專利名稱：拉壓耦合型高強(qiáng)大變形錨桿及其使用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種水利水電、邊坡、隧道和礦山等工程中支護(hù)用的錨桿，尤其涉及ー種高強(qiáng)預(yù)應(yīng)カ可變形錨桿及其使用方法。
背景技術(shù)：
在礦山、水利水電、邊坡和隧道等工程支護(hù)過程中，錨桿是應(yīng)用很多的一種支護(hù)裝備。隨著開采深度不斷增大以及大規(guī)模地下工程的建設(shè)，面臨的地質(zhì)條件越來越復(fù)雜，圍巖經(jīng)常表現(xiàn)出高應(yīng)力、大變形的特點(diǎn)。這種情況要求錨桿既有較高的錨固力，又具有良好的變形性能。錨桿根據(jù)灌漿體所處的應(yīng)力狀態(tài)，可分為兩類，一類是拉力型錨桿，另ー類是壓カ型錨桿。 拉カ型錨桿如圖I所示，主要由錨桿體I、托盤2和螺母3組成，錨桿體I 一般采用全長帶有螺紋的鋼筋制作，孔外用螺母3固緊后為外錨固段C，孔內(nèi)灌錨固劑5后與錨桿體I粘結(jié)為拉力型內(nèi)錨固段e，屬于全長錨固式錨桿；有的為了施加預(yù)應(yīng)力，孔內(nèi)有一段不灌錨固劑作為自由段。拉カ型錨桿受カ特點(diǎn)在于其荷載是依賴內(nèi)錨固段桿體與灌漿體接觸的界面上的剪應(yīng)カ由外端向底端傳遞的。這種拉力型錨桿在高應(yīng)カ條件下工作時(shí)，桿體-漿體-孔壁之間的剪應(yīng)カ沿軸向分布十分不均勻，內(nèi)錨固段外端存在嚴(yán)重的應(yīng)カ集中現(xiàn)象，從而易導(dǎo)致外端錨固體拉裂、有效錨固段持續(xù)內(nèi)移，引起錨固體漸進(jìn)式破壞，最終導(dǎo)致錨桿失效破壞，因此單純的拉カ型錨桿所能提供的錨固カ有限。另外，由于內(nèi)錨固段桿體表面粗糙，與錨固劑緊密結(jié)合而不易分離，當(dāng)圍巖產(chǎn)生裂隙時(shí)，能與錨固劑分離以發(fā)揮變形性能的桿體長度有限，變形量達(dá)到30_左右時(shí)即發(fā)生斷裂破壞，不能適應(yīng)圍巖大變形的要求。壓カ型錨桿如圖2所示，主要由錨桿體I、托盤2、螺母3和底端的承載體8組成，孔外用螺母3固緊后為外錨固段C，孔內(nèi)灌錨固劑5，錨桿體I表面覆有塑料隔層9，因而與錨固劑5無粘結(jié)，所以作為自由段d，錨桿體I底端設(shè)有承載體8，承載體8用錨固劑錨固，因此屬于端錨式；如中國專利CN 101586466B，錨桿體受カ時(shí)，拉カ直接由無粘結(jié)錨桿體I傳至底端承載體8，通過承載體對(duì)注漿體施加壓應(yīng)カ，依靠灌漿體與周圍巖土體間的剪切抗力提供錨桿所需的承載力。這種錨桿受荷吋，內(nèi)錨固段受壓，不易開裂，克服了拉カ型錨桿的缺點(diǎn)。但是，內(nèi)錨固段的承載カ受到錨固劑本身抗壓強(qiáng)度以及錨固劑與孔壁間抗剪強(qiáng)度的限制，難以達(dá)到較高的承載力。為了使錨桿具有大變形性質(zhì)，目前的大變形錨桿一般是通過設(shè)置摩擦套管等機(jī)械結(jié)構(gòu)，通過桿體和這些結(jié)構(gòu)元件之間的滑動(dòng)來實(shí)現(xiàn)錨桿變形，如中國專利CN 101858225A、201110061303. 0,201210020742. 1,201110187361. 8 等，這些大變形錨桿結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較聞。