CN210829334U - 一种具有地质探测和锚固功能的中空锚杆 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种具有地质探测和锚固功能的中空锚杆，包括涨壳锚头、锚杆、涨壳片、涨壳、钢塞、止浆塞、注浆管、垫板、螺母、堵头；所述涨壳锚头安装在所述中空锚杆的顶端，通过涨壳片及钢塞与锚杆连接固定，其上设有预测感应芯片及排气排浆槽；所述锚杆内设有贯通的锚杆内孔，内部设有预测传感器模块及信号传输线；所述堵头设在所述锚杆远离涨壳锚头的另一端，所述信号传输线与堵头连接；所述止浆塞套装于所述锚杆上；所述垫板安装于止浆塞后端，所述注浆管穿过垫板及止浆塞，所述螺母拧紧于垫板后端；所述堵头外侧还连接有地质灾害预警传感器模块、供电装置、充电装置、信息交换模块以及通过无线远程连接的信息地面接收及处理系统。

Description

一种具有地质探测和锚固功能的中空锚杆

技术领域

本实用新型属于地质勘探及建筑支护技术，具体涉及一种具有地质探测和锚固功能的中空锚杆。

背景技术

传统锚杆一般为简单的开有锚杆孔的中空杆。在岩石或建筑物上通过钻头钻出锚孔之后，将传统锚杆放入锚孔之中，通过锚杆露出锚孔外一端的锚杆孔注入砂浆，从止浆塞小孔内排气排浆，注浆砂浆及锚杆孔周围的岩屑极易堵死止浆塞小孔，造成排气不畅，注浆压力升高，浆液难以进入锚孔内，导致锚孔内的锚杆与锚孔内壁四周的岩层无法连接为一体，无法实现注浆，也无法到达设计要求的全长粘结。

另外，传统涨壳锚杆由于涨壳头设计的缺陷，需要反复抽拉才能张开，其瞬间抗拔力无法达到设计要求；也由于传统锚杆不能简单快速地张开涨壳头、瞬间达到张拉所需要的强度，操作时需要较多人力，首先需三人以上将锚杆送入锚孔内、顶着锚杆，还需要另外的一人另行用注浆机进行注浆，且时刻担心锚杆会从锚孔内掉落，施工安全风险很大；而且传统锚杆送达锚孔底部不能自动调节涨壳，锚头张开尺寸受限制，预测芯片不能紧密地与岩层结合，无法测量地质灾害变化，及注浆的密实度、锚杆的长短等信息，会导致软弱地层的锚杆发生脱落，无法实现张拉，也无法实现地质预测功能。

为此，需要研发一种同时具有地质探测和锚固功能的中空锚杆及其排气注浆方法，用于铁路隧道、公路隧道、高边坡的防护以及地下建筑支护、电站及城市中高层建筑基坑支护、河坝和桥墩堤岸的加固，起到良好的锚固功效，并具备强大的地质预测功能，具体包括：实时探测地下岩层压力、位移、温度、弯曲度等，相关数据通过前端处理器计算后随时上传；按照断面布设若干该中空锚杆，随时记录分析锚杆注浆流量数据、锚杆长短、岩层压力变化等，预测、防范地质灾害。

实用新型内容

实用新型目的：为了克服现有技术的缺陷，特设计制作一种具有地质探测和锚固功能的中空锚杆，锚固功能强大，能瞬间达到张拉所需强度，且操作方便安全，一人可以实现从打孔、装锚、注浆等操作，降低施工安全风险；锚头张开尺寸灵活、方便安装预测感应芯片，实现测量地质灾害预测及注浆的密实度、锚杆的长短等功能。

技术方案：一种具有地质探测和锚固功能的中空锚杆，包括涨壳锚头、锚杆、涨壳片、钢塞、止浆塞、注浆管、垫板、螺母、堵头，所述涨壳锚头安装在所述中空锚杆的顶端，通过涨壳片及钢塞与锚杆连接固定，其上设有预测感应芯片及排气排浆槽；所述锚杆内设有贯通的锚杆内孔，所述锚杆内孔内部设有预测传感器模块及信号传输线；所述涨壳锚头内部开设锚头内孔，且锚头内孔与锚杆内孔两者互相贯通；所述堵头设在所述锚杆远离涨壳锚头的另一端，所述信号传输线与堵头连接；所述止浆塞套装于所述锚杆上，用于固定锚杆，且便于封堵由钻头成型的锚孔口；所述垫板安装于止浆塞后端，所述注浆管穿过垫板及止浆塞，所述螺母拧紧于垫板后端，推动及巩固止浆塞和垫板；所述堵头外侧还连接有地质灾害预警传感器模块、供电装置、充电装置、信息交换模块以及通过无线远程连接的信息地面接收及处理系统。

