CN206784401U - 拉压互补型外锚固锁定锚索结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种拉压互补型外锚固锁定锚索结构，包括锚索孔和锚固体系，锚固体系由锚索体、外锚头和内锚头组成，锚索体包括拉力型钢绞线、压力型钢绞线、套管、波纹管、扩张环、箍环、第一次注浆管、第二次注浆管和排气管，位于锚索束中部的锚索套有套管通过第一次注浆构成自由段，波纹管套于锚索束上部，锚索张拉后向波纹管内第二次注浆，波纹管和锚索孔孔壁间充填碎石通过第一次注浆形成水泥碎石胶结体构成外锚固段；位于锚索束下部的压力型钢绞线套有套管和拉力型钢绞线通过第一次注浆形成内锚固段。本实用新型内锚固段和外锚固段共同发挥作用，降低了框架梁反力，外锚头和外锚固段共同发挥作用，降低了外锚头失效或预应力损失风险。

Description

拉压互补型外锚固锁定锚索结构

技术领域

本实用新型属于岩土工程的边坡加固技术，特别涉及一种拉压互补型外锚固锁定锚索结构，尤其适用于工程地质条件较差的不良地质边坡或特殊性岩土边坡。

背景技术

不良地质边坡或特殊性岩土体边坡，尤其是构造改造过的岩体，普遍会发生变质、蚀变作用，形成大量水稳性较差的矿物。节理充填物、岩体本身的风化产物或特殊性岩土遇水极易软化，降雨过程会使岩体的抗剪强度锐减，边坡极易形成滑坡。这些边坡的岩土体为锚索系统提供的摩阻力和为框架梁提供的承载力均较小，锚索系统的有效性及提供的抗滑力有待进一步研究。

目前大量使用的锚索系统是拉力型锚索和压力型锚索，这些锚索系统普遍采用的锚固长度为10m左右，一旦边坡发生变形，锚固段均为单向受力，锚固段某一端围岩最先出现拉裂或压裂的现象，然后渐进破坏直至整根锚索的锚固段失效。

另外，常规的锚索系统张拉后均采用外锚头锁定，但是，由于坡面岩土体遇水后承载力降低，导致框架梁的反力难以保证，易造成外锚头锁定的失效或预应力损失。

研究表明常规的锚索系统无论是拉力型锚索，还是压力型锚索，失效的机理主要集中体现在预应力的损失、锚固段或外锚头的失效。

因此，锚索系统的预应力损失、锚固段或外锚头的失效是本技术领域一直关注并亟待解决的技术难题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种可有效降低预应力损失、并降低锚固段或外锚头失效风险的拉压互补型外锚固锁定锚索结构。

本实用新型的目的通过如下的技术方案来实现：一种拉压互补型外锚固锁定锚索结构，包括在边坡上开设的锚索孔和锚固体系，其特征在于：所述锚固体系主要由锚索体、外锚头和内锚头组成，其中，所述锚索体和内锚头置于所述锚索孔中，所述锚索体包括拉力型钢绞线、压力型钢绞线、套管、波纹管、扩张环、箍环、第一次注浆管、第二次注浆管和排气管，所述拉力型钢绞线、第一次注浆管和压力型钢绞线组合并间隔套设有扩张环和箍环从而构成锚索束，第一次注浆管的下端与锚索孔的孔底之间具有间隙，所述锚索束的上端穿过锚索框架梁后通过外锚头固定，位于所述锚索束中部的拉力型钢绞线和压力型钢绞线上分别套有套管并通过第一次注浆管向锚索孔中灌注浆液后构成自由段，所述波纹管套于锚索束的上部，所述第二次注浆管和排气管设于波纹管内且其下端与波纹管的底端之间具有间隙，而其上端则伸至外界，波纹管的底端封闭于自由段的套管顶端，拉力型钢绞线和压力型钢绞线张拉后通过第二次注浆管于波纹管内部进行第二次注浆，所述波纹管和锚索孔的孔壁之间充填碎石并由第一次注浆管灌注水泥浆液形成水泥碎石胶结体从而构成外锚固段；位于所述锚索束下部的压力型钢绞线上套有套管和位于所述锚索束下部的未套设套管的拉力型钢绞线通过第一次注浆管向锚索孔中灌注浆液后形成内锚固段，位于内锚固段的拉力型钢绞线和压力型钢绞线张拉后使得张拉后的拉力型钢绞线在内锚固段的上端产生拉应力，所述压力型钢绞线的下端设有内锚头，张拉后的压力型钢绞线在内锚固段的下端产生压应力，拉应力和压应力共同发挥内锚固段的内锚固作用。

