用於邊坡穩定的永久性錨索的製作方法

2023-12-09 23:13:36 2

專利名稱：用於邊坡穩定的永久性錨索的製作方法
技術領域：
本實用新型屬一種巖土工程中用於穩定邊坡的永久性錨索。
背景技術：
預應力錨索是巖土工程中用於邊坡穩定加固的重要手段，按使用年限可分為臨時錨索和永久性錨索。永久性錨索要求使用年限在50-100年甚至更長，所以對預應力錨索的耐久性要求越來越高。參見圖1，永久性錨索主要由埋入地基插孔(9)內固化的水泥漿體結石(7)裡的內錨固段(I)、自由段(II)和露出地基的外錨固頭(III)組成，通常無粘結拉索(8)是由鋼絞線和防護套組成，芯部的鋼絞線上、下端分別與外錨固段和內錨固段固定連接，要長期維持張拉力，需要通過外錨固段拉緊拉索形成預應力。由於水泥漿體結石包裹的內錨固段鋼絞線的裸露下端通常處於地下水中，而鋼絞線的裸露上端通常暴露於地基表面，且鋼絞線要長期承受著張拉力的作用，所以極易產生拉索的腐蝕破壞。因此永久錨索體各部分的密封防水、防止有害物質的滲入腐蝕是非常重要的。
目前日本及西方國家所採用的防腐措施，一是對預應力錨索拉線本身的防腐處理主要採用在鋼絞線全長進行PE外套保護、使用防腐油脂及膨脹防腐充填劑等材料對裸露的兩端部進行保護；另一種是通過保持水泥漿體結石的封閉性來阻斷水等有害物質的滲入，以達到錨索鋼絞線的防腐效果。前者各個國家的各種工法處理基本相同，而後者的處理好壞則會直接影響整體防腐效果和錨索張拉力的長期維持。在預應力錨索技術領域中，從整體來說是以摩擦型錨索為主體的，即通過柱狀水泥漿體結石與周圍地基產生的摩擦力來維持張拉力。因此，水泥漿體結石既是傳遞錨索張拉力給周圍的地基的載體，同時如前所述，在錨索的整體防腐方面也發揮著不可缺少的重要作用，所以在張拉過程及使用期間水泥漿體結石不發生裂紋破壞是非常重要的。
根據錨索內錨固段附近的水泥漿體結石的受力狀態，又將預應力錨索分為拉力型錨索和壓力型錨索。拉力型錨索是水泥漿體結石承受拉應力，由於水泥漿體結石的抗拉強度非常低，所以很容易產生進行性拉裂破壞。為解決上述問題，日本有科技人員首先提出了壓力分散型錨索構造，這是一種不易破壞的受力狀態明顯好於拉力型錨索的實用索體，目前得到廣泛應用，因而使很多人簡單地錯誤認為如果錨索的水泥漿體結石全長受著壓應力作用，水泥漿體結石是根本不會產生裂紋破壞的。本實用新型者根據長期試驗研究，發現雖然不會象拉力型錨索產生明顯的拉裂破壞，但由於壓應力而產生的壓縮、剪切脆性裂紋還是大量存在的(參見圖8)，經過對錨索體的三維有限元數值解析結果同樣證明了這種脆性裂紋破壞的存在性。另外，由於水泥漿體結石在受力狀態下存在潛在裂紋，隨著時間的推移，潛在裂紋發展為微小裂紋，微小裂紋的先端將產生應力腐蝕而使裂紋不斷地慢慢擴展，最後水泥漿體結石也將產生脆性裂紋破壞。這種脆性裂紋破壞會導致水泥漿體結石失去整體防腐功能並使拉索的張拉力鬆弛減少，從而給工程的長期安全運營帶來重大的隱患。

發明內容
本實用新型要解決的技術問題是克服上述現有技術的不足，提供一種水泥漿體結石不易產生裂紋、具有更好的防腐性能、承載力高、壓力分散型的用於邊坡穩定的永久性錨索。
解決上述問題的技術方案是(參見實施例圖)本實用新型設有露出地基表面的外錨固頭(III)、埋入地下水泥漿體結石(7)內的內錨固段(I)，和位於外錨固頭和內錨固段之間的自由段(II)，所述內錨固段(I)由拉索(8)和垂直向分布的一組以上的內錨固端承載組件(A1，A2，A3)構成，每組承載組件(A)設有承壓板(2)和下端與承壓板固定連接的垂直向承壓柱(4)，圓周向環繞承壓柱分布的多根垂直向拉索(8)，上端經過自由段(II)錨固於外錨固頭(III)，下端分組布於不同的承載組件中，並分別與對應組承載組件的承壓板(2)固定連接，其特徵在於所述承壓柱(4)和拉索(8)的外部套有螺旋鋼筋(3)，螺旋鋼筋下端與承壓板固定連接。