优选的，所述涨壳片为两片内部开设阶梯孔、外部设有阶梯圆的半圆柱片，两片所述涨壳片的前部分别与涨壳锚头后部的圆环槽扣合，外表面通过涨壳与涨壳锚头焊接固定，其后部从涨壳后部下方伸出；所述钢塞内部通过螺纹套装在锚杆上，其外部的圆锥面前端嵌入涨壳片内部的阶梯孔中。

进一步的，所述涨壳锚头和涨壳片的外表面相应位置上开有尺寸匹配的涨壳槽，所述涨壳通过焊接方式嵌入其中，将涨壳锚头和涨壳片在外部进行前后连接固定。

优选的，所述涨壳片内部的阶梯孔包括圆柱孔和梯形圆锥孔；所述钢塞的外形为梯形圆锥体，其外部的圆锥面前端嵌入涨壳片内部的梯形圆锥孔中。当涨壳锚头被送达锚孔底部后，涨壳锚头顶端的排气排浆槽顶住了锚孔底部，此时操作人员顶住锚杆并轻轻旋转一下，由于钢塞随着锚杆推动和旋转，钢塞前端又嵌在涨壳片内部的梯形圆锥孔中，钢塞的推动力和旋转力使得梯形圆锥孔对应位置的涨壳片被向外撑开、涨开，涨壳片涨开后与锚孔内壁岩层结合，因涨壳头和锚杆相连接且涨壳片涨开卡在了岩层中，瞬间达到了张拉所需要的强度，避免锚杆向下坠落，也因此使得一人可以实现从打孔、装锚到注浆的全过程操作，节省人力，提高效率，降低施工安全风险。

优选的，所述涨壳锚头、涨壳片、锚杆的尺寸可以根据实际需要调整。

优选的，所述排气排浆槽开设在所述涨壳锚头的顶端。

优选的，所述止浆塞外形为梯形圆锥，且其梯形底面上开设有止浆塞锚杆孔和止浆塞注浆管孔，分别用于穿过锚杆和注浆管；所述止浆塞的圆锥最大直径与锚孔直径一致，起到封堵锚孔口、避免锚孔内注浆后漏浆、漏气的作用。

优选的，所述注浆管的顶部设有注浆头，用于砂浆的注入。

优选的，所述垫板为套设在锚孔口处的锚杆上的薄板，其中间向后拱起圆弧部，并开设有垫板锚杆孔和垫板注浆管孔，便于锚杆和注浆管从中穿过。

优选的，所述预测感应芯片嵌设在涨壳锚头的外表面，通过电线与预测感应器模块及信号传输线连接，当所述预测感应芯片与锚孔内壁的岩层结构接触时，能够起到实时探测、计算地下岩层压力、位移、温度、弯曲度等相关数据的作用。

进一步的，所述预测传感器模块通过陆地声纳法感应到所述预测感应芯片测到的岩层压力、位移、温度、弯曲度等信息，转换到信号传输线上，再经信号传输线传输到堵头外的地质灾害预警传感器模块；地质灾害预警传感器模块与信息地面接收及处理系统通过无线远程连接，从而实现远程预警、防范。

本实用新型所述具有地质探测和锚固功能的中空锚杆的排气注浆方法，包括：

(一)用于边墙或锚孔向下倾斜的部位时，先将所述具有地质探测和锚固功能的中空锚杆朝下放入已由钻头成型的锚孔内，所述涨壳锚头顶住锚孔底部，然后，采用锚杆内注浆、锚孔口排浆排气的工艺，即：将锚杆的锚杆内孔作为进浆管用，通过锚杆内孔后端注入砂浆，砂浆由锚杆内部流到涨壳锚头前端的排气排浆槽，向锚杆外部充盈，将锚杆外的锚孔充填饱满后，经过注浆管向锚孔外排浆排气(此时注浆管虽名为注浆管，但实际上用于排浆排气)。

