一種大變形預應力錨桿的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種大變形預應力錨桿，包括開縫帶帽筒體、錐形楔體、墊片、鎖緊螺母、錨桿桿體，錨桿桿體依次穿過開縫帶帽筒體、錐形楔體、墊片、鎖緊螺母，開縫帶帽筒體嵌入鉆孔孔口，開縫帶帽筒體與錐形楔體通過摩擦接觸相匹配，錐形楔體前端插入開縫帶帽筒體，墊片和鎖緊螺母從外側鎖緊固定。錨桿桿體為帶螺紋實心鋼筋或空心鋼管，錨桿桿體一端為麻花型或直線型，錨桿桿體中部為正弦波形曲線型，錨桿桿體另一端帶有外螺紋。結構簡單，操作方便，變形能力強，具有防松脫功能，工作力學性能好，成本低，易于加工，安裝方便，特別適合于煤礦、隧道等地下工程。
【專利說明】一種大變形預應力描桿
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及巖土工程錨固【技術領域】，更具體涉及一種大變形預應力錨桿，適用于煤礦、公路隧道和邊坡工程，以及其它涉及軟弱巖體錨固支護的巖土工程，可在圍巖產(chǎn)生較大變形的情況下保持一定的錨固力，有利于錨固支護體系的持久安全和有效。
【背景技術】
[0002]煤礦、隧道等深埋地下工程的生產(chǎn)和建設過程中經(jīng)常會遇到軟弱圍巖的支護問題，由于軟巖在高地應力作用下變形大，且持續(xù)時間長，因此對支護措施提出了更高的要求。目前，在工程中經(jīng)常采用錨桿支護方式加固圍巖，但現(xiàn)有的錨桿通常適應圍巖變形能力較弱，或者提供錨固力較小，當軟弱巖體變形量大時，極易引起錨固膠結面脫粘失效、錨固巖體體屈服等，使得錨桿錨固能力大大降低并失效，進而引發(fā)圍巖應力快速調整，圍巖能量釋放速率快，造成支護結構損壞，易發(fā)生突發(fā)事故。而且現(xiàn)有錨桿在使用中經(jīng)常會由于爆破振動荷載和往復荷載的作用而導致松脫，降低了錨桿的錨固能力。因此，有必要發(fā)明一種變形能力強、力學性能好的大變形預應力錨桿，以適應軟弱、破碎圍巖錨固支護的需要。
[0003]根據(jù)對期刊文獻和專利檢索，關于大變形預應力錨桿有以下結果:
[0004]賴應得(幾種可伸長錨桿[J]，煤礦開米，1998，3:49-50)對可伸長錨桿進行統(tǒng)計分析，共有蛇形可伸長錨桿、套管摩擦式可伸長錨桿、孔口彈簧壓縮式可舒伸長錨桿、桿體伸長和孔口壓縮式可伸長錨桿、塑料壓縮筒可伸長錨桿和桿體拉長式可伸長錨桿等。李軸(一種適用于大變形支護的新型可伸長錨桿[J]，中南公路工程，2007，32(2): 103-105，127)提出了一種套筒摩擦式大變形錨桿，均有較強的變形能力。候朝炯(可伸長錨桿原理及應用，東北煤炭技術，1995，5:21-25，32)提出了一種H型桿體和尾部改進型可伸長錨桿。吳德興(專利號:200610051809.2，專利名稱:一種預應力錨桿裝置)提出了一種預應力錨桿裝置，一次注漿即可實現(xiàn)錨固段及自由段注漿施工，但結構較為復雜。覃衛(wèi)民(專利號:03128107.9專利名稱:一種砂固結內錨頭預應力錨桿及其錨固方法)提出了一種砂固結內錨頭預應力錨桿的制作方法，提高了砂固結錨桿的成功率和錨固能力。
[0005]除了以上研究與成果，末檢索到關于大變形預應力錨桿的研究與產(chǎn)品還有很多，但由于結構復雜、錨固效果差和不便于施工等原因，這些錨桿均末在工程中得到推廣應用。

【發(fā)明內容】

[0006]本發(fā)明的目的是在于提供了一種大變形預應力錨桿裝置，結構簡單，操作方便，變形能力強，具有防松脫功能，工作力學性能好，成本低，易于加工，安裝方便，特別適合于煤礦、隧道等地下工程。
[0007]為了達到上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案:
