一种可敲击扩展的涨壳式岩石锚的制作方法

本实用新型属于岩体锚固施工技术领域，特别涉及一种可敲击扩展的涨壳式岩石锚。

背景技术：

岩石锚(桩)以提供抗拔力为主，可引起岩体的附加应力和应变的变化，以增大岩体的整体性。岩石锚作为经济有效的加固措施，广泛应用于铁路、公路、码头护岸与桥台、基坑护壁、地下厂房、隧洞、船坞、水坝加固、边坡加固、海上浮式系统、网箱、浮式平台等的系泊，同时也可作为港口及海上工程结构物基础。

鉴于陆上资源的日渐枯竭，资源开发向海洋，尤其是深海进军已成为必然的趋势。海洋平台、海上浮式系统、网箱等是获取海洋资源的有效工具，保证这些工具的工常工作，锚固结构是其关键组成部分，锚固造价约占到总体造价的20％左右。

目前，深水锚固施工面临三大问题，一是桩孔的施工，人工挖孔桩的水下施工，相比于干孔施，难度较大，首先要保证护壁质量，确保人员安全；其次，严格按照设计图纸施工，开挖至设计高程；再次，结合水下施工工艺，以保证成孔质量。二是锚固安装形式，针对深水作业，目前锚桩的安装主要利用专用的打桩工程船，利用液压或夯击手段进行安装，但由于需要动用专用的打桩船，加上海上气候不稳定，不能保证连续作业，安装过程中需要浮装吊等复杂辅助装置进行配合，因此安装一根锚桩的费用相当昂贵，且安装周期较长。三是为了保证锚固质量、提高抗拔能力，通常需要在桩锚固定好后进行高压灌浆，这样又会造成安装成本上升、施工周期加长，同时也会污染环境。

因此，针对上述问题，海上锚固施工，尤其是深水岩石锚固，选择施工简单、下锚方便、打桩方便、便于操作、安全可靠的深水岩石锚桩对海上锚固具有重要的实用价值。

目前，针对岩体锚固，涨壳式岩石锚是比较常用的一种安装形式，重点应用于矿洞、边坡、公路、铁路、巷道、隧道、堤坝、基坑等领域。市面上采用的涨壳式岩石锚基本上都是由涨壳、锥形螺母和杆体等部件组成，涨壳内有带内螺纹的锥形空心螺母，工作时旋转杆体，使锥形螺母下滑移动，挤压涨壳使其张开，涨壳在挤压力作用下嵌入并挤压岩体钻孔，进而完成整个岩石锚固过程。针对陆地上的锚固，采用该类涨壳式岩石锚，其下锚过程简单，操作方便。但由于该类锚主要采用锚杆杆体旋转带动螺母完成挤压动作，其动作完成的好坏受到锚杆杆体刚度大小的影响，不适用于锚杆杆体旋转刚度小、柔性大的场合。海上或深水锚固，下锚水域深导致锚杆杆体过长，属于锚杆杆体刚度小、柔性大的场合，因此采用传统旋转嵌入式的岩石锚不利于海上或深水岩石锚固施工的展开。

技术实现要素：

本实用新型针对现有技术中存在的技术问题，提供一种可敲击扩展的涨壳式岩石锚，可对岩体进行快速锚固，提高岩体锚固效率。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种可敲击扩展的涨壳式岩石锚，包括楔形块(1)、膨胀结构(2)、挂杆(3)、螺母(4)；

所述楔形块(1)的顶端安装于膨胀结构(2)内；所述膨胀结构(2)的顶端设有贯通的挂杆(3)；所述膨胀结构(2)的顶端外表面与挂杆(3)的连接处设有螺母(4)；

所述膨胀结构(2)的顶端设有通孔；

所述楔形块(1)设有安装于顶端内部的内螺纹孔；所述挂杆(3)的表面设有外螺纹；所述挂杆(3)的底端通过螺纹连接安装于楔形块(1)的内部；所述挂杆(3)的顶端穿过膨胀结构(2)的通孔。