本实用新型内锚固段和外锚固段共同发挥作用，有效降低了框架梁的反力，而且外锚头和外锚固段共同发挥作用，降低了外锚头失效或预应力损失的风险。同时，可分散外锚头应力，当外锚固段注浆后，浆体达到龄期后逐步形成锚固力时，外锚头的荷载有一部分传递分配给外锚固段，因而缓解了外锚头的长期应力集中而导致的预应力损失问题。另外，本实用新型的内锚固段同时设置有拉力型钢绞线和压力型钢绞线，使内锚固段的受力更加均匀，避免受力后在端部形成过大的拉应力或压应力对围岩的破坏，从而降低了内锚固段失效的风险。

作为本实用新型的一种改进，所述自由段和内锚固段等径，所述外锚固段的直径大于所述自由段和内锚固段直径。

本实用新型外锚固段的直径大于自由段和内锚固段的直径，其具有以下技术效果：⑴锚索孔上部直径扩大后易投放碎石充填，通过第一次灌注浆液，在外锚固段形成水泥碎石胶结体，增加了外锚固段的摩阻力；⑵锚索孔上部为碎石填充，易提高锚索孔第一次注浆的压力，有利于水泥浆液向围岩节理、裂隙渗透，有利于胶结围岩及提高内锚固段的摩阻力；⑶扩大外锚固段的直径有利于控制边坡的浅层破坏，同时为锚索框架梁反力体系提供类似桩基的作用，降低框架梁由于底部的冲刷而导致反力体系失效的风险，从而进一步降低锚索预应力损失的风险；⑷由于位于外锚固段的拉力型钢绞线和压力型钢绞线采用波纹管包裹，张拉后再进行二次注浆，有利于保护锚索外端及防止锚索外端的锈蚀导致锚索的失效。

作为本实用新型的一种优选实施方式，在所述波纹管的底端设有用于封闭波纹管底端管口的止浆塞，所述止浆塞是由波纹管底端与自由段的套管顶端连接并包扎密实后再注入水泥浆液固化而成。

作为本实用新型的一种改进，位于内锚固段的压力型钢绞线长于位于此段的拉力型钢绞线，所述内锚头主要由压力型钢绞线的尾端、用于承压钢绞线的承压板、用于限位压力型钢绞线的限位片和固定部件组成，所述拉力型钢绞线和压力型钢绞线的根数均为偶数，所述第一次注浆管和压力型钢绞线的尾端穿过承压板和限位片，其中，所述压力型钢绞线的尾端每两根相向弯曲后通过固定部件连接构成U型构件，数个U型构件形成整根锚索束的导向帽。因此，本实用新型无需另外预制导向帽，U型构件的结构简单、操作方便、提高了工作效率。

本实用新型与常规的拉力型锚索结构相比，所增设的承压板(内锚头)可作为常规的拉力型锚索结构的导向帽的一部分，且锚索的安装难易程度基本一致，仅增加二次注浆这道工序，工效增加不大；但与压力分散型锚索结构相比，本实用新型的安装难度远小于压力分散型锚索的安装难度。

作为本实用新型的一种优选实施方式，所述外锚固段的长度短于内锚固段的长度，以达到自由调整所需的锚固力及自由段的长度。

作为本实用新型的一种优选实施方式，所述拉力型钢绞线和压力型钢绞线的根数相同。

与现有技术相比，本实用新型具有如下显著的效果：

⑴本实用新型内锚固段和外锚固段共同发挥作用，有效降低了框架梁的反力，而且外锚头和外锚固段共同发挥作用，降低了外锚头失效或预应力损失的风险。同时，可分散外锚头应力，当外锚固段注浆后，浆体达到龄期后逐步形成锚固力时，外锚头的荷载有一部分传递分配给外锚固段，因而缓解了外锚头的长期应力集中而导致的预应力损失问题。

