CN1319152A - 地锚 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种单洞复式锚具,其在一个单独的洞内容纳多个单位锚具(2,4),每个单位锚具(2,4)均包含1根筋束(12,14),该筋束有一和洞孔砂浆粘结的粘结长度和一自由长度,至少有一根筋束含有合成聚合材料,生产此种地锚装置的方法是:将多个单位锚具置于一个洞内;往洞内灌砂浆;分别给每根筋束施加应力;然后一一地将经受应力的筋束相对锚头锁紧。

Description

地锚
本发明涉及地锚装置。
在由英国标准协会出版的“地锚应用规范”(BS8081)中可以找到关于地锚使用和结构的说明。该规范也包含建议的术语。
一个典型地锚包括地上一个灌满砂浆(洞孔砂浆)的洞。洞中接纳1根一般用钢制成的筋束，筋束上远离洞的开口端头被粘结在一个灌满树脂或水泥砂浆的波纹管封套内，以便保护筋束不受腐蚀。封套在洞孔砂浆内粘结，而筋束还有一段涂上油脂并被用套包裹，因而实质上和洞孔砂浆不粘附的自由长度。包裹用的套进入封套，从而使筋束在封套内的粘结长度略小于封套长度。筋束的自由端被容置在1个锚头内，该锚头顶靠在一块支承在地面上的锚板受力，而筋束上的载荷则不与锚板接触而锁定该锚板(locked off agairt the plat)。
上述说明涉及一种包含1根单一筋束的地锚。
如所周知，还有一种地锚，其包含数根粘结在一个单独长封套内的筋束。筋束的端头可以在封套内错开布置，以便使载荷沿封套分布。
GB 2223518介绍一种单洞复式锚具，其包含多个单位锚具，每个锚具均有1根筋索，该筋索被粘结在相应封套内，而封套则处于沿洞长的错开间隔位置上。
此种设计能使每个相应单位锚具按照地面的最大局部承载能力加载。复式锚具的总承载能力为单位锚具承载能力之和。非常重要的一点是每个单位锚具的自由长度基本上不和洞孔砂浆粘附。否则，每个单位锚具就有可能以失控的方式将载荷通过洞孔砂浆施加在地面上的其他在洞内位置较高的单位锚具封套的区域内。如果洞孔砂浆产生这种失控的或不能预料的加载，就不可能对全部单位锚具按其最大能力加载而不冒砂浆和地面粘结失效的危险。
在全部先有技术中，都用一个封套，这是因为筋束乃用钢制成，而材料的选择取决于它的强度和供应。封袋的作用是将作用在筋束上的载荷传递到周围的砂浆上，但同时保护筋束的粘结长度不受潮湿侵害，从而导致过度的腐蚀和钢制筋束失效。
实践中，受腐蚀保护的筋束在现场外按高标准制造，并在工厂内将粘结长度用砂浆固定入封套内。
本发明人认识到如果采用由合成聚合材料制造的筋束，那末单洞复式锚具将会很灵活和简单。在此情况下，由于筋束不受因腐蚀而造成的损害，可以不需要封套来保护其粘结长度。
因此，本发明提出一种地锚装置，其包含一个地面上灌满洞孔砂浆的洞和多个位于洞内且由此向外伸出的单位锚具，每个单位锚具均包含一根筋束，该筋束有：(a)一个在洞孔砂浆内粘结的粘结长度和(b)一个自由长度，在该自由长度上基本不和洞孔砂浆产生粘附，同时，相应单位锚具的粘结长度沿着孔长按错开间隔的关系固定在洞孔砂浆内，其中至少有一根筋束含有合成聚合材料。
本发明还提出一种制造地锚装置的方法，其包括在地面上挖出一个洞；在洞中放入多个单位锚具，每个锚具包括1根筋束，该筋束具有：(a)一个粘结长度和(b)一个自由长度；使相应单位锚具的粘结长度沿着洞长按错开间隔的关系布置；将砂浆灌入洞内从而使粘结长度和砂浆粘结，但自由长度则基本上不和洞内形成的砂浆粘合；将1个锚头装到筋束上；分别对每根筋束施加应力；将各个经受应力的筋束相对锚头锁住，其中至少有1根筋束含有合成聚合材料。
