锚固剂21也能部分进入螺纹之间，形成更好地结合，增加锚固的作用力。

如图1和图6所示，在本实施例的技术方案中，锚固机构20设置有封堵环23，可活动地穿设在锚杆22上，封堵环23与锚固位置12间隙配合。封堵环23的设置用于封堵锚固位置12内的锚固剂21，这样使得锚固剂21限制在锚固孔50底部与锚固位置12内，锚固剂21能够充分与锚固孔50底部、花形结构114、锚杆22的外螺纹221以及增效结构24结合为一体，这样的设置有利于锚固的形成，并且形成锚固力后，岩壁产生的渗水等可以直接进入排水器向外排出，不会影响后续的锚固效果。

具体地，如图6所示，在本实施例的技术方案中，封堵环23设置有内螺纹231和弧形槽232，内螺纹231可与外螺纹221螺纹连接，形成自锁，使得封堵的效果更好。弧形槽232的设置可以用于排气以及延缓锚固剂21沿着封堵环23与锚固位置12之间的间隙下滑的程度，部分锚固剂21位于弧形槽232内时可以形成弧形槽232与锚固剂21之间的固定连接，从而使得锚固的部位各部件连接成一体，整体的结构强度和锚固效果更好。

在本实施例的技术方案中，锚固剂21为防水锚固剂，包括不饱和聚酯树脂、硅酸盐、硅烷偶联剂、活性稀释剂、固化剂、促进剂和速溶胶粉。

在一个具体的实施例中，以重量份计，锚固剂21包括：

进一步地，在更具体的实施例中，以重量份计，锚固剂21包括：

100份不饱和聚酯树脂、400份硅酸盐、1-5份硅烷偶联剂、1-5份活性稀释剂、5-10份固化剂、1-5份促进剂和1-5份速溶胶粉。

所述锚固剂21由A、B两个组分构成，A组分称为树脂胶泥为不饱和聚酯树脂、高能粒子（即硅酸盐，通式R_m(SiO₃)_n或R(SiO₃)_n）、硅烷偶联剂以及活性稀释剂；B组分为高能粒子（即硅酸盐，通式R_m(SiO₃)_n或R(SiO₃)_n）、固化剂、促进剂及速溶胶粉。

可选择的，A组分和B组分中的硅酸盐重量份数相同。

在一个可选择的实施例中，所述不饱和聚酯树脂包括醚型不饱和聚酯树脂，醚型不饱和聚酯树脂通常采用醚类物质进行改性，即在生产不饱和聚酯过程中，在原有二元酸、二元醇原料加入反应釜时同步添加醚类物质，正常反应制备，获得醚类改性的不饱和聚酯树脂，例如乙二醇单烯丙基醚改性不饱和聚酯树脂，相比较酮型、酯型两类不饱和聚酯树脂，醚型不饱和聚酯树脂具备更好的耐水性，富水条件下黏结硬化的强度和时间不受水的干扰。

在本申请的一些实施例中，所述硅酸盐包括滑石粉、云母粉、长石粉和高岭石粉中的一种或两种以上，优选为两种，质量比为1-10:1-10，例如滑石粉：云母粉=2：7或长石粉：云母粉=3:7或各硅酸盐等比例组成的混合硅酸盐，其中云母粉50-200目，滑石粉/长石粉200-400目；所述硅烷偶联剂包括KH系列硅烷偶联剂，例如KH550、KH560、KH570等，其中KH550效果相比KH560和KH570效果更佳；所述活性稀释剂用于降低树脂粘稠度，包括但不限于苯乙烯、α-苯甲烯，甲基丙基酸单体等；所述固化剂包括异氰酸酯，例如二异氰酸酯，更具体地为六亚甲基二异氰酸酯（HDI），主要为HDI单体与水加成得到HDI缩二脲，再通过聚醚对其亲水改性，从而形成具备良好亲水性的固化剂；所述促进剂包括N,N二甲基对甲苯胺、N,N-二甲基苯胺、E4、异辛酸钙、异辛酸钒中的一种或两种以上，优选为两种，质量比为1-10:1-10，例如N,N二甲基对甲苯胺：N,N-二甲基苯胺=4:6的混合促进剂；所述速溶胶粉包括SAP高分子速溶胶粉、NS-1速溶胶粉和XS-1速溶胶粉中的一种或两种以上，其中以SAP高分子速溶胶粉效果更佳。

