专利名称：用于边坡稳定的永久性锚索的制作方法
技术领域：
本实用新型属一种岩土工程中用于稳定边坡的永久性锚索。
背景技术：
预应力锚索是岩土工程中用于边坡稳定加固的重要手段，按使用年限可分为临时锚索和永久性锚索。永久性锚索要求使用年限在50-100年甚至更长，所以对预应力锚索的耐久性要求越来越高。参见图1，永久性锚索主要由埋入地基插孔(9)内固化的水泥浆体结石(7)里的内锚固段(I)、自由段(II)和露出地基的外锚固头(III)组成，通常无粘结拉索(8)是由钢绞线和防护套组成，芯部的钢绞线上、下端分别与外锚固段和内锚固段固定连接，要长期维持张拉力，需要通过外锚固段拉紧拉索形成预应力。由于水泥浆体结石包裹的内锚固段钢绞线的裸露下端通常处于地下水中，而钢绞线的裸露上端通常暴露于地基表面，且钢绞线要长期承受着张拉力的作用，所以极易产生拉索的腐蚀破坏。因此永久锚索体各部分的密封防水、防止有害物质的渗入腐蚀是非常重要的。
目前日本及西方国家所采用的防腐措施，一是对预应力锚索拉线本身的防腐处理主要采用在钢绞线全长进行PE外套保护、使用防腐油脂及膨胀防腐充填剂等材料对裸露的两端部进行保护；另一种是通过保持水泥浆体结石的封闭性来阻断水等有害物质的渗入，以达到锚索钢绞线的防腐效果。前者各个国家的各种工法处理基本相同，而后者的处理好坏则会直接影响整体防腐效果和锚索张拉力的长期维持。在预应力锚索技术领域中，从整体来说是以摩擦型锚索为主体的，即通过柱状水泥浆体结石与周围地基产生的摩擦力来维持张拉力。因此，水泥浆体结石既是传递锚索张拉力给周围的地基的载体，同时如前所述，在锚索的整体防腐方面也发挥着不可缺少的重要作用，所以在张拉过程及使用期间水泥浆体结石不发生裂纹破坏是非常重要的。
根据锚索内锚固段附近的水泥浆体结石的受力状态，又将预应力锚索分为拉力型锚索和压力型锚索。拉力型锚索是水泥浆体结石承受拉应力，由于水泥浆体结石的抗拉强度非常低，所以很容易产生进行性拉裂破坏。为解决上述问题，日本有科技人员首先提出了压力分散型锚索构造，这是一种不易破坏的受力状态明显好于拉力型锚索的实用索体，目前得到广泛应用，因而使很多人简单地错误认为如果锚索的水泥浆体结石全长受着压应力作用，水泥浆体结石是根本不会产生裂纹破坏的。本实用新型者根据长期试验研究，发现虽然不会象拉力型锚索产生明显的拉裂破坏，但由于压应力而产生的压缩、剪切脆性裂纹还是大量存在的(参见图8)，经过对锚索体的三维有限元数值解析结果同样证明了这种脆性裂纹破坏的存在性。另外，由于水泥浆体结石在受力状态下存在潜在裂纹，随着时间的推移，潜在裂纹发展为微小裂纹，微小裂纹的先端将产生应力腐蚀而使裂纹不断地慢慢扩展，最后水泥浆体结石也将产生脆性裂纹破坏。这种脆性裂纹破坏会导致水泥浆体结石失去整体防腐功能并使拉索的张拉力松弛减少，从而给工程的长期安全运营带来重大的隐患。
发明内容
本实用新型要解决的技术问题是克服上述现有技术的不足，提供一种水泥浆体结石不易产生裂纹、具有更好的防腐性能、承载力高、压力分散型的用于边坡稳定的永久性锚索。
解决上述问题的技术方案是(参见实施例图)本实用新型设有露出地基表面的外锚固头(III)、埋入地下水泥浆体结石(7)内的内锚固段(I)，和位于外锚固头和内锚固段之间的自由段(II)，所述内锚固段(I)由拉索(8)和垂直向分布的一组以上的内锚固端承载组件(A1，A2，A3)构成，每组承载组件(A)设有承压板(2)和下端与承压板固定连接的垂直向承压柱(4)，圆周向环绕承压柱分布的多根垂直向拉索(8)，上端经过自由段(II)锚固于外锚固头(III)，下端分组布于不同的承载组件中，并分别与对应组承载组件的承压板(2)固定连接，其特征在于所述承压柱(4)和拉索(8)的外部套有螺旋钢筋(3)，螺旋钢筋下端与承压板固定连接。