所有筋束最好均含有合成聚合材料。
奇怪的是合成聚合材料筋束可以按此方式成功地用于锚具中。
本领域内的技术人员知道合成聚合材料能像钢那样很好和砂浆粘合。这就提出一个问题，即每个相应单位锚具的粘结长度要长到能在单个洞孔的内容纳多个这样的单位锚具是不切实际的。但是发现合成聚合材料筋束的粘长度上如果施以适当的表面变形，便可获得可以接受的粘结长度而实质上不致降低筋束的抗拔能力。
因此，为了增加筋束在砂浆内的粘结性，最好使砂浆内的筋束外表面经过变形成为异形。沿筋束粘结长度的表面亦可使其粗糙化。
此外，本领域内的技术人员均知适于制造筋束的聚合材料抗拉性很强，但和钢相比，其抗压性和抗剪性较差。本领域内的技术人员知道一般用于钢锚具的夹紧装置不能用于聚合材料的筋束，因为存在筋束被夹紧装置破坏的倾向。但是，本发明人已经发现只要夹紧装置以筋束受到压缩的方式对筋束施力，则沿筋束长度增加的压缩沿其长度没有一个点使该筋束受到超过筋束抗剪强度的剪力。例如，夹紧力可以分布在一个足够的长度上，而且在筋束的较大长度上按小量的级差或较低的速率增加，这样就能将足够的夹紧力作用在筋束上而不致使其损坏，并能使筋束达到超过50KN的承载能力。
特别是按照本发明的地锚装置可以包含一种夹紧具，其形状设计成能将压缩力按横切筋束纵向的方向作用在筋束上，使压缩力沿着筋束夹紧部的长度增加，从而使筋束上没有一个点受到超过聚合材料压缩剪切强度的剪切压缩力作用。夹紧具可能至少包含两个将筋束夹在它们中间的夹紧部件，该夹紧部件由多个位于沿着筋束夹紧长度的不同部位上的加力器一起加力。
加力器至少要有4个，如有6个更好。已经发现8个加力器合适。比较适合的加力器包括螺母和螺栓装置，例如在筋束两侧布置成对的螺母和螺栓。
根据地面强度、土壤等级和在相应深度上砂浆和土壤/地面粘结的能力选择每个单位锚具在洞内的粘结长度。
筋束可以包含例如适当级别的尼龙这样的各种长度的聚合纤维。最好的是筋束包含含有合成聚合材料的复合材料。例如它们可以包含埋在合成树脂内的尼龙或凯夫拉尔线。或者它们可以包含玻璃增强塑料或碳化纤维增强塑料。
筋束可具有任何适当的形状或任何适当的尺寸。筋束的横截面以接近圆形为宜，其直径范围最好为10～50mm。或者采用类如矩形或椭圆形的扁平横截面。此种扁平横截面的厚度(短轴)在3-15mm范围内，宽度(长轴)在20～100mm范围内。筋束的弹性模量最好在50～200KN/m2范围内。常用筋束材料的弹性模量在50～100KN/m2范围内。
筋束的强度应尽可能地高。其承载能力最好至少为50KN。典型的玻璃增强塑料筋束的承载能力在50～500KN范围内。碳素纤维筋束的承载能力可在2000～3000KN范围内。
本发明使用的筋束一般可以包含多根按筋束长度排列的纤维，此种纤维固定在一种树脂介质内。此种筋束宜用一种本领域内技术人员熟知的挤压(pultrusion)方法生产。筋束可为实心或空心。空心筋束可有一中心空间，其尺寸范围为筋束相应外部尺寸的10～30％。例如1根22mm直径的筋束可以有一直径为5mm的中心孔。
在洞孔砂浆内，唯一起固定作用的最好是粘结长度和洞孔砂浆之间的粘结，而且在洞孔砂浆内不得存在任何横向的机械止动件。