在本申请的一些实施例中，所述锚固剂21由A、B两个组分构成，A组分称为树脂胶泥为不饱和聚酯树脂100份、高能粒子（即硅酸盐，通式R_m(SiO₃)_n或R(SiO₃)_n）200份、KH550偶联剂1-5份以及活性稀释剂苯乙烯稀释剂1-5份；B组分为高能粒子（即硅酸盐，通式R_m(SiO₃)_n或R(SiO₃)_n）200份、固化剂异氰酸酯(DI)5-10份、促进剂DMT（N,N二甲基对甲苯胺）及DMA（N,N-二甲基苯胺）1-5份及SAP高分子速溶胶粉1-5份。

以上述锚固剂21为例说明各部分作用关系，A组分树脂胶泥为锚固剂21的主要成分，其中活性稀释剂苯乙烯稀释剂能降低树脂的稠度；KH550偶联剂具有与硅酸盐高能粒子及树脂结合的反应性基团，通过在硅酸盐高能粒子表面发生化学偶联反应，使其与树脂有很好的黏结吸附，显著提高交联聚合物的紧密型、强度、黏结性等。同时，以硅酸盐高能粒子为无机填料的树脂锚固剂21将随锚固时间发生硅化反应，与空气中的二氧化碳反应生成硅氧硅键，如式（1），35-40天即形成石化物，与传统锚固剂的物理黏结不同，此黏结锚杆与岩石形成致密的交联立体结构的化学键黏结，强度更高。

R_m(SiO₃)_n+CO₂→Si+O+Si（1）

B组分主要起固化树脂胶泥的作用，固化剂异氰酸酯(DI)会催化树脂分子溢出，链锁硅酸盐颗粒形成紧密的交联结构，从而提高固化速率，且分子中含有异氰基（-N=C=O），能与树脂中的活化氢反应生成尿素键与脲酸键，反应原理如式（2），从而形成高分子聚化物，同时异氰酸基（NCO）能保证固化剂在水中的自由分散，即可将树脂与硅酸盐高能粒子二者紧密结合为交联立体结构，具备高强度从而提高整体的耐久性和刚度；

R-N=C=O+H-R’→R-NH-COOR’（2）

R和R’分别代表有机基团，取决于异氰酸酯和不饱和聚酯树脂中的基团，NH代表胺基，COO代表酯基；

促进剂DMT（N,N二甲基对甲苯胺）及DMA（N,N-二甲基苯胺）用于调节凝胶固化时间及树脂的热稳定性；SAP高分子速溶粉具备高吸水性，阻止水在树脂中的扩散，遇水膨胀作充填物，能增强树脂与锚杆和岩石的黏结性。各组分都能有效保障在浅埋富水地层遇渗水或淋水条件下的锚固效果。本申请新型防水锚固剂与传统锚固剂的锚固作用机理如图8所示。

第二方面，本申请提供了一种锚固施工方法，锚固施工方法应用如上述实施例的适用于浅埋富水环境的锚固组件进行锚固施工，锚固施工方法包括如下步骤：

S10，在预施工区域加工出锚固孔50，将排水器11依次布置在锚固孔50内，使排水器11与锚固孔50固定，并形成锚固位置12；具体将排水器11伸入锚固孔50内，然后将嵌入结构113插入锚固孔50的侧壁，使得渗水入口112能够与锚固孔50的内壁相贴，这样的设置形成了排水器11与锚固孔50的固定连接，为后续的锚固提供了基础条件。

进一步地，将嵌入结构113插入到锚固孔50的侧壁，还包括使嵌入结构113的嵌合部1132与锚固孔50壁相接触，沿靠近锚固孔50的侧壁施加推力，同时向伸出锚固孔50的方向施加拉力，使得部分岩体伸入嵌合部1132之间的空隙内，同时整个板状的嵌入结构113埋入岩体之中，这样的设置使得板状的嵌入结构113完全位于岩体内，两者相互作用形成锚固的作用力更强。

S20，将锚固剂21放置于锚固位置12内，并伸入锚杆22进行锚固剂21的搅拌；这样搅拌的过程中锚杆22与锚固剂21之间形成固定连接，锚固剂21与花形结构114之间形成固定连接，从而配合嵌入结构113与岩壁的固定，形成整体的锚固作用，产生锚固力。

进一步地，在进行搅拌前需要在锚杆22的一端安装增效结构24，具体通过外螺纹状设置的锚杆22与增效结构24的内螺纹进行螺纹连接，之后将带有增效结构24的一端伸入带有锚固剂21的锚固位置12，采用锚固钻带动锚杆22转动，从而充分搅拌锚固剂21，使得锚固剂21凝结后形成锚固力。