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于將拉力型和壓カ型錨桿的錨固單元結(jié)合到一起，以提高錨桿錨固力，并且使其具有大變形性質(zhì)，提供一種拉壓耦合型高強(qiáng)大變形錨桿及其使用方法。其技術(shù)解決方案是一種拉壓耦合型高強(qiáng)大變形錨桿，主要由錨桿體、托盤和螺母組成，孔外用螺母固緊后作為外錨固段，孔內(nèi)灌錨固劑后與錨桿體粘結(jié)作為內(nèi)錨固段；其特征是內(nèi)錨固段的錨桿體表面為兩種狀態(tài)，靠近孔ロ的那一段為光圓狀，靠近孔底的那一段為粗糙狀；光圓狀桿體構(gòu)成臨時(shí)內(nèi)錨固段，亦稱為“準(zhǔn)自由段”，粗糙狀桿體構(gòu)成永久內(nèi)錨固段；在永久內(nèi)錨固段和臨時(shí)內(nèi)錨固段兩段交界的桿體上設(shè)置有承力臺(tái)。所述的粗糙狀優(yōu)選指桿體表面帶有螺紋或桿體呈麻花狀，它可與錨固劑牢固結(jié)合，不易分離。為了便于錨桿的安裝，所述承カ臺(tái)是ー個(gè)連接在錨桿體上的構(gòu)件。承力臺(tái)構(gòu)造有 多種形式，以下僅列舉兩種I)承力臺(tái)是焊接在錨桿體周圍的幾個(gè)斷面為梯形的錐形塊，錐形塊均衡分布，相鄰ー對(duì)錐形塊之間留有注漿通道。2)承力臺(tái)是焊接在錨桿體上的斷面為半環(huán)形的錐形塊。為防止外錨固段桿體在“準(zhǔn)自由段”開始伸長前發(fā)生屈服，外錨固段錨桿體強(qiáng)度應(yīng)大于內(nèi)錨固段錨桿體強(qiáng)度，可采取以下措施之一I)在加工錨桿時(shí)對(duì)外錨固段的桿體進(jìn)行熱處理。2)選用兩種不同強(qiáng)度的桿體材料連接在一起。3)錨桿體外錨固段桿體直徑大于準(zhǔn)自由段桿體直徑。為防止外錨固段桿體在“準(zhǔn)自由段”開始伸長前發(fā)生屈服，還可以在孔ロ處光圓狀的桿體上設(shè)置承力臺(tái)，以降低外錨固段受力。為協(xié)調(diào)分配給承カ臺(tái)和內(nèi)錨固段桿體的力的大小，防止其中ー個(gè)過早破壞，在桿體上承力臺(tái)靠近錨孔ー側(cè)設(shè)置彈性墊塊；根據(jù)墊塊的彈性模量適當(dāng)調(diào)整其厚度以達(dá)到桿體在承力臺(tái)前后耦合變形、應(yīng)カ均勻分布的目的；彈性墊塊與承力臺(tái)相連。本發(fā)明的使用方法之ー是I)首先在待支護(hù)巖體中打錨孔，錨孔直徑應(yīng)大于本發(fā)明所述承カ臺(tái)的外徑；2)在錨孔中依次放入速凝樹脂錨固藥卷和緩凝錨固藥卷，使錨桿插入后承力臺(tái)內(nèi)偵_為速凝錨固劑，承力臺(tái)外側(cè)的為緩凝錨固劑；3)通過錨桿安裝機(jī)將錨桿旋轉(zhuǎn)壓入錨孔，錨固藥卷受擠壓破裂并均勻拌合，待孔底速凝錨固劑凝固后，對(duì)錨桿施加一定的預(yù)應(yīng)力，并擰緊螺母固定外錨固段；之后外側(cè)緩凝錨固劑慢慢凝固，對(duì)錨桿起到二次加固作用。本發(fā)明的使用方法之ニ是I)首先在待支護(hù)巖體中打錨孔，錨孔直徑應(yīng)大于本發(fā)明所述承カ臺(tái)的外徑；2)將錨桿插入錨孔，然后將砂漿注入錨孔，待砂漿凝固后，對(duì)錨桿施加一定的預(yù)應(yīng)力，并擰緊螺母固定外錨固段。本發(fā)明工作原理是在圍巖發(fā)生大變形時(shí)，會(huì)對(duì)錨桿體產(chǎn)生拉力，由于靠近孔ロ的那一段為光圓狀，在拉力作用下與錨固劑分離，變?yōu)椤白杂啥巍?