本實用新型的進一步方案是所述螺旋鋼筋(3)下部靠著承壓板部位的局部鋼筋(3a)螺距為零地緊密排列，其上部的螺旋鋼筋則拉開一定間距。
本實用新型的又一方案是所述承壓柱(4)上端與直徑小於承壓板直徑的墊板(5)下端面固定連接，所述的承壓板(2)和墊板(5)主體呈圓柱體狀，其上端面邊緣與側壁之間為圓滑過渡的弧面(2a，5a)，所述的承壓板(2)和墊板(5)的下端面邊緣設有垂直於該端面的短筒狀環形護裙(2b，5b)。
本實用新型的再進一步方案是所述的承壓柱(4)為空心鋼管，其外壁為光滑壁面，鋼管上下端分別設有外螺紋，並分別通過嵌入式螺紋連接結構與墊板(5)和承壓板(2)固定連為一體。
本實用新型採用是分散型壓力錨索，即在內錨固段(I)設置多組承載組件分別承擔部分設計張拉力，從而使得每個承載組件承擔的荷載變小，而承力鋼管及墊板的設置，能夠有效地進行應力分散使得即使地層強度較小也不會產生大的變形和失穩現象，同時本實用新型對承載組件的結構進行了改進並取得如下有益效果每組承載組件的承壓鋼管及拉索外所套的螺旋鋼筋，可使附近的水泥漿體結石承擔的荷載變得更小，使水泥漿體結石所受壓應力遠小於其極限壓應力，不易產生裂紋，同時由於螺旋鋼筋具有約束作用，可制約水泥漿體結石的壓縮裂紋、剪切裂紋、應力腐蝕裂紋及衝切破壞的產生，而且既使產生裂紋也能夠有效地阻斷裂紋擴展到地基邊界，從而能夠有效地阻止地下水的滲入，進而達到整體防腐的效果。
本實用新型的進一步方案是螺旋鋼筋(3)下部靠著承壓板部位的局部鋼筋(3a)螺距為零地緊密排列，該部位螺旋鋼筋能夠分擔承載軸向壓力，從而使錨索具有高承載能力。
本實用新型的又一方案在承壓柱上端設置的墊板(5)可起到分散應力的作用，承壓板和墊板上端面邊緣為圓滑曲面(2a、5a)，可避免受壓的水泥漿體結石因產生應力集中而導致的裂紋破壞，承壓板和墊板的下端面邊緣設置的短筒護筒(2b，5b)可阻止下端面的水泥漿體結石產生的裂紋向邊緣擴展。
在再進一步方案中使承壓柱外壁採用光滑壁面，可減少導致水泥漿體結石產生龜裂的集中應力，而空心鋼管承壓柱(4)上下端分別通過嵌入式螺紋連接結構與墊板(5)和承壓板(2)連為一體，使承載組件的安裝更加方便。
以上表明本實用新型的永久性錨索，充分考慮了水泥漿體結石的受力機制，採用了能夠防止裂紋產生及擴展的結構，從而使本錨索體具有水泥漿體結石的整體防腐及自身防腐雙重以上的防腐保護，並通過保證水泥漿體結石的完整性，使得錨索的張拉力能夠得到長久維持。


圖1、本實用新型實施例結構示意圖圖2、圖1所示單組承載組件A的結構示意圖；圖3、圖2所示承壓板2的H向結構示意圖圖4、圖3的B-B向剖視圖圖5圖2所示承壓板2的G向結構示意圖圖6、圖5的C-C向剖視圖圖7圖1所示封閉式外錨頭III結構示意圖；圖8、壓縮裂紋基本類型及現有錨索技術產生裂紋的分布示意圖1-擠壓套 2-承壓板 3-螺旋鋼筋 4-承壓柱 5-墊板 6-對中架7-水泥漿體結石 8-拉索 9-插孔 10-混凝土預應力十字架 11-擠壓套蓋12-彈簧墊圈 13-注油螺絲 14-防鏽液 15-中心孔 16-穿索孔 17-膠皮塊18-密封筒 19-保護罩 20-錨具螺杆 21-錨具螺帽 22-錨墊 23-混凝土蓋具體實施方案本例的拉索8採用附著有PE保護層的無粘結鋼絞線，共設有六根無粘結鋼絞線拉索8，並設有三組承載組件A1、A2、A3，六根拉索下端平均分成三組，分別對稱固定於三組承載組件的承壓板2上(參見圖1)，拉索8平行穿過對中架6，以保持拉索之間的平行並保證置拉索於錨孔中央。