内胀式免注浆可回收锚索及其施工方法与流程

本发明涉及城市基坑、边坡支护技术领域，特别是涉及一种内胀式免注浆可回收锚索及其施工方法。

背景技术：

锚固技术自19世纪英国初次使用以来，已经超过100多年的发展历史，由于其具有安全、快捷、造价低、占用作业空间小等优点得到人们的广泛关注。我国在20世纪50年代中期开始试用锚固技术，直至20世纪70年代，我国开始推广使用这项技术。虽然锚固技术在我国发展不到半个世纪，但是这个时期，我国正处于经济快速发展阶段，锚固技术得到广泛应用。

随着城市建设快速推进，锚固技术没有规范使用所带来的问题日显突出。譬如，盾构技术的广泛使用。截至2015年末，我国累计有25个城市建成轨道线路111条，路网长度达3286公里，与2005年相比，总里程数复合增速达到23.7％。盾构机的使用使城市地铁建设迈进了新时期，对盾构机而言，施工区间遇到城市锚杆(索)是最头疼的事情。因此，建设红线的定义不仅仅是地面的限定，也应涵盖地下空间的红线。

现有的可回收式锚索有的需要注浆，有的只是部分回收，因此，有必要设计一种更好的回收锚索的技术，以解决上述问题。

技术实现要素：

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种免注浆、且锚索可全部回收、重复利用率高的内胀式免注浆可回收锚索及其施工方法。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种内胀式免注浆可回收锚索，包括锚固段以及连接于所述锚固段一端的自由段，所述锚固段包括由多片内弧形支撑板围成的内圆柱段，以及由多片外弧形支撑板围成的外圆柱段，所述外圆柱段设置于所述内圆柱段的外围，所述外圆柱段内壁设有导向柱，所述内圆柱段上沿其周向设有导向槽，所述导向柱插设于所述导向槽内，可在所述导向槽内滑动，所述内圆柱段内部设有膨胀器，所述膨胀器内穿设固定有中心钢绞线，所述内圆柱段靠近所述自由段的一端通过第一支撑连杆连接于第一支撑座，所述内圆柱段远离所述自由段的另一端通过第二支撑连杆连接于第二支撑座，所述自由段包括传力钢绞线连接于所述内圆柱段和所述外圆柱段的端部与锚索连接盘之间，所述锚索连接盘远离所述锚固段的一侧连接有可被张拉的张拉钢绞线，所述锚索连接盘的中心穿设有送索器，所述送索器的一端抵顶于所述第一支撑座，所述中心钢绞线的一端连接于所述第二支撑座，另一端穿过所述第一支撑座和所述送索器并被张拉。

进一步，所述锚固段沿其轴向依次分为首段、多节标准段及尾段，所述首段与所述标准段之间、相邻所述标准段之间、以及所述标准段与所述尾端之间均焊接连接。

进一步，所述内圆柱段在周向上通过三片所述内弧形支撑板围成，所述外圆柱段在周向上通过三片所述外弧形支撑板围成，当所述中心钢绞线被张拉时，所述内圆柱段及所述外圆柱段被所述膨胀器撑开，所述锚固段形成六边弧形异形截面。

进一步，所述膨胀器包括固定于所述内圆柱段内壁的支撑架，所述支撑架远离所述自由段的一侧开设有锥形孔，所述锥形孔内设有圆台式内胀塞，所述中心钢绞线通过夹片固定于所述圆台式内胀塞，当张拉所述中心钢绞线时，所述圆台式内胀塞朝向所述锥形孔的尖锥部运动以撑开所述内圆柱段及所述外圆柱段。

进一步，每片所述内弧形支撑板的一端通过所述第一支撑连杆铰接于所述第一支撑座，每片所述内弧形支撑板的另一端通过所述第二支撑连杆铰接于所述第二支撑座。

进一步，所述内圆柱段和所述外圆柱段朝向所述自由段的一端设有端板，所述端板上设有圆孔供所述传力钢绞线穿过并固定。

进一步，所述锚索连接盘上设有九孔对称式布置，其中六孔与所述传力钢绞线连接，另外三孔供所述张拉钢绞线连接。

进一步，所述送索器包括中空开口供所述中心钢绞线穿过的多节支撑管，相邻所述支撑管之间通过连接头连接，所述支撑管的两端设有端头。

进一步，所述锚固段外部安装有软式胶囊袋。

一种基于上述内胀式免注浆可回收锚索的施工方法，包括：

步骤一：送锚索，将所述锚固段和所述自由段组装连接好，外部用胶带缠绕固定，由远离所述自由段的一端开始向钻孔内推进直至其到达钻孔底端位置；

步骤二：打开内撑，将所述中心钢绞线穿过所述送索器，所述送索器由所述锚索连接盘中心伸入并顶至所述第一支撑座的端部，所述送索器的外部通过单孔锁具使所述中心钢绞线与锚索张拉机连接，启动所述锚索张拉机拉动所述中心钢绞线，带动所述膨胀器膨胀，撑开所述内弧形支撑板和所述外弧形支撑板，当所述锚索张拉机的压力值稳定时，将所述中心钢绞线锁死在所述单孔锁具内；

