一种锚杆综合实验装置的制造方法
【专利摘要】一种锚杆综合实验装置，包括支撑架，所述支撑架上设置有用以安装锚杆的外壳、用以锚杆定位的锚杆定位环、用以锚杆锚固的锚头和用以拉拔锚杆的千斤顶测试系统，所述外壳的顶部设有上端口，所述外壳的底部设有用以锚杆的下端穿过的下端口，所述千斤顶测试系统安装于所述上端口处，所述锚杆定位环安装于所述下端口处，所述锚头包括上锚头和下锚头，所述上锚头位于所述千斤顶测试系统的上方，所述下锚头位于所述锚杆定位环的下方，所述上锚头、千斤顶测试系统的千斤顶、锚杆定位环和下锚头均套装于锚杆上。本实用新型提供可便于不同形式锚杆进行试验的锚杆综合实验装置。
【专利说明】
-种猫杆综合实验装置
技术领域
[0001] 本实用新型属于岩±错固技术领域，尤其设及一种错杆综合实验装置。
【背景技术】
[0002] 在±木工程领域，错杆的使用已有悠久的历史，错杆集中应用于采矿工程及岩体 隧道的临时支护，错杆多采用金属作为基本材质，如钢筋、钢绞线等，近些年随着错杆被大 量地应用于永久工程，为解决错杆的耐久性问题，出现了纤维环氧类错杆体，但运些错杆与 金属错杆相比，具有明显的蠕变特性。传统错杆的错固方式多利用岩体的坚固性，将错杆体 与岩体固结，主要有孔底端错及全长粘结错固方式。随着我国高速公路的快速发展及城市 高层建筑的普及，错杆的作用原理被引入运些工程中，并被大量用于±体边坡稳定及高层 建筑地下室抗浮稳定，但此类工程有与传统错杆技术有明显的特点，除此类错杆均要求长 期工作外，还要求错杆能正常发挥作用的时间与工程本身是同寿命的，且多为±体错杆，即 错杆所处的工作环境为±体地层，除了错固体自身坚固差，且长期处于含水等不利条件，运 对此类错杆的杆体材质与相应的错固技术提出了更高的要求。目前针对此类永久性的错杆 提出了 FRP错杆，利用纤维与环氧类的抗诱性能来解决耐久性问题，同时，利用在±层中压 浆、采用各种材质的灌浆囊袋来错固错杆，提高错杆在±体中的错固力;对于此类错杆的研 究与试验目前只停留在对杆件本身的试验，对与施工工艺技术相协调的试验研究尚未能系 统性地开展，尤其是错杆杆体与±层、错固囊袋、钻孔形式等综合性工艺相结合的试验装 置缺乏，严重影响了此类错杆的应用技术开发。
【发明内容】
[0003] 为了克服现有技术存在的不足，本实用新型提供可便于不同形式错杆进行试验的 错杆综合实验装置。
[0004] 本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0005] -种错杆综合实验装置，包括支撑架，所述支撑架上设置有用W安装错杆的外壳、 用W错杆定位的错杆定位环、用W错杆错固的错头和用W拉拔错杆的千斤顶测试系统，所 述外壳的顶部设有上端口，所述外壳的底部设有用W错杆的下端穿过的下端口，所述千斤 顶测试系统安装于所述上端口处，所述错杆定位环安装于所述下端口处，所述错头包括上 错头和下错头，所述上错头位于所述千斤顶测试系统的上方，所述下错头位于所述错杆定 位环的下方，所述上错头、千斤顶测试系统的千斤顶、错杆定位环和下错头均套装于错杆 上。
[0006] 进一步，所述外壳为带有填±腔外壳，所述带有填±腔外壳包括填±腔和外壳本 体，所述填±腔的腔壁为水泥砂浆涂层，所述水泥砂浆涂层与所述外壳本体的内壁贴合。
[0007] 再进一步，所述外壳为直筒外壳。
[000引再进一步，所述带有填±腔外壳分为=段，上段为小直径直筒形，中段为锥形，下 段为大直径直筒形，所述上段、中段和下段均为同轴设置，所述中段处的水泥砂浆涂层与外 壳本体之间设有测力腔，所述测力腔内设有用于检测受力膜上的压力的传感器，所述水泥 砂浆涂层与所述测力腔之间还设有受力膜，所述受力膜与所述外壳本体固定连接，所述外 壳本体在测力腔处还开有出线孔。
[0009] 再进一步，所述中段的锥面与所述上段的轴线之间的夹角为45°~90°。
[0010] 再进一步，当夹角小于60°时，所述中段与所述上段的连接处设有加劲肋，所述加 劲肋位于所述外壳外。