本实用新型的进一步方案是所述螺旋钢筋(3)下部靠着承压板部位的局部钢筋(3a)螺距为零地紧密排列，其上部的螺旋钢筋则拉开一定间距。
本实用新型的又一方案是所述承压柱(4)上端与直径小于承压板直径的垫板(5)下端面固定连接，所述的承压板(2)和垫板(5)主体呈圆柱体状，其上端面边缘与侧壁之间为圆滑过渡的弧面(2a，5a)，所述的承压板(2)和垫板(5)的下端面边缘设有垂直于该端面的短筒状环形护裙(2b，5b)。
本实用新型的再进一步方案是所述的承压柱(4)为空心钢管，其外壁为光滑壁面，钢管上下端分别设有外螺纹，并分别通过嵌入式螺纹连接结构与垫板(5)和承压板(2)固定连为一体。
本实用新型采用是分散型压力锚索，即在内锚固段(I)设置多组承载组件分别承担部分设计张拉力，从而使得每个承载组件承担的荷载变小，而承力钢管及垫板的设置，能够有效地进行应力分散使得即使地层强度较小也不会产生大的变形和失稳现象，同时本实用新型对承载组件的结构进行了改进并取得如下有益效果每组承载组件的承压钢管及拉索外所套的螺旋钢筋，可使附近的水泥浆体结石承担的荷载变得更小，使水泥浆体结石所受压应力远小于其极限压应力，不易产生裂纹，同时由于螺旋钢筋具有约束作用，可制约水泥浆体结石的压缩裂纹、剪切裂纹、应力腐蚀裂纹及冲切破坏的产生，而且既使产生裂纹也能够有效地阻断裂纹扩展到地基边界，从而能够有效地阻止地下水的渗入，进而达到整体防腐的效果。
本实用新型的进一步方案是螺旋钢筋(3)下部靠着承压板部位的局部钢筋(3a)螺距为零地紧密排列，该部位螺旋钢筋能够分担承载轴向压力，从而使锚索具有高承载能力。
本实用新型的又一方案在承压柱上端设置的垫板(5)可起到分散应力的作用，承压板和垫板上端面边缘为圆滑曲面(2a、5a)，可避免受压的水泥浆体结石因产生应力集中而导致的裂纹破坏，承压板和垫板的下端面边缘设置的短筒护筒(2b，5b)可阻止下端面的水泥浆体结石产生的裂纹向边缘扩展。
在再进一步方案中使承压柱外壁采用光滑壁面，可减少导致水泥浆体结石产生龟裂的集中应力，而空心钢管承压柱(4)上下端分别通过嵌入式螺纹连接结构与垫板(5)和承压板(2)连为一体，使承载组件的安装更加方便。
以上表明本实用新型的永久性锚索，充分考虑了水泥浆体结石的受力机制，采用了能够防止裂纹产生及扩展的结构，从而使本锚索体具有水泥浆体结石的整体防腐及自身防腐双重以上的防腐保护，并通过保证水泥浆体结石的完整性，使得锚索的张拉力能够得到长久维持。
图1、本实用新型实施例结构示意图图2、图1所示单组承载组件A的结构示意图；图3、图2所示承压板2的H向结构示意图图4、图3的B-B向剖视图图5图2所示承压板2的G向结构示意图图6、图5的C-C向剖视图图7图1所示封闭式外锚头III结构示意图；图8、压缩裂纹基本类型及现有锚索技术产生裂纹的分布示意图1-挤压套 2-承压板 3-螺旋钢筋 4-承压柱 5-垫板 6-对中架7-水泥浆体结石 8-拉索 9-插孔 10-混凝土预应力十字架 11-挤压套盖12-弹簧垫圈 13-注油螺丝 14-防锈液 15-中心孔 16-穿索孔 17-胶皮块18-密封筒 19-保护罩 20-锚具螺杆 21-锚具螺帽 22-锚垫 23-混凝土盖具体实施方案本例的拉索8采用附着有PE保护层的无粘结钢绞线，共设有六根无粘结钢绞线拉索8，并设有三组承载组件A1、A2、A3，六根拉索下端平均分成三组，分别对称固定于三组承载组件的承压板2上(参见图1)，拉索8平行穿过对中架6，以保持拉索之间的平行并保证置拉索于锚孔中央。