包括钢绞线束的岩石扩孔自锁锚索的制作方法
包括钢绞线束的岩石扩孔自锁锚索的制作方法
【专利摘要】包括钢绞线束的岩石扩孔自锁锚索，包括外孔及其内部设置的锚索、锁头、分瓣式圆管；其中，锚索由多根钢绞线束组成，钢绞线束依次穿经锁头上的顶部、底部插孔后安装夹片以固定，分瓣式圆管中瓣状部的顶端高于锁头的顶部设置，底端位于锁头的顶部、底部之间设置，且瓣状部的底端与外孔底部开设的底部扩孔的孔壁相连接；制作时，先开设外孔，再装配钢绞线束、锁头，并置于外孔内，然后在钢绞线束上套入加压套管以对分瓣式圆管下压，直至散开的瓣状部的前端与底部扩孔的孔壁相连接以起到机械锚固的效果，再依次取走加压套管、灌浆、凝固即可。本设计不仅同时具备化学灌浆锚固力、机械锚固力，而且耐老化、抗疲劳性能强。
【专利说明】包括钢绞线束的岩石扩孔自锁锚索
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及岩土锚固领域，尤其涉及一种包括钢绞线束的岩石扩孔自锁锚索，具体适用于在原本化学灌浆锚固力的基础上提供机械锚固力，并通过钢绞线束增强抗疲劳性能。
【背景技术】
[0002]岩土锚固是岩土工程领域的重要分支，岩土锚固技术能充分调用和提高岩土体的自身强度和自稳能力，改善岩土体的应力状态，大大缩小结构物体积和减轻结构物的自重，显著地节省工程材料，提高施工过程的安全性。岩土锚固技术已经成为提高岩土工程稳定性和解决复杂岩土工程稳定问题最经济、最有效的方法之一，已在我国边坡、隧洞、地下工程、矿井、基坑及抗浮、抗倾结构等工程建设中获得广泛应用。
[0003]岩土锚固的迅速发展是和岩土锚固技术进步紧密相关的，近年来，我国岩土锚固技术得到了快速的发展，特别是在民用建筑地下室抗浮工程中应用非常广，但目前采用的常规普通锚杆存在以下缺陷:
[0004]缺陷1:常规普通锚杆的原理是由灌注胶结料的粘结作用来提供单一的锚固力，不耐高温，对环境湿度有特殊要求，存在老化问题。
[0005]缺陷2:常规普通锚杆的杆体材料通常为精轧螺纹钢，在长期承受动力荷载作用下，要求杆体材料有较好的抗疲劳性能，但目前国内精轧螺纹钢材质不稳定，用于风机基础等脉动荷载工况下曾出现过疲劳破坏，因此有必要研制一种新型的杆体材料，不仅有较高的强度也有很好的抗疲劳性能。
【发明内容】
[0006]本实用新型的目的是克服现有技术中存在的锚固力单一、不耐老化、抗疲劳性能较弱的缺陷与问题，提供一种锚固力多元化、耐老化、抗疲劳性能较强的包括钢绞线束的岩石扩孔自锁锚索。
[0007]为实现以上目的，本实用新型的技术解决方案是:包括钢绞线束的岩石扩孔自锁锚索，包括外孔及其内部设置的锚索、锁头，所述锚索包括锚固段与张拉段，锚固段的顶端与张拉段相连接，锚固段的底端与锁头相连接，且锚固段通过灌浆料与外孔的内壁相连接;
[0008]所述外孔由上至下包括依次连接的上直孔与底部扩孔，上直孔为圆筒结构，底部扩孔为上窄下宽的圆锥台结构，且上直孔的横截面窄于底部扩孔的横截面；
[0009]所述锚索由多根钢绞线束组成，每根钢绞线束由多根无粘结预应力钢绞线绞制而成，且锚固段内的钢绞线去除防腐层、张拉段内的钢绞线保留防腐层；
[0010]所述锁头是上窄下宽的圆锥台结构，锁头的顶部设置有顶部灌浆孔与多个用于钢绞线束插入的顶部插孔，顶部灌浆孔位于正中间，多个顶部插孔绕顶部灌浆孔均匀分布，锁头的底部设置有底部灌浆孔与多个用于钢绞线束插入的底部插孔，底部灌浆孔位于正中间，多个底部插孔绕底部灌浆孔均匀分布，顶部灌浆孔、底部灌浆孔对应设置，顶部插孔、底部插孔对应设置，且底部插孔的直径大于顶部插孔的直径；所述钢绞线束上位于顶部插孔、底部插孔之间部位的外侧部通过夹片与顶部插孔、底部插孔的内孔壁相连接，所述夹片是上窄下宽、中空的圆锥台结构，夹片底部的直径小于底部插孔的直径；
[0011]所述岩石扩孔自锁锚索还包括套设在锚固段外部的分瓣式圆管，该分瓣式圆管由上至下包括限位部及其底部连接的多个瓣状部，限位部为圆筒式结构，限位部的直径大小位于锁头顶部、底部的直径之间，限位部的内部贯穿设置有锚固段，限位部的底部与多个瓣状部的顶端相连接，瓣状部的顶端高于锁头的顶部设置，瓣状部的底端位于锁头的顶部、底部之间设置，且瓣状部的底端与底部扩孔的孔壁相连接；