[0011] 再进一步，所述水泥砂浆涂层的厚度为5~10mm。
[001^ 再进一步，所述直筒夕愤的内径化00~150mm。
[0013] 再进一步，所述带有填±腔外壳的下段处的内径为500~1000mm。
[0014] 更进一步，所述测力腔设置有四个，四个测力腔均布在所述带有填±腔外壳的锥 形段处。
[0015] 本实用新型的设计原理为：本实用新型设计原理是实验相似理论，依据相似理论 的基本要求，结合错杆的工作特性，将错杆、钻孔、浆囊袋按比例适当缩小，适当简化边界条 件，建立物理实验模型;其中钻孔的模拟采用留置方式;错杆杆体及错固螺母采用工程中采 用的原材料;±层可采用重塑±;浆囊袋采用与工程中的浆囊袋相同材质，体积相应缩小， 它与错杆连接与工程采用方法相同；考虑到试验装置外壳采用钢质材料，为模拟浆囊袋W 及错杆与地层的接触方式，在装置壳体内侧加水泥砂浆涂层来模拟±体间的内摩擦面;错 杆的拉拔力及拉拔变形量通过串屯、千斤顶测试系统来实现，通过串屯、千斤顶测试系统的控 制元件及蓄能器可W实现错杆体系长期受力下的蠕变试验;为测试受错杆作用后浆囊袋在 ±体中的错固效果，在填±腔上方设计了测试腔，专口测试浆囊袋通过±体对装置外壳的 作用力。
[0016] 本实用新型的有益效果主要表现在:可将错杆的短时承载力试验与长期承载力试 验结合于同一体试验装置内，将错杆杆体的承载力试验与错杆-地层整体承载力试验结合 于同一试验装置内；按错杆的不同组成方式，将试验装置分成不同的组件，经不同的组合 后，可方便地满足不同形式的错杆试验需求;将错杆与±体间的作用关系作为测试内容之 一，并将其融合于装置外壳之中。
【附图说明】
[0017] 图1是小直径直筒外壳的错杆综合实验装置的结构示意图。
[0018] 图2是聲为为锐角时的错杆综合实验装置的结构示意图。
[0019] 图3是图帥6的放大图。
[0020] 图4是CR为为直角时的错杆综合实验装置的结构示意图。
[0021 ]图5是小直径直筒外壳的错杆综合实验装置的安装图。
[0022] 图6是图4的安装图。
【具体实施方式】
[0023] 下面结合附图对本实用新型作进一步描述。
[0024] 参照图1~图6,一种错杆综合实验装置，包括支撑架21，所述支撑架21上设置有用 W安装错杆1的外壳4、用W错杆1定位的错杆定位环8、用W错杆1错固的错头2和用W拉拔 错杆I的千斤顶测试系统3,所述外壳4的顶部设有上端口，所述外壳4的底部设有用W错杆I 的下端穿过的下端口，所述千斤顶测试系统3安装于所述上端口处，所述错杆定位环8安装 于所述下端口处，所述错头2包括上错头和下错头，所述上错头位于所述千斤顶测试系统3 的上方，所述下错头位于所述错杆定位环8的下方，所述上错头、千斤顶测试系统3的千斤 顶、错杆定位环8和下错头均套装于错杆1上。
[0025]进一步，所述外壳4为带有填±腔外壳，所述带有填±腔外壳包括填±腔7和外壳 本体，所述填±腔7的腔壁为水泥砂浆涂层5,所述水泥砂浆涂层5与所述外壳本体的内壁 贴合。所述外壳本体的形状与填±腔7的形状相同。
[00%]再进一步，所述外壳4为直筒外壳。所述直筒外壳可采用小直径直筒外壳。
[0027] 再进一步，所述带有填±腔外壳分为=段，上段为小直径直筒形，中段为锥形，下 段为大直径直筒形，即所述下段的外径大于所述上段的外径，所述上段、中段和下段均为同 轴设置，所述中段处的水泥砂浆涂层5与外壳本体之间设有测力腔6,所述测力腔6内设有用 于检测受力膜11上的压力的传感器10,所述水泥砂浆涂层5与所述测力腔6之间还设有受力 膜11，所述受力膜11与所述外壳本体固定连接，所述外壳本体在测力腔6处还开有出线孔 12。
[0028] 再进一步，所述中段的锥面与所述上段的轴线之间的夹角为
此夹角与滑移破坏角4相关，当
计，由测力腔可直接测出±体滑移破坏时的下滑力。
[0029] 再进一步，当夹角小于60°时，所述中段与所述上段的连接处设有加劲肋16,所述 加劲肋16位于所述外壳4外。
