一种玄武岩纤维预应力锚索系统及其锚固方法与流程

本发明涉及一种锚固装置，具体涉及一种玄武岩纤维预应力锚索系统及其锚固方法。

背景技术：

预应力锚索技术因结构简单、经济高效，作为锚固工程中限制变形、改善岩土体应力状态、提高岩土体稳定性的加固措施之一，已经被众多工程应用所证实。近年来，在隧道边坡、深基坑、水库坝基、矿井硐室等各个领域广泛性的应用，预应力锚索技术体现出很强实用性。

预应力锚索作为边坡、围岩硐室与隧道加固工程常用的主动加固技术。而常用的平行钢丝束与钢绞线等传统预应力张拉索因材质原因容易出现锈蚀失效、蠕变松弛等各种病害，锚索支护系统体系极易因各种病害出现突然失效。为保证传统预应力锚索安全运营，锚固系统运营维护难度较大、费用较高。因此，需要一种新型预应力锚索系统更加合理进行工程锚固。

技术实现要素：

发明目的：为了克服现有技术的缺陷，本发明提供一种玄武岩纤维预应力锚索系统，有效解决地下水丰富地区传统预应力锚索突然失稳的问题，避免了在地下富水环境下的钢材锈蚀问题，改善了传统锚索系统长期运营阶段的蠕变松弛现象，提升了锚索柔性支护效能，延长了传统锚索的使用寿命，提升了预应力锚索系统的可靠性。

本发明的另一目的是提供一种上述预应力锚索系统的锚固方法。

技术方案：一种玄武岩纤维预应力锚索系统，其特征在于，包括预应力工作锚具系统、尾端锚固器、玄武岩纤维锚索以及位于预应力工作锚具系统和尾端锚固器之间的集束器；所述预应力工作锚具系统包括工作锚盘和位于所述工作锚盘外侧的限位装置；所述尾端锚固器具有锯齿形的外侧表面以及多个索孔道，所述索孔道在指向所述工作锚盘方向的直线上延伸并贯穿尾端锚固器；所述玄武岩纤维锚索具有玄武岩纤维索股，所述玄武岩纤维索股自工作锚盘的外侧沿着工作锚盘、集束器、尾端锚固器的一个索孔道、该尾端锚固器的另一个索孔道、集束器、工作锚盘的路径来回穿设至少一次，玄武岩纤维索股的端头通过所述限位装置固定在工作锚盘的外侧，并在限位装置的外侧编织合成一股。

作为一种实施方式，所述玄武岩纤维锚索具有多根玄武岩纤维索股，每根玄武岩纤维索股沿着所述路径来回穿设一次。

其中，在所述限位装置的外侧，每根所述玄武岩纤维索股的两个端头编织合成一股，形成该玄武岩纤维索股的编织部分，相邻的两根玄武岩纤维索股的编织部分相互交叉。通过编织使得索股形成整体的同时进行相互限位以改善索股松弛现象。

其中，在所述限位装置的外侧，每根所述玄武岩纤维索股的两个端头分别与相邻的两根玄武岩纤维索股的各自的一个端头编织并依次串联形成整体。使得玄武岩纤维索股因相应连接形成限位。

作为另一种实施方式，所述玄武岩纤维锚索仅具有一根所述玄武岩纤维索股，该玄武岩纤维索股沿着所述路径来回穿设多次直至填充所有索孔道。

根据不同预应力要求设置所述尾端锚固器的数量；对于集中端头锚固类≤200kn的预应力锚索，设置一个尾端锚固器；对于集中端头锚固类≥600kn的预应力锚索和端头扩大型预应力锚索，设置至少两个尾端锚固器。

所述预应力工作锚具系统的各部件采用玄武岩纤维与树脂基体制成和/或采用玄武岩纤维与树脂基体涂覆的金属材料制成；所述尾端锚固器采用玄武岩纤维与树脂基体制成。

对应于上述玄武岩纤维预应力锚索系统，本发明提供的锚固方法所采用的技术方案是：

当玄武岩纤维锚索中仅有一根玄武岩纤维索股时，将该玄武岩纤维索股沿着所述路径来回穿设多次直至填充所有所述索孔道；在工作锚盘外侧采用单股单向张拉的方式施加预应力，张拉达到预应力设计值时，利用限位装置锚固，并在限位装置外侧编织合成一股；

当玄武岩纤维锚索中具有多根玄武岩纤维索股，将每根玄武岩纤维索股沿着所述路径穿设一次；各玄武岩纤维索股的两个端头在工作锚盘外侧依次穿过限位装置、穿心千斤顶与工具锚后进行交叉编织，然后采用穿心千斤顶对各玄武岩纤维索股施加预应力，通过张拉与超张拉使得预应力达到设计值，利用限位装置固定后，除去穿心千斤顶与工具锚，将玄武岩纤维索股的端头编织合成一股。

还包括穿设玄武岩纤维索股后，在锚固段根据尾端锚固器的形式选择注浆方式进行注浆的步骤。

当尾端锚固器需要对中支架对中时，采用一次注浆；当尾端锚固器能够自对中时，采用二次压力注浆；当锚固段混凝土强度达到设计强度的80％时，对玄武岩纤维索股进行张拉，然后在非锚固段注入填充物，在封堵完成后，按设计施加预应力，完成后对预应力工作锚具系统进行整体密封。

