一種摩擦型樹脂錨杆及其安裝方法
2023-12-10 01:03:26
專利名稱：一種摩擦型樹脂錨杆及其安裝方法
技術領域：
本發明涉及巖體加固領域，特別涉及一種摩擦型樹脂錨杆及其安裝方法。
背景技術：
在地下工程和邊坡工程等領域中，錨杆是應用最廣泛的巖土加固措施。全世界每年要消耗數百萬根巖石錨杆。隨著地下工程和深部礦山埋深越來越大，許多水利和交通工程以及金屬和非金屬地下礦山的都遇到了高地應力問題，此時受開挖卸荷影響的地下工程圍巖將承受很高的應力。在高應力作用下，許多較為嚴重的地質災害常常發生，如巖體較軟弱時常發生軟巖大變形、塌方等，而巖體硬脆時則易發生巖爆和衝擊地壓等。而防治高地應力地質災害的有效手段仍然是及時有效的錨杆加固措施。目前，巖體加固領域常見的錨杆類型有砂漿錨杆、水泥藥卷錨杆、機械錨杆、管縫錨杆和水脹式錨杆等。各種類型錨杆的不足和缺陷如下所述
(1)砂漿錨杆其錨固力主要靠砂漿與孔壁、砂漿與杆體的粘結力提供，其極限伸長量有限，易在錨杆中間被拉斷，難以滿足大變形巖體的加固需要，且安裝周期長，灌漿效果往往難以保證；
(2)水泥藥卷錨杆由於水泥藥卷在使用前要在水中浸泡，浸泡時間長短對錨固力影響很大，且安裝時必須將水泥藥卷攪拌均勻，導致安裝工藝複雜，錨固效果較難保證；
(3)機械錨杆傳統的機械錨杆分別在孔底和孔口進行兩點錨固，錨固點失效後整個錨杆的加固作用全部消失，因而在高地應力條件下可靠性低；
(4)管縫錨杆安裝費力，杆體易腐蝕，長度有限，錨固力不可靠，其抗拉強度與錨固力不匹配，由於杆體材質問題，有時出現錨杆在中間被拉斷的現象；
(5)水脹式錨杆結構複雜，杆體易腐蝕，製造費工，安裝費力，成本高；
(6)樹脂錨杆受材料限制，其極限伸長量很小，易發生脆性斷裂，且外錨頭處易斷裂， 難以滿足大變形巖體的加固需要。鑑於傳統錨杆在圍巖支護中的缺陷，國內外先後研發了多種巖石錨杆。如專利「管式摩擦可拉伸錨杆」，公告號為CN87207U8U，它由杆體和套管組成，其主要特點在於杆體頭部安設有阻擋件，套管分別由兩段大小不等徑的行程套管和摩擦套管連接而成，杆體通過機械力壓入套管中。當杆體所受拉力超過與套管間的靜摩擦力時杆體在恆定阻力下被拉出，當達到設計所需伸長量時，阻擋件起阻止作用。其錨固力相對較小，難以充分發揮錨杆的加固效果，且錨杆加工難度大。又如專利「全長多點楔脹式管縫錨杆」，公告號為CN1395025，由杆體、法蘭套環、託板及楔體組成。錨杆杆體為經冷軋壓滾成開口管狀的杆體，沿管狀杆體全長開有一條開縫， 其截面為近似圓形。主要是通過利用楔脹力學原理，塞入楔體使錨杆的杆體膨脹，由於杆體膨脹孔壁產生徑向壓力，當巖體沿杆體軸向位移時，由徑向壓力的作用會產生較大的摩擦阻力。該錨杆需打入多個楔形體，施工周期長，且採用中空鋼管，防腐性能差，還不適用於含瓦斯地層中煤巷支護。
發明內容
針對現有技術存在的不足，本發明提供了一種結構簡單、製造成本較低、易於安裝的摩擦型樹脂錨杆及其安裝方法，該摩擦型樹脂錨杆尤其適用於變形量很大地下洞室、隧道以及邊坡的加固支護，且能對軟巖大變形、巖爆、衝擊礦壓以及滑坡等地質災害進行很好的防治。為解決上述技術問題，本發明採用如下技術方案
