專利名稱：一種新型高強恒阻大變形錨桿及其使用方法
技術領域：
本發(fā)明涉及ー種水利水電工程、隧道工程、礦山工程等地下工程中的支護用錨桿，尤其涉及一種可產(chǎn)生連續(xù)變形而不發(fā)生破壞的恒阻高強錨桿。
背景技術：
在水利水電工程、隧道工程、礦山工程等地下工程支護中，錨桿是應用很多的ー種支護裝備。隨著開采深度不斷增大以及大規(guī)模 地下工程的建設，面臨的地質條件越來越復雜，圍巖經(jīng)常表現(xiàn)出大變形特點。當圍巖變形量較大，超過錨桿所能夠承受的范圍時，將導致錨桿破壞失效，進而造成地下工程失穩(wěn)破壞事故。這種情況下要求所使用的錨桿在圍巖發(fā)生大變形時可以受拉伸長而本身不發(fā)生破壞，以適應圍巖變形。目前，國外內錨桿采用的可變形伸長裝置主要有碟形或葫蘆形托盤、可變形桿體或襯墊、改進鋼絞線的錨具、擠壓可滑動鋼套等裝置來適應圍巖體的大變形。上述裝置允許變形量一般較小，不能適應大變形的特點，而允許變形量較大的裝置，能提供的有效阻カ不足，性能不夠穩(wěn)定，不能滿足現(xiàn)代地下工程支護需求。如專利CN 201943725U,存在所能提供的阻力不足、結構復雜的問題。專利CN 101858225A，其恒阻裝置在變形的過程中，外管周向受壓膨脹，對錨固劑產(chǎn)生損傷，且管體易發(fā)生撐裂的現(xiàn)象，造成錨桿失效，引發(fā)安全事故，因而難以廣泛應用。

發(fā)明內容
本發(fā)明的任務在于提供ー種高強恒阻大變形錨桿。該錨桿在圍巖發(fā)生大變形時可以受拉伸長而本身不發(fā)生破壞，允許冷拔桿體發(fā)生較大位移以適應圍巖變形，在此過程中還可以不斷地吸收圍巖變形能量，保持圍巖的穩(wěn)定。方案一，ー種新型高強恒阻大變形錨桿，它包括錨桿體、螺母和托盤，其特征在干，所述的錨桿體包括冷拔桿體、筒形套管和拔絲模；冷拔桿體的一端直徑大于另一端的直徑，即一端為粗段、一端為細段，粗段和細段之間為錐形段；筒形套管和拔絲模相連，套裝在冷拔桿體上；所述的拔絲模是錐形模，拔絲模的錐度與錐形段錐度相匹配；筒形套管的端頭部設有用于安裝螺母的外螺紋；所述筒形套管直徑和壁厚應符合錨固カ要求，所述筒形套管長度對應于冷拔桿體粗段長度，材料優(yōu)先選用鋼管。為了防止灰塵、水的進入套管,所述套管管ロ端設置有套管端蓋,套管端蓋與管ロ端通過螺紋連接。方案ニ，ー種新型高強恒阻大變形錨桿，它包括錨桿體、螺母和托盤，其特征在干，所述的錨桿體包括冷拔桿體和拔絲模；冷拔桿體的一端直徑大于另一端的直徑，即一端為粗段、一端為細段，粗段和細段之間為錐形段；冷拔桿體表面光滑；拔絲模套裝在冷拔桿體上；所述的拔絲模是錐形模，拔絲模的錐度與錐形段錐度相匹配；冷拔桿體的端頭部設有用于安裝螺母的外螺紋。為防止冷拔桿體與砂漿粘結，可以在桿體粗段和細段表面設置有防粘隔離層，t匕如在桿體粗段和細段表面套上塑料管或涂抹上石蠟等。為了將拔絲模更穩(wěn)定的固定在錨孔中，可以設置筒形套管；所述筒形套管與拔絲模相連，套裝在冷拔桿體粗段；筒形套管表面加工有肋紋，筒形套管長度對應于冷拔桿體粗段長度。在方案一和方案ニ中所述的拔絲模材料可以選用硬質合金或優(yōu)質鋼。所述的冷拔桿體優(yōu)先選用以下結構形式I、實心變徑圓鋼結構； 2、變徑空心鋼管結構，鋼管粗段的終端設有鎖塊，作為桿體拉拔極限；3、桿體粗段和錐段采用空心結構，細段采用實心結構，鋼管粗段的終端設有鎖塊，作為桿體拉拔極限。