CN202117696U - 一种多重防腐型涨壳式预应力中空注浆锚杆 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种多重防腐型涨壳式预应力中空注浆锚杆，包括紧固螺母、半球、球面支撑垫板、对扣式对中器、中空锚杆体、排气导管、锚固头塑料套圈和涨壳式锚固头；涨壳式锚固头由涨壳内楔和涨壳外夹片组成，涨壳外夹片为两瓣式，中空锚杆体表面具有至少三层结合防腐保护层兼作注浆管。锚固过程中，中空锚杆体带动涨壳内楔滑动，涨壳外夹片向外涨开与岩壁充分接触，迅速形成锚固力。本实用新型耐腐蚀性能强，具有永久支护力，使用寿命大于100年；安装后可以迅速形成支护力，控制岩体变形；安装完成后能施加预应力，使锚杆注浆固结体处于零应力状态；能360℃任意方向安装及注浆，降低了施工难度，提高了施工效率；可适用于绝大多数石质围岩条件以及恶劣施工环境。

Description

一种多重防腐型涨壳式预应力中空注浆锚杆

技术领域

本实用新型属于岩土工程锚固技术领域，特别是涉及一种多重防腐型涨壳式预应力中空注浆锚杆，适用于地下工程、矿山巷道、基坑及边坡工程等方面的地层结构支护。 

背景技术

在岩土工程涉及的地下工程、矿山巷道、基坑与边坡工程过程中，为防止地层变形坍塌或失稳而危及安全，对地层进行加固的一种主要的支护技术是采用锚杆。通过设置在地层中的锚杆所具有高强度抗拉能力及通过锚杆与锚杆周围的注浆体与地层之间密实结合等方式将地层加固起来，以提高地层的整体性，起着抗剪，抗拉，抗压等多种力学作用，以控制地层变形，使之达到稳定安全状态。 

根据地层环境和对锚杆耐久性要求，锚杆可分为临时支护锚杆和永久支护锚杆；临时支护锚杆使用寿命要求保证施工期的支护安全，一般为24-36个月内；永久支护锚杆使用寿命要求保证工程项目投产后营运期的安全，一般要求在几十年，现在欧美国家对于永久支护型锚杆的使用寿命均为100-120年。因此锚杆在地层中的防腐问题是很重要的。根据目前技术研究成果，钢锚杆在地层中的腐蚀有化学腐蚀、电化学腐蚀、高应力腐蚀和散乱电流腐蚀4种，以电化学腐蚀和散乱电流腐蚀为主。这主要由地层中土的酸碱度和导电性等腐蚀介质通过地下水和空气与锚杆的接触引起。目前国内锚杆防腐技术主要分为隔离和绝缘两个方面。其方法有注浆固结保护、锚杆镀锌层保护、锚杆环氧树脂涂层、套管包裹等。采用上述一种方法时为单重防腐，采用两种为双重防腐，三种及以上为多重防腐。“注浆固结”为目前普遍被采用的单重防腐方式。另外，目前国内还有采用“注浆固结+镀锌涂层”，“注浆固结+环氧涂层”,“注浆固结+套管”等双重防腐方式。根据相关技术规范显示，目前所出现的单重防腐和双重防腐方式难以满足永久支护锚杆，100年以上使用寿命的要求。 

在如何解决永久支护锚杆防腐方面，中国专利（CN1712670A 申请号200510050697.4）提出了一种改进方案。该方案中，锚杆采用“双重注浆固结+防腐套管”等方式进行防腐，在防腐效果方面有了显著提高，属于多重防腐的一种。但该方案也存在以下缺点：⑴锚杆施工工艺相对复杂，施工效率低下，⑵双重注浆固结保护，在注浆不充分饱满的区域，锚杆腐蚀加快，所以锚杆防腐可靠性较差。 

现有技术中涉及的大部分粗钢筋锚杆，仅适合于临时支护，或属于单重防腐锚杆，如： 

⑴粗钢筋砂浆锚杆：浆体饱满度难以保证，且因插入钢筋时存在偏离现象，钢筋保护层厚度不易均匀，锚固力不大，故钢筋锈蚀而破坏；同时因不能实施预应力，注浆体随钢筋变形而开裂，使水汽直接侵入钢筋，影响使用寿命；不适用于破碎地层；因锚杆支护力是在砂浆缓慢结硬后形成的，故不适用于需迅速形成支护力的场合。难以用于永久支护。

