CN207420607U - 一种中空锚杆钢及包含该锚杆钢的注浆锚杆 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种中空锚杆钢，其外表面设有螺纹，所述螺纹的牙底宽为1.5mm~6mm，螺纹的牙高为0.6mm~2.5mm，螺纹螺距为牙底宽的3~10倍，同时涉及一种注浆锚杆，包括中空锚杆钢杆体、止浆塞、托盘和螺母，所述中空锚杆钢杆体一端加工尾部螺纹，尾部螺纹上配拧螺母，中空锚杆杆体自下而上套有螺母、托盘和止浆塞。本实用新型涉及的锚杆与现有中空注浆锚杆相比，在同等条件下大幅提高了锚固力，同时大大提高了材料的利用率；通过设置单向阀防止浆液逆流，减少了注浆材料的浪费，提高加固围岩的效果；同时本注浆锚杆结构简单，加工制作方便，成本低，注浆加固效果好。
Description
技术领域
本实用新型涉及矿山及岩土锚固工程技术领域，尤其涉及到一种中空锚杆钢及包含该锚杆钢的注浆锚杆。
背景技术
目前国内外广泛应用中空注浆锚杆支护或加固隧道、矿山井巷以及边坡和深基坑工程。中空注浆锚杆既是支护用的锚杆又兼做注浆管，注浆材料通过锚杆的中空结构充填围岩裂隙对围岩起到加固作用，同时充填锚杆孔实现锚杆的全长锚固。
中空注浆锚杆对岩土工程的锚固作用是通过限制所锚固范围内的围岩位移来实现的，当巷道围岩发生位移或离层时中空注浆锚杆通过固化后的注浆材料向围岩提供约束，限制围岩的离层或破坏，保持围岩的完整性，并与围岩一起承担载荷。影响中空注浆锚杆锚固力的因素有多种，其中杆体外形对锚固力的大小起着决定性的作用，如带有螺纹的锚杆比光面杆体的锚固力大很多。
锚杆的锚固力是由杆体表面与锚固材料和孔壁与锚固材料之间的相互作用决定的。当锚杆轴向受力时，锚杆的横肋与锚固材料受到剪切力，由于中空注浆锚杆杆体的抗剪强度与锚固材料的抗剪强度通常相差10倍左右，杆体与锚固材料就存在抗剪力匹配问题。因此，从注浆锚杆加固围岩的原理出发，锚杆杆体外表面就存在一个最佳外形。但现有中空注浆锚杆的外形仅考虑的是螺纹既能起到一定的锚固作用，又可以直接安装预紧螺母和连接套，锚杆杆体表面的螺距设计为小于或等于牙底宽的两倍，从而导致锚固材料与锚杆横肋抗剪力不匹配，降低了锚杆锚固性能。
发明内容
本实用新型针对现有技术的不足，提供一种中空锚杆钢及包含该锚杆钢的注浆锚杆，锚杆的外形与锚固材料的抗剪力匹配更好，使锚杆的锚固力得到大幅提高。
本实用新型是通过如下技术方案实现的，提供一种中空锚杆钢，其外表面设有螺纹，所述螺纹的牙底宽为1.5mm~6mm，螺纹的牙高为0.6mm~2.5mm，螺纹螺距为牙底宽的3~10倍，螺纹既可以是左旋螺纹，也可以是右旋螺纹。
本方案通过对现有技术中螺纹结构参数的改变，使得注浆材料与杆体螺纹的抗剪力趋于接近，从而使锚杆与锚固材料的抗剪性能相匹配，不仅提高了锚杆杆体材料的利用率，而且大大提高了锚杆的锚固力。
作为优选，所述螺纹的牙形为梯形或波形。梯形、波形螺纹的牙顶均具有一定宽度，与注浆材料结合后具有更强的抗剪性能。
一种注浆锚杆，包括上述技术方案中的中空锚杆钢制成的杆体、止浆塞、托盘和螺母，所述中空锚杆钢杆体一端加工尾部螺纹，尾部螺纹上配拧螺母，中空锚杆杆体自下而上套有螺母、托盘和止浆塞。使用上述技术方案制成的注浆锚杆与注浆材料的抗剪性能匹配更好。
作为优选，所述尾部螺纹为标准螺纹，且所述尾部螺纹沿中空锚杆钢轴向的长度为80mm~150mm。标准螺纹加工难度较低，其长度设置为80mm~150mm，既能满足较高的预紧力需要，又保证了较大的调节范围，在使用时十分方便。
作为优化，所述尾部螺纹对应的中空锚杆钢内部还设有单向阀，所述单向阀由螺母所在端向另一端开启。通过设置单向阀，施工完后可防止浆液倒流。
作为优化，所述中空锚杆钢杆体远离所述螺母的一端还设置有涨壳。通过设置涨壳，即使在不使用树脂锚固剂时也能进行锚固，扩大了应用范围。
本实用新型的有益效果为：