⑵本实用新型的内锚固段同时设置有拉力型钢绞线和压力型钢绞线，使内锚固段的受力更加均匀，避免受力后在端部形成过大的拉应力或压应力对围岩的破坏，从而降低了内锚固段失效的风险。

⑶本实用新型外锚固段的直径大于自由段和内锚固段的直径，其具有以下技术效果：①锚索孔上部直径扩大后易投放碎石充填，通过第一次灌注浆液，在外锚固段形成水泥碎石胶结体，增加了外锚固段的摩阻力；②锚索孔上部为碎石填充，易提高锚索孔第一次注浆的压力，有利于水泥浆液向围岩节理、裂隙渗透，有利于胶结围岩及提高内锚固段的摩阻力；③扩大外锚固段的直径有利于控制边坡的浅层破坏，同时为锚索框架梁反力体系提供类似桩基的作用，降低框架梁由于底部的冲刷而导致反力体系失效的风险，从而进一步降低锚索预应力损失的风险；④由于位于外锚固段的拉力型钢绞线和压力型钢绞线采用波纹管包裹，张拉后再进行二次注浆，有利于保护锚索外端及防止锚索外端的锈蚀导致锚索的失效。

⑷数个U型构件形成整根锚索束的导向帽。因此，本实用新型无需另外预制导向帽，U型构件的结构简单、操作方便、提高了工作效率。而且本实用新型所增设的承压板(内锚头)可作为常规的拉力型锚索结构的导向帽的一部分，且锚索的安装难易程度基本一致，仅增加二次注浆这道工序，工效增加不大；但与压力分散型锚索结构相比，本实用新型的安装难度远小于压力分散型锚索的安装难度。

⑸本实用新型尤其适合不良地质边坡或特殊性岩土边坡，可根据围岩物理力学性质和边坡的设计下滑力，通过调整外锚固段的直径和内锚固段的长度，来调节锚索系统的整体受力，从而提高锚索系统的安全可靠度。