(二)用于拱部或锚孔向上倾斜、且仰角大于30°的部位时，先将所述具有地质探测和锚固功能的中空锚杆朝上放入已经由钻头成型的锚孔内，所述涨壳锚头顶住拱部，然后采用锚孔口注浆管注浆、涨壳锚头排浆排气的工艺，即：通过锚孔口的注浆管向锚孔内注入砂浆，砂浆由锚杆外部流到涨壳锚头前端的排气排浆槽，向锚杆内部充盈(此时排气排浆槽虽名为排气排浆槽，但实际上用于通入砂浆)，锚杆内部的锚杆内孔作排气排浆管用，锚孔内的空气从锚杆内孔后端排出，注浆完成，立即在锚杆内孔后端处安装堵头。

有益效果：本实用新型可根据岩层的强度选择调节涨壳锚头、涨壳片、锚杆的尺寸，且操作方便、安全，可直接将涨壳锚头送进锚孔底、能轻松旋转后瞬间达到张拉所需强度，锚固功能强大；一人便可以实现打孔、装锚、注浆等操作，降低施工安全风险，减少人工成本；锚头张开尺寸灵活、方便安装预测芯片，能实现测量地质灾害预测信息及注浆的密实度、锚杆的长短等功能。

附图说明

图1是本实用新型具有地质探测和锚固功能的中空锚杆的组装正面示意图；

图2是本实用新型具有地质探测和锚固功能的中空锚杆的组装俯视示意图；

图3是本实用新型具有地质探测和锚固功能的中空锚杆的组装侧面示意图；

图4是本实用新型中涨壳锚头主视图；

图5是本实用新型中涨壳锚头俯视图；

图6是本实用新型中涨壳锚头侧视图；

图7是本实用新型中涨壳锚头的锚头内孔剖视图；

图8是本实用新型中涨壳片主视图；

图9是本实用新型中涨壳片俯视图；

图10是本实用新型中钢塞主视图；

图11是本实用新型中钢塞侧视图；

图12是本实用新型中钢塞内部侧视剖视图；

图13是本实用新型中止浆塞主视图；

图14是本实用新型中止浆塞侧视图；

图15是本实用新型中螺母主视图；

图16是本实用新型中螺母侧视图；

图17是本实用新型中螺母内部剖视图；

图18是本实用新型中注浆管主视图；

图19是本实用新型中垫板主视图；

图20是本实用新型中垫板侧视图；

图21是本实用新型所述具有地质探测和锚固功能的中空锚杆向下使用状态示意图；

图22是本实用新型所述具有地质探测和锚固功能的中空锚杆向下使用状态示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细描述。

如图1-6所示，一种具有地质探测和锚固功能的中空锚杆，包括涨壳锚头1、锚杆2、涨壳片3、钢塞4、止浆塞5、注浆管6、垫板7、螺母8、堵头 9，所述涨壳锚头1安装在所述中空锚杆的顶端，通过涨壳片3及钢塞4与所述锚杆2连接固定，其外部设有预测感应芯片10及排气排浆槽11，所述锚杆 2内设有贯通的锚杆内孔20，所述锚杆内孔20内部设有预测传感器模块及信号传输线21；所述涨壳锚头1的内部开设锚头内孔13，且锚头内孔13与锚杆内孔20两者互相贯通；所述堵头9设在所述锚杆2远离涨壳锚头1的另一端，预警感应电线21与堵头9连接；所述止浆塞5套装于所述锚杆2上，用于固定锚杆2，且便于封堵由钻头成型的锚孔口；所述垫板7安装于止浆塞5 后端，所述注浆管6穿过垫板7及止浆塞5，所述螺母8拧紧于垫板7后端，推动及巩固止浆塞5和垫板7；所述堵头外侧还连接有地质灾害预警传感器模块、供电装置、充电装置、信息交换模块以及通过无线远程连接的信息地面接收及处理系统。

所述锚头内孔13及锚杆内孔20可以是通孔，也可以是螺纹孔，如图1、图7所示。

如图8-12所示，所述涨壳片3为两片内部开设阶梯孔、外部设有阶梯圆 301的半圆柱片，两片所述涨壳片3的前部分别与涨壳锚头1后部的圆环槽 101扣合，外表面通过涨壳302与涨壳锚头1焊接固定，其后部从涨壳302后部下方伸出；所述钢塞4内部通过螺纹套装在锚杆2上，其外部的圆锥面前端 401嵌入涨壳片3内部的阶梯孔中。所述涨壳锚头1和涨壳片3的外表面相应位置上开有尺寸匹配的涨壳槽103，所述涨壳302通过焊接方式嵌入其中，将涨壳锚头1和涨壳片3在外部进行前后连接固定。所述涨壳片3内部的阶梯孔包括圆柱孔304和梯形圆锥孔305；所述钢塞4的外形为梯形圆锥体，其外部的圆锥面401前端嵌入涨壳片3内部的梯形圆锥孔305中。