步骤三：张拉锚索，当所述自由段外部设备安装完毕后，将所述张拉钢绞线和所述中心钢绞线穿过多孔锁具后连接于所述锚索张拉机，启动所述锚索张拉机同时拉动所述张拉钢绞线和所述中心钢绞线，当张拉数值达到设计要求后，将所述张拉钢绞线和所述中心钢绞线锁死在所述多孔锁具内；

步骤四：回收锚索，当不再需要锚索提供支撑力时，切断外部设备后的所述中心钢绞线和所述张拉钢绞线，预应力会逐渐释放，所述膨胀器退回至张拉前的位置，待受力恢复平衡后，即可拉出所述锚索。

本发明的有益效果：

锚固段由内弧形支撑板和外弧形支撑板围成内圆柱段和外圆柱段，在中心钢绞线张拉后，膨胀器撑开内弧形支撑板及外弧形支撑板，使锚固段形成六边弧形异形截面，可以增大与土体的接触面积，更好提高锚固段的锚固力。本发明锚固段的锚固力是依靠内胀式侧摩阻力来提供，无需注浆，可以避免污染周围土体并且可以缩短工期，且锚索可回收，重复利用，达到降低成本的效果，适用于各种土体的支护，应用范围广。

附图说明

图1为本发明内胀式免注浆可回收锚索的结构示意图；

图2为图1中内圆柱段的结构示意图；

图3为图2中单片内弧形支撑板的结构示意图；

图4为本发明内胀式免注浆可回收锚索膨胀器中圆台式内胀塞的结构示意图；

图5为本发明内胀式免注浆可回收锚索中膨胀器的剖视图；

图6为图1中单片外弧形支撑板的结构示意图；

图7为本发明内胀式免注浆可回收锚索被撑开后的结构示意图；

图8为图7的截面图；

图9为图7中送索器的结构示意图；

图中，1—首段、2—标准段、3—尾段、4—内圆柱段、5—内弧形支撑板、6—导向槽、7—支撑架、8—锥形孔、9—圆台式内胀塞、10—中心钢绞线、11—外圆柱段、12—外弧形支撑板、13—导向柱、14—第一支撑连杆、15—第一支撑座、16—第二支撑连杆、17—第二支撑座、18—端板、19—圆孔、20—锚索连接盘、21—传力钢绞线、22—张拉钢绞线、23—送索器、24—支撑管、25—连接头、26—端头、27—夹片。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。

如图1，本发明提供一种内胀式免注浆可回收锚索，包括锚固段以及连接于锚固段一端的自由段，锚固段沿其轴向依次分为首段1、多节标准段2及尾段3，首段1与标准段2之间、相邻标准段2之间、以及标准段2与尾端3之间均焊接连接。

如图1至图3，锚固段包括由多片内弧形支撑板5围成的内圆柱段4，以及由多片外弧形支撑板12围成的外圆柱段11，外圆柱段11设置于内圆柱段4的外围。在本实施例中，内圆柱段4在周向上通过三片内弧形支撑板5围成，截面为圆形截面。内圆柱段4上沿其周向设有导向槽6，导向槽6自内弧形支撑板5的边缘周向延伸。内圆柱段4内部设有膨胀器，膨胀器内穿设固定有中心钢绞线10，中心钢绞线10穿过内圆柱段4的中心往两端延伸。内圆柱段4靠近自由段的一端，即锚固段的首段，通过第一支撑连杆14连接于第一支撑座15，第一支撑连杆14的两端铰接在内弧形支撑板5和第一支撑座15之间，内圆柱段4远离自由段的另一端，即锚固段的尾段，通过第二支撑连杆16连接于第二支撑座17，第二支撑连杆16的两端铰接在内弧形支撑板12和第二支撑座17之间。在本实施例中，每片内弧形支撑板5的首端通过第一支撑连杆14铰接于第一支撑座15，每片内弧形支撑板5的尾端通过第二支撑连杆16铰接于第二支撑座17。

如图3至图5、图8，膨胀器包括固定于内圆柱段4内壁的支撑架7，支撑架7远离自由段的一侧开设有锥形孔8，锥形孔8的中部设有供中心钢绞线10通过的通道，锥形孔8内设有圆台式内胀塞9，圆台式内胀塞9直径较小的一端靠近锥形孔8的尖锥部。中心钢绞线10通过夹片27固定于圆台式内胀塞9，当张拉中心钢绞线10时，圆台式内胀塞9朝向锥形孔8的尖锥部运动，撑开内圆柱段4及外圆柱段11，使锚固段形成六边弧形异形截面，可以增大锚索与土体的接触面积，更好的提高锚固力。第一支撑连杆14和第二支撑连杆16可以约束内弧形支撑板5沿着其弧面法向方向扩张。膨胀器一般采用摩擦系数小的材料制作，在膨胀器达到最大安全膨胀状态时，计算出圆台式内胀塞9的夹片27位置与第二支撑座17之间距离，合理布置此段中心钢绞线10的长度。