本发明的特殊优点是筋束的前准备工作量小于由砂浆封套容纳的钢筋束。合成聚合筋束可以以不同长度的直长材料或卷在滚筒上的形式供应，或以同样的方式储存，并且在其自由长度经过适当处理后塞入洞内。但是，在储存合成聚合筋束或将其置入洞内时，最好不要过分扭转或弯曲，因为扭转能使筋束由于剪切而损坏。
根据本发明，在洞孔砂浆和筋束之间的自由长度上基本无粘附。在筋束和洞孔砂浆之间最好基本上亦无摩擦。
对自由长度最好进行适当处理，以便保证在自由长度和洞孔砂浆之间基本上无粘结或粘附，亦无摩擦。例如可以润滑。又如可以涂本领域内技术人员知道的种类的油脂。也可以用塑料包裹以防止和洞孔砂浆粘附的方法予以补充或取代。
筋束上靠近和平行于邻近筋束粘结长度的部分可用抗压缩管围绕，例如用在横切长度方向上坚固的刚性材料制成的管子。
由于筋束粘结而施加在砂浆上的力作用在使周围砂浆破裂的方向上。如果粘结长度位于邻近筋束的一个或多个自由长度附近，则便成问题。筋束应涂由以便运动，并且不和洞孔砂浆粘结。它们因而便成为抵抗破裂力的薄弱区域。如果像在一般情况下那样，筋束分别用一层或多层合成聚合材料包裹，以便至少覆盖筋束上那些靠近另一筋束相应粘结长度的部分，那末此弱点更将严重化。合适的抗压缩管包括抗压缩聚合材料等等。
在GB2260999中，对单洞复式锚具亦有同样的设计，其中多个固定在封套内的金属筋束分布在沿着孔长的错开间隔位置上。
地锚装置包括1个位于洞开口端上的锚头。每根筋束可以由锚头上一个单独的孔接纳，或者由一个公共孔接纳，并用上述夹紧具夹紧。夹紧具的作用是将载荷从筋束传递给锚头。筋束受到应力的作用，而且最好互相分开相对锚头锁定。
在本发明的方法中，每根单独的筋束可以配备一个用于拉伸的相应加力工具使筋束处于加载状态。每个相应加力工具的伸长量都和另外的加力工具不同，它取决于筋束在洞内的相应弹性长度。筋束可同时加至相同的载荷，或者加至不同的予定载荷。
本发明将参考附图举例予以详细说明。附图中：
图1示本发明提出的地锚装置的断面；
图2为沿图1中Ⅱ-Ⅱ线的断面；
图3和4为夹紧具的简图。
图1中，地锚装置包括一个在地面上挖出的相当垂直或有某个要求角度的洞(1)。洞中有3个单独的地锚(2),(3)和(4)。每个地锚分别包含一根筋束(12),(13),(14)。每根筋束由1根玻璃增强塑料长棒构成，棒的横截面以直径为22mm的圆形为宜。
图1中，可见到每根筋束的粘结长度(12),(13)和(14)。每根筋束的自由长度(15),(16)和(17)均经润滑并用塑料套包裹。粘结长度在洞中和在不同深度上同砂浆(7)粘结一起。由于包裹套和油脂，每根筋束的自由长度(15),(16)和(17)和砂浆(7)之间基本上无粘附或摩擦。
筋束截面可以制成异形或一定形状，以便在粘结长度上可以和砂浆(7)产生良好的粘附。
粘结长度沿着洞(1)的长度方向按错开间隔的关系分布，以便使单位锚具和地面之间传递的载荷作用在一段长长的总体确定的长度上，或者作用在多个单独确定的长度上。多个锚具有可能有效地利用洞孔深度上的地面强度，并可能获得高于普通锚具的承载能力。每个单位锚具将通过一个锚头(9)上相应的孔，并且被下文将予讨论的夹紧具(18)夹紧，再和另的锚具分开一一相对锚头(9)施加予应力，然后相对锚头锁定。
每根筋束可以在现场准备，方法是将直长材料切断或将适当长度的玻璃增强塑料从线缆卷筒上松开再按要求长度切断。然后润滑和用套包裹每根筋束的自由长度。再将筋束置入洞内并利用例如混凝土导管将砂浆灌入洞内。