[0012]所述张拉段位于上直孔内设置，锚固段位于上直孔、底部扩孔内设置，锁头、分瓣式圆管位于底部扩孔内设置。
[0013]所述底部扩孔包括相互连接的中锥孔、下直孔，中锥孔为上窄下宽的圆锥台结构，中锥孔的顶部与上直孔同直径相通，中锥孔的底部与下直孔同直径相通。
[0014]所述灌浆料为无机微膨胀灌浆料，其28d抗压强度等级大于等于M50。
[0015]所述分瓣式圆管的制造材料为Q235B钢套管。
[0016]与现有技术相比，本实用新型的有益效果为:
[0017]1、本实用新型包括钢绞线束的岩石扩孔自锁锚索中的设备包括外孔及其内部设置的锚索、圆锥台结构的锁头、分瓣式圆管，其中，外孔由上至下包括依次连接的上直孔与底部扩孔，底部扩孔的截面宽于上直孔，该设计的目的不仅是为了给锁头上注入的灌浆料提供蔓延空间，更关键的在于给分瓣式圆管上的瓣状部提供机械配合，确保瓣状部在下压卡在锁头上后，四散开的瓣状部的底端能与底部扩孔的内孔壁相互卡接以实现机械固定，即以机械咬合力实现锚固，从而在原本化学灌浆料提供的化学灌浆锚固力的基础上，增加一种新的锚固力，进而克服现有技术中锚固力单一的缺陷。因此，本实用新型不仅具备化学灌浆锚固力，而且具备机械锚固力，锚固力多元化。
[0018]2、本实用新型包括钢绞线束的岩石扩孔自锁锚索中通过分瓣式圆管、锁头、底部扩孔来产生机械咬合力以作为新增的锚固力，与化学灌浆锚固力相比，其优点包括:首先，机械咬合力纯靠机械结构来实现，能够避免化学灌浆不耐高温、不耐湿、对环境湿度有特殊要求、易老化的缺陷，因而，即使当本实用新型中发生灌浆料逐步失效的情况，锚固力也会开始向下传递，直至锚头被机械完全锁死，增强机械咬合力，使得机械锚固性更可靠、更永久，相当于形成双保险；其次，传统的锚杆靠的仅是灌浆料与锚杆之间的粘结力来提供锚固力，靠的是纯粹的摩擦力，因此需要较长的长度，而本实用新型是化学锚固力、机械锚固力的共同作用，因而能大大减小化学灌浆段的长度，简化工艺，降低成本。因此，本实用新型不仅耐老化、锚固性更可靠，而且工艺更简单、成本更低。
[0019]3、本实用新型包括钢绞线束的岩石扩孔自锁锚索中的锚索由多根钢绞线束组成，每根钢绞线束由多根无粘结预应力钢绞线绞制而成，无粘结预应力钢绞线不仅强度高，而且抗疲劳性能好，因而本实用新型中的锚索不仅能满足岩土锚固技术中高强度的要求，而且具备较强的抗疲劳性能；此外，锚固段内钢绞线去除防腐层能够便于灌浆料与钢绞线之间的粘结力起作用，便于增强化学锚固力，而张拉段恰好相反，是需要自由滑动的，故张拉段内的钢绞线保留防腐层。因此，本实用新型不仅强度高、抗疲劳性能强，而且能增强化学锚固力。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1是本实用新型的结构示意图。
[0021]图2是图1中外孔的结构示意图。
[0022]图3图1中锚索、锁头的装配示意图。
[0023]图4是图3中锁头的结构示意图。
[0024]图5、图6是分瓣式圆管被下压时的操作示意图。
[0025]图中:灌浆料1、外孔2、上直孔21、底部扩孔22、中锥孔221、下直孔222、锁头3、顶部灌浆孔31、顶部插孔32、底部灌浆孔33、底部插孔34、钢绞线束4、夹片5、分瓣式圆管
6、限位部61、瓣状部62、加压套管7、分界线A。
【具体实施方式】
[0026]以下结合【专利附图】
【附图说明】和【具体实施方式】对本实用新型作进一步详细的说明。
[0027]参见图1 -图6，包括钢绞线束的岩石扩孔自锁锚索，包括外孔2及其内部设置的锚索、锁头3，所述锚索包括锚固段与张拉段，锚固段的顶端与张拉段相连接，锚固段的底端与锁头3相连接，且锚固段通过灌浆料I与外孔2的内壁相连接；