作为优选，所述膨胀结构(2)的通孔直径大于所述挂杆(3)的直径。

作为优选，所述膨胀结构(2)安装于岩石(5)的锚孔钻孔内。

作为优选，所述膨胀结构(2)为中空的、底部可扩张的套筒结构；所述膨胀结构(2)外直径略小于锚孔直径，高度小于锚孔钻孔深度，外表面设有沟槽。

作为优选，所述楔形块(1)为倒梯形结构。

作为优选，所述楔形块(1)的外表面设有倒齿形突起，所述膨胀结构(2)的内表面设有倒齿形突起。

与现有技术相比，本实用新型所具有的有益效果是：

本实用新型通过采用改进的机械摩擦式涨壳锚头结构，构建一种可敲击扩展的涨壳式岩石锚，通过对锚杆杆体的冲击完成锚固动作，在无需等待灌浆凝固的时间即可进行正常工作，通过采用敲击法可以减小施工难度，节省施工成本，提高作业效率，方便陆地和海上施工作，尤其适合深海或深水施工。

本实用新型中，锚固载荷靠锚头与锚孔间的摩擦力来抵消，摩擦力的大小可以通过增加膨胀结构外表面面积或增大外表面摩擦系数来解决，表面间的正压力可以通过楔形块的楔入量来控制，楔形块的楔入量可以通过冲击载荷的大小来控制，整个岩石锚工作性能可靠，采用敲击法进行锚固施工可节省安装时间、节约施工成本，同时也可保证锚固效果可靠。

本实用新型结构简单，便于施工操作及维护，能保证相同承载的前提下，降低整体造价成本。

附图说明

图1为本实用新型的结构爆炸图；

图2为本实用新型的结构爆炸剖视图；

图3为本实用新型的结构示意图。

图中1-楔形块，2-膨胀结构，3-挂杆，4-螺母，5-岩石。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好的理解本实用新型的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本实用新型作详细说明。

本实用新型的实施例公开了一种可敲击扩展的涨壳式岩石锚，如图所示，其包括楔形块(1)、膨胀结构(2)、挂杆(3)、螺母(4)；

楔形块(1)的顶端安装于膨胀结构(2)内；膨胀结构(2)的顶端设有贯通的挂杆(3)；膨胀结构(2)的顶端外表面与挂杆(3)的连接处设有螺母(4)；

膨胀结构(2)的顶端设有通孔；

楔形块(1)设有安装于顶端内部的内螺纹孔；挂杆(3)的表面设有外螺纹；挂杆(3)的底端通过螺纹连接安装于楔形块(1)的内部；挂杆(3)的顶端穿过膨胀结构(2)的通孔。

本实施例中，膨胀结构(2)的通孔直径大于挂杆(3)的直径。

本实施例中，膨胀结构(2)安装于岩石(5)的锚孔钻孔内。

本实施例中，膨胀结构(2)为中空的、底部可扩张的套筒结构；膨胀结构(2)外直径略小于锚孔直径，高度小于锚孔钻孔深度，外表面设有沟槽。

本实施例中，楔形块(1)为倒梯形结构。

本实施例中，楔形块(1)的外表面设有倒齿形突起，膨胀结构(2)的内表面设有倒齿形突起。

本实施例中，膨胀结构在外力作用下可向外扩张，扩张后膨胀结构外表面可与锚孔内表面紧密挤压形成周向摩擦副，当外界施加的力足够大时，该摩擦副可以保证岩石锚正常工作。

膨胀结构有高度一般取膨胀结构直径的1.5倍～3.0倍；内孔有5°～10°的锥度，该锥度与楔形块的锥度形成配合；膨胀结构外表面有沟槽，可增大膨胀结构与锚孔间的摩擦系数，以便提供足够的摩擦力。

楔形块采用倒梯形结构，能承受足够的挤压力和冲击力，有5°～10°的锥度，与膨胀结构内孔形成配合，楔形块在受到外力冲击时发生移动挤入膨胀结构，挤入深度越大，膨胀结构向外扩张越大，导致整个膨胀结构挤压锚孔的挤压力变大，这样形成的摩擦力越大，最终可保证整个锚固系统可靠锚固，摩擦力用于抵抗外部传来的外部载荷，影响岩石锚的锚固力主要因素是涨壳与锚孔壁的摩擦接触情况、岩体类型以及锚固周点周围岩体的完整性。