六根无粘结钢绞线拉索上端与外锚头III张拉固定，这样使得内锚固段I的水泥浆体结石将外锚头的张拉力以受压的形式传递给地基。由于水泥浆体结石具有抗压强度远远大于抗拉强度的特性，所以不会产生拉裂前进型破坏，从而使得本锚索体具有水泥浆体结石整体防腐的效果，同时水泥浆体结石的完整性可保证锚索张拉力能够得到长久维持。
所述的水平向承压板2设有垂直贯通的中心孔15，中心孔内径呈上大下小的台阶形(见图3、图4)，钢管承压柱4上下端设有外螺纹，其下端拧入对应承压板2台阶形中心孔15上部大径孔内，与该中心孔内壁螺纹连接，上端拧入直径小于承压板直径的垫板5的中心孔内，与该中心孔内壁螺纹连接。垂直向的拉索8从垫板5侧部经过，到达下方的承压板，所述承压板2和垫板5上端面周边与侧壁的连接部位为圆滑曲面形状，这样可以避免水泥浆体结石产生应力集中；承压板2和垫板5下端面周边设有由沿侧壁向下延伸的立壁构成的环形护裙2b及5b，护裙可以阻断下端面的水泥浆体结石拉伸裂纹的向外扩展，钢管承压柱4采用光滑壁面可避免周围水泥浆体结石产生拉伸裂纹。承压板中心孔15上部大孔径部分应能保证与钢管承压柱4进行嵌入式螺纹连接，下部小孔径部分应能保证泥浆注入管通过。
为进一步增大摩擦力，钢管承压柱4外壁上设有散在的凸起部位(如要增小集中应力，也可采用光滑壁面)。
见图2，钢管承压柱4和环绕其圆周向设置的拉索8外套有螺旋钢筋3，螺旋钢筋3整体呈上下直径相同的圆筒形，筒状螺旋钢筋下端套在承压板2侧壁外径上小下大形成的环形台阶上，承压板上端面设有一孔，螺旋钢筋下端插入该孔，与承压板固定连接，组成上述螺旋钢筋3的钢筋横截面呈圆形。筒形螺旋钢筋下部靠近承压板一端的部分螺旋形钢筋螺距为零地紧密排列，其上部的螺旋形钢筋之间则拉开一定距离。
螺旋钢筋3的筒形内径在施工允许的情况下，要适当增大并在全长范围内保持相同内径。螺旋钢筋下部紧密排列的部位可分担部分压力，从而减小在承压板2附近水泥浆体结石的压应力。螺旋钢筋上下直径相同，既可以对内侧的水泥浆体结石产生约束效果，又可以避免外侧的水泥结石产生周向拉裂。
承压板2设有六个环绕中心孔15均布的垂直向贯通的穿索孔16，其中四个设为直径相同的穿过孔，用于拉索的穿过，另外两个用于固定拉索下端的固定穿索孔16a的孔径呈下大上小的台阶形(参见图5、图6)，拉索8从上至下穿过对中架6及上部承载组件承压板的穿索孔到达用于固定其下端的对应承载组件，从承载组件上部的垫板5侧部经过(因垫板直径小于承压板)，再穿过钢管承压柱4与螺旋钢筋之间的空间，到达承压板2，拉索无粘接钢绞线下端穿过承压板的对应固定穿索孔16a，通过挤压套1卡在穿索孔小径孔下孔口与大径孔交界的台阶部位，挤压套1外套有挤压套盖11(参见图2)，挤压套盖上端口拧入穿索孔16a下部的大径孔内，与该大径孔内壁螺纹连接，挤压套盖下部装有注油螺丝13，密封的挤压套盖内腔注有防锈液14，挤压套下端与下方的挤压套盖之间装有预紧弹簧垫圈12。
具体安装时，将无粘接钢绞线8下端穿过承压板固定穿索孔16a，剥掉其PE保护层，并通过内部设有增大摩擦力的坚硬丝圈的挤压套1卡在穿索孔小径孔与大径孔交界的台阶部位，然后在挤压套盖11里放入预紧弹簧垫圈12，将挤压套盖上端口拧入固定穿索孔16a下端大径孔内，螺纹连接固定，预紧弹簧垫圈12可使得挤压套始终与承压板2成为一体并保持垂直于承压板2，通过挤压套盖下部设置的注油螺丝13向护罩内压力注入防锈油脂，以提高锚索整体的防腐性能，保证张拉力有效地进行传递。由于本例挤压套盖11与固定穿索孔16a采用内嵌螺纹连接结构，极大地缩小了连接部位的占用面积，致使承压板2和地基插孔9的直径可相应缩小。上述固定穿索孔16a最小直径应能保证拉索线的通过。