[0028]所述外孔2由上至下包括依次连接的上直孔21与底部扩孔22，上直孔21为圆筒结构，底部扩孔22为上窄下宽的圆锥台结构，且上直孔21的横截面窄于底部扩孔22的横截面；
[0029]所述锚索由多根钢绞线束4组成，每根钢绞线束4由多根无粘结预应力钢绞线绞制而成，且锚固段内的钢绞线去除防腐层、张拉段内的钢绞线保留防腐层；
[0030]所述锁头3是上窄下宽的圆锥台结构，锁头3的顶部设置有顶部灌浆孔31与多个用于钢绞线束4插入的顶部插孔32，顶部灌浆孔31位于正中间，多个顶部插孔32绕顶部灌浆孔31均匀分布，锁头3的底部设置有底部灌浆孔33与多个用于钢绞线束4插入的底部插孔34，底部灌浆孔33位于正中间，多个底部插孔34绕底部灌浆孔33均匀分布，顶部灌浆孔31、底部灌浆孔33对应设置，顶部插孔32、底部插孔34对应设置，且底部插孔34的直径大于顶部插孔32的直径；所述钢绞线束4上位于顶部插孔32、底部插孔34之间部位的外侧部通过夹片5与顶部插孔32、底部插孔34的内孔壁相连接，所述夹片5是上窄下宽、中空的圆锥台结构，夹片5底部的直径小于底部插孔34的直径；
[0031]所述岩石扩孔自锁锚索还包括套设在锚固段外部的分瓣式圆管6，该分瓣式圆管6由上至下包括限位部61及其底部连接的多个瓣状部62，限位部61为圆筒式结构，限位部61的直径大小位于锁头3顶部、底部的直径之间，限位部61的内部贯穿设置有锚固段，限位部61的底部与多个瓣状部62的顶端相连接，瓣状部62的顶端高于锁头3的顶部设置，瓣状部62的底端位于锁头3的顶部、底部之间设置，且瓣状部62的底端与底部扩孔22的孔壁相连接；
[0032]所述张拉段位于上直孔21内设置，锚固段位于上直孔21、底部扩孔22内设置，锁头3、分瓣式圆管6位于底部扩孔22内设置。
[0033]所述底部扩孔22包括相互连接的中锥孔221、下直孔222，中锥孔221为上窄下宽的圆锥台结构，中锥孔221的顶部与上直孔21同直径相通，中锥孔221的底部与下直孔222同直径相通。
[0034]所述灌浆料I为无机微膨胀灌浆料，其28d抗压强度等级大于等于M50。
[0035]所述分瓣式圆管6的制造材料为Q235B钢套管。
[0036]上述包括钢绞线束的岩石扩孔自锁锚索的制作方法，所述制作方法依次包括以下步骤:
[0037]第一步:先在岩石上钻直孔，再对该直孔的底部进行扩充以形成底部扩孔22，扩充完毕后即可得到外孔2，该外孔2由上至下包括依次连接的上直孔21、底部扩孔22 ；
[0038]第二步:先制作多根钢绞线束4，每根钢绞线束4都由多根无粘结预应力钢绞线绞制而成，再将钢绞线束4依次穿经锁头3上的顶部插孔32、底部插孔34，当钢绞线束4穿入底部插孔34时，将夹片5沿底部插孔34由下向上插入以固定钢绞线束4与锁头3，插入后，夹片5卡在钢绞线束4、底部插孔34的孔壁之间，此时，钢绞线束4、锁头3装配完毕；
[0039]第三步:先将上述装配完毕的钢绞线束4、锁头3—并放入外孔2内，再在锚固段的外部套入分瓣式圆管6，此时的分瓣式圆管6由上至下包括限位部61及其底部连接的多个瓣状部62，瓣状部62的底部与锁头3的顶部相接触，然后在锚固段的外部套入与分瓣式圆管6同直径的加压套管7，该加压套管7的底部与分瓣式圆管6的顶部相接触，再给加压套管7 —向下的力，下行的加压套管7将分瓣式圆管6下压，分瓣式圆管6被下压的过程中，瓣状部62会散开，直至卡在锁头3顶部、底部之间的部位，此时，散开的瓣状部62的前端与底部扩孔22的孔壁相连接以起到机械固定的效果，然后将加压套管7取走，再从顶部灌浆孔31注入灌浆料1，该灌浆料I依次经历顶部灌浆孔31、底部灌浆孔33后溢入底部扩孔22内，然后由底部扩孔22向上蔓延，当灌浆料I蔓延至锚固段、张拉段的分界线A时停止灌浆，等灌浆料I凝固后，即可得到所述包括钢绞线束的岩石扩孔自锁锚索。
[0040]所述第二步中，在钢绞线束4穿经锁头3上的顶部插孔32、底部插孔34之前，先对钢绞线束4进行编号。
[0041]本实用新型的原理说明如下:
[0042]现有技术中采用的锚杆靠的是灌浆料与杆体之间的粘结力来提供锚固力，是纯粹的摩擦力，该种设计的缺陷在于:首先，灌浆料与杆体之间的粘结力依赖灌浆料的化学作用，是一种化学力，而灌浆料不耐高温、不耐湿、对环境湿度有特殊要求，非常易老化，其产生的锚固力可靠性不高；其次，仅仅依赖化合力提供的摩擦力，就需要较长的灌浆长度，这会增加施工难度与施工成本。
[0043]为克服以上缺陷，本实用新型在原本化学锚固力的基础上增设了机械锚固力，具体如下:
[0044]机械咬合力:分瓣式圆管的瓣状部散开后会卡在锁头(锥台式)顶部、底部之间的部位，散开的瓣状部的前端会与扩孔部分的孔壁相连接以起到机械固定的效果；
[0045]化学灌浆锚固力:凝固后的无机灌浆料与孔壁之间的粘结力以及灌浆料与钢绞线锚固段之间的粘结力。
[0046]将机械式锚固与粘接式锚固结合起来，相对于现有的其它锚固技术，不再是单纯依靠化学锚固力，因此具备可靠性更高、锚固深度小、耐高温、耐水、耐老化等优点，特别是深孔自锁锚固技术(底部扩孔、分瓣式圆管、锁头)可应用于预应力与非预应力锚固，应用范围广泛。
[0047]实施例1:
[0048]参见图1 -图6，包括钢绞线束的岩石扩孔自锁锚索，包括外孔2及其内部设置的锚索、锁头3、瓣式圆管6，所述锚索包括锚固段与张拉段，锚固段的顶端与张拉段相连接，锚固段的底端与锁头3相连接，锚固段通过灌浆料1(灌浆料I为无机微膨胀灌浆料，其28d抗压强度等级大于等于M50)与外孔2的内壁相连接；所述锚索由多根钢绞线束4组成，每根钢绞线束4由多根无粘结预应力钢绞线绞制而成，且锚固段内的钢绞线去除防腐层、张拉段内的钢绞线保留防腐层；
[0049]所述外孔2由上至下包括依次连接的上直孔21与底部扩孔22，上直孔21为圆筒结构，底部扩孔22为上窄下宽的圆锥台结构，且上直孔21的横截面窄于底部扩孔22的横截面；
[0050]所述锁头3是上窄下宽的圆锥台结构，锁头3的顶部设置有顶部灌浆孔31与多个用于钢绞线束4插入的顶部插孔32，顶部灌浆孔31位于正中间，多个顶部插孔32绕顶部灌浆孔31均匀分布，锁头3的底部设置有底部灌浆孔33与多个用于钢绞线束4插入的底部插孔34，底部灌浆孔33位于正中间，多个底部插孔34绕底部灌浆孔33均匀分布，顶部灌浆孔31、底部灌浆孔33对应设置，顶部插孔32、底部插孔34对应设置，且底部插孔34的直径大于顶部插孔32的直径；所述钢绞线束4上位于顶部插孔32、底部插孔34之间部位的外侧部通过夹片5与顶部插孔32、底部插孔34的内孔壁相连接，所述夹片5是上窄下宽、中空的圆锥台结构，夹片5底部的直径小于底部插孔34的直径；
[0051]所述分瓣式圆管6 (分瓣式圆管6的制造材料为Q235B钢套管，即对Q235B钢套管的下半部分进行切槽处理以得到多个瓣状部62)由上至下包括限位部61及其底部连接的多个瓣状部62，限位部61为圆筒式结构，限位部61的直径大小位于锁头3顶部、底部的直径之间，限位部61的内部贯穿设置有锚固段，限位部61的底部与多个瓣状部62的顶端相连接，瓣状部62的顶端高于锁头3的顶部设置，瓣状部62的底端位于锁头3的顶部、底部之间设置，且瓣状部62的底端与底部扩孔22的孔壁相连接；
[0052]所述张拉段位于上直孔21内设置，锚固段位于上直孔21、底部扩孔22内设置，锁头3、分瓣式圆管6位于底部扩孔22内设置。其中，底部扩孔22可设计为相互连接的中锥孔221、下直孔222，中锥孔221为上窄下宽的圆锥台结构，中锥孔221的顶部与上直孔21同直径相通，中锥孔221的底部与下直孔222同直径相通。
[0053]上述包括钢绞线束的岩石扩孔自锁锚索的制作方法，所述制作方法依次包括以下步骤:
[0054]第一步:参见图2，先在岩石上钻直孔，再对该直孔的底部进行扩充以形成底部扩孔22，扩充完毕后即可得到外孔2，该外孔2由上至下包括依次连接的上直孔21、底部扩孔22 ；