⑵早强水泥卷锚杆和树脂药卷锚固全粘结实心锚杆：虽是对普通砂浆实心锚杆进行了改进，可适用地层范围扩大，并能迅速形成支护力，但锚固浆体饱满度及钢筋保护层厚度因构造方面问题依然难以保证，影响锚杆体的可靠性。也难以用于永久支护。 

⑶水胀式锚杆和管缝式锚杆：利用锚杆体与孔壁面摩擦形成支护力。属于非注浆锚杆，一般仅适用于临时支护和良好岩层中。 

⑷涨壳式锚杆：利用锚固头的涨壳力形成点锚固，为非粘结型锚固产生的锚力。由于涨壳力通过涨壳与孔壁摩擦形成，故仅适用于较好的岩层中。 

⑸中空自钻式锚杆：如中国专利（ZL95202848.4）所示技术方案，通过中空杆体做钻杆加钻头实现钻杆和锚杆合一，钻进后再注浆。该技术方案侧重于极软弱与破碎岩层的注浆支护，但其缺点是注浆体锚固时间过长，因工艺原因不能迅速形成锚固力，故不适用需快速支护的地层。 

综上所述，上述锚杆类型均存在各自的缺点，且仅适用于某种场合。不论锚杆的支护理论如何，从支护特性对锚杆提出的理想要求为：⑴安装锚杆后能迅速形成支护锚固力，控制岩体变形；⑵能通过可靠的注浆使锚杆具永久支护力和耐久性（锚杆寿命100年）；⑶能通过预应力使锚杆注浆体处于零应力或注浆体不出现开裂保证锚杆在长期工作下不锈蚀；⑷施工工艺简单。 

实用新型内容

本实用新型为解决上述现有技术的不足，提出了一种多重防腐型涨壳式预应力中空注浆锚杆，该锚杆安装后能迅速形成支护锚固力，可施加预应力，施工工艺简单，既可用作临时支护，又可用作永久支护。 

本实用新型解决技术问题采用的技术方案是：一种多重防腐型涨壳式预应力中空注浆锚杆，包括紧固螺母、半球、球面支撑垫板、对扣式对中器、中空锚杆体、排气导管、锚固头塑料套圈和涨壳式锚固头；所述的涨壳式锚固头由涨壳内楔和涨壳外夹片组成，所述的涨壳外夹片为两瓣式，所述的涨壳内楔为中空结构且内设螺纹并通过螺纹与中空锚杆体连接；所述的中空锚杆体为内部中空结构且外部设有与涨壳内楔所设螺纹相匹配的外螺纹，所述的对扣式对中器为对扣式结构安装于中空锚杆体外表面，所述的球面支撑垫板呈草帽状结构且中心部位设有用于贯穿中空锚杆体的圆孔并预留有用于安装排气导管的排气孔，所述半球中心也预留有用于贯穿中空锚杆体的圆孔，所述的紧固螺母通过螺纹连接于中空锚杆体另一端，所述的排气导管安装于球面支撑垫板预留的排气孔上。 

作为一种优选，所述的中空锚杆体表面具有至少三层结合防腐保护层，其中底层为热浸镀锌层，中层为磷化涂层，面层为热固性粉末涂层。 

作为一种优选，所述的涨壳式锚固头为钢制锚固头或者塑料锚固头。 

作为一种优选，所述的涨壳内楔所设螺纹为标准德制螺纹，所述的中空锚杆体外部所设螺纹为与涨壳内楔所设螺纹相匹配的局部标准德制螺纹或标准德制全螺纹。 

本实用新型锚杆金属基材表面采用三层防腐层结合保护，依次为热浸镀锌层，锌锰系磷化涂层，热固性粉末涂层。既增强了锚杆的防腐效果，又创造性的解决了热浸镀锌与热固性粉末涂层之间结合力差的问题。极大的增强了锚杆的耐久性，简化了施工工艺，为永久支护锚杆提供了一种新型的优异的防腐模式。热固性粉末涂层可以是环氧粉末涂层、聚酯粉末涂层或者聚氨酯粉末涂层等。 

