複合伸縮式錨杆的製作方法

2023-04-29 08:18:06 2

專利名稱：複合伸縮式錨杆的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於採礦工程及巖土工程中軟弱大變形巖體支護領域，也可用於土體的加固處理。
現有的軟弱大變形巖體的支護形式主要採用以下幾種1、料石砌碹支護。這是在軟巖巷道和硐室中最早嘗試使用的一種支護形式，但一般很難奏效。這種支護形式施工勞動強度大、效率低、工程造價高、翻修量大。由於支護剛度大，不能適應圍巖的較大變形，因而沒有足夠的讓壓性能。由於支護結構與圍巖間系點接觸，因而不能使支護結構與圍巖一起共同良好承載，發揮圍巖對地壓的自承能力。所以這種結構既不利於圍巖的整體穩定也不利於其局部穩定。2、U形鋼可縮性支架支護。這種支護形式能適應圍巖的較大變形，具有一定的讓壓特性，對維護軟巖巷道和硐室的整體穩定具有一定的作用。但採用這種支護形式勞動強度大、施工效率低、鋼材消耗量大、工程造價高。此外，它是一種被動支護形式，因而不能充分發揮圍巖本身承受地壓的潛力，且有時不利於圍巖的局部穩定。3、傳統的錨杆支護。這種形式除了具有勞動強度低、效率高、工程造價低及工程翻修少等優點外，更重要的是它把支護結構和圍巖結合為一體，能充分發揮圍巖本身對地壓的自承能力，改善了圍巖的受力狀態，和前兩種支護形式相比更有利於圍巖的整體穩定。但由於傳統錨杆抗拉剛度大，沒有足夠的讓壓性能，地壓較大，巖體變形到一定程度時往往錨杆與圍巖拉脫，不能適應圍巖的大變形。此外，這種支護在設計上沒有考慮到錨杆的側向剛度(即剪切剛度)和布置方式對巖體穩定所起的作用。4、已有的伸縮式錨杆支護。這種支護採用的錨杆與傳統錨杆有所不同。它在錨杆局部設置一個可伸縮機構，使錨杆受拉力後可在該局部產生一定的伸縮變形量，使之適應軟弱巖體的大變形。這是較傳統錨杆有所改善的地方。但在其它方面仍具有傳統錨杆所擁有的缺點。此外，局部可伸縮機構的設置使得錨杆的變形主要集中於其上某一部位，往往會導致圍巖內部(相應於錨杆伸縮機構處)產生離層，這又反過來給圍巖的整體穩定帶來不利因素。此外，現有的各種錨杆在設計上有一個共同的欠缺，即只考慮了抗拉錨固作用，而未考慮到其抗切錨固作用。由於在布置上一律採用沿圍巖表面法向布置的方式，故不能最有效地發揮錨杆支護的潛力。
圍巖的變形可分解為兩個分量，其一為沿其內部滑移面的剪切變形，其二為沿滑移面法向的張壓變形。在設計錨杆時，既要考慮到錨杆要有足夠的抗切強度和抗彎剛度，能有效地控制圍巖的剪切變形，又要考慮到其足夠的抗拉強度和與圍巖相匹配的抗拉剛度，更要注意到錨杆群的布置模式，使之能有效地控制圍巖的張開位移和向洞內的整體變形。要使錨杆在軟弱大變形巖體支護中能發揮有效作用，除了在設計中要考慮到錨杆的抗拉強度外，對其它四個因素(抗彎剛度、抗切強度、抗拉剛度和群體布置模式)均需作同樣重要的考慮。本實用新型正是出於以上五個方面的全盤考慮而提出的。具體實施例如下複合伸縮式錨杆分為內外兩層。內層具有阻止巖體沿其內部滑移面滑動的足夠抗彎剛度與抗切強度，同時又具備一定的抗拉強度，待外層受巖體變形而拉伸到一定程度時再承受第二階段拉力。外層具有較低的變形模量、較大的變形能力，同時又具有足夠的抗拉強度，以適應軟巖的大變形同時又具有相應的變形約束力既要有效地控制巖體變形在一定範圍內，維護巖體的整體穩定性，又要允許巖體發生足夠大的變形，以利於巖體內部應力釋放，用合理的支護抗力維護巖體穩定。
在選材上，要求內層的材料剪切剛度與圍巖的剪切剛度之比達到足夠量值，而外層宜根據抗拉剛度與圍巖抗拉剛度相匹配的原則選取。對一般情況下的軟巖，內層可選取鋼材(可因地制宜選用管材或棒材)，外層選用工程塑料或其它變形性能和強度性能符合上述要求的材料。
如圖所示，複合伸縮式錨杆由錨根擋圈①，內層杆體②，外層杆體③，外層焊條④，託板⑤和標準螺母⑥組成。錨杆外層採用全長砂漿粘結式錨固，內層埋入端設有錨根，採用端部錨固。託板設在內層的外露端，並用螺母固定。
