一種脹殼式內錨頭預應力錨杆的製作方法

2023-12-02 14:22:31

專利名稱：一種脹殼式內錨頭預應力錨杆的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種脹殼式內錨頭預應力錨杆，屬於巖土錨固工程技術領域。
背景技術：
預應力錨杆支護是邊坡、巖土深基坑等地面工程及隧道、採場等地下硐室施工中常見的一種圍巖加固支護方式。通過施加主動的預應力，預應力錨杆能及時控制錨固區圍巖的離層、滑動、裂隙張開，使圍巖處於受壓狀態，抑制圍巖的變形與破壞。目前，我國資源開發正逐步向深部巖體發展，深部巖體具有埋深大、地應力高的特點，巖體開挖卸荷後容易出現圍巖片幫、板裂化破壞嚴重的現象，有時甚至發生巖爆等破壞力極強的災害。工程實踐表明，現有普通的預應力錨杆在高地應力條件下，難以抑制圍巖裂隙的擴展、控制巖體變形效果差，不能滿足高地應力條件下巖體開挖支護的要求。中國專利公開號CN201802429U，公告日期2011年4月20日，發明名稱「脹殼式中孔排氣注漿預應力錨杆」，該申請案公開了一種脹殼式中孔排氣注漿預應力錨杆，該錨杆的前端是內錨固段，後端是外錨固段，錨杆體的中心開有灌漿孔，在灌漿孔壁上設有排氣孔，在內錨固段的外壁粘貼有脹殼，在錨杆體上位於脹殼的後端套裝彈簧和託環。這種預應力錨杆內錨固段上的脹殼與鑽孔內壁有效接觸面積小，可施加的預應力小，並且當巖體受到震動衝擊時，錨杆錨固力穩定性不足。中國專利公開號CN102094421A，
公開日期2011年6月15日，發明名稱「一種預應力錨杆和使用該預應力錨杆的施工方法」，該申請案公開了一種預應力錨杆和使用該預應力錨杆的施工方法，該預應力錨杆包括一端具有圓錐狀的擴大頭的圓柱狀圓管，以及沿該圓管軸向擴展的杆體，該杆體在圓管被灌入水泥漿之後插入到圓管中，杆體分為自由段和非自由段，杆體非自由鍛與水泥漿直接接觸以形成所述杆體的錨固段，而杆體自由段不與水泥漿直接接觸以便通過杆體進行張拉來施加預應力。這種預應力錨杆的杆體自由段長度為杆體總長度的1/3到1/2，錨杆內錨固段長度過大，錨固結構設計不合理。中國專利公開號CN100370081C，
公開日期2008年2月20日，發明名稱「一種脹殼錨固頭及錨杆」，該申請案公開了一種脹殼錨固頭及錨杆，由脹殼內楔和脹殼外楔組成，夕卜楔套在內楔上，脹殼內楔為底面大而頂面小的、帶空腔的中空圓臺體，空腔與頂面、底面連通；脹殼外楔為帶空腔的中空圓柱體，空腔與頂面、底面連通，脹殼外楔上的開口槽在外楔表面上相互垂直，方向相反的將外楔分為若干個瓣片。利用這種脹殼錨固頭及錨杆進行錨固支護時，不能根據實際支護要求進行內錨固段的錨固設計，容易給錨固工程造成浪費或產生潛在的危險。工程實踐表明，現有普通的預應力錨杆難以滿足高地應力條件下，巖體開挖支護的要求，主要存在以下不足:(I)現有普通的預應力錨杆可提供的錨固力不足，可施加的預應力值偏低，錨杆杆體強度不能得到有效利用；在低預應力條件下，預應力錨杆支護產生的圍巖內部有效壓應力區範圍小，而且孤立分布，沒有連成整體，預應力錨杆的主動支護作用不能充分體現。[0008](2)採用粘結式內錨頭預應力錨杆(如:樹脂內錨頭錨杆，水泥砂漿內錨頭錨杆等)進行錨固支護時，錨杆內錨固段長度過大，錨杆內錨固段長度佔錨杆杆體總長比例過大，因而錨杆可施加預應力的自由段長度較小，造成錨杆實際有效錨固的巖體範圍較小，錨固結構不合理。(3)採用機械式內錨頭預應力錨杆(如:楔頭式錨杆,楔縫式錨杆,脹殼式錨杆等)進行錨固支護時，錨杆內錨固段尺寸設計過多依賴於經驗或者工程類比的方法，錨固設計方法不完善，容易給錨固工程造成浪費或產生潛在的危險。