1、与现有波形中空注浆锚杆相比锚固力提高30%以上；
2、由于扩大了横肋间距，提高了杆件抗拉强度及材料的利用率；
3、单向阀组件防止浆液逆流，减少了注浆材料的浪费，提高加固围岩的效果；
4、本注浆锚杆结构简单，加工制作方便，成本低，注浆加固效果好。
附图说明
图1为本实用新型锚杆结构示意图；
图2为本实用新型单向阀结构示意图；
图3为锚杆锚固性能测试后部分试样图；
图4为带梯形螺纹试样的力-位移曲线图；
图5为带波形螺纹试样的力-位移曲线图；
图6为带矩形螺纹试样的力-位移曲线图；
图7为本实用新型锚杆钢结构示意图；
图8为图7中I处放大视图；
图中所示：
1、螺母，2、托盘，3、止浆塞，4、中空锚杆钢杆体，5、涨壳，6、单向阀，s、螺距，b、牙底宽。
具体实施方式
为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，对本方案进行阐述。
一种中空锚杆钢，其外表面设有螺纹，所述螺纹的牙形为梯形或波形，所述螺纹的牙底宽为1.5mm~6mm，螺纹的牙高为0.6mm~2.5mm，螺纹螺距为牙底宽的3~10倍，即s=3b~10b。
如附图1所示一种注浆锚杆，包括由上述中空锚杆钢制成的中空锚杆钢杆体4，以及通过尾部螺纹连接的螺母1，所述尾部螺纹为标准螺纹，且所述尾部螺纹沿杆体轴向的长度为80mm~150mm。尾部螺纹对应的中空锚杆钢内部还设有单向阀6，所述单向阀6由螺母所在端向另一端开启。
中空锚杆钢杆体4尾部螺纹端自下而上套有螺母1、托盘2和止浆塞3，杆体4另一端还设置有涨壳5。
作为优选方案，本实施例中的中空锚杆钢选为：锚杆直径（内径）为25mm，螺纹牙形为梯形，螺距为20mm，牙底宽为4mm，牙高为1.2mm，左旋。
针对本实用新型方案的锚杆钢进行锚固性能试验，同时选取多种本实用新型方案螺纹参数的锚杆钢，与现有技术中使用的锚杆钢和光面螺杆作对比，各试件螺纹的具体参数如下表：
| 试样编号 | 螺纹形态 | 直径/mm | 螺距/mm | 牙底宽/mm | 螺纹高/mm |
| 试样1 | 梯形螺纹 | 25 | 15 | 4 | 1.2 |
| 试样2 | 梯形螺纹 | 25 | 20 | 4 | 1.2 |
| 试样3 | 梯形螺纹 | 25 | 40 | 4 | 1.2 |
| 试样4 | 光面 | 25 | |||
| 试样5 | 梯形螺纹 | 25 | 10 | 5 | 1.2 |
| 试样6 | 波形螺纹 | 25 | 12.7 | 6.35 | 1.2 |
| 试样7 | 波形螺纹 | 25 | 25 | 6.35 | 1.2 |
| 试样8 | 波形螺纹 | 25 | 65 | 6.35 | 1.2 |
| 试样9 | 梯形螺纹 | 25 | 12 | 4 | 1.2 |
| 试样10 | 梯形螺纹 | 25 | 25 | 4 | 1.2 |
| 试样11 | 矩形螺纹 | 25 | 20 | 3 | 1.2 |
| 试样12 | 矩形螺纹 | 25 | 25 | 3 | 1.2 |
| 试样13 | 矩形螺纹 | 25 | 30 | 3 | 1.2 |
| 试样14 | 矩形螺纹 | 25 | 10 | 5 | 1.2 |
上表中试件4为光面螺杆，试件5、6和14为现有技术使用的锚杆钢，其余试件为本实用新型方案螺纹参数的锚杆钢。
本试验将锚杆锚固在高度为150mm内径50mm的钢管内，利用钢管提供侧向约束，确保水泥固结体不发生侧向位移。
试验选用强度42.5的超细水泥作为注浆材料，注浆材料的水灰比1:2。将锚杆放在钢管内，并使锚杆轴线与钢管中心轴线重合，然后填充水泥注浆材料，振捣密实，7天强度后进行锚固性能测试。
试验在 WAW－1000 kN 型电液伺服万能试验机上进行，试验机最大试验力为1000kN，采用液压夹持，可以进行试件的抗拉和抗压试验，并且能够实现连续全程测量，试验过程采用伺服控制，加载速度为 10KN/min。
