專利名稱：一種脹殼式內(nèi)錨頭預(yù)應(yīng)力錨桿的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種脹殼式內(nèi)錨頭預(yù)應(yīng)力錨桿，屬于巖土錨固工程技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
預(yù)應(yīng)力錨桿支護(hù)是邊坡、巖土深基坑等地面工程及隧道、采場(chǎng)等地下硐室施工中常見(jiàn)的一種圍巖加固支護(hù)方式。通過(guò)施加主動(dòng)的預(yù)應(yīng)力，預(yù)應(yīng)力錨桿能及時(shí)控制錨固區(qū)圍巖的離層、滑動(dòng)、裂隙張開(kāi)，使圍巖處于受壓狀態(tài)，抑制圍巖的變形與破壞。目前，我國(guó)資源開(kāi)發(fā)正逐步向深部巖體發(fā)展，深部巖體具有埋深大、地應(yīng)力高的特點(diǎn)，巖體開(kāi)挖卸荷后容易出現(xiàn)圍巖片幫、板裂化破壞嚴(yán)重的現(xiàn)象，有時(shí)甚至發(fā)生巖爆等破壞力極強(qiáng)的災(zāi)害。工程實(shí)踐表明，現(xiàn)有普通的預(yù)應(yīng)力錨桿在高地應(yīng)力條件下，難以抑制圍巖裂隙的擴(kuò)展、控制巖體變形效果差，不能滿足高地應(yīng)力條件下巖體開(kāi)挖支護(hù)的要求。中國(guó)專利公開(kāi)號(hào)CN201802429U，公告日期2011年4月20日，發(fā)明名稱“脹殼式中孔排氣注漿預(yù)應(yīng)力錨桿”，該申請(qǐng)案公開(kāi)了一種脹殼式中孔排氣注漿預(yù)應(yīng)力錨桿，該錨桿的前端是內(nèi)錨固段，后端是外錨固段，錨桿體的中心開(kāi)有灌漿孔，在灌漿孔壁上設(shè)有排氣孔，在內(nèi)錨固段的外壁粘貼有脹殼，在錨桿體上位于脹殼的后端套裝彈簧和托環(huán)。這種預(yù)應(yīng)力錨桿內(nèi)錨固段上的脹殼與鉆孔內(nèi)壁有效接觸面積小，可施加的預(yù)應(yīng)力小，并且當(dāng)巖體受到震動(dòng)沖擊時(shí)，錨桿錨固力穩(wěn)定性不足。中國(guó)專利公開(kāi)號(hào)CN102094421A，
公開(kāi)日期2011年6月15日，發(fā)明名稱“一種預(yù)應(yīng)力錨桿和使用該預(yù)應(yīng)力錨桿的施工方法”，該申請(qǐng)案公開(kāi)了一種預(yù)應(yīng)力錨桿和使用該預(yù)應(yīng)力錨桿的施工方法，該預(yù)應(yīng)力錨桿包括一端具有圓錐狀的擴(kuò)大頭的圓柱狀圓管，以及沿該圓管軸向擴(kuò)展的桿體，該桿體在圓管被灌入水泥漿之后插入到圓管中，桿體分為自由段和非自由段，桿體非自由鍛與水泥漿直接接觸以形成所述桿體的錨固段，而桿體自由段不與水泥漿直接接觸以便通過(guò)桿體進(jìn)行張拉來(lái)施加預(yù)應(yīng)力。這種預(yù)應(yīng)力錨桿的桿體自由段長(zhǎng)度為桿體總長(zhǎng)度的1/3到1/2，錨桿內(nèi)錨固段長(zhǎng)度過(guò)大，錨固結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理。中國(guó)專利公開(kāi)號(hào)CN100370081C，
