本发明涉及建筑材料技术领域，具体涉及一种免回收预应力锚杆及其制备方法。
背景技术
高层建筑、地铁或其他建筑施工建造时需要开挖深基坑，基坑边缘位移要求必须少于2cm，否则周边地面会发生变形，周围的路面和房屋会出现裂缝，解决的办法通常是在基坑周围先一个紧挨着一个地密集布满抗滑桩，然后再开挖，抗滑桩一般由钢筋混凝土桩或钢质桩组成，其顶部要求位移要少于2cm，但是仅靠抗滑桩无法满足要求，还需要用预应力锚杆加固，预应力锚杆长度15到60米，倾角15到30度，一般都从地下伸到了建筑红线以外，承受的张力达到200-600kn。
目前普遍采用钢绞线作为预应力锚杆，但残留在地下的钢铁锚杆会影响其他单位用地时的地下作业，为了不影响其他单位用地，在深基坑作业完成时，需要拔出加固用的预应力锚杆，为此施工单位通常从国外购买“可回收锚杆”，用量巨大，价格很昂贵，所回收的金属杆已经没有什么用途，目前的可回收锚杆在其深入地层的远端，采用一个机械自锁装置，形成一个大约0.5米左右的钢铁端头，钢绞线插入其中，并被机械锁定，作业时水泥浆形成的近球形混泥土块，仅握裹这个机械锁定端头，其余部分由塑料塑料层隔离，回收时扭转已经卸载的钢绞线而解锁，并从塑料隔离层内部抽出，塑料隔离层留在地层中。除了价格昂贵，该项技术还存在两个弊端：其一，经常有解锁失败的情形，此时钢绞线不可回收，残留于底层中，影响其他用地单位钻探、打桩或开挖；其二，即使解锁成功，顺利回收钢绞线锚杆，仍然有一个钢铁的自锁端头残留于地层中，可能对其他用地单位的作业造成不良影响。目前深基坑作业主要依靠国外进口的可回收锚杆，而回收率只有70％。
本发明实施例提出了一种免回收预应力锚杆及其制备方法，该锚杆采用纤维增强复合材料(fiberreinforcedpolymer，简称frp)通过拉缠工艺制得，frp材料是玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、芳纶纤维、氧化铝纤维和碳化硅纤维等作为增强材料，以合成树脂作基体材料的一种结构轻质的高强复合材料，由frp材料制得的锚杆杆体强度达到800-4500mpa，锚固力可达到200-600kn，可用于深基坑，由于frp材料具有脆性，同时具有较小的抗剪切强度，可以被桩头冲断、被钻机切断或被挖机挖断，不影响其他单位用地作业，因此锚杆无需回收，大大减少了深基坑工程的成本。
技术实现要素：
本发明实施例的目的在于提供一种免回收预应力锚杆及其制备方法，用以解决现有的可回收预应力锚杆价格昂贵、回收率低以及仍然存在残留在地层中的自锁钢铁端头影响其他用地单位作业的问题。
为实现上述目的，本发明实施例提供一种免回收预应力锚杆：所述锚杆包括锚杆杆体和端头套管，所述端头套管固定套设在锚杆杆体的顶端，所述锚杆杆体表面形成有螺纹，所述锚杆杆体由frp材料通过拉缠法制得。
优选的，所述锚杆杆体表面喷砂。
优选的，所述端头套管为与钢铁锚具配套的无缝钢套管。
优选的，所述端头套管与锚杆杆体之间通过含有固化剂的常温固化树脂胶液层粘接。
优选的，所述frp材料中的纤维选自高强度玻璃纤维、玄武岩纤维或者碳纤维中的一种或几种。
优选的，所述端头套管内径与锚杆杆体外径之差大于或等于1-6mm。
本发明实施例还提出了一种免回收预应力锚杆的制备方法，通过拉缠工艺制备该免回收预应力锚杆，所述制备方法包括以下步骤：
1)配制树脂胶液，树脂胶液中包括树脂基体和固化剂，将含有固化剂的树脂胶液储存于胶液槽内；
2)纤维束在拉力履带机的牵引下从纱锭引出，经过第一导纱板后绕过压辊并在胶液槽中浸透树脂胶液；
3)浸透树脂胶液的纤维束在第二导纱板的作用下，一部分从内部为中空的中心管的入口端进入中心管内部，并由中心管的出口端被拉出，另一部分则由中心管的外围被牵引至中心管的出口端，中心管的入口端设置为外径由大变小的喇叭形，浸透树脂胶液的纤维束在外径逐渐减小的喇叭形入口端的作用下被挤压而挤出大部分胶液，使得纤维束中的树脂胶液含量显著降低，而纤维束的含量相对大大增加，被挤出的树脂胶液回流至胶液槽内重复利用；