上述结构使得内锚固段承压力得以分散，内锚固段受力非常合理，在承载板上作用的压力，分别由承力钢管和零螺距螺旋钢筋段的轴向反力、水泥浆体结石的轴向反力、水泥浆体结石与地基的轴向摩擦力来平衡。随着远离承压板的距离的不同各部件所承担的反力大小也在变化，在承压板处断面压力是由承力钢管和零螺距螺旋钢筋段、水泥浆体结石来承担的，而地基的摩擦力为零不参与承担，越是远离承压板地基的摩擦力总和越是增大，承力钢管及水泥浆体结石承担的力越是变小，最后当地基的总摩擦力值达到作用于承压板的压力时承力钢管及水泥浆体结石承担的力变为零。
固定拉索8的外锚头III可采用由螺旋筋、锚垫板、锚具、保护套组成的普通外锚头，也可采用本申请人另案申请专利的外锚固头(专利申请号200410102950.1)，参见图7，无粘结钢绞线拉索8上端向上通过可动式密封胶皮块17进入外锚固头的金属密封筒18，再向上穿过锚具螺杆20进行张拉后楔锚固定，锚具螺杆穿过锚具螺帽21并与其螺纹连接，螺帽21为台阶式柱体，向下卡在筒状锚垫板22上口部位，台阶式锚垫板22下部面接触嵌入底面的凹孔，锚具螺杆外罩有保护罩19，保护罩内注入防腐油脂，并通过筒状锚垫板22的注入孔向金属密封筒18内压缩注入发泡防腐剂进行密封防腐，最后，在预应力混凝土十字梁10的上凹口处盖上预制的混凝土盖23并用不锈钢螺丝加以固定。上述的外锚固头结构除了具有高防腐性能外，而且具有承载能力提高、不易产生裂纹、不易破坏、更加耐久的优点。同时，由于转动锚具螺帽可以进行二次张拉或再次张拉，完全满足了能够对永久性锚索的施工及日后维护的质量管理及监控的要求，本文所述的“垂直”和“水平”均是相对地基面而言的，如当地基面为斜坡面时，所述的“垂直”即指与斜坡面垂直的方向。
权利要求1.用于边坡稳定的永久性锚索，设有露出地基表面的外锚固头(III)、埋入地下水泥浆体结石(7)内的内锚固段(I)，和位于外锚固头和内锚固段之间的自由段(II)，所述内锚固段(I)由拉索(8)和垂直向分布的一组以上的内锚固端承载组件(A1，A2，A3)构成，每组承载组件(A)设有承压板(2)和下端与承压板固定连接的垂直向承压柱(4)，圆周向环绕承压柱分布的多根垂直向拉索(8)上端经过自由段(II)锚固于外锚固头(III)，下端分组布于不同的承载组件中，并分别与对应组承载组件的承压板(2)固定连接，其特征在于所述承压柱(4)和拉索(8)的外部套有螺旋钢筋(3)，螺旋钢筋下端与承压板固定连接。
2.根据权利要求1所述的用于边坡稳定的永久性锚索，其特征在于所述螺旋钢筋(3)下部靠着承压板部位的局部钢筋(3a)螺距为零地紧密排列，其上部的螺旋钢筋则拉开一定间距。
3.根据权利要求1或2所述的用于边坡稳定的永久性锚索，其特征在于所述承压柱(4)上端与直径小于承压板的垫板(5)下端面固定连接，所述的承压板(2)和垫板(5)主体呈圆柱体状，其上端面边缘与侧壁之间为圆滑过渡的弧面(2a，5a)，所述的承压板(2)和垫板(5)的下端面边缘设有垂直于该端面的短筒状环形护裙(2b，5b)。
4.根据权利要求1或2所述的用于边坡稳定的永久性锚索，其特征在于所述的承压柱(4)为空心钢管，其外壁为光滑壁面，钢管上下端分别设有外螺纹，并分别通过嵌入式螺纹连接结构与上方的垫板(5)和下方的承压板(2)固定连为一体。