图3示图1中使用的夹紧具(18)。夹紧具(18)包含1对夹紧部件(19)和(20)，它们形成1条位于它们之间容纳筋束的基本呈圆形的通道(21)，其直径沿着背离洞孔的方向减小。通道(21)的尺寸应设计成当筋束就位后，夹紧部件的相对表面(22)和(23)互相之间存在少许间隙。夹紧具包含多个孔(24)和(25)。当就位后，一个夹紧部件(19)上的孔(24)应和另一个部件(20)上的相应孔(25)对准。图3中，夹紧具(18)一侧的孔(24)和(25)用虚线表示，而另一侧则为了清楚起见予以省略。提供了螺母、垫圈和螺栓(26),(27),(28)，每个螺栓(26)穿过1对孔(24)和(25)。使用时，筋束(29)可以在夹紧部件(19)和(20)之间被夹紧。螺栓(26)通过每对孔(24)和(25)。然后有控制地将相应螺帽(28)拧紧到不同的拉伸状态。图4中所示筋束(29)便是其从图纸左手边伸出孔的情况。筋束(29)和夹紧具(18)之间的夹紧作用因为通道(21)的直径逐渐减小和螺母和螺栓拧紧所达到的拉伸程度逐渐增大而自左向右增强。由每付螺栓(26)和螺母(28)施加的压缩力控制到使筋束(29)上没有一点受到超过其剪切强度的压缩剪切应力作用的程度。(30)表示加力工具。使用时，加力工具将拉伸力通过夹紧具(18)按向图纸右手的方向作用到筋束(29)上。
本发明仅举例说明如上，但是在本发明范围内可以进行修改。本发明包含任何此处已予说明或隐含或在图中已予说明或隐含的各别特点，也包含任何这些特点的组合或任何这些特点或组合的任何综合。

Claims (8)

1．地锚装置包含地面上一个灌满砂浆的洞和数个被该洞接纳的单位锚具，每个单位锚具包含一钢筋束，其有：
a)一个在洞孔砂浆内沿粘结长度进行粘结的粘结长度和
b)一个自由长度，将其安排成在自由长度和洞孔砂浆之间基本上无粘附；
在地锚装置中，相应单位锚具的粘结长度按错开间隔的关系沿着洞长固定在洞孔砂浆内，其中至少有1根筋束含有合成聚合材料。
2．按照权利要求1所述的地锚装置，其中沿砂浆内的每根筋束粘结长度的表面经受变形。
3．按照前述任何一项权利要求所述的地锚装置，其特征在于包括一个位于地洞开口端上的锚头，每根筋束被容量在该锚头内，并被施加应力和不与锚头接触锁定。
4．按照前述任何一项权利要求所述的地锚装置，其特征在于该筋束被夹紧具夹紧，将该夹紧具沿横向于筋束纵向的方向对该筋束施加压缩力，该压缩力沿着筋束的夹紧长度方向增加，使筋束沿其长度无一点受到超过筋束剪切强度的剪切力作用。
5．一种制造地锚装置的方法，其特征在于包括：在地面上挖出一个洞；将数个单位锚具放入洞内；每个单位锚具包含1根有(a)粘结长度和(b)自由长度的筋束；将相应单位锚具的粘结长度按错开间隔关系沿洞长配置；将砂浆灌入洞内，从而使粘结长度和砂浆粘结，而其中的自由长度则和洞孔砂浆基本不粘附；将一个锚头装在筋束上；分别对每根筋束施加应力；将受应力的筋束一一相对锚头锁定，其中至少有一根筋束含有合成聚合材料。
6．按照权利要求4所述的方法，其特征在于每根筋束穿过锚头上一个单独的孔。
7．基本上如参照附图在上文中说明的地锚装置。
8．基本上如参照附图在上文中说明的制造地锚装置的一种方法。
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