一、一種摩擦型樹脂錨杆，包括由2個及以上相同的長條狀樹脂材料環向拼接而成的管狀杆體、遇水可膨脹的充填物、楔體塞和託盤。其中，管狀杆體外表面為粗糙面，長條狀樹脂材料的橫截面呈圓弧狀，且長條狀樹脂材料的拼接處留有縫隙；管狀杆體空腔內填充有遇水可膨脹的充填物；楔體塞呈圓臺形，可塞入位於鑽孔孔口處的管狀杆體內以擴張管狀杆體的外徑；託盤安裝於位於鑽孔孔口處的管狀杆體端部。上述管狀杆體採用纖維強化塑料製成。上述遇水可膨脹的充填物為粉狀或粒狀的生石灰、水泥、細砂和外加劑的混合物， 且生石灰的質量百分比為609Γ90%，水泥的質量百分比為109Γ25%，細砂的質量百分比為 0 10%，外加劑為固體水玻璃，其質量百分比為0 5%。上述楔體塞採用纖維強化塑料或鋼材製成。上述託盤為中部有圓孔的方形鋼板，且圓孔直徑與管狀杆體的外徑相等。二、上述摩擦型樹脂錨杆的安裝方法，依次包括以下步驟
步驟一，在擬加固的巖體上鑽孔，並清孔，所得鑽孔孔徑與管狀杆體外徑相等； 步驟二，將填充有遇水可膨脹的充填物的管狀杆體全部浸入水中，待其停止冒泡、但遇水可膨脹的充填物未發生明顯膨脹前，將管狀杆體從水中取出； 步驟三，將管狀杆體插入鑽孔中； 步驟四，安裝託盤和楔體塞。本發明錨杆的管狀杆體是採用強度高、耐腐蝕、價格相對便宜的樹脂製成，在管狀杆體內部填充高膨脹力的充填物。將本發明錨杆安裝於事先鑽好的鑽孔中，充填物遇水將發生體積膨脹，管狀杆體內的充填物將產生一定的膨脹力，使管狀杆體撐大，並緊緊擠壓在鑽孔孔壁上，從而提供錨固力，達到加固巖土體的目的，本發明錨杆所能提供的錨固力為錨杆管狀杆體極限抗拉力的709Γ95%。相對於現有技術，本發明具有如下的優點和積極效果
1、本發明錨杆採用纖維強化塑料為管狀杆體材質，並通過填充在管狀杆體內的充填物的高膨脹力來實現全長錨固，可允許圍巖具有較大的變形量，尤其適用於變形量很大地下洞室、隧道以及邊坡的加固支護，能對軟巖大變形、巖爆、衝擊礦壓以及滑坡等地質災害進行很好的防治；
2、本發明採用纖維強化塑料為管狀杆體材質，與鋼材相比，成本低廉，且防腐性和耐久性好，另外，以纖維強化塑料為管狀杆體材質，切割時不產生火花，適用於採掘煤巷的加固， 客服了傳統管縫錨杆僅能用鋼材製造的缺陷；3、本發明錨杆依賴填充在管狀杆體內的充填物的高膨脹力來實現錨杆的全長自錨固， 克服了傳統管縫錨杆和水脹式錨杆初阻力和可靠性低的缺陷；本發明錨杆還可以通過調整充填物的組成來控制其膨脹速度，從而實現錨杆的快速錨固，並能有效控制巖體的變形量；
4、本發明錨杆結構簡單、製造簡單、製造成本較低、安裝方便快捷。
圖1為本發明具體實施例的結構示意圖。圖2為本發明具體實施例的橫剖面示意圖。圖3為本發明具體實施例的支架示意圖。圖中1 一管狀杆體、2—遇水可膨脹的充填物、3—楔體塞、4一託盤、5—鑽孔孔壁、 6—支架。
具體實施例方式本發明錨杆的組成部分包括由2個及以上相同的長條狀樹脂材料環向拼接而成的管狀杆體、遇水可膨脹的充填物、楔體塞和託盤組成，其中
管狀杆體外表面為粗糙面，長條狀樹脂材料的橫截面呈圓弧狀，且長條狀樹脂材料的拼接處留有縫隙；
