一种土遗址加固锚杆及其设计方法
【专利摘要】本发明公开了一种土遗址加固锚杆及其设计方法，锚杆结构包括多个连接螺杆、多节胶木杆、多个阻力棒和胶木螺母，避免了传统的单一棒状设计理念。在胶木杆上交错90°的均匀分布阻力棒，所形成的阻力结构更有利于增强锚固力。根据锚固长度，通过连接螺杆将胶木杆连接成锚杆，以适用于各种长度遗址土体的锚固。选择胶木杆作为锚杆材料，可应用于干旱、半干旱、潮湿的土遗址加固环境。本发明根据土遗址的条件确定锚杆的结构参数，不同的土质条件决定了不同参数的锚杆，而运用本发明提出的方法，就能够根据不同土遗址的具体情况，设计出合适的锚杆。
【专利说明】
【技术领域】
[0001] 本发明涉及古代土遗址保护领域，具体的说是一种土遗址加固锚杆及其设计方 法。 一种土遗址加固锚杆及其设计方法
【背景技术】
[0002] 我国西北地区遗存许多古代土建筑遗址，如陕西西安唐皇城墙含光门土遗址、甘 肃秦安县的大地湾人类居住遗址、西夏王陵土遗址等。这些土建筑遗址历史悠久，有些已被 列入世界文化遗产，具有很高的考古学和历史价值。由于年代久远，古代土遗址土体松散、 强度低、孔隙率大，大部分都产生严重的开裂，最终导致坍塌破坏。土由于自身物理、力学 性质和建造工艺决定了土遗址的脆弱性，因而针对土遗址的加固保护需要综合考虑较多因 素。锚杆锚固技术是加固土遗址的重要方法，可以有效地提高土遗址的稳定性。
[0003] 在土遗址保护领域现有常用的锚杆材料有木棒、碳纤维楠竹、碳纤维布复合材 料、楠竹加筋复合材料等，现有的锚杆都采用棒状设计。如孙满利在岩土工程学报，2006， 28 (12)，2156-2159的文章中研究的木质锚杆，在干旱地区使用不易腐烂，经历几千年后仍 然有较好的强度和支护作用。但是木质锚杆的含水量高，木锚杆的收缩必然大，会直接影响 锚固质量和锚固效果。
[0004] 王道勇在其硕士论文一锚杆技术在土遗址保护中的应用与研究中报道的碳纤维 楠竹，是在楠竹表面粘贴碳纤维布，以提高锚杆与锚固体之间的表面摩擦系数，增强锚固 力。但是与其他非木质锚杆材料相比，其强度较低，只能应用于小体量的土遗址加固，锚杆 长度一般采用100cm或70cm，且仍然是在干旱地区应用。
[0005] CN202090343U中报道了一种碳纤维布复合锚杆，锚杆材质为UPUC管，体积适中， 耐久性好，但强度相对较低，适用于1. 5 - 4m长度遗址土体的锚固。CN2793196中报道了一 种楠竹加筋复合锚杆，其体积大、耐久性好、强度较高，适用于大体量的土遗址加固。但是楠 竹仍然是木质的，其在半干旱或潮湿地区，其耐久性仍然难以满足要求。
【发明内容】
[0006] 为了克服现有锚杆在土遗址加固使用过程中，耐久性差、强度较低，不适用于各种 长度遗址土体的锚固以及不适用于半干旱地区的土遗址环境加固等缺陷，本发明目的在于 提供一种土遗址加固锚杆及其设计方法。
[0007] 本发明所述土遗址加固锚杆包括多个连接螺杆、多节胶木杆、多个阻力棒和胶木 螺母；其中：所述土遗址加固锚杆是由多节胶木杆根据所需长度，通过连接螺杆连接而成； 在各胶木杆的圆周表面均布有2组阻力棒；所述胶木螺母套装在所述加固锚杆上，当所述 加固锚杆装入土遗址内，该胶木螺母4的端面与土遗址的表面贴合。
[0008] 所述位于各胶木杆的圆周表面的各组阻力棒沿胶木杆的轴向交错90°排列；所 述各阻力棒的中心线与胶木杆的中心线之间的夹角为90°。
[0009] 在所述各胶木杆、阻力棒、连接螺杆和胶木螺母的外表面均涂覆有厚度为2mm的 植筋胶层。
[0010] 所述土遗址加固锚杆的设计方法的具体过程是：
[0011] 步骤1，确定锚杆材质：
[0012] 步骤2,确定的锚杆直径；
[0013] 根据被加固土遗址的土质条件确定锚杆的直径；根据式（1)和式（2)分别确定锚 杆预应力筋的截面面积A和锚杆直径D :
[0014]
【权利要求】