5.根据权利要求3所述的用于边坡稳定的永久性锚索，其特征在于所述的承压柱(4)为空心钢管，其外壁为光滑壁面，钢管上下端分别设有外螺纹，并分别通过嵌入式螺纹连接结构与上方的垫板(5)和下方的承压板(2)固定连为一体。
6.根据权利要求1或2所述的用于边坡稳定的永久性锚索，其特征在于所述的水平向承压板(2)设有垂直贯通的中心孔(15)，中心孔内径呈上大下小的台阶形，承压柱(4)下端拧入对应承压板(2)台阶形中心孔(15)上部大径孔内，与该中心孔内壁螺纹连接，所述的螺旋钢筋(3)整体呈上下直径相同的圆筒形，筒状螺旋钢筋下端套在承压板(2)侧壁外径上小下大形成的环形台阶上，承压板上端面设有一孔，螺旋钢筋下端插入该孔，与承压板固定连接。
7.根据权利要求3所述的用于边坡稳定的永久性锚索，其特征在于所述的水平向承压板(2)设有垂直贯通的中心孔(15)，中心孔内径呈上大下小的台阶形，承压柱(4)下端拧入对应承压板(2)台阶形中心孔(15)上部大径孔内，与该中心孔内壁螺纹连接，所述的螺旋钢筋(3)整体呈上下直径相同的圆筒形，筒状螺旋钢筋下端套在承压板(2)侧壁外径上小下大形成的环形台阶上，承压板上端面设有一孔，螺旋钢筋下端插入该孔，与承压板固定连接。。
8.根据权利要求6所述的用于边坡稳定的永久性锚索，其特征在于所述的承压板(2)设有环绕中心孔(15)均布的垂直向贯通的穿索孔(16)，穿索孔中用于固定拉索下端的固定穿索孔(16a)的孔径呈下大上小的台阶形，拉索(8)下端穿过承压板的对应固定穿索孔(16a)，通过挤压套(1)卡在穿索孔小径孔下孔口与大径孔交界的台阶部位，挤压套(1)外套有挤压套盖(11)，挤压套盖上端口拧入固定穿索孔(16a)下部的大径孔内，与该大径孔内壁螺纹连接，挤压套盖下部装有注油螺丝(13)，密封的挤压套盖内腔注有防锈液(14)，挤压套下端与下方的挤压套盖之间装有预紧弹簧垫圈(12)。
9.根据权利要求7所述的用于边坡稳定的永久性锚索，其特征在于所述的承压板(2)设有环绕中心孔(15)均布的垂直向贯通的穿索孔(16)，穿索孔中用于固定拉索下端的固定穿索孔(16a)的孔径呈下大上小的台阶形，拉索(8)下端穿过承压板的对应固定穿索孔(16a)，通过挤压套(1)卡在穿索孔小径孔下孔口与大径孔交界的台阶部位，挤压套(1)外套有挤压套盖(11)，挤压套盖上端口拧入固定穿索孔(16a)下部的大径孔内，与该大径孔内壁螺纹连接，挤压套盖下部装有注油螺丝(13)，密封的挤压套盖内腔注有防锈液(14)，挤压套下端与下方的挤压套盖之间装有预紧弹簧垫圈(12)。
专利摘要用于边坡稳定的永久性锚索，设有外锚固头(III)、内锚固段(I)，自由段(II)，内锚固段由拉索(8)和垂直向分布的一组以上的内锚固端承载组件(A1，A2，A3)构成，每组承载组件(A)设有承压板(2)和下端与承压板固定连接的垂直向承压柱(4)，拉索(8)上端经过自由段锚固于外锚固头，下端分组布于不同的承载组件中，并分别与对应组承载组件的承压板(2)固定连接，其特征在于所述承压柱(4)和拉索(8)的外部套有螺旋钢筋(3)，螺旋钢筋下端与承压板固定连接。本实用新型能防止水泥浆体结石裂纹的产生及扩展，提高整体防腐性能，使锚索的张拉力能得到长久维持。
文档编号E02D17/20GK2773177SQ200520008478
公开日2006年4月19日 申请日期2005年3月28日 优先权日2005年3月28日
发明者李炳奇, 矢富盟祥 申请人:李炳奇