管狀杆體空腔內填充有遇水可膨脹的充填物，但管狀杆體處於鑽孔孔口外的端部不填充遇水可膨脹的充填物，充填物遇水後體積膨脹產生膨脹力，使得管狀杆體橫截面發生擴張，並產生膨脹壓力，管狀杆體緊貼在鑽孔孔壁上，從而產生錨固力，阻止管狀杆體與孔壁的相對滑動，達到加固巖土體的目的，可通過調整充填物的組成來控制其膨脹速度和膨脹壓力；
楔體塞呈圓臺形，塞入位於鑽孔孔口處的管狀杆體內，以擴張管狀杆體的外徑，使得塞入楔體塞處的管狀杆體橫截面的最大外徑大於鑽孔直徑，從而阻止管狀杆體端部向鑽孔內移動；託盤安裝於位於鑽孔孔口處的管狀杆體端部，楔體塞和託盤共同作用實現對錨杆杆體端部的錨固；
管狀杆體由長條狀纖維強化塑料通過設有卡槽的環狀或筒狀支架拼接而成；遇水可膨脹的充填物為粉狀或粒狀的生石灰、水泥、砂和外加劑的混合物。其中，生石灰的質量百分比為60% 90%，水泥的質量百分比為10% 25%，細砂的質量百分比為0 10%，外加劑為固體水玻璃，其質量百分比為(Γ5% ；楔體塞可採用纖維強化塑料或鋼材製做；託盤為中部有圓孔的方形鋼板，所述的圓孔直徑與管狀杆體直徑相等。本發明錨杆的安裝方法，依次包括以下步驟
步驟一，在擬加固的巖體上鑽孔，並清孔，所得鑽孔孔徑與管狀杆體外徑相等；本步驟中可採用壓縮空氣進行清孔；
步驟二，將填充有遇水膨脹充填物的管狀杆體全部浸入水中，待其停止冒泡、但遇水可膨脹的充填物未發生明顯膨脹前，將管狀杆體從水中取出； 步驟三，將管狀杆體插入鑽孔中；
步驟四，將託盤安裝在管狀杆體位於鑽孔孔口處的端部，並將楔體塞塞入管狀杆體的內，即完成摩擦型樹脂錨杆的安裝。下面將通過具體實施例進一步說明本發明。如圖1、2、3所示為本發明具體實施例的結構示意圖，如圖所示，本實施例錨杆由管狀杆體1、遇水可膨脹的充填物2、楔體塞3和託盤4組成，遇水可膨脹的充填物2充填在管狀杆體1內部，楔體塞3塞入位於鑽孔孔口處的管狀杆體1的內，託盤4安裝於位於鑽孔孔口處的管狀杆體端部，管狀杆體1長度為2. 5m，其橫截面內徑為40mm，外徑為42mm。管狀杆體1由3個橫截面呈圓弧狀、且圓弧直徑相等的長條狀樹脂材料通過4個設有卡槽的塑料環狀支架6拼接而成，長條狀樹脂材料厚度為4mm，其外表面為磨砂粗糙面，每個長條狀樹脂材料橫截面圓弧的角度均為101°，3個長條狀樹脂材料橫截面的圓弧總角度為303°。長條狀樹脂材料的拼接處均留有4mm寬的縫隙。管狀杆體1的一端預留 80mm不填充遇水可膨脹的充填物2。遇水可膨脹的充填物2由粉狀和粒狀的生石灰、水泥、細砂和固體水玻璃混合而成，其中，粉粒狀生石灰的質量百分比為60%，水泥的質量百分比為25%，細砂的質量百分比為10%，固體水玻璃的質量百分比為5% ；遇水可膨脹的充填物2吸水後發生化學反應，體積膨脹，並使管狀杆體1發生膨脹，並產生膨脹壓力，膨脹壓力使得管狀杆體1緊貼在鑽孔孔壁5上，從而達到錨固的效果。本具體實施例的錨杆的錨固力在5min以內可達到6噸以上。楔體塞3的材質為鋼材，呈圓臺形，其高度為50mm，最小橫截面直徑為30mm，最大橫截面直徑為35mm ；楔體塞3塞入位於鑽孔孔口處的管狀杆體1內，管狀杆體1被楔體塞3 擴張後的最大外徑應大於鑽孔直徑，本具體實施例中管狀杆體1被楔體塞3擴張後其橫截面最大外徑可達43mm ；
託盤4為中部有圓孔的方形鋼板，所述圓孔直徑為42mm。本具體實施例錨杆的安裝方法，依次包括以下步驟