公開(kāi)日期2008年2月20日，發(fā)明名稱“一種脹殼錨固頭及錨桿”，該申請(qǐng)案公開(kāi)了一種脹殼錨固頭及錨桿，由脹殼內(nèi)楔和脹殼外楔組成，夕卜楔套在內(nèi)楔上，脹殼內(nèi)楔為底面大而頂面小的、帶空腔的中空?qǐng)A臺(tái)體，空腔與頂面、底面連通；脹殼外楔為帶空腔的中空?qǐng)A柱體，空腔與頂面、底面連通，脹殼外楔上的開(kāi)口槽在外楔表面上相互垂直，方向相反的將外楔分為若干個(gè)瓣片。利用這種脹殼錨固頭及錨桿進(jìn)行錨固支護(hù)時(shí)，不能根據(jù)實(shí)際支護(hù)要求進(jìn)行內(nèi)錨固段的錨固設(shè)計(jì)，容易給錨固工程造成浪費(fèi)或產(chǎn)生潛在的危險(xiǎn)。工程實(shí)踐表明，現(xiàn)有普通的預(yù)應(yīng)力錨桿難以滿足高地應(yīng)力條件下，巖體開(kāi)挖支護(hù)的要求，主要存在以下不足:(I)現(xiàn)有普通的預(yù)應(yīng)力錨桿可提供的錨固力不足，可施加的預(yù)應(yīng)力值偏低，錨桿桿體強(qiáng)度不能得到有效利用；在低預(yù)應(yīng)力條件下，預(yù)應(yīng)力錨桿支護(hù)產(chǎn)生的圍巖內(nèi)部有效壓應(yīng)力區(qū)范圍小，而且孤立分布，沒(méi)有連成整體，預(yù)應(yīng)力錨桿的主動(dòng)支護(hù)作用不能充分體現(xiàn)。[0008](2)采用粘結(jié)式內(nèi)錨頭預(yù)應(yīng)力錨桿(如:樹(shù)脂內(nèi)錨頭錨桿，水泥砂漿內(nèi)錨頭錨桿等)進(jìn)行錨固支護(hù)時(shí)，錨桿內(nèi)錨固段長(zhǎng)度過(guò)大，錨桿內(nèi)錨固段長(zhǎng)度占錨桿桿體總長(zhǎng)比例過(guò)大，因而錨桿可施加預(yù)應(yīng)力的自由段長(zhǎng)度較小，造成錨桿實(shí)際有效錨固的巖體范圍較小，錨固結(jié)構(gòu)不合理。(3)采用機(jī)械式內(nèi)錨頭預(yù)應(yīng)力錨桿(如:楔頭式錨桿,楔縫式錨桿,脹殼式錨桿等)進(jìn)行錨固支護(hù)時(shí)，錨桿內(nèi)錨固段尺寸設(shè)計(jì)過(guò)多依賴于經(jīng)驗(yàn)或者工程類比的方法，錨固設(shè)計(jì)方法不完善，容易給錨固工程造成浪費(fèi)或產(chǎn)生潛在的危險(xiǎn)。
發(fā)明內(nèi)容針對(duì)上述問(wèn)題，本實(shí)用新型目的是提供一種高預(yù)應(yīng)力、錨固結(jié)構(gòu)合理、安裝方便的脹殼式內(nèi)錨頭預(yù)應(yīng)力錨桿。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案為:一種脹殼式內(nèi)錨頭預(yù)應(yīng)力錨桿，包括錨桿的內(nèi)錨頭、桿體和活動(dòng)安裝在桿體尾端的墊板及鎖緊螺母，所述的內(nèi)錨頭由脹殼和錐芯構(gòu)成，所述的脹殼的軸向方向開(kāi)有通孔，通孔的下段呈上小下大的錐形狀，錐角為θ2，脹殼的錐形段壁面上對(duì)稱開(kāi)有四個(gè)或六個(gè)通槽，脹殼的錐形段外壁面呈淺凹花紋狀，脹殼上端的外壁上開(kāi)有圓環(huán)狀凹槽，所述的錐芯的上段為上小下大的錐形狀，錐角為Θ P錐芯下端呈環(huán)形鋸齒狀，錐芯的內(nèi)壁面設(shè)置有內(nèi)螺紋，錐芯活動(dòng)的插入在脹殼的錐形孔中，所述的桿體內(nèi)錨固端上設(shè)置外螺紋，桿體內(nèi)錨固段下端與錐芯螺紋連接，桿體內(nèi)錨固段上端旋裝安裝螺母。所述的錐角02等于錐角Q1，錐角θ2、錐角角度為3° 5。。由于采用了以上技術(shù)方案，本實(shí)用新型一種脹殼式內(nèi)錨頭預(yù)應(yīng)力錨桿，內(nèi)錨頭包括錐芯和脹殼，錐芯和脹殼的錐角相同，能夠使得脹殼均勻膨脹，并且錐芯和脹殼的接觸面積增大，這有利于穩(wěn)固錨固力；脹殼上端圓環(huán)狀凹槽的設(shè)置和脹殼中下端切縫的設(shè)置有利于脹殼的充分張開(kāi)，增加脹殼的膨脹量，脹殼中下端外表面的壓花處理，能有效增大脹殼與鉆孔內(nèi)壁之間的摩擦系數(shù)，顯著地提高錨桿錨固力和錨桿可施加的預(yù)應(yīng)力，進(jìn)而充分利用桿體強(qiáng)度。