[0008]一種可適應于軟弱圍巖的大變形預應力錨桿，包括開縫帶帽筒體、錐形楔體、墊片、鎖緊螺母、錨桿桿體。其特征在于:錨桿桿體依次穿過開縫帶帽筒體、錐形楔體、墊片、鎖緊螺母，開縫帶帽筒體嵌入鉆孔孔口，開縫帶帽筒體與錐形楔體通過摩擦接觸相匹配，錐形楔體前端插入開縫帶帽筒體，最后由鎖緊螺母鎖緊固定。錨桿桿體為帶螺紋實心鋼筋或空心鋼管，錨桿桿體一端為麻花型或直線型，作為錨固段；錨桿桿體中部為正弦波形曲線型，在錨桿桿體受力后可以拉直，增加錨桿桿體變形能力；錨桿桿體另一端帶有外螺紋，通過旋緊螺母施加預緊力。開縫帶帽筒體由6?8_厚薄鋼板制成，筒體底部留有錨桿桿體穿過的孔洞。弧形段圓心角為100°?120°之間，其作用是在錨桿承受軸力以后起到緩沖作用，防止錨桿桿體在受到往復荷載和振動荷載作用時松脫；開縫帶帽筒體的翼板主要起到承壓作用，通過調整其半徑大小可以適應不同的承壓需要；開縫帶帽筒體的翼沿部分設計成上翹形狀，可以在開縫帶帽筒體受力后，沿圍巖劈面滑動。開縫帶帽筒體加工有一縱縫，使錐形楔體在一定壓力作用下可滑入筒體。開縫帶帽筒體一方面與錐形楔體組合，通過錐形楔體在筒體中的摩擦滑動提供錨桿的較大變形，另一方面還起到承壓板的作用。錐形楔體由圓鋼通過車床加工而成，其內留有錨桿桿體穿過的空洞，錐形楔體一端直徑略小于開縫帶帽筒體的筒體直徑，另一端直徑要大于筒體，通過調整錐形楔體的直徑，可以得到不同的錨桿工作阻力。
[0009]因為大變形預應力錨桿伸長量由錨桿曲線部分拉直部分、筒體長度部分和桿體本身延性伸長部分組成，因此大變形預應力錨桿變形量遠大于傳統(tǒng)預應力錨桿。通過調整錨桿曲線段的波形數(shù)和筒體的長度，幾乎可以適應各種軟弱圍巖錨固需要。
[0010]本發(fā)明的錨固方法，其步驟是:
[0011]A、采用鉆機鉆出錨桿安裝孔，并將孔內巖屑與粉塵沖洗干凈，若孔口圍巖有坍塌，應采用水泥砂漿補成圓形，若孔口圍巖壁面不平整，應采用水泥漿找平。鉆孔準備好后，將錨固劑(速凝水泥藥卷或樹脂藥卷)推至孔底；
[0012]B、鉆孔準備好后，旋轉插入錨桿桿體，插入孔底后，錨桿桿體應旋轉1-3分鐘，以保證錨固劑與錨桿桿體粘結均勻，在此過程中，應保證桿體位于鉆孔中間位置；
[0013]C、將開縫帶帽筒體穿入錨桿上，并將筒體推入鉆孔內，并保證筒體外壁與圍巖接觸良好，不存在大的孔洞；
[0014]D、依次在錨桿桿體上穿入錐形楔體、墊片和鎖緊螺母，錐形楔體前端應與開縫帶帽筒體對中并進入筒體少許(5?10mm)，然后旋轉鎖緊螺母形成一定的預緊力，待錨固劑達到設計強度后(時間由所使用速凝錨固劑性能決定)，旋轉鎖緊螺母使錨桿達到設計的預緊力，該過程中通過數(shù)顯式扭矩扳手控制鎖緊螺母的松緊。
[0015]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點:
[0016](I)變形能力強。大變形預應力錨桿具有較大的伸長變形能力，錨桿變形包括筒體長度部分、桿體曲線段拉長部分和錨桿本身的延性伸長部分，通過調整筒體長度和桿體曲線段長度，可適應各種軟弱、破碎圍巖。
[0017](2)具有防松脫功能。大變形預應力錨桿開縫帶帽筒體的弧形段和翼板設計可在錨桿受力后起到緩沖作用，以防止錨桿在振動荷載和往復荷載作用時松脫，
[0018](3)工作力學性能好。錨桿安裝后，隨圍巖形，錨桿錨固力逐漸增加，當達到曲線段拉直所需荷載時，錨桿曲線段開始伸長，錨固力繼續(xù)增加，當曲線段被拉直后，隨錨固力增力口，錐形楔體開始進入錨桿筒體，錨桿錨固力保持恒定，直到錐形楔體到達筒體底部，隨錨固力繼續(xù)增加，則桿體被拉長進入延性并破壞，在這一過程中，錨桿經(jīng)歷了錨固力增加一增力口一恒定一增加的不同階段，特別適合于軟弱圍巖的支護需求。[0019](4)大變形預應力錨桿采用普通螺紋鋼筋和鋼板等材料制成，成本較低，易于加工，安裝方便，特別適合于煤礦、隧道等地下工程。
[0020]圖1為本發(fā)明某型號大變形預應力錨桿與傳統(tǒng)預應力錨桿拉拔實驗曲線對比，從圖中可知，本發(fā)明預應力錨桿伸長量可達到30cm以上，遠遠超過傳統(tǒng)預應力錨桿的伸長量。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1為某型號大變形預應力錨桿與傳統(tǒng)預應力錨桿拉拔實驗曲線對比示意圖。