4)从中心管内部出来的经过挤压的纤维束与由中心管外围牵引而至的浸透树脂胶液的纤维束在中心管的出口端处汇集并行，此时通过缠绕装置将棉纱紧紧缠绕在并行的纤维束的外部，被棉纱缠绕的部分被挤压收缩，而未被缠绕的部分凸起并在纤维束的表面形成螺纹，通过缠绕作用，外围纤维束中的树脂胶液大部分被挤出，被挤出的树脂胶液回流至胶液槽内重复利用；
5)将缠绕有棉纱的纤维束牵引至在线烘箱内加热固化形成表面有螺纹的棒材，接着通过拆线器将棒材表面的棉纱拆除，棒材继续被牵引至一定长度后，通过同步行进的在线锯子切断棒材，得到特定长度的锚杆杆体；
6)将端头套管套设在锚杆杆体的端部，端头套管与锚杆杆体之间通过含有固化剂的常温固化树脂胶液层固化粘结得到该免回收预应力锚杆。
优选的，所述步骤1)中，树脂基体为环氧树脂或者聚氨酯胶液。
优选的，所述步骤5)中，固化温度为110-220℃。
本发明实施例具有如下优点：
本发明实施例提出了一种免回收预应力锚杆及其制备方法，该锚杆采用frp材料通过拉缠工艺制得，frp材料具有脆性，同时具有较小的抗剪切强度，在锚杆伸入地层进入建筑红线以外时，可以被桩头冲断、被钻机切断或被挖机挖断，不影响其他单位用地作业，其伸入地层的远端无钢铁结构，外端设置有端头套管，施工时可以采用普通钢铁锚具对预应力锚杆实施张拉，张拉完毕后，由普通钢铁锚具实现机械自锁，无需用于frp夹持的专用锚具，锚杆无需回收，施工工序简单，可大大减少深基坑工程的施工成本和工期，锚杆杆体表面有螺纹，便于远端被注浆固化时握裹固定，锚杆杆体强度达到800-4500mpa，锚固力可达到200-600kn，可有效用于深基坑，同时该锚杆密度小，重量轻，方便人力搬运和安置。
附图说明
图1为本发明实施例1提供的一种免回收预应力锚杆的结构示意图。
图2为本发明实施例1提供的一种免回收预应力锚杆的制备工艺流程示意图。
图3为本发明实施例1提供的一种免回收预应力锚杆的安装过程示意图。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1
如图1所示，本实施例提出的一种免回收预应力锚杆1，包括锚杆杆体11和端头套管12，端头套管12固定套设在锚杆杆体11的顶端，锚杆杆体11由frp材料通过拉缠法制得，端头套管12为与钢铁锚具配套的无缝钢套管，端头套管12内径与锚杆杆体11外径之差大于或等于1-6mm，端头套管12与锚杆杆体11之间通过含有固化剂的常温固化树脂胶液层13粘接，可选择含有固化剂的常温固化环氧树脂胶液。
frp材料中的纤维选自高强度玻璃纤维(gfrp)、玄武岩纤维(bfrp)或者碳纤维(cfrp)中的一种或几种，frp预应力锚杆，其杨氏模量不影响使用，仅对拉伸强度有较高要求，不同的纤维通常其杨氏模量在50-200gpa，比如高强度玻璃纤维杨氏模量为50-60gpa，玄武岩纤维的杨氏模量为90-110gpa，碳纤维的杨氏模量约200gpa，拉缠成品的杨氏模量通常在40-180gpa之间，由于frp材料具有脆性，且具有较小的抗剪切强度，可以被桩头冲断、被钻机切断、或被挖机挖断，因此残留于地下的frp材料锚杆不会妨碍相邻地块上的工程作业，无需回收，大大减少了深基坑工程的施工成本和施工工期。
本实施例的端头套管12与锚杆杆体11之间的抗剪切能力(即抗拔能力)较大，能承受200-600千牛的拉拔力，端头套管12的作用在于施工时可以采用普通钢铁锚具对预应力锚杆实施张拉，张拉完毕后，由普通钢铁锚具实现机械自锁，由于frp材料的脆性，如果没有端头套管12，一般的非金属锚具无法锚固，会导致杆体从锚具中滑脱，而用钢铁锚具又会夹碎杆体端部，设置端头套管12可有效避免这些问题，且无需使用frp夹持的专用锚具。
锚杆杆体11表面形成有螺纹14，灌注的水泥浆固化后，对端部可形成较大的握裹力，有利于施加预应力，螺纹14可以是深螺纹，也可以是浅螺纹，浅螺纹可以加表面喷砂，采用表面喷砂工艺，可以使表面具有良好的握裹特性。
本实施例的一种免回收预应力锚杆通过拉缠工艺制备，其制备工艺流程如图2所示，制备方法包括以下步骤：