[0030] 再进一步，所述水泥砂浆涂层5的厚度为5~10mm。
[0031] 再进一步，所述直筒外壳的内径为100~150mm。
[0032] 再进一步，所述带有填±腔外壳的下段处的内径为500~1000mm。
[0033] 更进一步，所述测力腔6设置有四个，四个测力腔均布在所述带有填±腔外壳的锥 形段处。
[0034] 本实施例中，所述千斤顶测试系统3为串屯、千斤顶测试系统，串屯、千斤顶测试系统 由电液伺服串屯、千斤顶、油累、蓄能器及控制器组成，该系统为液压系统，可进行拉拔力、 位移双控制，可W进行错杆1的短时加载和长期稳定加载，其中短时加载不必采用蓄能器， 长期稳定加载主要用于错杆体系的整体蠕变试验;将错杆穿过串屯、千斤顶，错杆上下错头 固定，开启串屯、千斤顶，拉拔错杆，与串屯、千斤顶相连的液压传感器及位移传感器，就可测 出错杆1的拉力和位移量;所述受力膜11通过固定螺栓14与所述外壳4固定连接，所述固定 螺栓14上还设有密封圈13,所述密封圈13位于所述受力膜11与所述外壳4之间；所述外壳4 为钢质外壳，钢质外壳由多种组合，当不考虑±体与错杆1相互作用关系时，钢质外壳可采 用小直径直筒型;填±腔7按浆囊袋的滑移破坏角(1)不同可W变化，滑移破坏角(1)是指±体 受到由错杆作用，由浆囊袋传递的作用力后，产生的破坏面与错杆力作用方向的夹角，当± 体的内摩擦角为a时，可取d) =45°+曰/2,一般±体的内摩擦角a = 20°~30°，则d) =55°~ 60%为试验装置的适用性，两段外壳间的夹角來可根据试验±体的性质灵活选用，故取夹 角的变化范围(p=iir)°~9(r，两段外壳间的夹角Cp与外壳4及水泥砂浆涂层5无关;钢质 外壳在竖向可分成若干段，每段间用法兰15连接，通过填±腔钢质外壳与直筒外壳的不同 组合，可W对多个囊袋错杆体系的工程性能进行试验;测力腔6主要用于浆囊袋与±体相互 作用力的测试，它由受力膜11、传感器10及出线装置组成，将浆囊袋对±体的作用力通过受 力膜11的感应，由传感器10将作用力的变化变为电信号传给二次测试仪表读出作用力，测 力腔6在一周内均布4个，每个腔的测试内容相同，主要测试受力膜11平面上的竖向作用力 和面内摩擦力，即浆囊袋受力后对周围±体产生的压力，±体不出现滑移趋势时，即可直 接利用(P=9(r的中段外壳，只测受力膜平面上的竖向作用力即可;错杆定位环8主要是将中 间穿过的错杆1进行定位，定位包括轴线的确定和限制错杆旋转的定位，不限制错杆1的竖 向变形与位移，W便两端错头使用的方便;错头为专用的FRP错杆固定端板及螺母;加劲肋 16的作用是将串屯、千斤顶的作用力传给大直径外壳，再传给支撑架21，与试验方法无关;装 置下部的支撑架21也可用钢质架，主要为上部试验装置提供一个稳定的底座，它可适应上 部外壳的不同组合形式;水泥砂浆灌注高度为11，填±腔的高度大于h。
[0035] 如图5所示，小直径直筒外壳内灌注了水泥砂浆20,如图6所示，填±腔7内填装了 填 ±19。
[0036] 本实用新型的具体实验方案如下：
[0037] 1.普通错杆杆体拉拔试验
[0038] (1)错杆杆体抗拔力试验
[0039] 本装置可W进行普通错杆试验，其中错杆杆体自身的抗拔力试验是基本的试验内 容，在本装置中的实验方案如下：
[0040] 1)选用直筒外壳(夕F壳内直径为100~150mm)，如图1所不；
[0041] 2)将待试错杆(错杆长度不小于500mm)插入，下端用错杆定位环8定位，并用错固 头在下端错固；
[0042] 3)套入串屯、千斤顶，并与测试系统相连接；
[0043] 4)加上端错固头，并按设计要求用螺母施加错杆的预应力；
[0044] 5)开启千斤顶液压累拉拔错杆，直至错杆被拉断，记录错杆的极限拉拔力和极限 位移值。
[0045] (2)普通全长粘结错杆拉拔试验
[0046] 1)选用直筒外壳，在筒内侧喷水泥砂浆层，厚度5~IOmm;