[0055]第二步:参见图3、图4，先制作多根钢绞线束4，每根钢绞线束4都由多根无粘结预应力钢绞线绞制而成，再将钢绞线束4依次穿经锁头3上的顶部插孔32、底部插孔34，当钢绞线束4穿入底部插孔34时，将夹片5沿底部插孔34由下向上插入以固定钢绞线束4与锁头3，插入后，夹片5卡在钢绞线束4、底部插孔34的孔壁之间，此时，钢绞线束4、锁头3装配完毕；在钢绞线束4穿经锁头3上的顶部插孔32、底部插孔34之前，可对钢绞线束4进行编号以加快装配；
[0056]第三步:参见图5、图6，先将上述装配完毕的钢绞线束4、锁头3 —并放入外孔2内，再在锚固段的外部套入分瓣式圆管6，此时的分瓣式圆管6由上至下包括限位部61及其底部连接的多个瓣状部62，瓣状部62的底部与锁头3的顶部相接触，然后在锚固段的外部套入与分瓣式圆管6同直径的加压套管7，该加压套管7的底部与分瓣式圆管6的顶部相接触，再给加压套管7 —向下的力，下行的加压套管7将分瓣式圆管6下压，分瓣式圆管6被下压的过程中，瓣状部62会散开，直至卡在锁头3顶部、底部之间的部位，此时，散开的瓣状部62的前端与底部扩孔22的孔壁相连接以起到机械固定的效果，然后将加压套管7取走，再从顶部灌浆孔31注入灌浆料1，该灌浆料I依次经历顶部灌浆孔31、底部灌浆孔33后溢入底部扩孔22内，然后由底部扩孔22向上蔓延，当灌浆料I蔓延至锚固段、张拉段的分界线A时停止灌浆，等灌浆料I凝固后，即可得到所述包括钢绞线束的岩石扩孔自锁锚索(参见图1)。
【权利要求】
1.包括钢绞线束的岩石扩孔自锁锚索，包括外孔(2)及其内部设置的锚索、锁头(3)，所述锚索包括锚固段与张拉段，锚固段的顶端与张拉段相连接，锚固段的底端与锁头(3)相连接，且锚固段通过灌浆料(I)与外孔(2)的内壁相连接，其特征在于: 所述外孔(2)由上至下包括依次连接的上直孔(21)与底部扩孔(22)，上直孔(21)为圆筒结构，底部扩孔(22)为上窄下宽的圆锥台结构，且上直孔(21)的横截面窄于底部扩孔(22)的横截面； 所述锚索由多根钢绞线束(4)组成，每根钢绞线束(4)由多根无粘结预应力钢绞线绞制而成，且锚固段内的钢绞线去除防腐层、张拉段内的钢绞线保留防腐层； 所述锁头(3)是上窄下宽的圆锥台结构，锁头(3)的顶部设置有顶部灌浆孔(31)与多个用于钢绞线束(4)插入的顶部插孔(32)，顶部灌浆孔(31)位于正中间，多个顶部插孔(32)绕顶部灌浆孔(31)均匀分布，锁头(3)的底部设置有底部灌浆孔(33)与多个用于钢绞线束(4)插入的底部插孔(34)，底部灌浆孔(33)位于正中间，多个底部插孔(34)绕底部灌浆孔(33)均匀分布，顶部灌浆孔(31)、底部灌浆孔(33)对应设置，顶部插孔(32)、底部插孔(34)对应设置，且底部插孔(34)的直径大于顶部插孔(32)的直径；所述钢绞线束(4)上位于顶部插孔(32)、底部插孔(34)之间部位的外侧部通过夹片(5)与顶部插孔(32)、底部插孔(34)的内孔壁相连接，所述夹片(5)是上窄下宽、中空的圆锥台结构，夹片(5)底部的直径小于底部插孔(34)的直径； 所述岩石扩孔自锁锚索还包括套设在锚固段外部的分瓣式圆管(6)，该分瓣式圆管(6)由上至下包括限位部(61)及其底部连接的多个瓣状部(62)，限位部(61)为圆筒式结构，限位部(61)的直径大小位于锁头(3)顶部、底部的直径之间，限位部(61)的内部贯穿设置有锚固段，限位部(61)的底部与多个瓣状部(62)的顶端相连接，瓣状部(62)的顶端高于锁头(3)的顶部设置，瓣状部(62)的底端位于锁头(3)的顶部、底部之间设置，且瓣状部(62)的底端与底部扩孔(22)的孔壁相连接； 所述张拉段位于上直孔(21)内设置，锚固段位于上直孔(21)、底部扩孔(22)内设置，锁头(3)、分瓣式圆管(6)位于底部扩孔(22)内设置。
2.根据权利要求1所述的包括钢绞线束的岩石扩孔自锁锚索，其特征在于:所述底部扩孔(22)包括相互连接的中锥孔(221)、下直孔(222)，中锥孔(221)为上窄下宽的圆锥台结构，中锥孔(221)的顶部与上直孔(21)同直径相通，中锥孔(221)的底部与下直孔(222)同直径相通。