S30，将锚固机构20的封堵环23沿锚固孔50伸入的方向抵推，使封堵环23与锚固剂21抵紧；封堵环23与锚固剂21抵紧使得锚固剂21能够充分地填入锚固孔50底部、花形结构114、锚杆22的外螺纹221以及增效结构24之间的空间内，形成多个零部件的连接。

进一步地，封堵环23与锚杆22之间螺纹连接，锚固剂21搅拌完成后，可以通过转动封堵环23，使得封堵环23能够抵住锚固剂21，锚固剂21的结合性更强，同时，螺纹连接的封堵环23与锚杆22能够形成自锁，也就是锚固剂21不会将封堵环23沿着锚固孔50伸出的方向抵推走，这样形成的锚固更加牢靠。

需要说明的是，锚固剂21会与封堵环23的一端形成固定连接，部分锚固剂21会沿着弧形槽232进入封堵环23与锚固位置12之间的空隙，这样能够使得弧形槽232与排水器11之间形成连接，从而进一步地避免了封堵环23在完成锚固后的活动，使得整体的锚固作用更好。

S40，待锚固剂形成锚固力后，张拉锚杆22，锁定锚杆22形成预应力。

需要说明的是，在张拉锚杆22前，需要进行锚固力的检测，以测定张拉前的锚固剂21的作用是否达到了预期的锚固效果，以提供一定的补救时间。

第三方面，本申请提供了上述的锚固剂21的制备方法，其包括：

称取不饱和聚酯树脂和硅酸盐搅拌均匀，在搅拌过程中均匀添加硅烷偶联剂和活性稀释剂，获得第一组分；

称取硅酸盐、促进剂、固化剂和速溶胶粉搅拌均匀，获得第二组分；

所述第一组分和第二组分构成所述防水锚固剂。

在本申请的一些实施例中，所述搅拌的转速为100-150r/min，搅拌时间为15min；所述第一组份和第二组分对应前述A组分和B组分，可分别装入聚酯膜中。

在本申请的一些实施例中，在浅埋富水地层与普通树脂锚固剂相比，凝结时间更快，锚固效果更好，锚固失效率大大降低，基于此提供了本申请所述的防水锚固剂在锚固施工中的应用。更为具体地，所述锚固施工包括浅埋富水地层的锚固施工。

第四方面，本申请在MT146.1-2011相关要求的基础上提供了一种防水锚固剂的评价方法，包括：

制作设置有锚固孔的混凝土试块；

将水袋和锚固剂放入所述混凝土试块中的锚固孔内，由锚固钻进行锚固，并通过接触表层锚固剂确定凝胶时间，当锚固时间达到两小时，进行拉拔试验；所述锚固剂包括作为参照的普通非防水锚固剂和待测的防水锚固剂；

根据锚固剂拉拔峰值强度以及锚固剂拉拔峰值强度跌落之后的残余强度，定义锚固强度增效系数k和残余强度增效系数f，其值越大，代表防水锚固剂的相较于普通非防水锚固剂在浅埋富水地层的锚固效果越好;

k=（F1-F2）×v

f=[（F2-F2’）/（F1-F1’）]×v

其中，v表示占锚固孔体积的含水量百分比，F1表示待测的防水锚固剂拉拔峰值强度，F1’表示待测的防水锚固剂拉拔峰值强度跌落之后的残余强度，F2表示普通非防水锚固剂拉拔峰值强度，F2’表示普通非防水锚固剂拉拔峰值强度跌落之后的残余强度。

在本申请提供的各组对比实验中，如未特别说明，除各组指出的区别外，其他实验条件、材料等均保持一致，以便具有可对比性。本申请所用材料均可通过市售途径购买获得。

以下就本申请所提供的一种防水锚固剂及其制备方法和应用及性能评价方法做进一步说明。

实施例1：

本申请中的锚固剂21：

（1）经电子天平称量，取乙二醇单烯丙基醚改性不饱和聚酯树脂100份（二元酸：间苯二甲酸酐；二元醇：乙二醇）和硅酸盐高能粒子（云母粉：滑石粉=7:2，云母粉50-200目，滑石粉200-400目）200份，转速100-150r/min，搅拌15min，在此过程中均匀添加KH550偶联剂3份以及活性稀释剂苯乙烯稀释剂1份。制备完成放入聚酯膜中作为A组分。

（2）将硅酸盐高能粒子（云母粉：滑石粉=7:2，云母粉50-200目，滑石粉200-400目）200份，促进剂（DMT：DMA=4:6）1份，固化剂六亚甲基二异氰酸酯10份，SAP高分子速溶胶粉5份依次加入至搅拌罐中，转速100-150r/min，搅拌15min。制备完成放入聚酯膜中作为B组分。