并且與傳統(tǒng)預(yù)應(yīng)力錨桿相比，本實(shí)用新型一種脹殼式內(nèi)錨頭預(yù)應(yīng)力錨桿有效縮短了預(yù)應(yīng)力錨桿內(nèi)錨固段長(zhǎng)度，增大了錨桿可施加預(yù)應(yīng)力的自由段長(zhǎng)度，進(jìn)而擴(kuò)大錨桿了的有效錨固范圍，使得圍巖內(nèi)形成的有效壓應(yīng)力區(qū)范圍廣，錨桿的主動(dòng)支護(hù)作用得到充分發(fā)揮。應(yīng)用本實(shí)用新型一種脹殼式內(nèi)錨頭預(yù)應(yīng)力錨桿進(jìn)行錨固支護(hù)時(shí)，可根據(jù)實(shí)際圍巖條件，進(jìn)行錐芯和脹殼的尺寸設(shè)計(jì)，克服了傳統(tǒng)的錨桿內(nèi)錨固段尺寸設(shè)計(jì)依賴于經(jīng)驗(yàn)或者工程類比、容易給錨固工程造成浪費(fèi)或產(chǎn)生潛在危險(xiǎn)等缺陷與不足，為設(shè)計(jì)滿足實(shí)際支護(hù)要求的內(nèi)錨固段各部分的尺寸提供了經(jīng)濟(jì)、安全的科學(xué)依據(jù)。

圖1為本實(shí)用新型一種脹殼式內(nèi)錨頭預(yù)應(yīng)力錨桿結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)示意圖圖2為本實(shí)用新型一種脹殼式內(nèi)錨頭預(yù)應(yīng)力錨桿機(jī)械式安裝使用狀態(tài)示意圖圖3為本實(shí)用新型一種脹殼式內(nèi)錨頭預(yù)應(yīng)力錨桿人工安裝使用狀態(tài)示意圖圖4為本實(shí)用新型一種脹殼式內(nèi)錨頭預(yù)應(yīng)力錨桿的脹殼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)示意圖[0019]圖5為本實(shí)用新型一種脹殼式內(nèi)錨頭預(yù)應(yīng)力錨桿的錐芯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)示意圖圖6為本實(shí)用新型一種脹殼式內(nèi)錨頭預(yù)應(yīng)力錨桿機(jī)械安裝過(guò)程示意圖圖7為本實(shí)用新型一種脹殼式內(nèi)錨頭預(yù)應(yīng)力錨桿人工安裝過(guò)程示意圖
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)描述見(jiàn)附圖本實(shí)用新型一種脹殼式內(nèi)錨頭預(yù)應(yīng)力錨桿，包括錨桿的內(nèi)錨頭、桿體4和活動(dòng)安裝在桿體4尾端的墊板6及鎖緊螺母5，內(nèi)錨頭由脹殼2和錐芯I構(gòu)成，脹殼2的軸向方向開(kāi)有通孔，通孔的上段呈圓柱狀，通孔的下段呈上小下大的錐形狀，錐角為θ2，脹殼2的錐形段壁面上對(duì)稱開(kāi)有四個(gè)或六個(gè)通槽，通槽寬度為2_左右，通槽將脹殼2對(duì)稱分為四瓣或六瓣，脹殼2的錐形段外表面經(jīng)過(guò)壓花處理后，呈淺凹花紋狀，脹殼2上端的外壁上開(kāi)有圓環(huán)狀凹槽，凹槽深度h為2 5mm，凹槽長(zhǎng)度Lh為25mm左右，錐芯I的上段為上小下大的錐形狀，錐角為Θ:，錐芯I下端呈環(huán)形鋸齒狀，尖齒數(shù)目為6 10個(gè),尖齒高度為15mm左右，錐芯I的內(nèi)壁面設(shè)置有內(nèi)螺紋，錐芯I活動(dòng)的插入在脹殼2的錐形孔中，桿體4內(nèi)錨固端上設(shè)置外螺紋，桿體4內(nèi)錨固端與錐芯I螺紋連接。其中，錐芯錐角θ2等于脹殼錐角Q1，錐角θ2、錐角Θ 角度為3° 5°。桿體4內(nèi)錨固端與外錨固端均有螺紋，內(nèi)錨固端通過(guò)螺紋同時(shí)與安裝螺母3和錐芯I連接，外錨固端通過(guò)螺紋與鎖緊螺母5連接，為方便與錨桿安裝機(jī)8連接，桿體4外錨固端的端頭呈方形。