本实用新型所使用锚固头为涨壳式锚固头，由涨壳内楔和涨壳外夹片组成。涨壳外夹片为两瓣涨壳夹片连接而成。涨壳内楔为中空结构，内部为标准德制螺纹，与锚杆体连接；涨壳内楔外部呈多斜面结构，在锚杆安装使用时与涨壳外夹片配合滑动。涨壳外夹片外表面呈现倒锯齿环向结构。在锚杆锚固过程中，通过涨壳内楔滑动，涨壳向外涨开与岩壁充分接触，迅速形成锚固力。 

本实用新型锚杆体为中空钢管，外表面两端及中间局部为标准德制外螺纹结构，其余为非螺纹结构。锚固头以螺纹连接方式连接在锚杆体一端，另一端则依次安装有球面支撑垫板，半球，紧固螺母。球面支撑垫板上留有一小排气口，安装塑料排气导管，用于注浆时气体的排出。锚杆体杆身部分外螺纹处安装有对扣式对中器，保证锚杆安装的对中效果。 

本实用新型以中空锚杆体作为注浆管，锚杆安装完成后，注浆体经中空锚杆体进入，将所有空腔或通道充满注浆体，气体经球面支撑垫板上排气导管排出。整个安装及注浆过程，施工工艺简单，注浆饱满。 

本实用新型采用球面支撑垫板和半球配合，调整球面支撑垫板角度，使之能够与岩面紧贴，保证锚杆安装及注浆效果。 

本实用新型在安装完成后可对锚杆体施加预应力，保证注浆结构处于零应力状态，防止注浆体破裂，从而增强锚杆的防腐能力。 

本实用新型提供的多重防腐型涨壳式预应力中空注浆锚杆具有以下功能和效果： 

⑴本实用新型通过热固性粉末涂层、锌锰磷化涂层和热浸镀锌层的结合运用，极大增强锚杆耐腐蚀性能，使锚杆具有了永久支护力，提高了锚杆永久支护的可靠性，使锚杆使用寿命大于100年成为可能。⑵本实用新型能通过涨壳和岩壁形成涨压力，安装锚杆后可以迅速形成支护力，控制岩体变形。⑶锚杆安装完成后能施加预应力，使锚杆注浆固结体处于零应力状态，从而保证固结体不出现开裂现象，保护锚杆体在长期工作下不受地层介质的侵蚀，提高锚杆的使用寿命。⑷热固性粉末涂层+锌锰磷化+热浸镀锌三层防腐层结合保护以及锚杆体中空注浆技术的应用简化了锚杆结构，优化了施工工艺。同时，锚杆能360℃任意方向安装及注浆，降低了施工难度，提高了施工效率。⑸可适用于绝大多数石质围岩条件以及恶劣施工环境。

附图说明

图1为本实用新型一种实施方式结构示意图；图2为图1中I处放大示意图——中空锚杆体5防腐层分布示意图，图中11为热浸镀锌层，9为锌锰系磷化涂层，10为环氧粉末涂层。 

图3为图1所示本实用新型一种实施方式中涨壳式锚固头8的涨壳外夹片12示意图；图4 为图1所示本实用新型一种实施方式中涨壳式锚固头8的涨壳内楔13示意图。 

图5为图1所示本实用新型一种实施方式中对扣式对中器4的主视图；图6为图1所示本实用新型一种实施方式中对扣式对中器4的俯视图。 

图7为图1所示本实用新型一种实施方式中球面支撑垫板3的主视图；图8为图1所示本实用新型一种实施方式中球面支撑垫板3的俯视图；图9为图7中的A-A视图。 

图10为图1所示本实用新型一种实施方式安装完成效果示意图。 

具体实施方式

如图1-9所示，它包括紧固螺母1、半球2、球面支撑垫板3、对扣式对中器4、中空锚杆体5、排气导管6、锚固头塑料套圈7、涨壳式锚固头8；其中，中空锚杆体5为内部中空，外表面局部螺纹结构，中空锚杆体5同时具有注浆管功能；对扣式对中器4安装于中空锚杆体5表面螺纹结构处，用于锚杆安装的定位；半球2既用于与球面支撑垫板3配合，使之能与岩壁完全贴合，同时具备止浆塞功能；球面支撑垫板3上预留有一个锚杆连接孔和一个排气孔14，锚杆连接孔用于与中空锚杆体5的连接，排气孔14则用于安装排气导管6；紧固螺母1，半球2，球面支撑垫板3依次通过螺纹连接的方式连接于锚杆的一端；锚杆体另一段则与锚固头通过螺纹连接方式连通。中空锚杆体5表面防腐结构分别由热浸镀锌层11，锌锰系磷化涂层9，环氧粉末涂层10组成； 