锚杆锚固性能测试后试样情况见附图3。
依据锚杆锚固性能实验测试数据，得到不同带梯形螺纹试样的力-位移曲线图（图4），不同带波形螺纹试样的力-位移曲线图（图5），不同带矩形螺纹试样的力-位移曲线图（图6）。
从图4、图5和图6中可以中得到锚杆试样锚固性能参数锚固力值：
试样1：最大锚固力113KN；
试样2：最大锚固力147KN；
试样3：最大锚固力98KN；
试样4：最大锚固力18KN；
试样5：最大锚固力40KN；
试样6：最大锚固力53KN；
试样7：最大锚固力124KN；
试样8：最大锚固力75KN；
试样9：最大锚固力104KN；
试样10：最大锚固力132KN；
试样11：最大锚固力116KN；
试样12：最大锚固力109KN；
试样13：最大锚固力94KN；
试样14：最大锚固力37KN。
通过对力-位移数据曲线图分析，可以得出，光面锚杆锚固力很小，可以忽略，本实用新型技术方案的锚杆钢与现有技术的对比可以看出，本实用新型的锚杆钢的锚固力最高可比现有技术高出3倍左右，其锚固性能明显高于现有技术。
并且，对于梯形螺纹，在牙底宽等于4mm，且螺纹高度相同的情况下，螺距为12mm、15mm时，锚固力逐渐增大，螺距为25mm、40mm时，锚固力逐渐减小，因此在螺距在20mm附近时，锚固性能最好。
当然，上述说明也并不仅限于上述举例，本实用新型未经描述的技术特征可以通过或采用现有技术实现，在此不再赘述；以上实施例及附图仅用于说明本实用新型的技术方案并非是对本实用新型的限制，参照优选的实施方式对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，本技术领域的普通技术人员在本实用新型的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换都不脱离本实用新型的宗旨，也应属于本实用新型的权利要求保护范围。
Claims (7)
1.一种中空锚杆钢，其外表面设有螺纹，其特征在于：所述螺纹的牙底宽为1.5mm~6mm，螺纹的牙高为0.6mm~2.5mm，螺纹螺距为牙底宽的3~10倍。
2.根据权利要求1所述的一种中空锚杆钢，其特征在于：所述螺纹的牙形为梯形或波形。
3.根据权利要求1所述的一种中空锚杆钢，其特征在于：所述螺纹为左旋螺纹或右旋螺纹。
4.一种注浆锚杆，包括中空锚杆钢杆体（4）、止浆塞（3）、托盘（2）和螺母（1），其特征在于：中空锚杆钢杆体（4）一端加工尾部螺纹，所述尾部螺纹上配拧螺母，中空锚杆杆体自下而上套有螺母（1）、托盘（2）和止浆塞（3），所述中空锚杆钢杆体（4）为权利要求1~3任一项所述的中空锚杆钢。
5.根据权利要求4所述的注浆锚杆，其特征在于：所述尾部螺纹沿杆体轴向的长度为80mm~150mm。
6.根据权利要求4所述的注浆锚杆，其特征在于：所述尾部螺纹对应的杆体内部还设有单向阀，所述单向阀由螺母所在端向另一端开启。
7.根据权利要求4所述的注浆锚杆，其特征在于：所述杆体上远离所述螺母的一端还设置有涨壳（5）。
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| CN201721340275.5U CN207420607U (zh) | 2017-10-18 | 2017-10-18 | 一种中空锚杆钢及包含该锚杆钢的注浆锚杆 |
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| CN107559030A (zh) * | 2017-10-18 | 2018-01-09 | 山东安科矿山支护技术有限公司 | 一种中空锚杆钢及包含该锚杆钢的注浆锚杆 |
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