3.根据权利要求1或2所述的包括钢绞线束的岩石扩孔自锁锚索，其特征在于:所述灌浆料(I)为无机微膨胀灌浆料，其28d抗压强度等级大于等于M50。
4.根据权利要求1或2所述的包括钢绞线束的岩石扩孔自锁锚索，其特征在于:所述分瓣式圆管(6)的制造材料为Q235B钢套管。
【文档编号】E02D5/74GK204163078SQ201420506374
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2014年9月4日 优先权日:2014年9月4日
【发明者】周剑波, 高作平, 陈明祥, 张畅 申请人:武汉武大巨成结构股份有限公司
【专利摘要】包括钢绞线束的岩石扩孔自锁锚索，包括外孔及其内部设置的锚索、锁头、分瓣式圆管；其中，锚索由多根钢绞线束组成，钢绞线束依次穿经锁头上的顶部、底部插孔后安装夹片以固定，分瓣式圆管中瓣状部的顶端高于锁头的顶部设置，底端位于锁头的顶部、底部之间设置，且瓣状部的底端与外孔底部开设的底部扩孔的孔壁相连接；制作时，先开设外孔，再装配钢绞线束、锁头，并置于外孔内，然后在钢绞线束上套入加压套管以对分瓣式圆管下压，直至散开的瓣状部的前端与底部扩孔的孔壁相连接以起到机械锚固的效果，再依次取走加压套管、灌浆、凝固即可。本设计不仅同时具备化学灌浆锚固力、机械锚固力，而且耐老化、抗疲劳性能强。
【专利说明】包括钢绞线束的岩石扩孔自锁锚索
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及岩土锚固领域，尤其涉及一种包括钢绞线束的岩石扩孔自锁锚索，具体适用于在原本化学灌浆锚固力的基础上提供机械锚固力，并通过钢绞线束增强抗疲劳性能。
【背景技术】
[0002]岩土锚固是岩土工程领域的重要分支，岩土锚固技术能充分调用和提高岩土体的自身强度和自稳能力，改善岩土体的应力状态，大大缩小结构物体积和减轻结构物的自重，显著地节省工程材料，提高施工过程的安全性。岩土锚固技术已经成为提高岩土工程稳定性和解决复杂岩土工程稳定问题最经济、最有效的方法之一，已在我国边坡、隧洞、地下工程、矿井、基坑及抗浮、抗倾结构等工程建设中获得广泛应用。
[0003]岩土锚固的迅速发展是和岩土锚固技术进步紧密相关的，近年来，我国岩土锚固技术得到了快速的发展，特别是在民用建筑地下室抗浮工程中应用非常广，但目前采用的常规普通锚杆存在以下缺陷:
[0004]缺陷1:常规普通锚杆的原理是由灌注胶结料的粘结作用来提供单一的锚固力，不耐高温，对环境湿度有特殊要求，存在老化问题。
[0005]缺陷2:常规普通锚杆的杆体材料通常为精轧螺纹钢，在长期承受动力荷载作用下，要求杆体材料有较好的抗疲劳性能，但目前国内精轧螺纹钢材质不稳定，用于风机基础等脉动荷载工况下曾出现过疲劳破坏，因此有必要研制一种新型的杆体材料，不仅有较高的强度也有很好的抗疲劳性能。
【发明内容】
[0006]本实用新型的目的是克服现有技术中存在的锚固力单一、不耐老化、抗疲劳性能较弱的缺陷与问题，提供一种锚固力多元化、耐老化、抗疲劳性能较强的包括钢绞线束的岩石扩孔自锁锚索。
[0007]为实现以上目的，本实用新型的技术解决方案是:包括钢绞线束的岩石扩孔自锁锚索，包括外孔及其内部设置的锚索、锁头，所述锚索包括锚固段与张拉段，锚固段的顶端与张拉段相连接，锚固段的底端与锁头相连接，且锚固段通过灌浆料与外孔的内壁相连接;
[0008]所述外孔由上至下包括依次连接的上直孔与底部扩孔，上直孔为圆筒结构，底部扩孔为上窄下宽的圆锥台结构，且上直孔的横截面窄于底部扩孔的横截面；
[0009]所述锚索由多根钢绞线束组成，每根钢绞线束由多根无粘结预应力钢绞线绞制而成，且锚固段内的钢绞线去除防腐层、张拉段内的钢绞线保留防腐层；
[0010]所述锁头是上窄下宽的圆锥台结构，锁头的顶部设置有顶部灌浆孔与多个用于钢绞线束插入的顶部插孔，顶部灌浆孔位于正中间，多个顶部插孔绕顶部灌浆孔均匀分布，锁头的底部设置有底部灌浆孔与多个用于钢绞线束插入的底部插孔，底部灌浆孔位于正中间，多个底部插孔绕底部灌浆孔均匀分布，顶部灌浆孔、底部灌浆孔对应设置，顶部插孔、底部插孔对应设置，且底部插孔的直径大于顶部插孔的直径；所述钢绞线束上位于顶部插孔、底部插孔之间部位的外侧部通过夹片与顶部插孔、底部插孔的内孔壁相连接，所述夹片是上窄下宽、中空的圆锥台结构，夹片底部的直径小于底部插孔的直径；