[0047] 2)将待试错杆插入筒内，下端用错杆定位环8定位；
[004引3)在错杆与直筒外壳间填充水泥砂浆，水泥砂浆的填充高度按工程设计要求取 值，如图5所示；
[0049] 4)在水泥浆达到设计强度后重复(1)中的步骤3)~5)。
[0050] 2.整体错杆拉拔力试验
[0051] 整体错杆拉拔力试验是指将错杆与周边±体一并考虑的拉拔力试验方法，试验用 的±体应取自工程实际地层，运样的试验方法会更接近于实际工程中错杆的受力特点，所 得结果对实际工程更具指导意义。
[0052] (1)底部扩大头的错杆拉拔力试验
[0053] 本试验是指在错杆底部，也即钻孔底部局部孔径加大为D(D/R=1.3~1.8，R为钻 孔直径），扩径处尽灌入水泥砂浆，不设浆囊袋，错杆的拉拔力靠扩大头处的水泥砂浆体与 钻孔中的水泥砂浆与错杆间的粘结力提供，但可试验错杆、扩大砂浆头与±体=者相互作 用关系。
[0054] I)选用不考虑±体滑移破坏的情况，即取(p=9(r的带测力腔和填±腔外壳，如图4 所示；
[0055] 2)在外壳内侧喷水泥砂浆层，厚度为厚度5~IOmm;
[0056] 3)在错杆定位环上方放置塑料中空水袋，W留置出扩大头空间，中空水袋中间穿 塑料管，如图5所示；
[0057] 4)向±体腔内填充±体，填±时先填水袋的四周并压密，首先使水袋定位，再填水 袋上方；
[0化引 5)逐层填±，逐层压密，直至填到填±腔上端口；
[0059] 6)使±体静止4小时后，从下端口刺破塑料中空水袋，将袋中的水全部排空，从错 杆固定环中孔中取出塑料袋；
[0060] 7)轻轻旋转留置于±体中间的塑料管，并从上端将其抽出，并确保留置的钻孔与 扩大头不塌孔；
[0061] 8)将待试错杆插入筒内，下端用错杆定位环8定位；
[0062] 9)在错杆与扩大头及塑料管预留空隙间填充水泥砂浆，水泥砂浆的填充高度按工 程设计要求取值为h，如图5所示；
[0063] 10)在水泥浆达到设计强度后重复1.(1)中的步骤3)~5)。
[0064] (2)浆囊错杆的短时拉拔力试验
[0065] 本试验与扩大头错杆试验相似，只是将扩大头换成浆囊袋，由于浆囊袋与错杆组 合成一个整体，错杆与砂浆的界面上发生直接剪切破坏的可能性大大降低，可有效地提高 错杆拉拔力。但由于浆囊袋与错杆连成一体，钻孔直径要适当加大，扩大头直径也应适当加 大，一般可取扩大头直径与钻孔直径之比D/R= 1.5~2.0为宜。
[0066] 1)按实验设计要求选用适当的<P:角的测力腔的外壳与底部外壳，上部直筒外壳组 合，仍W (p=9(T为例说明，如图4所示；
[0067] 2)在外壳内侧喷水泥砂浆层，厚度为厚度5~IOmm;
[0068] 3)在轴线位置放外径与钻孔内径相同的塑料管，下部由定位环定位，在管外逐层 填±并逐层压密，直至填±腔上端口；
[0069] 4)使±体静止4小时后，轻轻旋转留置于±体中间的塑料管，从上端将其抽出，并 确保留置的钻孔不塌孔；
[0070] 5)根据浆囊袋的设计尺寸，在底部开切浆囊袋扩大头空间，可采用高压水切削± 体，也可用下字旋切刀切削±体，切削下的±屑与水从下端定位环中孔排出；
[0071] 6)插入带浆囊袋错杆，错杆下端部由定位环定位；
[0072] 7)向浆囊袋灌注水泥砂浆，待灌入浆量达到设计量且灌浆压力升高后停止灌浆；
[0073] 8)在错杆与钻孔孔壁间插入小塑料管，向壁间注入水泥砂浆，浆液注入高度按设 计要求取值。
[0074] 9)待灌入水泥砂浆达到设计强度后，套入串屯、千斤顶，并与测试系统相连接
[0075] 10)加上端错固头，并按设计要求用螺母施加错杆的预应力；
[0076] 11)开启千斤顶液压累拉拔错杆，直至错杆被拉断，记录错杆的极限拉拔力和极限 位移值。
[0077] 本试验的浆囊袋不仅可W放置在钻孔底部，也可放置在钻孔中部，也可W在一个 钻孔放置多个，对于多个浆囊袋错杆拉拔力试验也可采用本装置完成，只需将几个填±腔 竖向进行组合，加长试验错杆长度即可。