安装过程中，中空锚杆体5带动涨壳内楔13运动，涨壳外夹片12涨开，与锚杆孔壁紧密接触，促使锚杆迅速形成支护锚固力；然后通过兼作注浆管的中空锚杆体5，根据需要和可能以360度任意方向注浆；球面支撑垫板3与半球2为球面接触，在锚杆轴线与岩面非垂直安装情况下，通过调整，使球面支撑垫板3能与岩面紧密贴合。具体安装过程进行说明如下，参见图10。

⑴首先根据锚杆的尺寸在岩壁上钻孔15并清扫钻孔15。 

⑵现场将涨壳式锚固头8和对扣式对中器4与中空锚杆体5连接好，并以涨壳式锚固头8在前的方式插入钻孔15内，锚固头塑料套圈7因为尺寸比钻孔15稍大，在锚杆插入前自然脱落；然后使用冲击扳手等工具将锚杆送到预定位置，涨壳式锚固头8顶紧涨开固定。 

⑶在中空锚杆体5相对涨壳式锚固头8的另一端依次安装上球面支撑垫板3，半球2和紧固螺母1，并用扳手拧紧同时保证球面支撑垫板3与岩面16紧密贴合。 

⑷如需对锚杆进行预应力时，可直接使用扭力扳手对中空锚杆体5进行张拉预应力，直到达到设计预应力要求，用紧固螺母锁紧预应力载荷。 

⑸完成上述步骤后，用注浆泵将浆液通过中空锚杆体5的一端注入，浆液通过中空锚杆体5到达钻孔15底部，然后逐渐充满整个钻孔15及岩壁缝隙，在这过程中，气体从球面支撑垫板3上的排气孔14排出。当浆液从排气孔溢出，说明注浆完成，注浆泵停止工作，注浆结束。锚杆安装完成。 

Claims (4)

1.一种多重防腐型涨壳式预应力中空注浆锚杆，其特征在于：包括紧固螺母（1）、半球（2）、球面支撑垫板（3）、对扣式对中器（4）、中空锚杆体（5）、排气导管（6）、锚固头塑料套圈（7）和涨壳式锚固头（8）；所述的涨壳式锚固头（8）由涨壳内楔（13）和涨壳外夹片（12）组成，所述的涨壳外夹片（12）为两瓣式，所述的涨壳内楔（13）为中空结构且内设螺纹并通过螺纹与中空锚杆体（5）连接；所述的中空锚杆体（5）为内部中空结构且外部设有与涨壳内楔（13）所设螺纹相匹配的外螺纹，所述的对扣式对中器（4）为对扣式结构安装于中空锚杆体（5）外表面，所述的球面支撑垫板（3）呈草帽状结构且中心部位设有用于贯穿中空锚杆体（5）的圆孔并预留有用于安装排气导管（6）的排气孔（14），所述半球（2）中心也预留有用于贯穿中空锚杆体（5）的圆孔，所述的紧固螺母（1）通过螺纹连接于中空锚杆体（5）另一端，所述的排气导管（6）安装于球面支撑垫板（3）预留的排气孔（14）上。

2.根据权利要求1所述的多重防腐型涨壳式预应力中空注浆锚杆，其特征在于：所述的中空锚杆体（5）表面具有至少三层结合防腐保护层，其中底层为热浸镀锌层，中层为磷化涂层，面层为热固性粉末涂层。

3.根据权利要求1所述的多重防腐型涨壳式预应力中空注浆锚杆，其特征在于：所述的涨壳式锚固头（8）为钢制锚固头或者塑料锚固头。

4.根据权利要求1所述的多重防腐型涨壳式预应力中空注浆锚杆，其特征在于：所述的涨壳内楔（13）所设螺纹为标准德制螺纹，所述的中空锚杆体（5）外部所设螺纹为与涨壳内楔（13）所设螺纹相匹配的局部标准德制螺纹或标准德制全螺纹。

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