有益效果：该玄武岩纤维预应力锚索系统通过设置玄武岩纤维锚索代替传统的钢丝束或钢绞线，有效解决地下水丰富地区传统预应力锚索突然失稳的问题，避免了在地下富水环境下的钢材锈蚀，改善了传统锚索系统长期运营阶段的蠕变松弛现象，提升了锚索柔性支护效能，延长了传统锚索的使用寿命，提升了预应力锚索系统的可靠性。通过在锚固段设置外表面呈锯齿型的锚固器与玄武岩纤维锚索配合，增大了锚固浆液与锚索的机械咬合力，形成锚固段扩大端，提高了玄武岩纤维锚索系统的整体性，能够有效提升锚索系统极限承载力，减小了锚索系统发生蠕变的概率；在工作锚外侧采用编织方式将锚索端头连接为一个整体以减小玄武岩纤维锚索出现松弛的概率，有效减轻长期使用过程的锚索松弛现象，提高锚索系统的整体稳定性，延长锚索系统使用寿命。该锚固方法针对于不同预应力的需求提供不同的锚固方式，易于现场施工。

附图说明

图1是本发明的玄武岩纤维预应力锚索系统的结构示意图；

图2是本发明的尾端锚固器的透视结构示意图；

图3是图2中尾端锚固器沿a-a向的剖面结构示意图；

图4是本发明玄武岩纤维索股在工作锚和锥塞的外端两种编织方式示意图，其中，图4a为交叉编织方式示意图，图4b为平行编织方式示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。另外，本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，例如“内”、“外”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不是旨在于限制本发明。

如图1-4所示，一种玄武岩纤维预应力锚索系统，包括预应力工作锚具系统1、尾端锚固器2、玄武岩纤维锚索3和集束器4。

其中，预应力工作锚具系统1包括利用玄武岩纤维与树脂基体制成的锥塞、工作锚盘11、夹片、锚垫板与螺旋筋等，而对于预应力设计值要求较高的玄武岩纤维预应力锚索系统，其预应力工作锚具系统1可设计成玄武岩纤维与树脂基体涂覆的金属锚具，当然也可以混合的方式制作预应力工作锚具系统1的各个部件，亦或者采用其他fpr材质制作。

尾端锚固器2是利用玄武岩纤维与树脂基体制成的具有锯齿状外表面的柱状结构，其主要作用是增加机械咬合力，提升极限承载力，增加系统锚固承载力的安全储备。尾端锚固器2可单个或多个串、并联使用。

玄武岩纤维锚索3的玄武岩纤维索股31是利用玄武岩纤维丝束编织或者集束、热塑等方式形成，具有较好的柔性与抗拉性能。

具体在施工时，在尾端锚固器2进行穿索后，将其放置于锚固段设计位置，而后进行锚固段注浆，锚固段注浆根据尾端锚固器2形式选择注浆方式。若尾端锚固器2较小需对中支架可采用一次注浆，若尾端锚固器2可自对中，则考虑是否必须采用二次压力注浆。待锚固段混凝土强度达到设计强度的80％时，对玄武岩纤维索股31进行张拉，而后在非锚固段注入填充物，在封堵完成后，按设计施加预应力，完成后对预应力工作锚具系统1进行整体密封。

具体的锚固方法可针对不同预应力需要分为两种方式，对于中低预应力锚索，可仅设置一根玄武岩纤维索股31形成玄武岩纤维锚索3；对于中高预应力锚索和端头扩大型预应力锚索，应设置多根玄武岩纤维索股31形成玄武岩纤维锚索3，确定数量后，尾端锚固器2的索孔道21的数量即为玄武岩纤维索股31数量的两倍(当尾端锚固器2串联方式时，串联的索孔道21视为一个索孔道)。

当玄武岩纤维锚索3中仅有一根玄武岩纤维索股31时，将该玄武岩纤维索股31自工作锚盘11的外侧沿着工作锚盘11、集束器4、尾端锚固器2的一个索孔道21、尾端锚固器2的另一个索孔道21、集束器4、工作锚盘11的路径来回穿设多次直至填充所有所述索孔道21；在工作锚盘11外端采用单股单向张拉的方式施加预应力，张拉达到预应力设计值时，利用锥塞锚固，并在锥塞外侧编织合成一股。

当玄武岩纤维锚索3中玄武岩纤维索股31的数量为索孔道21数量的一半时，将每根玄武岩纤维索股31自工作锚盘11的外侧沿着工作锚盘11、集束器4、尾端锚固器2的一个索孔道21、尾端锚固器2的另一个索孔道21、集束器4、工作锚盘11的路径往复穿设一次；各玄武岩纤维索股31的两个端头在工作锚盘11外端依次穿过锥塞、穿心千斤顶与工具锚后进行交叉编织，然后采用穿心千斤顶对各玄武岩纤维索股31施加预应力，通过张拉与超张拉至预应力达到设计值，利用锥塞锚固后，除去穿心千斤顶与工具锚，将各玄武岩纤维索股31的端头在锥塞外侧编织合成一股。

对于上述的第二种锚固方式，可以采用两种不同的编织方式。结合图4中4a所示，交叉编织锚固方式是在工作锚盘11和锥塞的外侧，将每根玄武岩纤维索股31的两个端头编织形成编织部分，相邻的两根玄武岩纤维索股31的编织相互交叉。通过编织使得索股形成整体的同时进行相互限位以改善索股松弛现象。结合图4中4b所示，平行编织锚固方式在工作锚盘11和锥塞的外侧，将每根玄武岩纤维索股31的两个端头分别与相邻的两根玄武岩纤维索股31的各自的一个端头编织并依次串联以将所有玄武岩纤维索股31形成一个整体。使得玄武岩纤维索股因相应连接形成限位。

该玄武岩纤维预应力锚索系统的使用有利于玄武岩纤维制品应用的推广，该系统具有较高的耐久性，可提高锚固工程的使用寿命，适合于交通工程各种各类锚固工程。