专利名称：用来安装锚杆的方法和可用在这种方法中的锚杆的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种具有权利要求1前序部分特征的用来安装锚杆如土壤锚杆和岩石锚杆的方法。
此外本发明涉及一种可以用在本发明方法中的锚杆。
由US 4,459,067A已知一种开头所述类型的方法。
在这种已知方法中，将具有一沿纵向向内折叠的管子的锚杆(岩石锚杆或岩体锚杆)装入一钻削孔内，并通过提高在折叠的管子内部的压力将其扩张，使管子的外表面紧贴到钻削孔的内表面上并使锚杆固定在钻削孔内。
在已知岩石锚杆中，管子的前端是封闭的，而管子的后端，亦即与钻削孔的孔口(钻削孔的外端)相邻的末端，是与一软管或管子相连，通过它可以将压力流体(特别是水)送入管子内部，使它胀开。
已知方法和已知岩石锚杆的缺点是，它仅仅通过摩擦和形锁合固定在钻削孔内，但是不提供注射式锚杆有利的辅助效应，如包围钻削孔的土壤或岩石的强化。
本发明的目的是，提供一种开头所述类型的方法和用于这种方法的锚杆，它没有所述缺点，并实现锚杆快速完成和长久保持的固定。
在方法方面，这个目的通过方法主权利要求的特征实现，在锚杆方面，通过针对锚杆的独立权利要求的特征实现。
本发明优选和优良的方案是从属权利要求的内容。
按本发明方法安装的锚杆可靠和持久地固定，因为它紧密地贴合在钻削孔的内表面上，锚杆胀开的管子的壁产生形锁合和摩擦地以其材料向各间隙、裂缝和/或区域内变形，而且还有这样的优点，即，锚杆所要装入的岩石或土壤在钻削孔最深的末端区域内通过加入的硬化的材料得以强化，并且在钻削孔最深处存在的间隙或裂缝被这种材料填充。
本发明的锚杆是例如由上述US 4,459,067A所知的并称为“Swellex(膨胀锚栓)”的已知摩擦型锚杆的改进。在本发明的锚杆中，既借助于摩擦又通过与地基的机械(形锁合式的)连接使力传递到地基内。
本发明的锚杆有这样的优点锚杆也可以用作用于强化土壤的注射枪。如果位于外露表面之上的土层或在隧道结构内在它前面的岩层受挤压压力也这样地带来损害，即可能危及建筑物总的牢固性，那么在一定深度处或从一定深度起对土壤进行强化具有特别重要的意义。
在本发明的范围内，原则上可以采用锚杆泥灰、硅酸盐水泥和其他具有足够小的粒度的水泥、还有合成树脂和其他注射物作为硬化材料(注射物)。
在本发明的方法中，也可以采用水硬性胶结材料如注射(剂)(主要是由水、水泥以及必要时细的添加物例如烟灰组成的混合物)或泥灰(主要由水、水泥和细粒度的添加物组成的混合物)作为硬化材料。在这种情况下本发明的方法还有这样的优点，即锚杆内部通过硬化材料防止锈蚀。
也可以采用塑料作为硬化材料，它们例如熔液状注入并通过冷却固化，或在注入后通过化学反应硬化。
一般来说，在本发明方法中所用的工作方式可以说明如下制造一有必要长度和对于有关产品(锚杆)必要的直径的钻削孔。在该钻削孔内装入可胀开的锚杆。然后它特别是采用一接头(转接器)与一个泵连接，灌入水，施加压力，直至锚杆的轮廓展开，管子完全贴合在钻削孔壁上。接下来以这样的方式使轮廓膨胀，填满钻削孔直径的不规则部分。在裂缝或空腔内轮廓一直膨胀到其最大直径，由此与在规则钻削孔内有限的膨胀相比还形成一机械(形锁合的)固定。在达到这种状态以后，继续提高压力，直至尖端裂开，特别是在为此设置的槽的区域内裂开，并在钻削孔最深处断开。现在将原先所用的注水的接头用一注射接头替换，通过锚杆断开的尖端将注射物注入土壤内。注入挤压物(注射物)也在压力下进行，这时由于摩擦和要相应地选择尺寸的锚杆的锚杆-地基的机械连接这样地吸取压力，使得锚杆不会像活塞一样从钻削孔中被挤出来。
用于本发明方法的锚杆在其前端，亦即朝前插入钻削孔内的末端，具有一端头，它例如固定在一在那里设置的与管子相连的套上，其中端头在压力大于使管子胀开、以使它紧贴在钻削孔内表面上时所用的压力时打开，从而可以将硬化材料通过管子和打开的端头压入钻削孔内。
本发明的锚杆在其位于钻削孔内的末端上可以带一锚板，它在土壤或岩石一侧支承在锚杆的外部的端套上。