[0078] (3)浆囊错杆的长期拉拔力试验
[0079] 本试验装置可W开展错杆的长期拉拔力试验，主要通过串屯、千斤顶的加载系统来 实现。
[0080] 与浆囊错杆的短时拉拔力试验的安装与灌浆方法相同，即完成浆囊错杆的短时拉 拔力试验的1)~10)步，在开启千斤顶液压累后，将拉拔力控制在短期极限承载力W下，并 逐步加大荷载的一种试验。具体可按如下方法进行：
[0081] 1)完成浆囊错杆的短时拉拔力试验的1)~10)步；
[0082] 2)取浆囊错杆的短时极限拉拔力的0.5倍，作为千斤顶拉拔力的控制值，并保持拉 拔力不变48小时；
[0083] 3)当拉拔力保持48小时错杆未出现破坏或错杆位移保持稳定时，增加 0.1倍短时 极限拉拔力且继续保持不变；
[0084] 4)按3)循环加载，不断监测直至错杆整体破坏得到长期极限拉拔力；
[0085] 5)发生如下其中之一现象即可认为错杆整体破坏：
[0086] A.错杆杆件被拉断或拉出；
[0087] B.错杆拉拔力持续下降，无法保持拉拔力不变；
[0088] C.错杆的拔出位移不断增加，且无法稳定。
[0089] 普通错杆杆体W及扩大头整体错杆也可W开展长期拉拔力试验，试验方法也可相 似进行。
【主权项】
1. 一种锚杆综合实验装置，包括支撑架，其特征在于:所述支撑架上设置有用以安装锚 杆的外壳、用以锚杆定位的锚杆定位环、用以锚杆锚固的锚头和用以拉拔锚杆的千斤顶测 试系统，所述外壳的顶部设有上端口，所述外壳的底部设有用以锚杆的下端穿过的下端口， 所述千斤顶测试系统安装于所述上端口处，所述锚杆定位环安装于所述下端口处，所述锚 头包括上锚头和下锚头，所述上锚头位于所述千斤顶测试系统的上方，所述下锚头位于所 述锚杆定位环的下方，所述上锚头、千斤顶测试系统的千斤顶、锚杆定位环和下锚头均套装 于锚杆上。2. 如权利要求1所述的一种锚杆综合实验装置，其特征在于:所述外壳为带有填土腔外 壳，所述带有填土腔外壳包括填土腔和外壳本体，所述填土腔的腔壁为水泥砂浆涂层，所述 水泥砂浆涂层与所述外壳本体的内壁贴合。3. 如权利要求1所述的一种锚杆综合实验装置，其特征在于:所述外壳为直筒外壳。4. 如权利要求2所述的一种锚杆综合实验装置，其特征在于:所述带有填土腔外壳分为 三段，上段为小直径直筒形，中段为锥形，下段为大直径直筒形，所述上段、中段和下段均为 同轴设置，所述中段处的水泥砂浆涂层与外壳本体之间设有测力腔，所述水泥砂浆涂层与 所述测力腔之间还设有受力膜，所述测力腔内设有用于检测受力膜上的压力的传感器，所 述受力膜与所述外壳本体固定连接，所述外壳本体在测力腔处还开有出线孔。5. 如权利要求4所述的一种锚杆综合实验装置，其特征在于:所述中段的锥面与所述上 段的轴线之间的夹角为45°~90°。6. 如权利要求5所述的一种锚杆综合实验装置，其特征在于：当夹角小于60°时，所述中 段与所述上段的连接处设有加劲肋，所述加劲肋位于所述外壳外。7. 如权利要求2或4或5任意一项所述的一种锚杆综合实验装置，其特征在于:所述水泥 砂衆涂层的厚度为5~10mm。8. 如权利要求3所述的一种锚杆综合实验装置，其特征在于：所述直筒外壳的内径为 100~150mm〇9. 如权利要求4所述的一种锚杆综合实验装置，其特征在于:所述带有填土腔外壳的下 段处的内径为500~1000mm。10. 如权利要求4所述的一种锚杆综合实验装置，其特征在于:所述测力腔设置有四个， 四个测力腔均布在所述带有填土腔外壳的锥形段处。
【文档编号】E02D33/00GK205530391SQ201520937628
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2015年11月23日
【发明人】章雪峰, 郑丽海, 单玉川, 应义淼, 杨俊杰, 闻卫东, 任海刚, 郑曙光
【申请人】浙江工业大学工程设计集团有限公司, 浙江杰立建设集团有限公司, 浙江浙工大检测技术有限公司