，在保持較高的工作阻力狀態(tài)下受拉伸長，適應(yīng)了圍巖大變形的特點(diǎn)，并吸收大量的圍巖變形能；當(dāng)拉カ傳遞到承力臺(tái)時(shí)，承カ臺(tái)將一部分カ傳遞到圍巖，另一部分力則傳遞到永久內(nèi)錨固段，承力臺(tái)起到應(yīng)カ分散作用，防止了永久內(nèi)錨固段先干“準(zhǔn)自由段”發(fā)生屈服，保證了自由段變形性質(zhì)的發(fā)揮。承力臺(tái)還限制了內(nèi)錨固段桿體的位移，防止了剪應(yīng)カ集中引起的錨固體漸進(jìn)式破壞，使錨固體所受剪カ得到了更合理的分布，提高了錨桿所能提供的最大支護(hù)阻力。本發(fā)明的拉壓耦合型高強(qiáng)大變形錨桿的優(yōu)點(diǎn)還在于1)本發(fā)明將拉カ型錨桿和壓カ型錨桿耦合在一起，共同分擔(dān)錨桿受力，提高了錨桿的極限錨固力，實(shí)現(xiàn)了錨桿“高強(qiáng)”的目的。2)本發(fā)明可以通過張拉施加一定量的預(yù)應(yīng)力，這樣錨桿對(duì)圍巖產(chǎn)生壓カ對(duì)與抵抗巖體剪切變形具有積極作用。3)本發(fā)明明顯優(yōu)化了錨桿在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用時(shí)的受カ狀態(tài)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可以在不影響施エ效率，成本增加不多的情況下，顯著提高錨桿的可靠性及支護(hù)效果。


下面結(jié)合附圖與具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)ー步說明圖I為現(xiàn)有拉カ型錨桿示意圖；圖2為現(xiàn)有壓カ型錨桿示意圖；圖3為本發(fā)明的拉壓耦合型高強(qiáng)大變形錨桿示意圖；圖4為本發(fā)明的拉壓耦合型高強(qiáng)大變形錨桿在孔ロ設(shè)置承力臺(tái)示意圖；圖5為本發(fā)明的拉壓耦合型高強(qiáng)大變形錨桿在承力臺(tái)外側(cè)設(shè)置弾性墊塊示意圖；圖6為本發(fā)明承力臺(tái)的一種實(shí)施方式的立體圖；圖7為本發(fā)明承力臺(tái)的另ー種實(shí)施方式的立體圖。圖例說明，I-錨桿體，2-托盤，3-螺母，4-承力臺(tái)，5-錨固劑，6-梯形的錐形塊，7-半環(huán)形的錐形塊，8-低端承載體，9-塑料隔層，10-孔口承力臺(tái)，11-弾性墊塊，12-注漿通道，a-永久內(nèi)錨固段，b-臨時(shí)內(nèi)錨固段，C-外錨固段，d-自由段，e-拉カ型內(nèi)錨固段。
具體實(shí)施例方式圖I和圖2分別是現(xiàn)有拉カ型錨桿和壓カ型錨桿的示意圖，其結(jié)構(gòu)不再詳述。下面結(jié)合圖3-圖7說明本發(fā)明的技術(shù)方案。如圖3所示，一種拉壓耦合型高強(qiáng)大變形錨桿，主要由錨桿體I、托盤2和螺母3組成，孔外用螺母3固緊后作為外錨固段C，孔內(nèi)灌錨固劑5后與錨桿體I粘結(jié)作為內(nèi)錨固段；其中內(nèi)錨固段的錨桿體I表面為兩種狀態(tài)，靠近孔ロ的那一段為光圓狀，靠近孔底的那一段為粗糙狀；光圓狀桿體構(gòu)成臨時(shí)內(nèi)錨固段b，亦稱為“準(zhǔn)自由段”，粗糙狀桿體構(gòu)成永久內(nèi)錨固段a ;并且在兩段交界的桿體上設(shè)置承力臺(tái)4。上述粗糙狀優(yōu)選指桿體表面帶有螺紋或桿體呈麻花狀，它可與錨固劑牢固結(jié)合，不易分離。