普通锚固剂：

参照上述制备方法，A组分树脂胶泥为100份苯二甲酸型不饱和聚酯树脂与200份石粉，放入聚酯膜中；B组分为200份石灰岩石粉（粗石粉和细石粉1:1，粗石粉10-50目，细石粉100-200目）、过氧化苯甲酰固化剂10份、促进剂（DMT：DMA=4:6）1份，放入聚酯膜中。

对比例1：

参照实施例1制备方法，A组分树脂胶泥为乙二醇单烯丙基醚改性不饱和聚酯树脂100份、硅酸盐高能粒子（云母粉：滑石粉=7:2，云母粉50-200目，滑石粉200-400目）200份、KH550偶联剂3份以及活性稀释剂苯乙烯稀释剂1份，B组分硅酸盐高能粒子（云母粉：滑石粉=7:2，云母粉50-200目，滑石粉200-400目）200份、固化剂过氧化苯甲酰10份、促进剂（DMT：DMA=4:6）1份及SAP高分子速溶胶粉5份。

对比例2：

参照实施例1制备方法，A组分树脂胶泥为乙二醇单烯丙基醚改性不饱和聚酯树脂100份、硅酸盐高能粒子（云母粉：滑石粉=7:2，云母粉50-200目，滑石粉200-400目）200份、KH550偶联剂3份以及活性稀释剂苯乙烯稀释剂1份，B组分为硅酸盐高能粒子（云母粉：滑石粉=7:2，云母粉50-200目，滑石粉200-400目）200份、固化剂亲水性的六亚甲基二异氰酸酯10份、促进剂（DMT：DMA=4:6）1份及NS-1速溶胶粉5份。

实验例：

制作混凝土试块用以模拟浅埋富水地段的围岩情况，水袋代表浅埋富水地段锚固过程中孔内积水或渗水，锚固孔为提前预埋钢管脱模得到，在锚固前进行打毛处理，以模拟真实钻孔的粗糙程度。将A、B组分的锚固剂以及水袋放入至锚固孔内，由锚固钻进行锚固，并通过接触表层锚固剂确定凝胶时间。当锚固时间达到两小时，进行拉拔试验，锚固示意如图9，结果见图10。

图10显示结果为张拉千斤顶对锚杆使用不同锚固剂锚固的拉拔试验结果，根据曲线可以看出，实施例1防水锚固剂极限拉拔荷载及峰值强度都最大，对比例2中更换速溶胶粉为NS-1，相应会降低极限拉拔荷载及峰值强度；

对比例1使用常规的过氧化苯甲酰固化剂，其极限拉拔荷载及峰值强度明显降低；

而普通锚固剂极限拉拔荷载及峰值强度最差，这与在浅埋富水条件下锚固效果相一致，普通锚固剂的锚固效果很差或根本没法锚固；

根据上述实验结果，本实施例提供了两个计算公式，即以普通锚固剂为基础评价锚固剂21在富水情形下的锚固效果，根据锚固剂21拉拔峰值强度以及锚固剂拉拔峰值强度跌落之后的残余强度，定义锚固强度增效系数k和残余强度增效系数f，k大于0，正优化，且值越大，锚固效果越好，锚固剂21的性能越好，k小于0，为负优化，即没有效果；f值为锚固失效后，损失的强度越小，即残余强度大，能继续发挥锚固效果，同样值越大效果越好；

总而言之，k和f其值越大，代表锚固剂21的相较于普通非防水锚固剂在浅埋富水地层的锚固效果越好;

k=（F1-F2）×v

f=[（F2-F2’）/（F1-F1’）]×v

其中，v表示占锚固孔体积的含水量百分比，F1表示待测的锚固剂21拉拔峰值强度，F1’表示待测的锚固剂21拉拔峰值强度跌落之后的残余强度，F2表示普通非防水锚固剂拉拔峰值强度，F2’表示普通非防水锚固剂拉拔峰值强度跌落之后的残余强度。

应理解的是，文中使用的术语仅出于描述特定示例实施方式的目的，而无意于进行限制。除非上下文另外明确地指出，否则如文中使用的单数形式“一”、“一个”以及“所述”也可以表示包括复数形式。术语“包括”、“包含”、“含有”以及“具有”是包含性的，并且因此指明所陈述的特征、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但并不排除存在或者添加一个或多个其它特征、步骤、操作、元件、部件、和/或它们的组合。文中描述的方法步骤、过程、以及操作不解释为必须要求它们以所描述或说明的特定顺序执行，除非明确指出执行顺序。还应当理解，可以使用另外或者替代的步骤。