錐形段和細段的連接采用螺紋連接或焊接結構。為了防止冷拔桿體受損傷或被拉斷，在冷拔桿體和拔絲模內表面涂抹有潤滑剤，潤滑劑的材料可以選用肥皂、植物油。方案一使用方法是I、首先在支護巷道中打錨孔，錨孔直徑與錨桿體細段直徑相配合，達到底后退出鉆桿，再將孔ロ段擴孔加粗，加粗后的直徑與套管外徑匹配；2、向錨孔中注錨固劑，將錨桿細段的端部朝向孔底安裝在錨孔中，并使拔絲模頂在錨孔加粗處的臺階上，待錨固劑凝固后在套管露頭套上托盤，擰緊螺母，并達到設計的預緊力。3、錨桿使用過程中，如需測量支護條件下圍巖位移，可打開端蓋，測量桿體粗端位移，根據(jù)桿體拔出前后的長度比即可確定圍巖位移。方案ニ使用方法是I、首先在支護巷道中打錨孔，錨孔直徑與套管直徑相配合；2、向錨孔中注錨固劑，將套管朝向孔底安裝在錨孔，待錨固劑凝固后在冷拔桿體露頭上套上托盤，擰緊螺母，并達到設計的預緊カ。本發(fā)明依據(jù)在于金屬的冷拔性能，冷拔的過程中可以產(chǎn)生持續(xù)變形，并保持恒定的拉拔力。當本發(fā)明所述冷拔桿體采用空心鋼管時，根據(jù)金屬塑性力學理論，結合拉拔原理圖，可以得到桿體工作應カ計算公式為
びム=ぴ廣 ^[1-(^)(1-^)] Iec'(I)式中，B= f/tan a = 2fLd/(D1-S0) ； λ = (D0-S0)/(D1-S0)；σ L為拉拔應力，即工作應力，也就是模出ロ處桿體的軸向應力；σ s為桿體拉拔前后的平均變形抗力；α為模角ば為摩擦系數(shù)；％為原始直徑；Di為拔出后直徑；Ld為定徑區(qū)長度^為管壁厚度。桿體拉力即錨桿提供的恒定阻カ為
F = C7fx^-(Dl-S0)2](2)
根據(jù)桿體拉出前后直徑、斷面減縮率、材料性質、模角、潤滑劑種類等因素不同，拉拔カ小則幾噸，最大可達到幾百噸。本發(fā)明，恒阻變形錨桿的工作原理大致是當圍巖發(fā)生變形時會對冷拔桿體產(chǎn)生拉力，由于拔絲?？抓韮葟叫∮诶浒螚U體較粗一端直徑,二者之間會產(chǎn)生很大的擠壓カ。當拉カ超過冷拔桿體的冷拔カ時,冷拔桿體受到縱向拉力和拔絲模橫向壓カ的作用，二者發(fā)生相對位移，桿體被緩慢拔出，其截面變小而長度增加。這種變形可以持續(xù)進行，并保持恒定的工作阻力，這樣就實現(xiàn)了恒阻連續(xù)大變形的目的。

該恒阻連續(xù)變形錨桿充分利用鋼筋/鋼管的冷拔性能，結構在冷拔的過程中可以產(chǎn)生持續(xù)變形，并保持恒定的拉拔力。在圍巖發(fā)生大變形時可以受拉伸長而本身不發(fā)生破壞，允許冷拔桿體發(fā)生較大位移以適應圍巖變形，在此過程中還可以不斷地吸收圍巖變形能量，保持圍巖的穩(wěn)定。除了實現(xiàn)恒阻變形外，拉拔的另ー個有益效果為桿體通過?？缀?，強度大幅提高。此外，本發(fā)明還具有可提供阻カ大，結構簡單，性能穩(wěn)定等特點。


下面結合附圖與具體實施方式
對本發(fā)明作進ー步說明圖I為本發(fā)明一種實施方式的剖面結構示意圖；圖2為本發(fā)明拉拔變形原理圖；圖3為本發(fā)明另ー種優(yōu)選方式的現(xiàn)場應用示意圖；圖4為本發(fā)明第三種優(yōu)選方式的剖面結構示意圖。圖例說明，I-套管，2-拔絲摸，3-冷拔桿體，4-外端蓋，5-托盤，6-螺母，7-高強螺栓,8-外螺紋，9-內螺紋,10-內端蓋,11-錨固劑，12-鎖塊。
