專利名稱：一種摩擦套筒式大變形錨桿的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于巖土工程錨固領(lǐng)域，涉及一種大變形巖土體的支護(hù)結(jié)構(gòu)，尤其涉及一 種錨桿。
背景技術(shù)：
在軟弱圍巖中進(jìn)行巷道施工，面對(duì)的往往是圍巖向巷道收斂的大變形，這種情況 下，如果初期即采用剛性很大的支護(hù)，在圍巖壓力作用下支護(hù)結(jié)構(gòu)會(huì)很快損壞，既浪費(fèi)了人 力物力，又無支護(hù)效果。劉泉聲等人在文《煤礦深部巷道破裂圍巖非線性大變形及支護(hù)對(duì)策 研究》(巖土力學(xué)2010年第10期)中指出深部巖體的組織結(jié)構(gòu)、基本行為特征和工程響 應(yīng)與淺部巖體相比均發(fā)生了根本性變化，具體體現(xiàn)為在淺部表現(xiàn)為堅(jiān)硬穩(wěn)定的圍巖，在深 部一般都表現(xiàn)出顯著的軟巖特征，采用的各種支護(hù)結(jié)構(gòu)與支護(hù)方式也要適應(yīng)這種軟弱圍巖 的大變形。陸春昌等人在文《水力膨脹式管子錨桿在軟弱、大變形圍巖巷道開拓中的技術(shù)研 究及應(yīng)用》(礦業(yè)安全與環(huán)保2009年第6期)中，提出一種水力膨脹式管子錨桿，用以對(duì)大 變形巷道圍巖進(jìn)行支護(hù)，支護(hù)效果明顯。李鈾等人在文《一種適用于大變形支護(hù)的新型可伸 長(zhǎng)錨桿》(中南公路工程2007年第2期)中，提出用一種帶開縫筒大變形錨桿對(duì)大變形軟巖 進(jìn)行支護(hù)，改善了支護(hù)效果。上述文獻(xiàn)表明，對(duì)大變形軟弱圍巖的支護(hù)，宜采用柔性支護(hù)，先 在可控條件下允許圍巖變形，使圍巖釋放部分變形能，同時(shí)發(fā)揮圍巖的自支撐能力。為解決大變形軟巖的支護(hù)問題，就要求作為初期支護(hù)的錨桿可產(chǎn)生較大的伸長(zhǎng)變 形以適應(yīng)圍巖的大變形，于是出現(xiàn)了一些大變形錨桿。如在專利號(hào)為201010196197. 2的申 請(qǐng)中公開了一種恒阻大變形錨桿，但其恒阻裝置與桿體的完全螺紋連接方式不利于有效實(shí) 現(xiàn)恒阻與大變形的雙重目的；在專利號(hào)為88204483. 4的申請(qǐng)中公開了一種蛇形可伸長(zhǎng)錨 桿，但其蛇形段在變形過程中軸向拉力按比例增加，限制圍巖的進(jìn)一步變形。總之，現(xiàn)有的 傳統(tǒng)錨桿延伸率低，不能滿足大變形圍巖的要求；現(xiàn)有的大變形錨桿恒阻效果不甚理想，不 利于在實(shí)際工程中的推廣應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種摩擦套筒式大變形錨桿，克服現(xiàn)有傳統(tǒng)錨桿存在的延 伸率低、支護(hù)效果差的問題，同時(shí)克服現(xiàn)有大變形錨桿恒阻效果不甚理想的問題。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是
一種摩擦套筒式大變形錨桿，包括外螺母(2)、墊板(3)、柱形摩擦體(5)、摩擦套筒 (6)、桿體(8)，其特征在于所述摩擦套筒(6)的內(nèi)壁上設(shè)有摩擦齒(62)，所述桿體(8)上設(shè) 有柱形摩擦體(5)。上述技術(shù)方案可以進(jìn)一步改進(jìn)為所述外螺母(2)和墊板(3)依次套裝在摩擦套
3筒(6)的尾部。上述技術(shù)方案可以進(jìn)一步改進(jìn)為所述外螺母(2)和墊板(3)依次套裝在桿體(8) 的尾部。上述技術(shù)方案可以進(jìn)一步改進(jìn)為所述摩擦齒(62)按斷面交錯(cuò)布置，每斷面設(shè)置 數(shù)量大于等于2個(gè)，摩擦齒(62)的齒尖形成的斷面內(nèi)徑小于所述柱形摩擦體(5)的外徑， 摩擦齒(62)沿摩擦套筒(6)的軸向剖面呈三角形或梯形，柱形摩擦體(5)長(zhǎng)度大于摩擦齒 (62)沿摩擦套筒(6)布置的縱向間距。上述技術(shù)方案可以進(jìn)一步改進(jìn)為所述摩擦齒(62)為一連續(xù)閉合環(huán)體，摩擦齒 (62)的斷面內(nèi)徑小于所述柱形摩擦體(5)的外徑。上述技術(shù)方案可以進(jìn)一步改進(jìn)為所述摩擦套筒(6)的一端設(shè)置尾部密封塞(1)， 另一端設(shè)置頭部密封塞(7)。