當內層杆體選用棒材時，一般採用φ16以上的圓鋼(或螺紋鋼)，其長度應根據巖體完整情況及被支護的工程類型選取，一般取2.0～3.0米。外層杆體②為管柱狀，相應的內直徑為17.5mm，管壁厚度為6mm，其長度也應根據圍巖的完整情況及被支護的工程類型而定，一般為1.5～2.5米。外層杆體②上焊有螺旋狀塑料焊條，焊條直徑為2mm，螺距為200mm。內層杆體③埋入端比外層約長300mm，外露端比外層約長200mm，且內層外露端最端部100mm車有M16×1的螺紋。內層錨根焊有錨根擋圈①，以增加端錨力。擋圈直徑約為20mm，厚度為5mm。託板⑤外邊長為150×150mm，厚10mm，託板中孔直徑為18mm。錨頭螺母為M16×1的標準螺母。
當現場沒有圓鋼時，也可選用鋼管作內層杆體，但應根據和圓鋼抗彎剛度等效的原則選取，一般宜選取4分(或更粗)的鋼管。相應地，外層杆體的內直徑也應增大到22.5mm，壁厚可不變。其餘部件上與內層杆體直徑有關的尺寸均應作相應改變(如擋圈直徑改為25mm，託板中孔直徑改為25mm，錨頭螺母改為M22×2，內層外露端螺紋改為M22×2等)。
現場安設錨杆時，應儘可能採用梅花形(即菱形)布置方式，其間排距應視圍巖完整情況及被支護的工程類型而定，一般取500～700mm，錨杆軸線與圍巖表面呈±67.5°角，相鄰的兩排錨杆傾斜方向相反。安裝操作時，先用φ42mm標準鑽頭打好錨孔，注入砂漿，然後插入錨杆，套上託板及螺母(先不擰緊，只稍微擰上即可)，待圍巖變形後使得內外杆體的外露端相距50～60mm時再擰緊螺母。
在某些情況下(例如掘進工作面頂板巖石極為破碎，嚴禁空頂作業)，對錨杆初錨力要求很高(達到5噸以上)，這時也可將錨杆擋圈①改用楔縫錨根，並可採用以下參考尺寸錨根部位杆體直徑25mm，長300mm；杆體楔縫長250mm，寬3mm，厚25mm，小頭寬1～2mm。
本實用新型除了具備現有各種錨杆的一般優點外，還具有下到特點1、其伸縮變形系列用外層杆體材料本身的變形特性在錨杆全長上連續地產生，不發生突變，因而克服了現有伸縮式錨杆容易導致圍巖內部發生離層的缺點，更有利於圍巖的整體穩定。2、採用全長錨固和端部錨固相結合的方法，既發揮了全長錨固方式在軟巖支護中的特長，又克服了全長錨固錨杆初錨力不足的缺點。3、在設計上考慮了錨杆對圍巖變形的抗拉錨固作用，又考慮了其對圍巖變形的抗剪錨固作用。既有足夠的抗拉強度及與圍巖相匹配的抗拉剛度，又有足夠的抗剪強度和抗彎剛度，加上其交叉布置方式，既能有效地控制圍巖內部沿滑移面法向的張開位移，又能有效地控制圍巖內部沿滑移面的剪切位移。
權利要求1.一種伸縮式錨杆，本實用新型的特徵是複合伸縮式錨杆分為內外兩層，由錨根檔圈①、內層杆體②，外層杆體③、外層焊條④，託板⑤和標準螺母⑥組成；外層杆體為管柱狀，內層杆體②長度為2-3米，外層杆體③長度為1.5-2.5米，外層杆體②上焊有螺旋狀塑料焊條；內層杆體②埋入端比外層長300mm，外露端比外層長200mm；內層外露端最端部100mm車有M16×1的標準螺紋；內層杆體②錨根焊有錨根檔圈①。
2.根據權利要求1所述的複合伸縮式錨杆，其特徵是內層杆體可選用鋼材(管材料或棒材)，外層杆體可選用工程塑料。
3.根據權利要求1所述的複合伸縮式錨杆，其特徵在於內層杆體選用φ16圓鋼時，外層杆體的內直徑為17.5mm，管壁厚度為6mm，檔圈直徑為20mm，厚度為5mm，託板外邊長為150×150mm，厚10mm，中孔直徑為18mm，內層杆體選用4分鋼管時，外層杆體的內直徑為22.5mm，檔圈直徑為25mm，內層外露端螺紋為M22×2，託板中孔直徑為25mm。
專利摘要本實用新型屬於軟弱大變形巖體支護領域。該錨杆由內外兩層杆體、擋圈、外層焊條、託板及螺母組成。外層杆體全長砂漿粘結式錨固，內層杆體端部錨固。內層杆體具有較低的變形模量，較大的拉伸變形能力和較大的抗拉強度，外層杆體具有與圍巖匹配的抗彎剛度和剪切強度，並輔助外層杆體承受一部分拉力。本錨杆利用外層杆體材料本身的變形特性在錨杆全長上連續地產生伸縮變形，克服了已有伸縮式錨杆由於局部伸縮機構產生的突變變形而導致圍巖內部離層的缺點。
文檔編號E21D21/00GK2063978SQ9020521
公開日1990年10月17日 申請日期1990年4月21日 優先權日1990年4月21日
發明者朱維申, 劉泉聲 申請人:中國科學院武漢巖土力學所