發明內容針對上述問題，本實用新型目的是提供一種高預應力、錨固結構合理、安裝方便的脹殼式內錨頭預應力錨杆。為實現上述目的，本實用新型的技術解決方案為:一種脹殼式內錨頭預應力錨杆，包括錨杆的內錨頭、杆體和活動安裝在杆體尾端的墊板及鎖緊螺母，所述的內錨頭由脹殼和錐芯構成，所述的脹殼的軸向方向開有通孔，通孔的下段呈上小下大的錐形狀，錐角為θ2，脹殼的錐形段壁面上對稱開有四個或六個通槽，脹殼的錐形段外壁面呈淺凹花紋狀，脹殼上端的外壁上開有圓環狀凹槽，所述的錐芯的上段為上小下大的錐形狀，錐角為Θ P錐芯下端呈環形鋸齒狀，錐芯的內壁面設置有內螺紋，錐芯活動的插入在脹殼的錐形孔中，所述的杆體內錨固端上設置外螺紋，杆體內錨固段下端與錐芯螺紋連接，杆體內錨固段上端旋裝安裝螺母。所述的錐角02等於錐角Q1，錐角θ2、錐角角度為3° 5。。由於採用了以上技術方案，本實用新型一種脹殼式內錨頭預應力錨杆，內錨頭包括錐芯和脹殼，錐芯和脹殼的錐角相同，能夠使得脹殼均勻膨脹，並且錐芯和脹殼的接觸面積增大，這有利於穩固錨固力；脹殼上端圓環狀凹槽的設置和脹殼中下端切縫的設置有利於脹殼的充分張開，增加脹殼的膨脹量，脹殼中下端外表面的壓花處理，能有效增大脹殼與鑽孔內壁之間的摩擦係數，顯著地提高錨杆錨固力和錨杆可施加的預應力，進而充分利用杆體強度。並且與傳統預應力錨杆相比，本實用新型一種脹殼式內錨頭預應力錨杆有效縮短了預應力錨杆內錨固段長度，增大了錨杆可施加預應力的自由段長度，進而擴大錨杆了的有效錨固範圍，使得圍巖內形成的有效壓應力區範圍廣，錨杆的主動支護作用得到充分發揮。應用本實用新型一種脹殼式內錨頭預應力錨杆進行錨固支護時，可根據實際圍巖條件，進行錐芯和脹殼的尺寸設計，克服了傳統的錨杆內錨固段尺寸設計依賴於經驗或者工程類比、容易給錨固工程造成浪費或產生潛在危險等缺陷與不足，為設計滿足實際支護要求的內錨固段各部分的尺寸提供了經濟、安全的科學依據。

圖1為本實用新型一種脹殼式內錨頭預應力錨杆結構設計示意圖圖2為本實用新型一種脹殼式內錨頭預應力錨杆機械式安裝使用狀態示意圖圖3為本實用新型一種脹殼式內錨頭預應力錨杆人工安裝使用狀態示意圖圖4為本實用新型一種脹殼式內錨頭預應力錨杆的脹殼結構設計示意圖[0019]圖5為本實用新型一種脹殼式內錨頭預應力錨杆的錐芯結構設計示意圖圖6為本實用新型一種脹殼式內錨頭預應力錨杆機械安裝過程示意圖圖7為本實用新型一種脹殼式內錨頭預應力錨杆人工安裝過程示意圖
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型作進一步詳細描述見附圖本實用新型一種脹殼式內錨頭預應力錨杆，包括錨杆的內錨頭、杆體4和活動安裝在杆體4尾端的墊板6及鎖緊螺母5，內錨頭由脹殼2和錐芯I構成，脹殼2的軸向方向開有通孔，通孔的上段呈圓柱狀，通孔的下段呈上小下大的錐形狀，錐角為θ2，脹殼2的錐形段壁面上對稱開有四個或六個通槽，通槽寬度為2_左右，通槽將脹殼2對稱分為四瓣或六瓣，脹殼2的錐形段外表面經過壓花處理後，呈淺凹花紋狀，脹殼2上端的外壁上開有圓環狀凹槽，凹槽深度h為2 5mm，凹槽長度Lh為25mm左右，錐芯I的上段為上小下大的錐形狀，錐角為Θ:，錐芯I下端呈環形鋸齒狀，尖齒數目為6 10個,尖齒高度為15mm左右，錐芯I的內壁面設置有內螺紋，錐芯I活動的插入在脹殼2的錐形孔中，杆體4內錨固端上設置外螺紋，杆體4內錨固端與錐芯I螺紋連接。