所述承カ臺(tái)4是ー個(gè)連接在錨桿體I上且設(shè)有注漿通道的構(gòu)件。如圖6所示，承力臺(tái)4是焊接在錨桿體I周圍的幾個(gè)斷面為梯形的錐形塊6，錐形塊6均衡分布，相鄰ー對(duì)錐形塊之間留有注漿通道12 ;如圖7所示承力臺(tái)4是焊接在錨桿體I上的斷面為半環(huán)形的錐形塊7。承力臺(tái)4構(gòu)造有多種形式，不僅限于上述兩種。為防止外錨固段c錨桿體在臨時(shí)內(nèi)錨固段b開始伸長前發(fā)生屈服，外錨固段c錨桿體強(qiáng)度應(yīng)大于臨時(shí)內(nèi)錨固段b桿體強(qiáng)度，可采取以下措施之一I)在加工錨桿時(shí)對(duì)外錨固段c的桿體進(jìn)行熱處理。2)選用兩種不同強(qiáng)度的桿體材料連接在一起。3)外錨固段c桿體直徑大于桿體直徑。為防止外錨固段c在臨時(shí)內(nèi)錨固段b開始伸長前發(fā)生屈服，還可以在孔ロ處光圓狀的桿體上設(shè)置如圖6、圖7所示的承力臺(tái)，以降低外錨固段c受力。為協(xié)調(diào)分配給承カ臺(tái)和內(nèi)錨固段桿體的力的大小，防止其中ー個(gè)過早破壞，在承力臺(tái)靠近錨孔ー側(cè)設(shè)置彈性墊塊11 ;根據(jù)墊塊的彈性模量適當(dāng)調(diào)整其厚度以達(dá)到桿體在承力臺(tái)前后耦合變形、應(yīng)カ均勻分布的目的；彈性墊塊與承力臺(tái)相連。
當(dāng)所述錨固劑采用樹脂錨固劑時(shí)，本發(fā)明的一種優(yōu)選使用方法是I)首先在待支護(hù)巖體中打錨孔，錨孔直徑應(yīng)大于本發(fā)明所述承カ臺(tái)4的外徑；2)在錨孔中依次放入速凝樹脂錨固藥卷和緩凝錨固藥卷，使錨桿插入后承力臺(tái)內(nèi)偵_為速凝錨固劑，承力臺(tái)外側(cè)的為緩凝錨固劑；3)通過錨桿安裝機(jī)將錨桿旋轉(zhuǎn)壓入錨孔，錨固藥卷受擠壓破裂并均勻拌合，充滿錨孔，孔底速凝錨固劑凝固較快，待其凝固后，對(duì)錨桿施加一定的預(yù)應(yīng)力，擰緊螺母固定外錨固段；之后承力臺(tái)外側(cè)緩凝錨固劑慢慢凝固，對(duì)錨桿起到二次加固作用。當(dāng)所述錨固劑采用砂漿時(shí)，本發(fā)明的一種優(yōu)選使用方法是I)首先在待支護(hù)巖體中打錨孔，錨孔直徑應(yīng)大于本發(fā)明所述承カ臺(tái)的外徑；2)將錨桿插入錨孔，然后將砂漿注入錨孔，待砂漿凝固后，對(duì)錨桿施加一定的預(yù)應(yīng)力，并擰緊螺母固定外錨固段。
權(quán)利要求
1.一種拉壓耦合型高強(qiáng)大變形錨桿，它主要由錨桿體、托盤和螺母組成，孔外用螺母固緊后作為外錨固段，孔內(nèi)灌錨固劑后與錨桿體粘結(jié)作為內(nèi)錨固段；其特征在干，內(nèi)錨固段的錨桿體表面為兩種狀態(tài)，靠近孔ロ的那一段為光圓狀，靠近孔底的那一段為粗糙狀；光圓狀桿體構(gòu)成臨時(shí)內(nèi)錨固段，亦稱為準(zhǔn)自由段，粗糙狀桿體構(gòu)成永久內(nèi)錨固段；在永久內(nèi)錨固段和臨時(shí)內(nèi)錨固段兩段交界的桿體上設(shè)置有承力臺(tái)。
2.如權(quán)利要求I所述的拉壓耦合型高強(qiáng)大變形錨桿，其特征在于，所述的粗糙狀結(jié)構(gòu)是在桿體表面帶有螺紋或桿體呈麻花狀。
3.如權(quán)利要求I所述的拉壓耦合型高強(qiáng) 大變形錨桿，其特征在于，所述的承力臺(tái)是焊接在錨桿體周圍的幾個(gè)斷面為梯形的錐形塊，錐形塊均衡分布，相鄰ー對(duì)錐形塊之間留有注漿通道。