附图说明

以下结合附图对本实用新型作进一步的详细说明。

图1是本实用新型的整体结构示意图；

图2是本实用新型U型构件的结构示意图；

图3是沿图1中A-A线剖面图；

图4是沿图1中B-B线剖面图；

图5是沿图1中C-C线剖面图；

图6是沿图1中D-D线剖面图；

图7是沿图1中E-E线剖面图；

图8是沿图1中F-F线剖面图；

图9是沿图1中G-G线剖面图；

图10是本实用新型压力型钢绞线受力与孔壁间摩阻力分布状态示意图；

图11是本实用新型拉力型钢绞线受力与孔壁间摩阻力分布状态示意图；

图12是本实用新型压力型钢绞线受力和拉力型钢绞线受力组合受力与孔壁间摩阻力分布状态示意图。

具体实施方式

如图1～9所示，是本实用新型一种拉压互补型外锚固锁定锚索结构，包括在边坡上开设的锚索孔10和锚固体系，锚固体系主要由锚索体、外锚头17和内锚头组成，锚索体和内锚头置于锚索孔10中，锚索体包括拉力型钢绞线6、压力型钢绞线5、套管16、波纹管12、扩张环9、箍环8、第一次注浆管7、第二次注浆管13和排气管14，拉力型钢绞线6、第一次注浆管7和压力型钢绞线5组合并间隔套设有扩张环9和箍环8从而构成锚索束，拉力型钢绞线6和压力型钢绞线5的根数均为偶数，在本实施例中，拉力型钢绞线6和压力型钢绞线5分别为两根并于第一次注浆管7的外围圆周间隔布置，拉力型钢绞线6和压力型钢绞线5之间以及二者和第一次注浆管7之间均具有间隙，第一次注浆管7的下端与锚索孔10的孔底之间具有间隙，锚索束的上端穿过锚索框架梁后通过外锚头17固定，位于锚索束中部的拉力型钢绞线6和压力型钢绞线5上分别套有套管16并通过第一次注浆管7向锚索孔10中灌注浆液后形成自由段I，波纹管12采用镀锌波纹管，波纹管12套于锚索束的上部，第二次注浆管13和排气管14设于波纹管12内且其下端与波纹管12的底端之间具有间隙，而其上端则伸至外界，波纹管12的底端封闭于自由段I的套管16顶端，拉力型钢绞线6和压力型钢绞线5张拉后通过第二次注浆管13于波纹管12内部进行第二次注浆，波纹管12和锚索孔10的孔壁之间充填碎石并由第一次注浆管7灌注水泥浆液形成水泥碎石胶结体从而构成外锚固段H；位于锚索束下部的压力型钢绞线5上套有套管16和位于锚索束下部的未套设套管的拉力型钢绞线6，通过第一次注浆管7向锚索孔10中灌注浆液后形成内锚固段J，位于内锚固段J的拉力型钢绞线6和压力型钢绞线5张拉后使得张拉后的拉力型钢绞线6在内锚固段J的上端产生拉应力，压力型钢绞线5的下端设有内锚头，张拉后的压力型钢绞线5在内锚固段J的下端产生压应力，拉应力和压应力共同发挥内锚固段的内锚固作用。压力型钢绞线5在外锚固段H与水泥浆体4粘结，在自由段I和内锚固段J均处于无粘结状态；拉力型钢绞线6在自由段I处于无粘结状态，在外锚固段H和内锚固段J均与水泥浆体4粘结。

自由段I和内锚固段J等径，外锚固段H的直径大于自由段I和内锚固段J的直径，外锚固段H的长度短于内锚固段J的长度，在本实施例中，外锚固段H的直径为自由段I和内锚固段J直径的2倍，外锚固段的长度为内锚固段长度的一半，以利于下放锚索束和投入碎石，同时可使内、外锚固段所需的锚固力基本平衡。

在本实施例中，在波纹管12的底端设有用于封闭波纹管12底端管口的止浆塞11，止浆塞11是由波纹管12底端与自由段I的套管顶端连接并包扎密实后再注入水泥浆液固化而成。

位于内锚固段J的压力型钢绞线5长于位于此段的拉力型钢绞线6，在本实施例中，位于内锚固段J的拉力型钢绞线6的长度为位于此段的压力型钢绞线5的长度的3/4。内锚头主要由压力型钢绞线5的尾端、用于承压钢绞线的承压板3、用于限位压力型钢绞线5的限位片2和固定部件组成，在本实施例中，固定部件采用螺栓1，第一次注浆管7和压力型钢绞线5的尾端穿过承压板3和限位片2，其中，压力型钢绞线5的尾端每两根相向弯曲后通过螺栓1连接构成U型构件19，数个U型构件19形成整根锚索束的导向帽，构成一个U型构件19的两条压力型钢绞线5为相对设置。

一种上述拉压互补型外锚固锁定锚索结构的施工方法，具体包括以下步骤：

一、加工锚索束：

⑴锚索材料和锚具必须按设计要求进行选用，压力型钢绞线5和拉力型钢绞线6的长度按照设计要求进行裁剪，位于内锚固段的拉力型钢绞线6的长度为位于此段的压力型钢绞线5的长度的3/4，且拉力型钢绞线5和压力型钢绞线6的根数根据设计要求进行配置，优选按偶数进行配置，一半设置为拉力型锚索6，一半设置为压力型锚索5。在本实施例中，拉力型钢绞线6和压力型钢绞线5的根数均为偶数，且分别为两根。对拉力型钢绞线6和压力型钢绞线5进行除锈处理，将位于自由段I的拉力型钢绞线6以及位于自由段I和内锚固段J的压力型钢绞线5涂上黄油保护层后再分别套上套管16，并紧扎套管16两端以防第一次注浆的浆液渗入套管16内，其中，压力型钢绞线5的下端要求与内锚头连接；