步驟一，本具體實施例錨杆管狀杆體1橫截面外徑為42mm，所以，在擬加固的巖體上鑽一直徑為42mm的鑽孔，並用壓縮空氣進行清孔；
步驟二，將填充有遇水可膨脹的充填物2的管狀杆體1全部浸入水中約1分鐘，此時， 水中已停止冒泡，但遇水可膨脹的充填物2還未發生明顯膨脹，將管狀杆體1從水中取出； 步驟三，將管狀杆體1插入鑽孔中；
步驟四，將託盤4安裝在管狀杆體位於鑽孔孔口處的端部，並將楔體塞3插入位於鑽孔孔口處的管狀杆體內，本具體實施例中管狀杆體1被楔體塞3擴張後最大外徑可達43mm，該外徑大於鑽孔直徑，從而可以阻止管狀杆體1端部向鑽孔內移動，起到阻止表面巖體向臨空面變形的作用。
權利要求
1.一種摩擦型樹脂錨杆，其特徵在於包括由2個及以上相同的長條狀樹脂材料環向拼接而成的管狀杆體、遇水可膨脹的充填物、楔體塞和託盤，其中，管狀杆體外表面為粗糙面，長條狀樹脂材料的橫截面呈圓弧狀， 且長條狀樹脂材料的拼接處留有縫隙；管狀杆體空腔內填充有遇水可膨脹的充填物；楔體塞呈圓臺形，塞入位於鑽孔孔口處的管狀杆體內以擴張管狀杆體的外徑；託盤安裝於位於鑽孔孔口處的管狀杆體端部。
2.根據權利要求1所述的摩擦型樹脂錨杆，其特徵在於所述的管狀杆體採用纖維強化塑料製成。
3.根據權利要求1所述的摩擦型樹脂錨杆，其特徵在於所述的遇水可膨脹的充填物為粉狀或粒狀的生石灰、水泥、細砂和外加劑的混合物。
4.根據權利要求4所述的摩擦型樹脂錨杆，其特徵在於所述的遇水可膨脹的充填物的組成比例為生石灰的質量百分比為609Γ90%，水泥的質量百分比為109Γ25%，細砂的質量百分比為(Γ10%，外加劑為固體水玻璃，其質量百分比為0 5%。
5.根據權利要求1所述的摩擦型樹脂錨杆，其特徵在於 所述的楔體塞採用纖維強化塑料或鋼材製成。
6.根據權利要求1所述的摩擦型樹脂錨杆，其特徵在於所述的託盤為中部有圓孔的方形鋼板，且圓孔直徑與管狀杆體橫截面外徑相等。
7.權利要求1所述的摩擦型樹脂錨杆的安裝方法，其特徵在於，包括以下步驟步驟一，在擬加固的巖體上鑽孔，並清孔，所得鑽孔孔徑與管狀杆體外徑相等；步驟二，將填充有遇水可膨脹的充填物的管狀杆體全部浸入水中，待其停止冒泡、但遇水可膨脹的充填物未發生明顯膨脹前，將杆體從水中取出；步驟三，將管狀杆體插入鑽孔中；步驟四，安裝託盤和楔體塞。
全文摘要
本發明公開了一種摩擦型樹脂錨杆及其安裝方法，本發明錨杆包括由2個及以上相同的長條狀樹脂材料環向拼接而成的管狀杆體、遇水可膨脹的充填物、楔體塞和託盤，其中，管狀杆體外表面為粗糙面，長條狀樹脂材料的橫截面呈圓弧狀，且長條狀樹脂材料的拼接處留有縫隙；管狀杆體空腔內填充有遇水可膨脹的充填物；楔體塞呈圓臺形，塞入位於鑽孔孔口處的管狀杆體內。本發明錨杆通過鑽孔、杆體浸泡、杆體插入鑽孔、安裝託盤和楔體塞四個步驟進行安裝。本發明錨杆具有安裝速度快，錨固力高，允許巖體大變形，加工方便，經濟性好等特點。
文檔編號E02D17/20GK102392457SQ20111031757
公開日2012年3月28日 申請日期2011年10月19日 優先權日2011年10月19日
發明者周創兵, 姜清輝, 孫金山 申請人:武漢大學