六根無粘結鋼絞線拉索上端與外錨頭III張拉固定，這樣使得內錨固段I的水泥漿體結石將外錨頭的張拉力以受壓的形式傳遞給地基。由於水泥漿體結石具有抗壓強度遠遠大於抗拉強度的特性，所以不會產生拉裂前進型破壞，從而使得本錨索體具有水泥漿體結石整體防腐的效果，同時水泥漿體結石的完整性可保證錨索張拉力能夠得到長久維持。
所述的水平向承壓板2設有垂直貫通的中心孔15，中心孔內徑呈上大下小的臺階形(見圖3、圖4)，鋼管承壓柱4上下端設有外螺紋，其下端擰入對應承壓板2臺階形中心孔15上部大徑孔內，與該中心孔內壁螺紋連接，上端擰入直徑小於承壓板直徑的墊板5的中心孔內，與該中心孔內壁螺紋連接。垂直向的拉索8從墊板5側部經過，到達下方的承壓板，所述承壓板2和墊板5上端面周邊與側壁的連接部位為圓滑曲面形狀，這樣可以避免水泥漿體結石產生應力集中；承壓板2和墊板5下端面周邊設有由沿側壁向下延伸的立壁構成的環形護裙2b及5b，護裙可以阻斷下端面的水泥漿體結石拉伸裂紋的向外擴展，鋼管承壓柱4採用光滑壁面可避免周圍水泥漿體結石產生拉伸裂紋。承壓板中心孔15上部大孔徑部分應能保證與鋼管承壓柱4進行嵌入式螺紋連接，下部小孔徑部分應能保證泥漿注入管通過。
為進一步增大摩擦力，鋼管承壓柱4外壁上設有散在的凸起部位(如要增小集中應力，也可採用光滑壁面)。
見圖2，鋼管承壓柱4和環繞其圓周向設置的拉索8外套有螺旋鋼筋3，螺旋鋼筋3整體呈上下直徑相同的圓筒形，筒狀螺旋鋼筋下端套在承壓板2側壁外徑上小下大形成的環形臺階上，承壓板上端面設有一孔，螺旋鋼筋下端插入該孔，與承壓板固定連接，組成上述螺旋鋼筋3的鋼筋橫截面呈圓形。筒形螺旋鋼筋下部靠近承壓板一端的部分螺旋形鋼筋螺距為零地緊密排列，其上部的螺旋形鋼筋之間則拉開一定距離。
螺旋鋼筋3的筒形內徑在施工允許的情況下，要適當增大並在全長範圍內保持相同內徑。螺旋鋼筋下部緊密排列的部位可分擔部分壓力，從而減小在承壓板2附近水泥漿體結石的壓應力。螺旋鋼筋上下直徑相同，既可以對內側的水泥漿體結石產生約束效果，又可以避免外側的水泥結石產生周向拉裂。
承壓板2設有六個環繞中心孔15均布的垂直向貫通的穿索孔16，其中四個設為直徑相同的穿過孔，用於拉索的穿過，另外兩個用於固定拉索下端的固定穿索孔16a的孔徑呈下大上小的臺階形(參見圖5、圖6)，拉索8從上至下穿過對中架6及上部承載組件承壓板的穿索孔到達用於固定其下端的對應承載組件，從承載組件上部的墊板5側部經過(因墊板直徑小於承壓板)，再穿過鋼管承壓柱4與螺旋鋼筋之間的空間，到達承壓板2，拉索無粘接鋼絞線下端穿過承壓板的對應固定穿索孔16a，通過擠壓套1卡在穿索孔小徑孔下孔口與大徑孔交界的臺階部位，擠壓套1外套有擠壓套蓋11(參見圖2)，擠壓套蓋上埠擰入穿索孔16a下部的大徑孔內，與該大徑孔內壁螺紋連接，擠壓套蓋下部裝有注油螺絲13，密封的擠壓套蓋內腔注有防鏽液14，擠壓套下端與下方的擠壓套蓋之間裝有預緊彈簧墊圈12。