本實(shí)用新型一種脹殼式內(nèi)錨頭預(yù)應(yīng)力錨桿，錨固支護(hù)應(yīng)用時(shí)，內(nèi)錨固段可根據(jù)實(shí)際圍巖條件，進(jìn)行錐芯I和脹殼2的尺寸設(shè)計(jì)，見(jiàn)附圖4、附圖5，具體方法步驟為:I)錐芯I的上外徑Φ4的設(shè)計(jì)。由支護(hù)圍巖的性質(zhì)及支護(hù)要求，決定支護(hù)采用的錨桿桿體4直徑d和錨桿鉆孔直徑D，進(jìn)而由下式確定錐芯I的上外徑Φ4:φ 4 = d+2 δ 2d——錨桿桿體直徑,單位:mm ；δ 2——錐芯上端壁厚，取值范圍1-3_ ;具體取值大小，由錐芯內(nèi)螺紋參數(shù)決定。2)脹殼2的錐形段長(zhǎng)度I1的設(shè)計(jì)。預(yù)應(yīng)力的施加以及支護(hù)圍巖的變形都會(huì)使錨桿桿體4產(chǎn)生拉力。因此，在脹殼2與錨桿鉆孔內(nèi)壁靜摩擦系數(shù)一定的條件下，脹殼2應(yīng)該具有足夠的長(zhǎng)度來(lái)提供靜摩擦力；在錨桿桿體4拉斷之前，脹殼2與錨桿鉆孔之間不應(yīng)出現(xiàn)滑動(dòng)現(xiàn)象；由力的平衡關(guān)系可知:
權(quán)利要求1.一種脹殼式內(nèi)錨頭預(yù)應(yīng)力錨桿，包括錨桿的內(nèi)錨頭、桿體(4)和活動(dòng)安裝在桿體(4)尾端的墊板(6)及鎖緊螺母(5)，其特征在于:所述的內(nèi)錨頭由脹殼(2)和錐芯(I)構(gòu)成，所述的脹殼(2)的軸向方向開(kāi)有通孔，通孔的下段呈上小下大的錐形狀，錐角為θ2，脹殼(2)的錐形段壁面上對(duì)稱開(kāi)有四個(gè)或六個(gè)通槽，脹殼(2)的錐形段外壁面呈淺凹花紋狀，脹殼(2)上端的外壁上開(kāi)有圓環(huán)狀凹槽，所述的錐芯(I)的上段為上小下大的錐形狀，錐角為Q1，錐芯(I)下端呈環(huán)形鋸齒狀，錐芯(I)的內(nèi)壁面設(shè)置有內(nèi)螺紋，錐芯(I)活動(dòng)的插入在脹殼⑵的錐形孔中，所述的桿體⑷內(nèi)錨固端上設(shè)置外螺紋，桿體⑷內(nèi)錨固段下端與錐芯(I)螺紋連接，桿體(4)內(nèi)錨固段上端旋裝安裝螺母(3)。
2.如權(quán)利要求1所述的一種脹殼式內(nèi)錨頭預(yù)應(yīng)力錨桿，其特征在于:所述的錐角92等于錐角Q1，錐角θ2、錐角角度為3° 5°。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種脹殼式內(nèi)錨頭預(yù)應(yīng)力錨桿，屬于巖土錨固工程技術(shù)領(lǐng)域。預(yù)應(yīng)力錨桿包括脹殼、錐芯、安裝螺母、桿體、安裝套管、墊板、鎖緊螺母。本實(shí)用新型不僅可以顯著提高預(yù)應(yīng)力錨桿的預(yù)應(yīng)力值大小，進(jìn)而充分發(fā)揮桿體強(qiáng)度，而且能夠有效縮短預(yù)應(yīng)力錨桿內(nèi)錨固段長(zhǎng)度，擴(kuò)大錨桿的有效錨固范圍，應(yīng)用本實(shí)用新型一種脹殼式內(nèi)錨頭預(yù)應(yīng)力錨桿進(jìn)行錨固支護(hù)時(shí)，可根據(jù)實(shí)際圍巖條件，進(jìn)行錐芯和脹殼的尺寸設(shè)計(jì)，該設(shè)計(jì)方法為設(shè)計(jì)滿足實(shí)際支護(hù)要求的內(nèi)錨固段各部分尺寸提供了經(jīng)濟(jì)、安全的科學(xué)依據(jù)。該預(yù)應(yīng)力錨桿的安裝可采用機(jī)械化安裝或人工安裝。
文檔編號(hào)E21D21/00GK202936792SQ20122058083
公開(kāi)日2013年5月15日 申請(qǐng)日期2012年11月5日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月5日
發(fā)明者周輝, 徐榮超, 張傳慶, 劉繼光 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所