⑵将由步骤⑴所得的压力型钢绞线和拉力型钢绞线与第一次注浆管按照设计要求组合并将箍环8与扩张环9相间隔布设于其上构成锚索束，拉力型钢绞线6和压力型钢绞线5于第一次注浆管7的外围圆周间隔布置。第一次注浆管7的下端要求接近锚索孔10的孔底；在压力型钢绞线的下端安装内锚头，具体是：压力型钢绞线5在安装承压板3和限位片2后，在限位片2后预留30cm长的压力型钢绞线5，将压力型钢绞线5两两弯折成U型，通过螺栓拧紧固定形成U型构件。由此形成的U型锚索的端部作为整根锚索束的导向帽，该方法不需另外预制导向帽，实施简单、高效。

⑶在锚索束的上部套设波纹管12，波纹管12采用镀锌波纹管，波纹管12的底端与自由段I的套管顶端连接并封堵波纹管的底端以防第一次注浆的浆液渗入波纹管内。具体是：波纹管12的底端与自由段I的端部连接并包扎密实，在镀锌波纹管的底端注入少量M30水泥浆液，形成止浆塞11，避免第一次注浆的浆液渗入镀锌波纹管内。

在波纹管12内设置第二次注浆管13和排气管14，第二次注浆管13和排气管14的下端与波纹管12的底端之间留有间隙，第二次注浆管13和排气管14的上端伸至外界。

二、根据设计要求分别确定位于外锚固段H、自由段I和内锚固段J的锚索孔10的孔径，在本实施例中，位于外锚固段的锚索孔的孔径比位于自由段和内锚固段的锚索孔的孔径大一倍，外锚固段的长度为内锚固段长度的一半，以利于下放锚索束和投入碎石，同时可使内、外锚固段所需的锚固力基本平衡。

在边坡上施钻锚索孔10。

三、清理锚索孔10，并认真检查是否有塌孔，将由步骤一制作成的锚索束放置至锚索孔10的孔底，第一次注浆管7的下端和孔底之间留有间隙；

四、向波纹管12与锚索孔10孔壁之间投放级配良好的碎石，直至碎石充填满至锚索孔10的孔口。碎石的质量应满足混凝土所用碎石的需要，碎石尽可能密实并满至孔口。

五、按设计要求配备注浆液并进行第一次注浆，通过第一次注浆管7向锚索孔10内灌注浆液，要求锚索孔10孔口溢出的浆液与注浆池的浆液一致时停止注浆。在注浆的过程中，位于锚索孔10孔口的浆液未凝固前进行补浆，直至孔口浆液凝固饱满，孔口碎石胶结良好，最终的注浆压力不得低于设计要求的压力。

六、施工锚索框架梁18；

七、待第一次注浆所灌注的浆液达到要求的龄期后对压力型钢绞线5和拉力型钢绞线6进行张拉锁定；

八、通过向波纹管12内灌注浆液实现第二次注浆，排气管14管口处的浆液回流时，及时进行补注，直至排气管14管口处浆液饱满为止，最终的注浆压力不得低于设计要求的压力。

在施工过程中，内、外锚固段分两次进行注浆，先进行第一次注浆，后进行第二次注浆，使注浆体具有不同工作特性，即：内锚固段在第一次注浆后张拉，内锚固体(钢绞线和注浆体的结合体)具有预应力后张法特性，钢绞线对注浆体产生预压应力；外锚固段在波纹管内，预应力张拉后再进行第二次注浆，外锚固体(钢绞线和注浆体的结合体)具有预应力先张法的特性。

九、钢绞线锁定后，做好记号，观察三天，没有异常情况即留长10cm后用手提砂轮机切割多余钢绞线(严禁电弧烧割)。最后用水泥浆注满锚垫板及锚头各部分空隙，并按设计要求支模，用C30砼封锚处理。

如图10所示，是压力型钢绞线受力与孔壁间摩阻力分布状态。压力型钢绞线提供的压力为a，压力型钢绞线与孔壁间摩阻力为b，压力型钢绞线受到的拉力为c。压力型钢绞线5受力后在端部形成过大的压应力，增加了内锚固段失效的风险。

如图11所示，是拉力型钢绞线受力与孔壁间摩阻力分布状态。拉力型钢绞线与孔壁间摩阻力为d，拉力型钢绞线受到的拉力为c。拉力型钢绞线6受力后在端部形成过大的拉应力对围岩的破坏，增加了内锚固段失效的风险。