具體安裝時，將無粘接鋼絞線8下端穿過承壓板固定穿索孔16a，剝掉其PE保護層，並通過內部設有增大摩擦力的堅硬絲圈的擠壓套1卡在穿索孔小徑孔與大徑孔交界的臺階部位，然後在擠壓套蓋11裡放入預緊彈簧墊圈12，將擠壓套蓋上埠擰入固定穿索孔16a下端大徑孔內，螺紋連接固定，預緊彈簧墊圈12可使得擠壓套始終與承壓板2成為一體並保持垂直於承壓板2，通過擠壓套蓋下部設置的注油螺絲13向護罩內壓力注入防鏽油脂，以提高錨索整體的防腐性能，保證張拉力有效地進行傳遞。由於本例擠壓套蓋11與固定穿索孔16a採用內嵌螺紋連接結構，極大地縮小了連接部位的佔用面積，致使承壓板2和地基插孔9的直徑可相應縮小。上述固定穿索孔16a最小直徑應能保證拉索線的通過。
上述結構使得內錨固段承壓力得以分散，內錨固段受力非常合理，在承載板上作用的壓力，分別由承力鋼管和零螺距螺旋鋼筋段的軸向反力、水泥漿體結石的軸向反力、水泥漿體結石與地基的軸向摩擦力來平衡。隨著遠離承壓板的距離的不同各部件所承擔的反力大小也在變化，在承壓板處斷面壓力是由承力鋼管和零螺距螺旋鋼筋段、水泥漿體結石來承擔的，而地基的摩擦力為零不參與承擔，越是遠離承壓板地基的摩擦力總和越是增大，承力鋼管及水泥漿體結石承擔的力越是變小，最後當地基的總摩擦力值達到作用於承壓板的壓力時承力鋼管及水泥漿體結石承擔的力變為零。
固定拉索8的外錨頭III可採用由螺旋筋、錨墊板、錨具、保護套組成的普通外錨頭，也可採用本申請人另案申請專利的外錨固頭(專利申請號200410102950.1)，參見圖7，無粘結鋼絞線拉索8上端向上通過可動式密封膠皮塊17進入外錨固頭的金屬密封筒18，再向上穿過錨具螺杆20進行張拉後楔錨固定，錨具螺杆穿過錨具螺帽21並與其螺紋連接，螺帽21為臺階式柱體，向下卡在筒狀錨墊板22上口部位，臺階式錨墊板22下部面接觸嵌入底面的凹孔，錨具螺杆外罩有保護罩19，保護罩內注入防腐油脂，並通過筒狀錨墊板22的注入孔向金屬密封筒18內壓縮注入發泡防腐劑進行密封防腐，最後，在預應力混凝土十字梁10的上凹口處蓋上預製的混凝土蓋23並用不鏽鋼螺絲加以固定。上述的外錨固頭結構除了具有高防腐性能外，而且具有承載能力提高、不易產生裂紋、不易破壞、更加耐久的優點。同時，由於轉動錨具螺帽可以進行二次張拉或再次張拉，完全滿足了能夠對永久性錨索的施工及日後維護的質量管理及監控的要求，本文所述的「垂直」和「水平」均是相對地基面而言的，如當地基面為斜坡面時，所述的「垂直」即指與斜坡面垂直的方向。
權利要求1.用於邊坡穩定的永久性錨索，設有露出地基表面的外錨固頭(III)、埋入地下水泥漿體結石(7)內的內錨固段(I)，和位於外錨固頭和內錨固段之間的自由段(II)，所述內錨固段(I)由拉索(8)和垂直向分布的一組以上的內錨固端承載組件(A1，A2，A3)構成，每組承載組件(A)設有承壓板(2)和下端與承壓板固定連接的垂直向承壓柱(4)，圓周向環繞承壓柱分布的多根垂直向拉索(8)上端經過自由段(II)錨固於外錨固頭(III)，下端分組布於不同的承載組件中，並分別與對應組承載組件的承壓板(2)固定連接，其特徵在於所述承壓柱(4)和拉索(8)的外部套有螺旋鋼筋(3)，螺旋鋼筋下端與承壓板固定連接。
2.根據權利要求1所述的用於邊坡穩定的永久性錨索，其特徵在於所述螺旋鋼筋(3)下部靠著承壓板部位的局部鋼筋(3a)螺距為零地緊密排列，其上部的螺旋鋼筋則拉開一定間距。
3.根據權利要求1或2所述的用於邊坡穩定的永久性錨索，其特徵在於所述承壓柱(4)上端與直徑小於承壓板的墊板(5)下端面固定連接，所述的承壓板(2)和墊板(5)主體呈圓柱體狀，其上端面邊緣與側壁之間為圓滑過渡的弧面(2a，5a)，所述的承壓板(2)和墊板(5)的下端面邊緣設有垂直於該端面的短筒狀環形護裙(2b，5b)。
4.根據權利要求1或2所述的用於邊坡穩定的永久性錨索，其特徵在於所述的承壓柱(4)為空心鋼管，其外壁為光滑壁面，鋼管上下端分別設有外螺紋，並分別通過嵌入式螺紋連接結構與上方的墊板(5)和下方的承壓板(2)固定連為一體。