具體實施例方式實施例一結合圖1，ー種新型高強恒阻大變形錨桿，它包括錨桿體、螺母6和托盤5，其中所述的錨桿體包括冷拔桿體3、套管I和拔絲模2 ;冷拔桿體3后端的那一段直徑大于前面桿體的直徑，即一端為粗段、一端為細段，粗段和細段之間為錐形段；套管I和拔絲模2相連，套裝在冷拔桿體3上；拔絲模2是錐形摸，拔絲模2的錐度與冷拔桿體3錐形段的錐度相匹配，套管I后端設有用于安裝螺母的外螺紋8。上述套管I為筒形鋼管，其直徑和壁厚應符合錨固カ要求，其長度應符合設計錨桿的變形量；上述的拔絲模2材料可以選用硬質合金或優(yōu)質鋼，拔絲模2與套管I用高強螺栓7連接。上述的冷拔桿體3為實心變徑圓鋼結構，其細段表面帶有肋紋，以增大其和錨固劑之間的摩擦力。在上述套管I管ロ端設置有外端蓋4,外端蓋4與管ロ端通過內螺紋9連接。為了防止冷拔桿體受損傷或被拉斷，在冷拔桿體3和拔絲模2內表面涂抹有潤滑劑，潤滑劑的材料可以選用肥皂、植物油。
本發(fā)明依據(jù)金屬的冷拔原理，如圖2所示冷拔桿體3與拔絲模2保持接觸，冷拔桿體3受拉カF時，拔絲模2對冷拔桿體3作用有摩擦力T和正壓カN，由于冷拔桿體3的剛度比拔絲模的剛度小，其截面被壓縮，逐漸被拉出拔絲模2。冷拔的過程中可以產(chǎn)生持續(xù)變形，并保持恒定的拉拔カ。實施例一的使用方法是第一歩、首先在支護巷道中打錨孔，錨孔直徑與冷拔桿體3細段直徑相配合，打到底后退出鉆桿，再將孔ロ段擴孔加粗，加粗后的直徑與套管I外徑匹配；第二步將錨桿細段的端部朝向孔底安裝在錨孔中，并使拔絲模2頂在錨孔加粗處的臺階上，向錨孔中注錨固劑11，待錨固劑凝固后在套管I露頭套上托盤5，擰緊螺母6，并達到設計的預緊力。
錨桿使用過程中，如需測量支護條件下圍巖位移，可打開端蓋，測量桿體粗端位移，根據(jù)桿體拔出前后的長度比即可確定圍巖位移。實施例ニ結合圖3，ー種新型高強恒阻大變形錨桿，它與圖I所示的技術方案基本相同，在此不再重復描述，主要區(qū)別在干，冷拔桿體3的細段表面光滑，冷拔桿體3端頭部設有用于安裝螺母6的外螺紋8 ;套管表面加工有肋紋，以增大其和錨固劑之間的摩擦力。實施例ニ的使用方法是第一歩首先在支護巷道中打錨孔，錨孔直徑與套管I直徑相配合；第二步將套管I朝向孔底安裝在錨孔中，向錨孔中注錨固劑11，待錨固劑11凝固后在冷拔桿體3露頭上套上托盤5，擰緊螺母6，并達到設計的預緊カ。實施例三結合圖4，ー種新型高強恒阻大變形錨桿，它與圖I所示的技術方案基本相同，在此不再重復描述，主要區(qū)別在于冷拔桿體3桿體粗段和錐形段采用空心結構，細段采用實心結構，鋼管粗段的終端設有鎖塊12，作為桿體拉拔極限；兩者采用螺紋連接或焊接結構。在上述的所有實施例中，套管I為筒形鋼管，其直徑和壁厚應符合錨固カ要求，其長度對應于冷拔桿體粗段長度；將套管I和拔絲模2連接，除采用高強螺栓7タト，可采用的方式還包括螺紋連接或焊接。
權利要求
1.ー種新型高強恒阻大變形錨桿，它包括錨桿體、螺母和托盤，其特征在干，所述的錨桿體包括冷拔桿體、筒形套管和拔絲模；冷拔桿體的一端直徑大于另一端的直徑，即一端為粗段、一端為細段，粗段和細段之間為錐形段；筒形套管和拔絲模相連，套裝在冷拔桿體上；所述的拔絲模是錐形模，拔絲模的錐度與錐形段錐度相匹配；筒形套管的端頭部設有用于安裝螺母的外螺紋；所述筒形套管直徑和壁厚應符合錨固カ要求，所述筒形套管長度對應于冷拔桿體粗段長度。