本发明的锚杆可以与注射钻削锚杆相结合。这有这样的优点，即，本发明的锚杆保证迅速的承载能力，而注射式锚杆保证持久的承载能力。
本发明的其他细节、特征和优点由以下参照附图的说明得到。
附图表示
图1以斜视图示意表示一岩石锚杆，图2以在中部区域内的剖视图表示岩石锚杆的管子，图3以在其末端区域内的剖视图表示岩石锚杆的管子，图4表示岩石锚杆前端上的端头的第一种实施形式，图5示意表示岩石锚杆的紧贴在钻削孔内表面上的胀开的管子，图6表示岩石锚杆端头的第二种实施形式，图7表示设置在岩石锚杆后端上亦即与钻削孔的开口端相邻的末端上的接头安装件，图8表示用来注入使岩石锚杆的管子胀开的压力介质的接头，图9表示用来将硬化材料注入钻削孔内的接头，图10表示局部剖开的锚杆，图11以局部剖视图表示锚杆的另一种实施形式。
尽管下面主要以在附图中所示的岩石锚杆为例说明本发明，但是可以肯定，在原则上本发明可用于所有类型的、尤其是开头所述类型的锚杆，亦即也用于用在土壤等软基础中的锚杆。
在图1中所示的岩石锚杆具有一管子1，它在其中部区域中具有在图2中以剖视图表示的横截面，亦即管子1具有一朝内的纵折皱3，其中管子1的壁的朝内折入的部分在中部区域(图2)内看起来大致成Ω形，而在管子1的末端区域中向内折叠的纵折皱3具有两个基本上相互平行分布的壁部分5(图3)。
管子1的末端，即如上所述具有在图3中所示的横截面形状的末端与套在这个末端上的套7和9连接。套7、9与管子1的末端特别是通过焊缝11连接。
一个端头13与管子1的内端连接，特别是与同管子1的这个末端连接的套9连接。
端头13是封闭的，但是设计成这样，使它在规定的压力时(大于使管子1胀开所需要的压力)打开并释放通向端头13或管子1内部的通道。在图4和6以及10和11中表示了端头13可能的实施形式。
在图4所示的实施形式中，端头13具有一收缩成尖端的末端15，它与端头13的管状部分通过一槽17连接，亦即通过一削弱部位连接。在管子1内部达到规定压力时端头13在槽17的区域内的壁破裂，使得管子1的例如通过焊缝10与套9连接的末端敞开。
在图6所示的实施形式中，端头13设计成管，其自由端19配备一内螺纹。往内螺纹中拧入一塞子21，使得在图6中所示实施形式的端头13在开始时是封闭的。在管子1或套9内达到规定的内部压力时，塞子21被从端头13构造成塞子座的末端19中挤出，使得在这种实施形式时管子1的内部也与外界连通，亦即与钻削孔内部连通。
一个接头安装件31通过套7同管子1的与管子1带有套7的内端和端头13相对的在图7中所示的另一端连接。例如接头安装件31通过焊缝33与套7连接。接头安装件31设置在岩石锚杆要固定在其内的钻削孔的开口端区域内。接头安装件31可以配备一单向阀34，它只开启朝管子1内的流动方向，而防止压力流体和硬化材料从岩石锚杆中流出。
在接头安装件31内既可连接在图8中所示的用来将压力流体特别是水引入管子1内部的接头35。也可以在接头安装件31上套一接头37，它如图9中所示并用来压入硬化材料，特别是水硬性胶结材料，如注射剂或泥灰。
图9中的接头37配备有一快速接合器38，使得可以快速连接来自输送硬化材料的泵的软管。
接头35和37可以配备外螺纹39，它可以拧入接头安装件31的内螺纹41内。
在如后面还要说明的那样，将岩石锚杆固定在钻削孔内以后，在接头安装件31上可以固定构件，例如环螺钉(DIN 580)。
为将所述的岩石锚杆(岩体锚杆)固定在钻削孔内，采取下述方式首先将岩石锚杆以其端头13在前插入事先加工好的钻削孔内。一旦这样进行后，便通过拧入固定在接头安装件31上的接头35将压力流体(例如大致具有100-500bar压力的水)引入管子1内部。在管子1内部所存在的压力的作用下管子1打开其纵向折皱3而胀开，使它以其外表面紧密地压紧在钻削孔的内表面上(图5)。一旦这样进行以后，便可以将接头35通过将它拧下的方式从接头安装件31上取下，并通过将接头37拧入接头安装件31的方式用接头37替换(图9)。