[0011]所述岩石扩孔自锁锚索还包括套设在锚固段外部的分瓣式圆管，该分瓣式圆管由上至下包括限位部及其底部连接的多个瓣状部，限位部为圆筒式结构，限位部的直径大小位于锁头顶部、底部的直径之间，限位部的内部贯穿设置有锚固段，限位部的底部与多个瓣状部的顶端相连接，瓣状部的顶端高于锁头的顶部设置，瓣状部的底端位于锁头的顶部、底部之间设置，且瓣状部的底端与底部扩孔的孔壁相连接；
[0012]所述张拉段位于上直孔内设置，锚固段位于上直孔、底部扩孔内设置，锁头、分瓣式圆管位于底部扩孔内设置。
[0013]所述底部扩孔包括相互连接的中锥孔、下直孔，中锥孔为上窄下宽的圆锥台结构，中锥孔的顶部与上直孔同直径相通，中锥孔的底部与下直孔同直径相通。
[0014]所述灌浆料为无机微膨胀灌浆料，其28d抗压强度等级大于等于M50。
[0015]所述分瓣式圆管的制造材料为Q235B钢套管。
[0016]与现有技术相比，本实用新型的有益效果为:
[0017]1、本实用新型包括钢绞线束的岩石扩孔自锁锚索中的设备包括外孔及其内部设置的锚索、圆锥台结构的锁头、分瓣式圆管，其中，外孔由上至下包括依次连接的上直孔与底部扩孔，底部扩孔的截面宽于上直孔，该设计的目的不仅是为了给锁头上注入的灌浆料提供蔓延空间，更关键的在于给分瓣式圆管上的瓣状部提供机械配合，确保瓣状部在下压卡在锁头上后，四散开的瓣状部的底端能与底部扩孔的内孔壁相互卡接以实现机械固定，即以机械咬合力实现锚固，从而在原本化学灌浆料提供的化学灌浆锚固力的基础上，增加一种新的锚固力，进而克服现有技术中锚固力单一的缺陷。因此，本实用新型不仅具备化学灌浆锚固力，而且具备机械锚固力，锚固力多元化。
[0018]2、本实用新型包括钢绞线束的岩石扩孔自锁锚索中通过分瓣式圆管、锁头、底部扩孔来产生机械咬合力以作为新增的锚固力，与化学灌浆锚固力相比，其优点包括:首先，机械咬合力纯靠机械结构来实现，能够避免化学灌浆不耐高温、不耐湿、对环境湿度有特殊要求、易老化的缺陷，因而，即使当本实用新型中发生灌浆料逐步失效的情况，锚固力也会开始向下传递，直至锚头被机械完全锁死，增强机械咬合力，使得机械锚固性更可靠、更永久，相当于形成双保险；其次，传统的锚杆靠的仅是灌浆料与锚杆之间的粘结力来提供锚固力，靠的是纯粹的摩擦力，因此需要较长的长度，而本实用新型是化学锚固力、机械锚固力的共同作用，因而能大大减小化学灌浆段的长度，简化工艺，降低成本。因此，本实用新型不仅耐老化、锚固性更可靠，而且工艺更简单、成本更低。
[0019]3、本实用新型包括钢绞线束的岩石扩孔自锁锚索中的锚索由多根钢绞线束组成，每根钢绞线束由多根无粘结预应力钢绞线绞制而成，无粘结预应力钢绞线不仅强度高，而且抗疲劳性能好，因而本实用新型中的锚索不仅能满足岩土锚固技术中高强度的要求，而且具备较强的抗疲劳性能；此外，锚固段内钢绞线去除防腐层能够便于灌浆料与钢绞线之间的粘结力起作用，便于增强化学锚固力，而张拉段恰好相反，是需要自由滑动的，故张拉段内的钢绞线保留防腐层。因此，本实用新型不仅强度高、抗疲劳性能强，而且能增强化学锚固力。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1是本实用新型的结构示意图。
[0021]图2是图1中外孔的结构示意图。
[0022]图3图1中锚索、锁头的装配示意图。
[0023]图4是图3中锁头的结构示意图。
[0024]图5、图6是分瓣式圆管被下压时的操作示意图。
[0025]图中:灌浆料1、外孔2、上直孔21、底部扩孔22、中锥孔221、下直孔222、锁头3、顶部灌浆孔31、顶部插孔32、底部灌浆孔33、底部插孔34、钢绞线束4、夹片5、分瓣式圆管
6、限位部61、瓣状部62、加压套管7、分界线A。