如图12所示，是拉压互补型钢绞线受力与孔壁间摩阻力分布状态。本实用新型的锚索结构的内锚固段同时设置了拉力型钢绞线及压力型钢绞线，因此，使内锚固段的受力更加均匀，不易出现应力集中问题。避免了压力型钢绞线受力后在端部形成过大的压应力和拉力型钢绞线受力后在端部形成过大的拉应力对围岩的破坏，从而降低了内锚固段失效的风险。

本实用新型的实施方式不限于此，根据本实用新型的上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本实用新型上述基本技术思想前提下，本实用新型还可以做出其它多种形式的修改、替换或变更，均落在本实用新型权利保护范围之内。

Claims (6)

1.一种拉压互补型外锚固锁定锚索结构，包括在边坡上开设的锚索孔和锚固体系，其特征在于：所述锚固体系主要由锚索体、外锚头和内锚头组成，其中，所述锚索体和内锚头置于所述锚索孔中，所述锚索体包括拉力型钢绞线、压力型钢绞线、套管、波纹管、扩张环、箍环、第一次注浆管、第二次注浆管和排气管，所述拉力型钢绞线、第一次注浆管和压力型钢绞线组合并间隔套设有扩张环和箍环从而构成锚索束，第一次注浆管的下端与锚索孔的孔底之间具有间隙，所述锚索束的上端穿过锚索框架梁后通过外锚头固定，位于所述锚索束中部的拉力型钢绞线和压力型钢绞线上分别套有套管并通过第一次注浆管向锚索孔中灌注浆液后形成自由段，所述波纹管套于锚索束的上部，所述第二次注浆管和排气管设于波纹管内且其下端与波纹管的底端之间具有间隙，而其上端则伸至外界，波纹管的底端封闭于自由段的套管顶端，拉力型钢绞线和压力型钢绞线张拉后通过第二次注浆管于波纹管内部进行第二次注浆，所述波纹管和锚索孔的孔壁之间充填碎石并由第一次注浆管灌注水泥浆液形成水泥碎石胶结体从而构成外锚固段；位于所述锚索束下部的压力型钢绞线上套有套管和位于所述锚索束下部的未套设套管的拉力型钢绞线通过第一次注浆管向锚索孔中灌注浆液后形成内锚固段，位于内锚固段的拉力型钢绞线和压力型钢绞线张拉后使得张拉后的拉力型钢绞线在内锚固段的上端产生拉应力，所述压力型钢绞线的下端设有内锚头，张拉后的压力型钢绞线在内锚固段的下端产生压应力，拉应力和压应力共同发挥内锚固段的内锚固作用。

2.根据权利要求1所述的拉压互补型外锚固锁定锚索结构，其特征在于：所述自由段和内锚固段等径，所述外锚固段的直径大于所述自由段和内锚固段的直径。

3.根据权利要求2所述的拉压互补型外锚固锁定锚索结构，其特征在于：在所述波纹管的底端设有用于封闭波纹管底端管口的止浆塞，所述止浆塞是由波纹管底端与自由段的套管顶端连接并包扎密实后再注入水泥浆液固化而成。

4.根据权利要求3所述的拉压互补型外锚固锁定锚索结构，其特征在于：位于内锚固段的压力型钢绞线长于位于此段的拉力型钢绞线，所述内锚头主要由压力型钢绞线的尾端、用于承压钢绞线的承压板、用于限位压力型钢绞线的限位片和固定部件组成，所述拉力型钢绞线和压力型钢绞线的根数均为偶数，所述第一次注浆管和压力型钢绞线的尾端穿过承压板和限位片，其中，所述压力型钢绞线的尾端每两根相向弯曲后通过固定部件连接构成U型构件，数个U型构件形成整根锚索束的导向帽。

5.根据权利要求4所述的拉压互补型外锚固锁定锚索结构，其特征在于：所述外锚固段的长度短于所述内锚固段的长度。

6.根据权利要求5所述的拉压互补型外锚固锁定锚索结构，其特征在于：所述拉力型钢绞线和压力型钢绞线的根数相同。