上述技術(shù)方案可以進(jìn)一步改進(jìn)為所述墊板(3)呈碟形或平面形狀。上述技術(shù)方案可以進(jìn)一步改進(jìn)為還包括一阻擋塊(63)，所述阻擋塊(63)為環(huán) 形，布置在所述摩擦套筒(6)的內(nèi)表面，所述阻擋塊(63)的內(nèi)徑略大于桿體(8)的直徑。上述技術(shù)方案可以進(jìn)一步改進(jìn)為所述柱形摩擦體(5 )設(shè)置在桿體(8 )的尾部，通 過所述內(nèi)螺母(4 )與所述桿體(8 )尾部進(jìn)行螺紋連接，或直接加工在所述桿體(8 )尾部。上述技術(shù)方案可以進(jìn)一步改進(jìn)為所述柱形摩擦體(5 )設(shè)置在桿體(8 )的頭部，通 過所述內(nèi)螺母(4)與所述桿體(8)頭部進(jìn)行螺紋連接，或直接加工在所述桿體(8)頭部。本發(fā)明的有益效果在于能夠自動(dòng)適應(yīng)圍巖的大變形而自動(dòng)延伸，同時(shí)在變形過 程中可吸收圍巖的變形能，從而保證其支護(hù)效果。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖一。圖2為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖二。圖3為摩擦齒不連續(xù)時(shí)的a-a剖面圖(圖中摩擦齒數(shù)量為4個(gè))圖4為摩擦齒不連續(xù)時(shí)的b_b剖面圖(圖中摩擦齒數(shù)量為4個(gè))圖5為摩擦齒為連續(xù)環(huán)體時(shí)的a-a剖面圖。圖6為碟形墊板的平面圖與剖面圖。圖7為平板形墊板的平面圖與剖面圖。圖8為本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。圖9為本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1-尾部密封塞 2-外螺母 5-柱形摩擦體 6-摩擦套筒 7-頭部密封塞 8-桿體
31-墊板預(yù)留孔 61-摩擦套筒尾部螺紋 62-摩擦齒63-阻擋塊
81-桿體尾部螺紋
3-墊板4-內(nèi)螺母
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
如圖1所示，本發(fā)明包括外螺母2、內(nèi)螺母4、墊板3、柱形摩擦體5、摩擦套筒6、桿 體8等。摩擦套筒6套裝于桿體8的尾部，墊板3和外螺母2依次套裝在摩擦套筒6的尾 部，其中墊板3的中間部分設(shè)一預(yù)留孔31，以供摩擦套筒6穿過，外螺母2通過螺紋61連接 于摩擦套筒6，摩擦套筒6的長(zhǎng)度范圍為10cnTl50Cm，可根據(jù)圍巖的允許位移大小確定。
為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的大變形性能，摩擦套筒6的內(nèi)表面設(shè)有摩擦齒62，摩擦齒62沿 摩擦套筒6的軸向剖面呈三角形或梯形，內(nèi)緣呈弧形，按斷面交錯(cuò)布置，每斷面設(shè)置數(shù)量一 般大于等于2個(gè)(附圖3、附圖4中均為4個(gè))，沿摩擦套筒6的軸向間距為5 30cm，摩擦齒 也可直接設(shè)置為一閉合環(huán)體(附圖5)，摩擦齒62的齒尖形成的斷面內(nèi)徑小于柱形摩擦體5 的外徑。桿體8上設(shè)置柱形摩擦體5，尤其可以設(shè)置在桿體8的尾部。柱形摩擦體5長(zhǎng)度大 于摩擦齒62沿摩擦套筒6布置的縱向間距，從而實(shí)現(xiàn)摩擦齒62對(duì)柱形摩擦體5阻擋力的 連續(xù)性。柱形摩擦體5可通過內(nèi)螺母4套裝在桿體8尾部，此時(shí)桿體8尾部外表面設(shè)有與 內(nèi)螺母4匹配的螺紋81 ；柱形摩擦體5也可直接加工在桿體8的尾部而省去內(nèi)螺母4和螺 紋81。摩擦套筒6可以布置在桿體8尾部，也可以布置在桿體8的其它位置，例如可布置 在桿體8的頭部的錨固端。在此情況下，摩擦套筒6被固定在穩(wěn)定圍巖中，柱形摩擦體5連 接在桿體8的頭部，墊板3、外螺母2連接在桿體8的尾部，隨著桿體8軸向拉力的增大，桿 體8向臨空面發(fā)生位移。同時(shí)，摩擦齒62與柱形摩擦體5相互作用，既實(shí)現(xiàn)了大變形，也保 證了支護(hù)效果。柱形摩擦體5的外徑大于摩擦齒62的齒尖形成的斷面內(nèi)徑，根據(jù)本發(fā)明的受力 情況，可通過調(diào)整摩擦齒62的厚度來改變其內(nèi)徑。