楔形块外表面有倒齿形突起，与膨胀结构内表面倒齿形突起形成配合，该突起可以保证楔形块工作时始终能够挤压膨胀结构而不会发生脱离，楔形块顶部开有螺纹孔，可方便与挂杆连接。

挂杆穿过膨胀结构，一端与楔形块连接，一端与螺母连接，膨胀结构和楔形块在下锚过程中不处于挤压状态，为保证二者在不工作时不发生脱离，需要靠挂杆和螺母连接，使膨胀结构与楔形块接触但不发生挤压。该挂杆和螺母在达到相同功用的条件下，也可用其它结构代替。

在具体的锚固过程中，每个锚孔对应一套上述机构，整套机构可作为锚头，一端可与锚杆杆体连接，也可与钢丝绳连接；整套结构可选用45号优质碳素钢、40Cr合金结构钢或40CrMO合金结构钢。

本实施例中，挂杆(3)的长度保证楔形块(1)顶部伸入膨胀结构(2)底部，同时保证楔形块(1)与膨胀结构(2)之间不发生挤压动作；挂杆(3)与螺母(4)保证楔形块(1)与膨胀结构(2)在下锚过程中不发生脱离。

本实施例中，将岩石锚放入已钻好的锚孔中，外部敲击的冲击载荷通过锚杆杆体将外力传到膨胀结构2顶部，在冲击载荷的作用下，整个结构下移，当楔形块1底部与锚孔底部接触后，楔形块1形成固定支撑，随着外部冲击载荷的继续作用，膨胀结构2继续下移，楔形块1逐渐楔入膨胀结构2中，膨胀结构2底部套筒张开，张开到一定量时与锚孔内壁接触形成摩擦副，随着楔形块1楔入深度的增加，膨胀结构2与锚孔内壁间的挤压力逐渐增大，进而导致摩擦力逐渐增大，当摩擦力等于外部冲击载荷时，整个锚固过程结束。为保证楔形块1与膨胀结构2挤压过程中不发生脱离，楔形块1外表面与膨胀结构2内表面间加工自锁牙槽，保证楔形块1楔入膨胀结构2后不发生相对位移。

本实施例中，可对岩体进行快速锚固，利用敲击或冲击施加载荷可将岩石锚与岩体快速锚固。通过采用该岩石锚进行岩体锚固，可有针对性的解决岩体锚固，尤其是海上或深水岩体锚固的操作不便、安装复杂、下锚困难、锚固不牢的问题，在简化安装的同时可大大提高岩体锚固效率，减少锚固施工过程费用。该岩石锚应用领域涉及陆地、深水及海上作业，同时也可应用于浅水、地面、隧道、边坡加固等需要锚固的场所。

本实施例中，提供结构简单、安装方便、下锚便利、操作方便、造价低、使用寿命高的岩石锚，简化操作过程的同时能够在岩体中产生较大挤压力。该岩石锚可用于海洋、陆地等多种场合，尤其适合海上或深水下锚过程中的作业不便、锚杆杆体过长以及锚杆杆体不方便旋转的情况，采敲击法提供冲击载荷进行快速锚固，整个下锚过程操作简单，锚固后可立即投入使用，同时，在保证持续锚固力的前提下，锚固后不必进行灌浆操作，可节省锚固时间及成本，也可避免对环境造成二次污染。

以上通过实施例对本实用新型进行了详细说明，但所述内容仅为本实用新型的示例性实施例，不能被认为用于限定本实用新型的实施范围。本实用新型的保护范围由权利要求书限定。凡利用本实用新型所述的技术方案，或本领域的技术人员在本实用新型技术方案的启发下，在本实用新型的实质和保护范围内，设计出类似的技术方案而达到上述技术效果的，或者对申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本实用新型的专利涵盖保护范围之内。应当注意，为了清楚的进行表述，本实用新型的说明中省略了部分与本实用新型的保护范围无直接明显的关联但本领域技术人员已知的部件和处理的表述。