1)配制树脂胶液，树脂胶液中包含树脂基体、固化剂以及填料等其他添加剂，树脂基体可为环氧树脂或者聚氨酯，如果纤维采用玄武岩纤维或碳纤维，树脂可采用聚酯，典型配方为(重量比)：树脂基体95.5-98.5％，固化剂1-3％，添加剂0.5-1.5％，将含有固化剂的树脂胶液储存于胶液槽201内；
2)纤维束203在拉力履带机211的牵引下从纱锭202引出，经过第一导纱板204后绕过压辊205并在胶液槽201中浸透树脂胶液；
3)浸透树脂胶液的纤维束在第二导纱板206的作用下，一部分从内部为中空的中心管207的入口端进入中心管内部，并由中心管207的出口端被拉出，另一部分则由中心管207的外围被牵引至中心管207的出口端，中心管207的入口端设置为外径由大变小的喇叭形，浸透树脂胶液的纤维束在外径逐渐减小的喇叭形入口端的作用下被挤压而挤出大部分胶液，使得纤维束中的树脂胶液含量显著降低，而纤维束的含量相对大大增加，被挤出的树脂胶液回流至胶液槽201内重复利用，拉挤速率依据树脂和固化剂的不同而异，以聚酯为例，通常可设定为在0.5-2m/min，以1m/min为佳，拉缠生产线的拉伸力根据所拉制的锚杆的直径确定，直径大则拉力要求大，以保证所需的拉出速度为准；
4)从中心管207内部出来的经过挤压的纤维束与由中心管207外围牵引而至的浸透树脂胶液的纤维束在中心管207的出口端处汇集并行，此时通过缠绕装置208将棉纱紧紧缠绕在并行的纤维束的外部，被棉纱缠绕的部分被挤压收缩，而未被缠绕的部分凸起并在纤维束的表面形成螺纹，通过缠绕作用，外围纤维束中的树脂胶液大部分被挤出，被挤出的树脂胶液回流至胶液槽内重复利用，同时保证所制得的免回收预应力锚杆中纤维与树脂浆料的重量百分比分别为：纤维75-87％，树脂胶液13-25％；
5)将缠绕有棉纱的纤维束牵引至在线烘箱209内110-220℃下加热固化形成表面有螺纹的棒材，拉缠固化温度按照所用树脂具体要求，依据树脂、固化剂使用说明而定，以聚酯为例，固化温度为110-160摄氏度，以155摄氏度为佳，接着通过拆线器210将棒材表面的棉纱拆除，棒材继续被牵引至一定长度后，通过同步行进的在线锯子212切断棒材，得到特定长度的锚杆杆体11；
6)将端头套管12套设在锚杆杆体11的端部，端头套管12与锚杆杆体11之间通过含有固化剂的常温固化树脂胶液层13固化粘结得到该免回收预应力锚杆1。
本实施例的免回收预应力锚杆1的安装过程如图3所示，具体为：首先在深基坑31内需要安置锚杆的地方用钻机近横向往地层32内钻孔，钻机钻杆系套管，有循环水或泥浆，将钻孔33内钻屑带出，达到预定深度后，将钻杆拉出，将免回收预应力锚杆1放入钻孔33，与免回收预应力锚杆1并列有一根注浆管，如果地层较松散，可以向钻杆内放锚杆，推入到预定深度，然后逐节拉出钻杆，免回收预应力锚杆1的端头套管裸露在外部，其远端伸入至地层中，一般每个钻孔中设置2到3根锚杆，保证总的张拉吨位的同时可使单根锚杆直径尽量小(6-10mm)，直径较小可以绕成直径1.5m-2.5m的圆盘，方便运输，由于frp材料具有较好的弹性，卷绕的盘状产品，松开后可自然伸直；采用二次注浆技术，通过注浆管，注入高压水泥浆，注入一定数量的水泥浆后，停顿5到10分钟，然后继续注浆，预先注入的水泥浆数量、停顿时间、后期注入量，可参见预应力锚杆放置、注浆技术说明书，停顿几分钟的目的在于让预注浆的部分先行沉淀，形成一个外部边界，后期注浆会推动这个边界，使端部水泥浆形成一个近球形的块体，否则会在地层中形成滤渗通道，无限地吸纳水泥浆；待水泥浆固化(约14-28天)，进行预应力张拉，张拉时，先在端头套管端穿入垫块及自锁锚具，然后将穿心千斤顶套入，穿心千斤顶外有垫块，垫块外是另一个同样的锚具(称工作锚)，千斤顶将工作锚向外顶推，自锁锚具呈自由状态，将端头套管向外拉，锚杆产生预设的张力(200-600kn)，此时千斤顶卸载复位，工作锚松弛，而自锁锚自动锁紧，卸下工作锚、垫块以及穿心千斤顶，将自锁锚以外的部分端头套管(连同内部的frp锚杆杆体)切断去掉，其远端没有钢铁结构，不会对其他施工单位产生影响。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。