當(dāng)要求錨桿承載力較大時(shí)，減小摩擦齒 62的齒尖形成的斷面內(nèi)徑；當(dāng)要求錨桿承載力較小時(shí)，增大摩擦齒62的齒尖形成的斷面內(nèi) 徑；通過摩擦齒62內(nèi)徑的調(diào)整來適應(yīng)不同的圍巖壓力。當(dāng)本發(fā)明受到的軸向拉力小于摩擦齒62對(duì)柱形摩擦體5的阻擋力時(shí)，摩擦套筒6 和柱形摩擦體5、桿體8處于相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)；當(dāng)本發(fā)明受到的軸向拉力大于摩擦齒62對(duì)柱 形摩擦體5的阻擋力時(shí)，摩擦套筒6產(chǎn)生徑向變形、或摩擦齒62剪切破壞、或二者兼有，摩 擦套筒6和柱形摩擦體5、桿體8之間將發(fā)生相對(duì)位移。隨著位移的增大，圍巖的變形逐漸 增大，圍巖壓力通常會(huì)逐漸減小，當(dāng)軸向拉力減小時(shí)，摩擦套筒6和柱形摩擦體5，桿體8之 間將不再發(fā)生相對(duì)位移而處于靜止?fàn)顟B(tài)。當(dāng)柱形摩擦體5即將滑過一摩擦齒62斷面時(shí)，將 會(huì)與下一組摩擦齒62相接觸，從而實(shí)現(xiàn)阻擋力的連續(xù)性。為了限制圍巖的最大變形，使其不超過摩擦套筒6的長(zhǎng)度，在摩擦套筒6頭部的內(nèi) 表面設(shè)置阻擋塊63，阻擋塊63沿摩擦套筒6軸向剖面呈矩形，其內(nèi)徑略大于桿體8的直徑， 從而保證柱形摩擦體5不脫離摩擦套筒6。當(dāng)柱形摩擦體5與阻擋塊63接觸時(shí)，本發(fā)明將 不再伸長(zhǎng)，拉拔力上升直至桿體的強(qiáng)度極限。為防止巖土體及水分進(jìn)入摩擦套筒6內(nèi)部而導(dǎo)致內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生銹蝕、破壞，在摩 擦套筒6的兩端分別設(shè)置尾部密封塞1和頭部密封塞7，從而保證摩擦套筒6內(nèi)部處于密閉 狀態(tài)。圖2所示為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖二，與結(jié)構(gòu)示意圖一僅有少許區(qū)別。柱形摩擦體 5直接加工在桿體8的尾部，相當(dāng)于固接，此時(shí)不需內(nèi)螺母4和螺紋81。
圖3所示為摩擦齒不連續(xù)時(shí)的a-a剖面圖(圖中摩擦齒數(shù)量為4個(gè))，反映了摩擦 齒62的布置形式，沿摩擦套筒6內(nèi)表面環(huán)向均勻布置。圖4所示為摩擦齒不連續(xù)時(shí)的b_b剖面圖(圖中摩擦齒數(shù)量為4個(gè))，反映了摩擦 齒62的布置形式，沿摩擦套筒6內(nèi)表面環(huán)向均勻布置，圖3與圖4表明相鄰兩個(gè)斷面的摩 擦齒62交錯(cuò)布置。圖5所示摩擦齒為連續(xù)環(huán)體時(shí)的a-a剖面圖，反映了摩擦齒62在垂直桿體剖面上 表現(xiàn)為閉合環(huán)。圖6所示為碟形墊板的平面圖與剖面圖，墊板3的目的在于施加的錨固力有效分 布在周邊的巖土體上，墊板3上的預(yù)留孔31，以利于摩擦套筒6的穿過。圖7所示為平板形墊板的平面圖與剖面圖，墊板3的目的在于施加的錨固力有效 分布在周邊的巖土體上，墊板3上的預(yù)留孔31，以利于摩擦套筒6的穿過。圖8、圖9所示為本發(fā)明的另外兩種優(yōu)選實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。即外螺母2和墊 板3依次套裝在桿體8的尾部，柱形摩擦體5直接加工在桿體8的頭部，相當(dāng)于固接；以及 柱形摩擦體5可通過內(nèi)螺母4套裝在桿體8頭部，此時(shí)桿體8頭部外表面設(shè)有與內(nèi)螺母4 匹配的螺紋81。本發(fā)明在與圍巖相互作用時(shí)，既控制圍巖變形，又允許圍巖變形，隨著圍巖的變 形，本發(fā)明自動(dòng)拉伸且對(duì)圍巖提供持續(xù)的支護(hù)力，從而實(shí)現(xiàn)支護(hù)體的穩(wěn)定，消除了冒頂、塌 方、巖爆、滑坡等安全隱患。本發(fā)明通過摩擦套筒與桿體的相互作用，對(duì)大變形圍巖提供持久的支護(hù)力，可適 用于建筑、水利、礦業(yè)、公路、鐵路等部門。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制作方便，造價(jià)低廉。