1. 一种土遗址加固锚杆，其特征在于，包括多个连接螺杆、多节胶木杆、多个阻力棒和 胶木螺母；其中：所述土遗址加固锚杆是由多节胶木杆根据所需长度，通过连接螺杆连接 而成；在各胶木杆的圆周表面均布有2组阻力棒；所述胶木螺母套装在所述加固锚杆上，当 所述加固锚杆装入土遗址内，该胶木螺母4的端面与土遗址的表面贴合。
2. 如权利要求1所述土遗址加固锚杆，其特征在于，所述位于各胶木杆的圆周表面的 各组阻力棒沿胶木杆的轴向交错90°排列；所述各阻力棒的中心线与胶木杆的中心线之 间的夹角为90°。
3. 如权利要求1所述土遗址加固锚杆，其特征在于，所述各胶木杆、阻力棒、连接螺杆 和胶木螺母的外表面均有厚度为2mm的植筋胶层。
4. 一种如权利要求1所述土遗址加固锚杆的设计方法，其特征在于：具体过程是： 步骤1，确定锚杆材质： 步骤2,确定的锚杆直径； 根据被加固土遗址的土质条件确定锚杆的直径；根据式（1)和式（2)分别确定锚杆预 应力筋的截面面积和锚杆直径D :
⑴ A = (31 D2) /4 (2) 式（1)和式（2)中：A锚杆预应力筋的横截面积；Nt为锚杆的设计轴向拉力值，单位为 N ;fptk为预应力筋材料强度标准值，单位为N/mm2 ;K为安全系数；D为锚杆直径； 步骤3 :确定的锚杆中锚固段长度；根据式（3)确定遗址土体中圆柱形锚杆锚固段长 度：
(3) 式⑶中屯为锚固段长度；Κ为安全系数；Nt为锚杆的设计轴向拉力，单位为N;d2S 锚固体直径；qs为土体与锚固体间粘结强度值，单位为kPa ; 根据锚杆的锚固段长度La，确定制作该锚杆需要的胶木杆数量X，其中La = ΙΟΟΟχ ; 步骤4:确定阻力棒的参数； 所述阻力棒的参数包括阻力棒直径和长度； 根据式（4)和式（5)分别确定阻力棒直径Di和长度Q : 0^(0.2-0.25)0 (4) L! = (1. 5 ?2)D (5) 式⑷和式（5)中A为阻力棒的直径；D为锚杆的直径；U为阻力棒的长度；步骤5 : 确定阻力棒在胶木杆圆周上的分布形式； 所述阻力棒在胶木杆圆周上的分布形式包括阻力棒的数量、同列阻力棒中相邻的两个 阻力棒的中心距1^2和楔入的角度α，所述阻力棒楔入角度α是指阻力棒中心线与胶木杆 中心线之间的夹角； 在确定阻力棒的楔入角度时，在相同的锚杆长度、锚杆直径、阻力棒长度和阻力棒直径 条件下，锚固体直径、浆体组成和土体体质等外界测试环境相同条件下，设阻力棒楔入的角 度α分别为45°和90°，设同组相邻两个阻力棒长轴中心线之间的间距L2分别为100mm、 200mm和400mm，对锚杆进行六组抗拉拔实验，通过比较测得的锚固力大小，确定楔入的角 度α和同列阻力棒中相邻的两个阻力棒的中心距"分别为锚固力最高时的阻力棒楔入角 和同列阻力棒中相邻的两个阻力棒的中心距；在确定阻力棒的数量时，根据式（6)确定阻 力棒数量y : y = (2La-4L2)/L2+l (6) 式（6)中：y为阻力棒数量；La为锚固段长度；L2为同组相邻两个阻力棒长轴中心线之 间的间距间距； 步骤6 :确定连接螺杆的参数； 根据式（7)和式（8)分别确定连接螺杆的直径D2和长度L3 : D2 = 2/3D (7) L3 = L2 (8) 式（7)和式（8)中：D2为连接螺杆的直径；D为锚杆的直径；L3为连接螺杆的长度；。为 阻力棒的间距； 步骤7,胶木螺母的确定；根据式（9)和式（10)分别确定胶木螺母的外径D3和厚度d : D3 = 2D (9) d = 1. 5〇! (10) 式（9)和式（10)中：D3为胶木螺母的直径；D为锚杆的直径；d为胶木螺母的厚度办 为阻力棒的直径； 步骤8,验证所述加固锚杆是否满足土遗址保护的要求；至此，完成了一种土遗址加固 锚杆的设计。
【文档编号】E02D5/74GK104088277SQ201410337723
【公开日】2014年10月8日 申请日期:2014年7月16日 优先权日:2014年7月16日
【发明者】李玉虎, 曹静, 王文军, 汪娟丽 申请人:陕西师范大学