如图6及图7，在本实施例中，外圆柱段11在周向上通过三片外弧形支撑板12围成，截面为圆形截面，且直径稍大于内圆柱段4的直径。外圆柱段11内壁凸设有导向柱13，导向柱13设置于每片外弧形支撑板12的两端，沿内径方向延伸，导向柱13插设于导向槽6内，可在导向槽6内滑动，因此可以将内弧形支撑板5与外弧形支撑板12连接起来，在锚固段被撑开时，内弧形支撑板5扩张，带动外弧形支撑板12的导向柱13沿着导向槽6滑动，使外弧形支撑板12在其弧面法向上滑动，可以被撑开，但不会脱离内弧形支撑板5。

如图1、图3及图6，外圆柱段11首端超出了内圆柱段4首端，内圆柱段4尾端超出外圆柱段11尾端，内圆柱段4和外圆柱段11的首端均设有端板18，端板18上设有圆孔19，在本实施例中，端板18连接在内弧形支撑板5和外弧形支撑板12的首端处，每个端板18上设有三个圆孔19，且六个圆孔19位置相互错开，不在同一截面上。

如图1及图7，自由段包括锚索连接盘20、传力钢绞线21、张拉钢绞线22及送索器23，传力钢绞线21连接于内圆柱段4和外圆柱段11的首端与锚索连接盘20之间，锚索连接盘20远离锚固段的一侧连接有可被张拉的张拉钢绞线22，锚索连接盘20的中心穿设有送索器23。在本实施例中，传力钢绞线21设有六条，分别连接于端板18的圆孔19与锚索连接盘20之间。锚索连接盘20上设有九孔对称式布置，其中六孔分别与六条传力钢绞线21连接，另外三孔供张拉钢绞线22连接。

如图9，送索器23包括中空开口供中心钢绞线10穿过的多节支撑管24，相邻支撑管24之间通过连接头25连接，支撑管24的两端设有端头26。支撑管24为中空开口式圆管，长度可以做成1.5m、2m、2.5m、3m等。送索器23与自由段长度一致。送索器23由锚索连接盘20中心穿过抵顶于第一支撑座15的端面。

中心钢绞线10的一端穿过内圆柱段4通过夹片27固定连接于第二支撑座17，另一端穿过第一支撑座15和送索器23，并连接于锚索张拉机，在本实施例中，中心钢绞线10直径为15.2mm。

优选的，外弧形支撑板12外表面经过麻面处理，可以增大锚固段与土体之间的摩擦系数，从而增大摩擦力，提高锚固性能。当土质较差、土体压缩变形过大时，可以在锚固段外部安装软式胶囊袋，当锚索张拉时，软式胶囊袋可以填充因变形过大锚固段撑开后直径的限制，也可以维持锚固段与土体之间的摩擦力。

本发明还提供一种基于上述内胀式免注浆可回收锚索的施工方法，包括：

步骤一：送锚索，根据设计要求，将首段1、多个标准段2和尾段3焊接起来，并将锚固段和自由段组装连接好，外部用胶带缠绕固定，由尾段3开始向钻孔内推进直至其到达钻孔底端位置。

步骤二：打开内撑，将中心钢绞线10穿过送索器23，送索器23由锚索连接盘20中心伸入并顶至第一支撑座15的端部，送索器23的外部通过单孔锁具使中心钢绞线10与锚索张拉机连接，此时锚索未连接外部设备，即未上腰梁状态。启动锚索张拉机拉动中心钢绞线10，带动膨胀器膨胀，此时圆台式内胀塞9朝向锥形孔8的尖锥部运动，撑开内弧形支撑板5和外弧形支撑板12，且外弧形支撑板12沿导向槽6滑动，使锚固段形成六边弧形异形截面，当锚索张拉机的压力值稳定时，将中心钢绞线10锁死在单孔锁具内。

步骤三：张拉锚索，当自由段外部设备(腰梁和垫板)安装完毕后，将张拉钢绞线22和中心钢绞线10穿过多孔锁具后连接于锚索张拉机，在本实施例中，将三根张拉钢绞线22和一根中心钢绞线10共同穿过四孔锁具。然后启动锚索张拉机同时拉动张拉钢绞线22和中心钢绞线10，当张拉数值达到设计要求后，将张拉钢绞线22和中心钢绞线10锁死在四孔锁具内。

步骤四：回收锚索，当不再需要锚索提供支撑力时，切断外部设备(腰梁)后的中心钢绞线10和张拉钢绞线22，预应力会逐渐释放，圆台式内胀塞9退回至张拉前的位置，待一切受力恢复平衡后，即可拉出锚索，回收再利用，可以降低成本。

本发明张拉锚索后，锚固段形成六边弧形异形截面，可以增大与土体的接触面积，更好提高锚固段的锚固力。通过内胀式锚固方法改变了传统注浆锚固方式，不但可以达到可回收效果，而且无需注浆，避免污染周围土体，且锚索可重复利用，降低了成本。本发明适用于各种土体的支护，应用范围广。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围内。