其中，錐芯錐角θ2等於脹殼錐角Q1，錐角θ2、錐角Θ 角度為3° 5°。杆體4內錨固端與外錨固端均有螺紋，內錨固端通過螺紋同時與安裝螺母3和錐芯I連接，外錨固端通過螺紋與鎖緊螺母5連接，為方便與錨杆安裝機8連接，杆體4外錨固端的端頭呈方形。本實用新型一種脹殼式內錨頭預應力錨杆，錨固支護應用時，內錨固段可根據實際圍巖條件，進行錐芯I和脹殼2的尺寸設計，見附圖4、附圖5，具體方法步驟為:I)錐芯I的上外徑Φ4的設計。由支護圍巖的性質及支護要求，決定支護採用的錨杆杆體4直徑d和錨杆鑽孔直徑D，進而由下式確定錐芯I的上外徑Φ4:φ 4 = d+2 δ 2d——錨杆杆體直徑,單位:mm ；δ 2——錐芯上端壁厚，取值範圍1-3_ ;具體取值大小，由錐芯內螺紋參數決定。2)脹殼2的錐形段長度I1的設計。預應力的施加以及支護圍巖的變形都會使錨杆杆體4產生拉力。因此，在脹殼2與錨杆鑽孔內壁靜摩擦係數一定的條件下，脹殼2應該具有足夠的長度來提供靜摩擦力；在錨杆杆體4拉斷之前，脹殼2與錨杆鑽孔之間不應出現滑動現象；由力的平衡關係可知:
權利要求1.一種脹殼式內錨頭預應力錨杆，包括錨杆的內錨頭、杆體(4)和活動安裝在杆體(4)尾端的墊板(6)及鎖緊螺母(5)，其特徵在於:所述的內錨頭由脹殼(2)和錐芯(I)構成，所述的脹殼(2)的軸向方向開有通孔，通孔的下段呈上小下大的錐形狀，錐角為θ2，脹殼(2)的錐形段壁面上對稱開有四個或六個通槽，脹殼(2)的錐形段外壁面呈淺凹花紋狀，脹殼(2)上端的外壁上開有圓環狀凹槽，所述的錐芯(I)的上段為上小下大的錐形狀，錐角為Q1，錐芯(I)下端呈環形鋸齒狀，錐芯(I)的內壁面設置有內螺紋，錐芯(I)活動的插入在脹殼⑵的錐形孔中，所述的杆體⑷內錨固端上設置外螺紋，杆體⑷內錨固段下端與錐芯(I)螺紋連接，杆體(4)內錨固段上端旋裝安裝螺母(3)。
2.如權利要求1所述的一種脹殼式內錨頭預應力錨杆，其特徵在於:所述的錐角92等於錐角Q1，錐角θ2、錐角角度為3° 5°。
專利摘要本實用新型公開了一種脹殼式內錨頭預應力錨杆，屬於巖土錨固工程技術領域。預應力錨杆包括脹殼、錐芯、安裝螺母、杆體、安裝套管、墊板、鎖緊螺母。本實用新型不僅可以顯著提高預應力錨杆的預應力值大小，進而充分發揮桿體強度，而且能夠有效縮短預應力錨杆內錨固段長度，擴大錨杆的有效錨固範圍，應用本實用新型一種脹殼式內錨頭預應力錨杆進行錨固支護時，可根據實際圍巖條件，進行錐芯和脹殼的尺寸設計，該設計方法為設計滿足實際支護要求的內錨固段各部分尺寸提供了經濟、安全的科學依據。該預應力錨杆的安裝可採用機械化安裝或人工安裝。
文檔編號E21D21/00GK202936792SQ20122058083
公開日2013年5月15日 申請日期2012年11月5日 優先權日2012年11月5日
發明者周輝, 徐榮超, 張傳慶, 劉繼光 申請人:中國科學院武漢巖土力學研究所