当涨壳锚头1被送达锚孔40底部后，涨壳锚头1顶端的排气排浆槽11顶住了锚孔40底部，此时操作人员顶住锚杆并轻轻旋转一下，由于钢塞4随着锚杆推动和旋转，钢塞4前端又嵌在涨壳片3内部的梯形圆锥孔305中，钢塞 4的推动力和旋转力使得梯形圆锥孔305对应位置的涨壳片3被向外撑开、涨开，涨壳片3涨开后与锚孔40内壁岩层结合，因涨壳锚头和锚杆相连接且涨壳片涨开卡在了岩层中，瞬间达到了张拉所需要的强度，避免锚杆向下坠落，也因此使得一人可以实现从打孔、装锚到注浆的全过程操作，节省人力，提高效率，降低施工安全风险。

所述涨壳锚头1、涨壳片3、锚杆2的尺寸均可以根据实际需要调整。

再如图4-6所示，所述排气排浆槽11开设在所述涨壳锚头1的顶端；本实施例中，所述排气排浆槽11为圆周均匀排布的4个。

再如图13-14所示，所述止浆塞5外形为梯形圆锥，且其梯形底面上开设有止浆塞锚杆孔51和止浆塞注浆管孔52，分别用于穿过锚杆2和注浆管6；所述止浆塞5的圆锥最大直径与锚孔40的直径一致，起到封堵锚孔口、避免锚孔内注浆后漏浆、漏气的作用；锚孔40的直径根据需要开设。如图15-17，所述螺母为六角螺母。

如图18所示，所述注浆管6的顶部设有注浆头61，用于砂浆的注入。

如图19-20所示，所述垫板7为套设在锚孔口处的锚杆上的薄板，其中间向后拱起圆弧部71，并开设有垫板锚杆孔72和垫板注浆管孔73，便于锚杆2 和注浆管6从中穿过。

再如图1所示，所述预测感应芯片10嵌设在涨壳锚头1的外表面，通过电线与预测传感器模块及信号传输线21连接，当所述预测感应芯片10与锚孔 40内壁的岩层结构接触时，能够起到实时探测、计算地下岩层压力、位移、温度、弯曲度等相关数据的作用。

所述预测传感器模块通过陆地声纳法感应到所述预测感应芯片10测到的岩层压力、位移、温度、弯曲度等信息，转换到信号传输线21上，再经信号传输线21传输到堵头9外的地质灾害预警传感器模块；地质灾害预警传感器模块与信息地面接收及处理系统通过无线远程连接，从而实现远程预警、防范。所述预测感应芯片10、预测传感器模块及信号传输线21、地质灾害预警传感器模块、信息地面接收及处理系统均为现有市售产品，可根据需要选择型号和规格。

本实施例中，所述止浆塞5的圆锥最大直径与锚孔40的直径为55mm；所述锚头内孔13为螺纹孔，其螺纹大径为26mm；所述锚杆为外螺纹杆，其大径为26mm，小径为23mm；所述螺母8的螺纹孔的大径为26mm，小径为23mm；所述钢塞4的螺纹孔的大径为26mm，小径为23mm；所述注浆管6外径为16mm，所述止浆塞注浆管孔52的直径为15mm，注浆管6与止浆塞注浆管孔52以过盈方式配合；所述止浆塞锚杆孔51的直径为25mm，所述锚杆2与止浆塞锚杆孔 51以过盈方式配合；所述垫板锚杆孔72的直径为27mm，所述锚杆2穿过垫板锚杆孔72；所述垫板注浆管孔73的直径为18mm，所述注浆管6穿过垫板注浆管孔73。

本实用新型所述具有地质探测和锚固功能的中空锚杆的排气注浆方法，包括：

(一)用于边墙60或锚孔40向下倾斜的部位时，先将所述具有地质探测和锚固功能的中空锚杆朝下放入已由钻头成型的锚孔40内，所述涨壳锚头1 顶住锚孔40底部，然后，采用锚杆内注浆、锚孔口排浆排气的工艺，即：将锚杆的锚杆内孔20作为进浆管用，通过锚杆内孔20后端注入砂浆，砂浆由锚杆内部流到涨壳锚头1前端的排气排浆槽11，向锚杆2外部充盈，将锚杆2外的锚孔40充填饱满后，经过注浆管6向锚孔40外排浆排气(此时注浆管6虽名为注浆管，但实际上用于排浆排气)。砂浆流入、流出的行程如图21箭头所示。