现在，在压力作用下通过接头37(图9)压入从相应的泵输送过来的硬化材料，特别是注射剂或泥灰。这时在硬化材料内的压力大于此前在管子通过流体胀开时所存在的压力，使得端头13或者是通过(图4)尖端15由于槽17区域内壁的断裂从端头13上脱开的方式、或者是通过(图6)塞子21从塞子座19中顶出的方式打开。这一旦发生后，起先是用来使管子1胀开的流体，特别是水，以及然后是硬化材料从管子1中通过套9和端头13流出，进入钻削孔。现在硬化材料特别是水硬性胶结材料便填满了在管子1胀开后在残存折皱3和钻削孔内表面之间留下的空腔8(图5)。此外，硬化材料挤入从钻削孔的前端出发的裂缝或缺口，并强化装入了岩石锚杆的材料(岩石、岩体等等)，尤其是在钻削孔最深处的区域内的材料。
在一种略有不同的工作方式中也可以这样进行，即，首先用通过图8中的接头35输入的流体产生一足以使管子1扩张的压力，打开其折皱3，从而使管子1以其外表面紧贴在钻削孔上(图5)，接着提高流体的压力，使得端头13打开，然后才将图8中的接头35换成图9中的接头37。
此外，所述的工作方式还提供这样的优点，即，防止特别是由钢组成的岩石锚杆内部锈蚀。对于采用以水泥为基的水硬性胶结材料的情况附加地保证一碱性的环境，这是有利的。
用本发明的工作方式和采用本发明的岩石锚杆结合注射钻削锚杆(Injektionsbohranker)(所谓的“混合锚杆(Hybridanker)”)，使得采用可由内压力扩张的岩石锚杆的优点(快速的强化和牢固的结合)与通过硬化材料例如水硬性胶结材料固定的注射钻削锚杆的优点相结合，因为硬化材料填充在钻削孔内注射钻削锚杆外侧之间可能存在的自由空腔，并挤入从钻削孔出发的裂缝或间隙，从而使岩石(岩体)、土壤或者普遍来说钻削孔周围的地基加强。
在图10所示的实施形式中，锚杆同样由一型材管1和两个设置在其末端上的套7和9组成，套7和9与锚杆的型材管1通过压配和焊接连接。在图10中所示的实施例中，往套7上焊接一端头31，在图8和图9中所示的接头可有选择地拧入此端头内。为此，端头31具有一内螺纹，在图8中所示的用来使型材管1胀开的接合件可拧入此内螺纹内。通过这种接合将压力水输入，以使型材管1胀开，然后使锚杆的尖端脱落。
在端头31上，在取下按图8的接合件后也可以将按图9的注射接头与锚杆连接(拧在上面)。
在锚杆前端上，通过套9用焊缝10连接一带尖端15的端头13。在端头13的壁上在尖端15的底部附近设置一朝外开口的槽14。通过该槽14，在超过扩张压力后迫使材料断裂，接着使尖端15脱落，然后可以通过锚杆注入与地基粘合的材料。
在图11所示的实施例中，锚杆同样具有型材管1，在型材管1的末端上具有通过压配和/或焊接固定的套7和9，以及与套7连接(焊接)的端头31。在前面的套9上，通过焊缝55连接一配备外螺纹的接合件54，在这个接合件54上拧上一配备内螺纹的接合件53，在它上面连接着焊缝10、带有尖端15的端头13。在图11所示的实施例中，在尖端15根部处的槽17朝端头13的内侧张开。
与在附图中所示的实施形式不同，尖端15可以设计得具有不同的角度。也可以采用带有拱起的前端(凸起的)的端头13或带有平的前端的端头。
概括地，本发明的实施例可说明如下锚杆带有一纵向折叠的管子1以及带有一设置在锚杆的位于钻削孔内的末端上的、可在压力作用下打开的端头3，将该锚杆插入钻削孔内，并通过采用内压力在使管子1展开的情况下扩张，至直管子1在摩擦锁合和/或形锁合的情况下紧贴在钻削孔上，接着提高锚杆内的压力，使端头13的前部尖端15脱落。然后通过锚杆将硬化材料压入钻削孔内，以使得在锚杆的位于钻削孔最深处的末端和其内固定锚杆的地基(土壤、岩石)区域中的空腔以及位于附近地基内的空腔或裂缝被填满。特别是可以采用以水泥为基的水硬性胶结材料作为所述硬化材料。
权利要求
1.用来安装锚杆的方法，所述锚杆带有一个至少一次纵向折叠的管子(1)，其中，管子(1)在它插入一钻削孔以后通过采用内压力而胀开，其特征为在管子(1)胀开后提高内压力，直至设置在锚杆内端上的端头(13)打开并使锚杆的管子(1)内腔与钻削孔之间实现连通，然后将硬化材料通过管子(1)压入，用硬化材料填满管子(1)前端与钻削孔之间的空腔(8)以及从钻削孔出发的间隙和裂缝，最后使硬化材料硬化。