5.根據權利要求3所述的用於邊坡穩定的永久性錨索，其特徵在於所述的承壓柱(4)為空心鋼管，其外壁為光滑壁面，鋼管上下端分別設有外螺紋，並分別通過嵌入式螺紋連接結構與上方的墊板(5)和下方的承壓板(2)固定連為一體。
6.根據權利要求1或2所述的用於邊坡穩定的永久性錨索，其特徵在於所述的水平向承壓板(2)設有垂直貫通的中心孔(15)，中心孔內徑呈上大下小的臺階形，承壓柱(4)下端擰入對應承壓板(2)臺階形中心孔(15)上部大徑孔內，與該中心孔內壁螺紋連接，所述的螺旋鋼筋(3)整體呈上下直徑相同的圓筒形，筒狀螺旋鋼筋下端套在承壓板(2)側壁外徑上小下大形成的環形臺階上，承壓板上端面設有一孔，螺旋鋼筋下端插入該孔，與承壓板固定連接。
7.根據權利要求3所述的用於邊坡穩定的永久性錨索，其特徵在於所述的水平向承壓板(2)設有垂直貫通的中心孔(15)，中心孔內徑呈上大下小的臺階形，承壓柱(4)下端擰入對應承壓板(2)臺階形中心孔(15)上部大徑孔內，與該中心孔內壁螺紋連接，所述的螺旋鋼筋(3)整體呈上下直徑相同的圓筒形，筒狀螺旋鋼筋下端套在承壓板(2)側壁外徑上小下大形成的環形臺階上，承壓板上端面設有一孔，螺旋鋼筋下端插入該孔，與承壓板固定連接。。
8.根據權利要求6所述的用於邊坡穩定的永久性錨索，其特徵在於所述的承壓板(2)設有環繞中心孔(15)均布的垂直向貫通的穿索孔(16)，穿索孔中用於固定拉索下端的固定穿索孔(16a)的孔徑呈下大上小的臺階形，拉索(8)下端穿過承壓板的對應固定穿索孔(16a)，通過擠壓套(1)卡在穿索孔小徑孔下孔口與大徑孔交界的臺階部位，擠壓套(1)外套有擠壓套蓋(11)，擠壓套蓋上埠擰入固定穿索孔(16a)下部的大徑孔內，與該大徑孔內壁螺紋連接，擠壓套蓋下部裝有注油螺絲(13)，密封的擠壓套蓋內腔注有防鏽液(14)，擠壓套下端與下方的擠壓套蓋之間裝有預緊彈簧墊圈(12)。
9.根據權利要求7所述的用於邊坡穩定的永久性錨索，其特徵在於所述的承壓板(2)設有環繞中心孔(15)均布的垂直向貫通的穿索孔(16)，穿索孔中用於固定拉索下端的固定穿索孔(16a)的孔徑呈下大上小的臺階形，拉索(8)下端穿過承壓板的對應固定穿索孔(16a)，通過擠壓套(1)卡在穿索孔小徑孔下孔口與大徑孔交界的臺階部位，擠壓套(1)外套有擠壓套蓋(11)，擠壓套蓋上埠擰入固定穿索孔(16a)下部的大徑孔內，與該大徑孔內壁螺紋連接，擠壓套蓋下部裝有注油螺絲(13)，密封的擠壓套蓋內腔注有防鏽液(14)，擠壓套下端與下方的擠壓套蓋之間裝有預緊彈簧墊圈(12)。
專利摘要用於邊坡穩定的永久性錨索，設有外錨固頭(III)、內錨固段(I)，自由段(II)，內錨固段由拉索(8)和垂直向分布的一組以上的內錨固端承載組件(A1，A2，A3)構成，每組承載組件(A)設有承壓板(2)和下端與承壓板固定連接的垂直向承壓柱(4)，拉索(8)上端經過自由段錨固於外錨固頭，下端分組布於不同的承載組件中，並分別與對應組承載組件的承壓板(2)固定連接，其特徵在於所述承壓柱(4)和拉索(8)的外部套有螺旋鋼筋(3)，螺旋鋼筋下端與承壓板固定連接。本實用新型能防止水泥漿體結石裂紋的產生及擴展，提高整體防腐性能，使錨索的張拉力能得到長久維持。
文檔編號E02D17/20GK2773177SQ200520008478
公開日2006年4月19日 申請日期2005年3月28日 優先權日2005年3月28日
發明者李炳奇, 矢富盟祥 申請人:李炳奇