2.如權利要求I所述的高強恒阻大變形錨桿，其特征在于，所述的冷拔桿體有以下結構形式 一是實心變徑圓鋼結構； ニ是變徑空心鋼管結構，鋼管粗段的終端設有鎖塊，作為桿體拉拔極限； 三是桿體粗段和錐形段采用空心結構，細段采用實心結構，鋼管粗段的終端設有鎖塊，作為桿體拉拔極限。
3.如權利要求I所述的高強恒阻大變形錨桿，其特征在于，所述套管管ロ端設置有套管端蓋，套管端蓋與管ロ端通過螺紋連接。
4.如權利要求I所述的高強恒阻大變形錨桿，其特征在于，在冷拔桿體錐形段和拔絲模內表面涂抹有潤滑剤。
5.如權利要求1-4任一所述的高強恒阻大變形錨桿的使用方法，其特征在干， 第一歩首先在支護巷道中打錨孔，錨孔直徑與錨桿體細段直徑相配合，達到底后退出鉆桿，再將孔ロ段擴孔加粗，加粗后的直徑與套管外徑匹配； 第二歩向錨孔中注錨固劑，將錨桿細段的端部朝向孔底安裝在錨孔中，并使拔絲模頂在錨孔加粗處的臺階上，待錨固劑凝固后在套管露頭套上托盤，擰緊螺母，并達到設計的預緊カ；當需測量支護條件下圍巖位移，打開端蓋，測量桿體粗端位移，根據(jù)桿體拔出前后的長度比即可確定圍巖位移。
6.ー種新型高強恒阻大變形錨桿，它包括錨桿體、螺母和托盤，其特征在干，所述的錨桿體包括冷拔桿體和拔絲模；冷拔桿體的一端直徑大于另一端的直徑，即一端為粗段、一端為細段，粗段和細段之間為錐形段；冷拔桿體表面光滑；拔絲模套裝在冷拔桿體上；所述的拔絲模是錐形模，拔絲模的錐度與錐形段錐度相匹配；冷拔桿體的端頭部設有用于安裝螺母的外螺紋。
7.如權利要求6所述的高強恒阻大變形錨桿，其特征在于，它還包括ー個筒形套管；筒形套管與拔絲模相連，套裝在冷拔桿體粗段；筒形套管表面加工有肋紋，筒形套管長度對應于冷拔桿體粗段長度。
8.如權利要求6所述的高強恒阻大變形錨桿，其特征在于，所述的冷拔桿體有以下結構形式 一是實心變徑圓鋼結構； ニ是變徑空心鋼管結構，鋼管粗段的終端設有鎖塊，作為桿體拉拔極限； 三是桿體粗段和錐段采用空心結構，細段采用實心結構，鋼管粗段的終端設有鎖塊，作為桿體拉拔極限。
9.如權利要求6所述的高強恒阻大變形錨桿，其特征在干，在冷拔桿體粗段和細段表面設置有防粘隔離層。
10.如權利要求6-9任一所述的高強恒阻大變形錨桿的使用方法，其特征在于，步驟如下 第一歩首先在支護巷道中打錨孔，錨孔直徑與套管直徑相配合； 第二歩向錨孔中注錨固劑，將套管朝向孔底安裝在錨孔，待錨固劑凝固后在冷拔桿體露頭上套上托盤，擰緊螺母，并達到設計的預緊カ。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種新型高強恒阻大變形錨桿及其使用方法，它的錨桿體包括冷拔桿體、筒形套管和拔絲模；冷拔桿體的一端直徑大于另一端的直徑，即一端為粗段、一端為細段，粗段和細段之間為錐形段，細段表面帶有肋紋；筒形套管和拔絲模相連，套裝在冷拔桿體上；所述的拔絲模是錐形模，拔絲模的錐度與錐形段錐度相匹配；筒形套管的端頭部或冷拔桿體的端頭部設有用于安裝螺母的外螺紋。本發(fā)明錨桿在圍巖發(fā)生大變形時可以受拉伸長而本身不發(fā)生破壞，允許冷拔桿體發(fā)生較大位移以適應圍巖變形。
文檔編號E02D5/74GK102678148SQ20121013909
公開日2012年9月19日 申請日期2012年4月25日 優(yōu)先權日2012年4月25日
發(fā)明者喬衛(wèi)國, 吳學震, 王剛, 蔣宇靜 申請人:山東科技大學