4.如權(quán)利要求I所述的拉壓耦合型高強(qiáng)大變形錨桿，其特征在于，所述的承力臺(tái)是焊接在錨桿體上的斷面為半環(huán)形的錐形塊。
5.如權(quán)利要求I所述的拉壓耦合型高強(qiáng)大變形錨桿，其特征在于，在承力臺(tái)上靠近錨孔的ー側(cè)設(shè)置有弾性墊塊。
6.如權(quán)利要求I所述的拉壓耦合型高強(qiáng)大變形錨桿，其特征在于，錨桿外錨固段桿體材料的強(qiáng)度大于準(zhǔn)自由段桿體材料強(qiáng)度。
7.如權(quán)利要求I所述的拉壓耦合型高強(qiáng)大變形錨桿，其特征在于，錨桿的外錨固段桿體直徑大于準(zhǔn)自由段桿體直徑。
8.如權(quán)利要求I所述的拉壓耦合型高強(qiáng)大變形錨桿，其特征在于，在孔ロ處光圓狀的桿體上另設(shè)置有承力臺(tái)。
9.如權(quán)利要求1-8任一所述的拉壓耦合型高強(qiáng)大變形錨桿的使用方法，其特征在干， 第一歩首先在待支護(hù)巖體中打錨孔，錨孔直徑應(yīng)大于本發(fā)明所述承カ臺(tái)的外徑； 第二步在錨孔中依次放入速凝樹脂錨固藥卷和緩凝錨固藥卷，即當(dāng)錨桿插入錨孔后，承力臺(tái)內(nèi)側(cè)的為速凝錨固劑，承力臺(tái)外側(cè)的為緩凝錨固劑。
第三歩通過錨桿安裝機(jī)將錨桿旋轉(zhuǎn)壓入錨孔，錨固藥卷受擠壓破裂并均勻拌合，待孔底速凝錨固劑凝固后，對(duì)錨桿施加一定的預(yù)應(yīng)力，并擰緊螺母固定外錨固段；之后外側(cè)緩凝錨固劑慢慢凝固，對(duì)錨桿起到二次加固作用。
10.如權(quán)利要求1-8任一所述的拉壓耦合型高強(qiáng)大變形錨桿的使用方法，其特征在干， 第一歩首先在待支護(hù)巖體中打錨孔，錨孔直徑應(yīng)大于本發(fā)明所述承カ臺(tái)的外徑； 第二歩將錨桿插入錨孔，然后將砂漿注入錨孔，待砂漿凝固后，對(duì)錨桿施加一定的預(yù)應(yīng)力，并擰緊螺母固定外錨固段。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種拉壓耦合型高強(qiáng)大變形錨桿及其使用方法，它主要由錨桿體、托盤和螺母組成，孔外用螺母固緊后作為外錨固段，孔內(nèi)灌錨固劑后與錨桿體粘結(jié)作為內(nèi)錨固段；內(nèi)錨固段的錨桿體表面為兩種狀態(tài)，靠近孔口的那一段為光圓狀，靠近孔底的那一段為粗糙狀；光圓狀桿體構(gòu)成臨時(shí)內(nèi)錨固段，亦稱為準(zhǔn)自由段，粗糙狀桿體構(gòu)成永久內(nèi)錨固段；在永久內(nèi)錨固段和臨時(shí)內(nèi)錨固段兩段交界的桿體上設(shè)置有承力臺(tái)。本發(fā)明明顯優(yōu)化了錨桿在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用時(shí)的受力狀態(tài)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可以在不影響施工效率，成本增加不多的情況下，顯著提高錨桿的可靠性及支護(hù)效果。
文檔編號(hào)E02D5/74GK102865088SQ20121035328
公開日2013年1月9日 申請(qǐng)日期2012年9月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月12日
發(fā)明者王剛, 吳學(xué)震, 蔣宇靜 申請(qǐng)人:山東科技大學(xué)