權(quán)利要求
1.一種摩擦套筒式大變形錨桿，包括外螺母(2)、墊板(3)、柱形摩擦體(5)、摩擦套筒 (6)、桿體(8)，其特征在于所述摩擦套筒(6)的內(nèi)壁上設(shè)有摩擦齒(62)，所述桿體(8)上設(shè) 有柱形摩擦體(5)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種摩擦套筒式大變形錨桿，其特征在于所述外螺母(2)和 墊板(3)依次套裝在摩擦套筒(6)的尾部。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種摩擦套筒式大變形錨桿，其特征在于所述外螺母(2)和 墊板(3)依次套裝在桿體(8)的尾部。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種摩擦套筒式大變形錨桿，其特征在于所述摩擦齒(62) 按斷面交錯(cuò)布置，每斷面設(shè)置數(shù)量大于等于2個(gè)，摩擦齒(62)的齒尖形成的斷面內(nèi)徑小于 所述柱形摩擦體(5)的外徑，摩擦齒(62)沿摩擦套筒(6)的軸向剖面呈三角形或梯形，柱形 摩擦體(5 )長(zhǎng)度大于摩擦齒(62 )沿摩擦套筒(6 )布置的縱向間距。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種摩擦套筒式大變形錨桿，其特征在于所述摩擦齒(62) 為一連續(xù)閉合環(huán)體，摩擦齒(62)的斷面內(nèi)徑小于所述柱形摩擦體(5)的外徑。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的摩擦套筒式大變形錨桿，其特征在于所述摩擦套筒(6)的一 端設(shè)置尾部密封塞(1)，另一端設(shè)置頭部密封塞(7 )。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的摩擦套筒式大變形錨桿，其特征在于所述墊板(3)呈碟形或 平面形狀。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的摩擦套筒式大變形錨桿，其特征在于還包括一阻擋塊(63)， 所述阻擋塊(63)為環(huán)形，布置在所述摩擦套筒(6)的內(nèi)表面，所述阻擋塊(63)的內(nèi)徑略大 于桿體(8)的直徑。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種摩擦套筒式大變形錨桿，其特征在于所述柱形摩擦體 (5)設(shè)置在桿體(8)的尾部，通過所述內(nèi)螺母(4)與所述桿體(8)尾部進(jìn)行螺紋連接，或直 接加工在所述桿體(8)尾部。
10.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種摩擦套筒式大變形錨桿，其特征在于所述柱形摩擦體 (5)設(shè)置在桿體(8)的頭部，通過所述內(nèi)螺母(4)與所述桿體(8)頭部進(jìn)行螺紋連接，或直 接加工在所述桿體(8)頭部。
全文摘要
本發(fā)明屬于巖土工程錨固領(lǐng)域，涉及一種大變形巖土體的支護(hù)結(jié)構(gòu)，尤其涉及一種錨桿。一種摩擦套筒式大變形錨桿，包括外螺母(2)、墊板(3)、柱形摩擦體(5)、摩擦套筒(6)、桿體(8)，所述摩擦套筒(6)的內(nèi)壁上設(shè)有摩擦齒(62)，所述桿體(8)上設(shè)有柱形摩擦體(5)。摩擦齒(62)沿摩擦套筒(6)的軸向剖面呈三角形或梯形，柱形摩擦體(5)長(zhǎng)度大于摩擦齒(62)沿摩擦套筒(6)布置的縱向間距?；蚰Σ笼X(62)為一連續(xù)閉合環(huán)體，摩擦齒(62)的斷面內(nèi)徑小于所述柱形摩擦體(5)的外徑。本發(fā)明的有益效果在于能夠自動(dòng)適應(yīng)圍巖的大變形而自動(dòng)延伸，同時(shí)在變形過程中可吸收圍巖的變形能，從而保證其支護(hù)效果。
文檔編號(hào)E21D21/00GK102094662SQ201110061360
公開日2011年6月15日 申請(qǐng)日期2011年3月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月15日
發(fā)明者吳順川, 白哲, 高永濤 申請(qǐng)人:北京科技大學(xué)