[0022]圖2為一種大變形預應力錨桿結構示意圖。
[0023]圖3為一種錨桿桿體示意圖。
[0024]圖4為一種開開縫帶帽筒體結構示意圖，其中圖3A為側視圖，圖3B為俯視圖。
[0025]圖5為一種錨桿安裝施工圖。
[0026]其中:1為開縫帶帽筒體、2為錐形楔體、3為墊片、4為鎖緊螺母、5為錨桿桿體、IA為筒體、IB為弧形段、IC為翼板、ID為翼沿、5A為錨桿桿體外錨段、5B為錨桿桿體自由段、5C為錨桿桿體錨固段，錨固劑6、鉆孔7。
【具體實施方式】
[0027]實施例1:
[0028]以下結合圖2?圖5，對本發(fā)明作進一步的說明:
[0029]由圖2可知，一種大變形預應力錨桿，包含開縫帶帽筒體1、錐形楔體2、墊片3、鎖緊螺母4、錨桿桿體5。錨桿桿體5依次穿過開縫帶帽筒體1、錐形楔體2、墊片3、鎖緊螺母4，開縫帶帽筒體I嵌入鉆孔孔口，開縫帶帽筒體I與錐形楔體2通過摩擦接觸相匹配，錐形楔體2前端插入開縫帶帽筒體1，最后由墊片3和鎖緊螺母4從外側鎖緊固定。
[0030]由圖3可知,錨桿桿體5包含錨固段5A、自由段5B和外錨段5C。錨固段5A與自由段5B連接，自由段5B和外錨段5C連接，實際為一根桿體加工而成。自由段為錨桿位于鉆孔內未膠結部分。
[0031]由圖4和圖5可知，開縫帶帽筒體I包含筒體1A、弧形段1B、翼板IC和翼沿1D。筒體IA與弧形段IB光滑連接，弧形段IB與翼板IC光滑連接，翼板IC和翼沿ID光滑連接。開縫帶帽筒體I帶有一縱縫，使錐形楔體在一定壓力作用下可滑入筒體。當鉆孔7鉆出后，將孔內巖屑與粉塵沖洗干凈，并將孔口圍巖壁面補平、孔口塌孔部分被成圓形，將錨固劑6(速凝水泥藥卷或樹脂藥卷)推至孔底，在鉆機帶動下旋轉插入錨桿桿體5，插入孔底后，旋轉錨桿桿體5應1-3分鐘，同時使保證錨桿桿體5應位于鉆孔7中間，隨后將開縫帶帽筒體I穿入錨桿桿體5上，并將筒體IA推入鉆孔6內，并保證筒體IA外壁與圍巖接觸良好，接著依次在錨桿桿體5上穿入錐形楔體2、墊片3和鎖緊螺母4，將錐形楔體前端與開縫帶帽筒體I對中并推入筒體1A，旋轉鎖緊螺母4形成一定的預緊力，待錨固劑6達到設計強度后，使用數(shù)顯式扭矩扳手旋緊鎖緊螺母4使錨桿達到設計的預緊力。
【權利要求】
1.一種大變形預應力錨桿，包括開縫帶帽筒體(1)、錐形楔體(2)、墊片(3)、鎖緊螺母(4)、錨桿桿體(5)，其特征在于:錨桿桿體(5)依次穿過開縫帶帽筒體(1)、錐形楔體(2)、墊片(3)、鎖緊螺母(4)，開縫帶帽筒體(1)嵌入鉆孔孔口，開縫帶帽筒體(1)與錐形楔體(2)通過摩擦接觸相匹配，錐形楔體(2)前端插入開縫帶帽筒體(1)，墊片(3)和鎖緊螺母(4)從外側鎖緊固定。
2.根據(jù)權利I所述的一種大變形預應力錨桿，其特征在于:所述的錨桿桿體(5)為帶螺紋實心鋼筋或空心鋼管，錨桿桿體(5) —端為麻花型或直線型，錨桿桿體(5)中部為正弦波形曲線型，錨桿桿體(5)另一端帶有外螺紋。
3.根據(jù)權利I所述的一種大變形預應力錨桿，其特征在于:所述的錨桿桿體(5)包含錨固段(5A)、自由段(5B)和外錨段(5C)，錨固段(5A)與自由段(5B)連接，自由段(5B)和外錨段(5C)連接。
4.根據(jù)權利I所述的一種大變形預應力錨桿，其特征在于:所述的開縫帶帽筒體(1)包含筒體(1A)、弧形段(1B)、翼板(IC)和翼沿(1D)，筒體(IA)與弧形段(IB)連接，弧形段(IB)與翼板(IC)連接， 翼板(IC)和翼沿(ID)連接。
【文檔編號】E21D21/00GK103603684SQ201310610440
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年11月26日 優(yōu)先權日:2013年11月26日
【發(fā)明者】戴永浩, 陳衛(wèi)忠, 楊建平, 伍國軍, 田洪銘 申請人:中國科學院武漢巖土力學研究所