尽管可以在文中使用术语第一、第二、第三等来描述多个元件、部件、区域、层和/或部段，但是，这些元件、部件、区域、层和/或部段不应被这些术语所限制。这些术语可以仅用来将一个元件、部件、区域、层或部段与另一区域、层或部段区分开。除非上下文明确地指出，否则诸如“第一”、“第二”之类的术语以及其它数字术语在文中使用时并不暗示顺序或者次序。因此，以下讨论的第一元件、部件、区域、层或部段在不脱离示例实施方式的教导的情况下可以被称作第二元件、部件、区域、层或部段。

以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims

1.一种适用于浅埋富水环境的锚固组件，其特征在于，包括：

排水机构（10），所述排水机构（10）包括多个排水器（11），所述排水器（11）包括排水管路（111）、渗水入口（112）和嵌入结构（113），所述嵌入结构（113）用于嵌入锚固孔（50）的内壁形成固定连接，所述渗水入口（112）面向所述锚固孔（50）的内壁设置，且所述渗水入口（112）与所述排水管路（111）连通，以将所述锚固孔（50）的内壁产生的渗水沿所述排水管路（111）排出，多个所述排水器（11）环绕形成的内腔为锚固位置（12）；

锚固机构（20），所述锚固机构（20）包括锚固剂（21）和锚杆（22），所述锚固剂（21）通过所述锚杆（22）的一端推入所述锚固孔（50）内，经过所述锚杆（22）的搅拌后与所述锚固孔（50）的底部以及所述锚固位置（12）形成锚固力。

2.根据权利要求1所述的适用于浅埋富水环境的锚固组件，其特征在于，所述排水管路（111）远离所述锚固孔（50）入口的一端与所述锚固孔（50）的底部连通。

3.根据权利要求1所述的适用于浅埋富水环境的锚固组件，其特征在于，所述渗水入口（112）为多个，且沿伸入所述锚固孔（50）的方向，所述渗水入口（112）沿靠近所述锚固孔（50）的内壁倾斜。

4.根据权利要求1所述的适用于浅埋富水环境的锚固组件，其特征在于，所述嵌入结构（113）包括板状主体（1131）和嵌合部（1132），所述板状主体（1131）与所述排水器（11）固定连接，沿伸出所述锚固孔（50）的方向，所述嵌合部（1132）沿远离所述锚固孔（50）的轴线方向延伸。

5.根据权利要求4所述的适用于浅埋富水环境的锚固组件，其特征在于，所述嵌合部（1132）为多个锯齿，且相邻所述锯齿之间形成齿状的卡合位置。

6.根据权利要求1所述的适用于浅埋富水环境的锚固组件，其特征在于，所述排水器（11）形成所述锚固位置（12）的侧面设置有花形结构（114），所述花形结构（114）用于增大所述排水器（11）与所述锚固剂（21）之间的摩擦力。

7.根据权利要求1所述的适用于浅埋富水环境的锚固组件，其特征在于，所述锚固机构（20）设置有封堵环（23），可活动地穿设在所述锚杆（22）上，所述封堵环（23）与所述锚固位置（12）间隙配合。

8.根据权利要求1所述的适用于浅埋富水环境的锚固组件，其特征在于，所述锚固剂（21）包括不饱和聚酯树脂、硅酸盐、硅烷偶联剂、活性稀释剂、固化剂、促进剂和速溶胶粉。

9.根据权利要求8所述的适用于浅埋富水环境的锚固组件，其特征在于，以重量份计，所述锚固剂（21）包括：

10.一种锚固施工方法，其特征在于，所述锚固施工方法应用如权利要求1至9中任一项所述的适用于浅埋富水环境的锚固组件进行锚固施工，所述锚固施工方法包括如下步骤：

S10 在预施工区域加工出所述锚固孔（50），将所述排水器（11）依次布置在所述锚固孔（50）内，使所述排水器（11）与所述锚固孔（50）固定，并形成所述锚固位置（12）；

S20 将所述锚固剂（21）放置于所述锚固位置（12）内，并伸入所述锚杆（22）进行所述锚固剂（21）的搅拌；

S30 将所述锚固机构（20）的封堵环（23）沿所述锚固孔（50）伸入的方向抵推，使所述封堵环（23）与所述锚固剂（21）抵紧；

S40 待锚固剂形成锚固力后，张拉所述锚杆（22），锁定锚杆（22）形成预应力。