(二)用于拱部70或锚孔40向上倾斜、且仰角大于30°的部位时，先将所述具有地质探测和锚固功能的中空锚杆朝上放入已经由钻头成型的锚孔40 内，所述涨壳锚头1顶住拱部70，然后采用锚孔口注浆管注浆、涨壳锚头排浆排气的工艺，即：通过锚孔口的注浆管6向锚孔40内注入砂浆，砂浆由锚杆2 外部流到涨壳锚头1前端的排气排浆槽11，向锚杆2内部充盈(此时排气排浆槽11虽名为排气排浆槽，但实际上用于通入砂浆)，锚杆2内部的锚杆内孔 20作排气排浆管用，锚孔40内的空气从锚杆内孔20后端排出，注浆完成，立即在锚杆内孔20后端处安装堵头9。砂浆流入、流出的行程如图22箭头所示。

以上只是选用本实用新型中优选的实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，本实用新型还有其他应用或组合，可依据具体需求来选用，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下做出若干等同替代或变型，而性能或用途相同，都应当视为属于本实用新型由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。

Claims (8)

1.一种具有地质探测和锚固功能的中空锚杆，其特征在于，包括涨壳锚头、锚杆、涨壳片、钢塞、止浆塞、注浆管、垫板、螺母、堵头，所述涨壳锚头安装在所述中空锚杆的顶端，通过涨壳片及钢塞与锚杆连接固定，其上设有预测感应芯片及排气排浆槽；所述锚杆内设有贯通的锚杆内孔，所述锚杆内孔内部设有预测传感器模块及信号传输线；所述涨壳锚头内部开设锚头内孔，且锚头内孔与锚杆内孔两者互相贯通；所述堵头设在所述锚杆远离涨壳锚头的另一端，所述信号传输线与堵头连接；所述止浆塞套装于所述锚杆上；所述垫板安装于止浆塞后端，所述注浆管穿过垫板及止浆塞，所述螺母拧紧于垫板后端；所述堵头外侧还连接有地质灾害预警传感器模块、供电装置、充电装置、信息交换模块以及通过无线远程连接的信息地面接收及处理系统。

2.根据权利要求1所述的具有地质探测和锚固功能的中空锚杆，其特征在于，所述涨壳片为两片内部开设阶梯孔、外部设有阶梯圆的半圆柱片，两片所述涨壳片的前部分别与涨壳锚头后部的圆环槽扣合，外表面通过涨壳与涨壳锚头焊接固定，其后部从涨壳后部下方伸出；所述钢塞内部通过螺纹套装在锚杆上，其外部的圆锥面前端嵌入涨壳片内部的阶梯孔中。

3.根据权利要求2所述的具有地质探测和锚固功能的中空锚杆，其特征在于，所述涨壳锚头和涨壳片的外表面相应位置上开有尺寸匹配的涨壳槽，所述涨壳通过焊接方式嵌入其中，将涨壳锚头和涨壳片在外部进行前后连接固定。

4.根据权利要求2所述的具有地质探测和锚固功能的中空锚杆，其特征在于，所述涨壳片内部的阶梯孔包括圆柱孔和梯形圆锥孔；所述钢塞的外形为梯形圆锥体，其外部的圆锥面前端嵌入涨壳片内部的梯形圆锥孔中。

5.根据权利要求1所述的具有地质探测和锚固功能的中空锚杆，其特征在于，所述排气排浆槽开设在所述涨壳锚头的顶端。

6.根据权利要求1所述的具有地质探测和锚固功能的中空锚杆，其特征在于，所述止浆塞外形为梯形圆锥，且其梯形底面上开设有止浆塞锚杆孔和止浆塞注浆管孔，分别用于穿过锚杆和注浆管；所述止浆塞的圆锥最大直径与锚孔直径一致。

7.根据权利要求1所述的具有地质探测和锚固功能的中空锚杆，其特征在于，所述垫板为套设在锚孔口处的锚杆上的薄板，其中间向后拱起圆弧部，并开设有垫板锚杆孔和垫板注浆管孔。

8.根据权利要求1所述的具有地质探测和锚固功能的中空锚杆，其特征在于，所述预测感应芯片嵌设在涨壳锚头的外表面，通过电线与预测传感器模块及信号传输线连接。

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