2.按权利要求1的方法，其特征为采用水硬性胶结材料作为所述硬化材料。
3.按权利要求2的方法，其特征为采用以水泥为基的水硬性胶结材料作为所述硬化材料。
4.按权利要求1的方法，其特征为采用塑料作为的所述硬化材料。
5.按权利要求4的方法，其特征为采用通过化学反应硬化的塑料。
6.按权利要求5的方法，其特征为采用环氧树脂。
7.按权利要求4的方法，其特征为采用塑料作为的所述硬化材料，将其熔液状压入。
8.按权利要求1至7之任一项的方法，其特征为为使管子(1)胀开，向锚杆的管子(1)内输入流体，特别是压力为100-500bar的水。
9.按权利要求8的方法，其特征为在管子(1)胀开后提高用来使管子(1)扩张的流体的压力，以打开端头(13)。
10.按权利要求1至9之任一项的方法，其特征为端头(13)通过在一设定断裂部位(槽17)区域内的断裂而打开。
11.按权利要求1至9之任一项的方法，其特征为端头(13)通过挤出一封闭塞(21)而打开。
12.在实施按权利要求1至11之任一项的方法时所用的锚杆，具有一管子(1)，管子具有至少一个纵向折皱(3)，其特征为在管子(1)的要最先插入一钻削孔内的后端上设置一起先封闭的端头(13)，并且端头(13)可在管子(1)内存在的压力的作用下打开。
13.按权利要求12的锚杆，其特征为在管子(1)的两端上设置套(7，9)，它们与管子(1)密封连接。
14.按权利要求13的锚杆，其特征为端头(13)与设置在锚杆的管子(1)内端上的套(9)连接。
15.按权利要求12至14之任一项的锚杆，其特征为端头(13)在其封闭的末端(15)处具有一设定断裂部位(槽17)。
16.按权利要求15的锚杆，其特征为端头(13)的位于设定断裂部位(槽17)之外的末端具有一尖端(15)。
17.按权利要求12至16之任一项的锚杆，其特征为端头(13)具有一个装入其外部末端(19)中的塞子(21)。
18.按权利要求17的锚杆，其特征为塞子(21)装入特别是用螺纹拧入端头(13)的配备内螺纹的末端(19)区域中。
19.按权利要求12至18之任一项的锚杆，其特征为端头(13)是一与锚杆的内套(9)连接的管。
20.按权利要求12至19之任一项的锚杆，其特征为在锚杆的管子(1)的与端头(13)相对的外端上设置一接头安装件(31)，在它里面可以选择性地固定一用来输入压力流体的接头(35)和一用来输入硬化材料特别是水硬性胶结材料的接头(37)。
21.按权利要求20的锚杆，其特征为接头安装件(31)带有一内螺纹(41)，接头(35，37)可通过外螺纹(39)拧入接头安装件(31)中。
22.按权利要求20或21的锚杆，其特征为用来输入硬化材料的接头(37)带有一用来连接用于硬化材料的输送软管的快速接合器(38)。
23.按权利要求19至22之任一项的锚杆，其特征为在接头安装件(31)内设置一单向阀(34)。
全文摘要
本发明涉及安装锚杆的方法和可用在这种方法中的锚杆。锚杆带有一纵向折叠的管子(1)以及带有一设置在锚杆的位于钻削孔内的末端上的、可在压力作用下打开的端头(3)，将该锚杆插入钻削孔内，并通过采用内压力在使管子(1)展开的情况下扩张，至直管子(1)在摩擦锁合和/或形锁合的情况下紧贴在钻削孔上，接着提高锚杆内的压力，使端头(13)的前部尖端(15)脱落。然后通过锚杆将硬化材料压入钻削孔内，以使得在锚杆的位于钻削孔最深处的末端和其内固定锚杆的地基(土壤、岩石)区域中的空腔以及位于附近地基内的空腔或裂缝被填满。特别是可以采用以水泥为基的水硬性胶结材料作为所述硬化材料。
文档编号E02D5/76GK1922365SQ200580001756
公开日2007年2月28日 申请日期2005年11月24日 优先权日2004年12月23日
发明者M·贝恩塔勒尔 申请人:阿特拉斯·科普科Mai有限公司