【具体实施方式】
[0026]以下结合【专利附图】
【附图说明】和【具体实施方式】对本实用新型作进一步详细的说明。
[0027]参见图1 -图6，包括钢绞线束的岩石扩孔自锁锚索，包括外孔2及其内部设置的锚索、锁头3，所述锚索包括锚固段与张拉段，锚固段的顶端与张拉段相连接，锚固段的底端与锁头3相连接，且锚固段通过灌浆料I与外孔2的内壁相连接；
[0028]所述外孔2由上至下包括依次连接的上直孔21与底部扩孔22，上直孔21为圆筒结构，底部扩孔22为上窄下宽的圆锥台结构，且上直孔21的横截面窄于底部扩孔22的横截面；
[0029]所述锚索由多根钢绞线束4组成，每根钢绞线束4由多根无粘结预应力钢绞线绞制而成，且锚固段内的钢绞线去除防腐层、张拉段内的钢绞线保留防腐层；
[0030]所述锁头3是上窄下宽的圆锥台结构，锁头3的顶部设置有顶部灌浆孔31与多个用于钢绞线束4插入的顶部插孔32，顶部灌浆孔31位于正中间，多个顶部插孔32绕顶部灌浆孔31均匀分布，锁头3的底部设置有底部灌浆孔33与多个用于钢绞线束4插入的底部插孔34，底部灌浆孔33位于正中间，多个底部插孔34绕底部灌浆孔33均匀分布，顶部灌浆孔31、底部灌浆孔33对应设置，顶部插孔32、底部插孔34对应设置，且底部插孔34的直径大于顶部插孔32的直径；所述钢绞线束4上位于顶部插孔32、底部插孔34之间部位的外侧部通过夹片5与顶部插孔32、底部插孔34的内孔壁相连接，所述夹片5是上窄下宽、中空的圆锥台结构，夹片5底部的直径小于底部插孔34的直径；
[0031]所述岩石扩孔自锁锚索还包括套设在锚固段外部的分瓣式圆管6，该分瓣式圆管6由上至下包括限位部61及其底部连接的多个瓣状部62，限位部61为圆筒式结构，限位部61的直径大小位于锁头3顶部、底部的直径之间，限位部61的内部贯穿设置有锚固段，限位部61的底部与多个瓣状部62的顶端相连接，瓣状部62的顶端高于锁头3的顶部设置，瓣状部62的底端位于锁头3的顶部、底部之间设置，且瓣状部62的底端与底部扩孔22的孔壁相连接；
[0032]所述张拉段位于上直孔21内设置，锚固段位于上直孔21、底部扩孔22内设置，锁头3、分瓣式圆管6位于底部扩孔22内设置。
[0033]所述底部扩孔22包括相互连接的中锥孔221、下直孔222，中锥孔221为上窄下宽的圆锥台结构，中锥孔221的顶部与上直孔21同直径相通，中锥孔221的底部与下直孔222同直径相通。
[0034]所述灌浆料I为无机微膨胀灌浆料，其28d抗压强度等级大于等于M50。
[0035]所述分瓣式圆管6的制造材料为Q235B钢套管。
[0036]上述包括钢绞线束的岩石扩孔自锁锚索的制作方法，所述制作方法依次包括以下步骤:
[0037]第一步:先在岩石上钻直孔，再对该直孔的底部进行扩充以形成底部扩孔22，扩充完毕后即可得到外孔2，该外孔2由上至下包括依次连接的上直孔21、底部扩孔22 ；
[0038]第二步:先制作多根钢绞线束4，每根钢绞线束4都由多根无粘结预应力钢绞线绞制而成，再将钢绞线束4依次穿经锁头3上的顶部插孔32、底部插孔34，当钢绞线束4穿入底部插孔34时，将夹片5沿底部插孔34由下向上插入以固定钢绞线束4与锁头3，插入后，夹片5卡在钢绞线束4、底部插孔34的孔壁之间，此时，钢绞线束4、锁头3装配完毕；
[0039]第三步:先将上述装配完毕的钢绞线束4、锁头3—并放入外孔2内，再在锚固段的外部套入分瓣式圆管6，此时的分瓣式圆管6由上至下包括限位部61及其底部连接的多个瓣状部62，瓣状部62的底部与锁头3的顶部相接触，然后在锚固段的外部套入与分瓣式圆管6同直径的加压套管7，该加压套管7的底部与分瓣式圆管6的顶部相接触，再给加压套管7 —向下的力，下行的加压套管7将分瓣式圆管6下压，分瓣式圆管6被下压的过程中，瓣状部62会散开，直至卡在锁头3顶部、底部之间的部位，此时，散开的瓣状部62的前端与底部扩孔22的孔壁相连接以起到机械固定的效果，然后将加压套管7取走，再从顶部灌浆孔31注入灌浆料1，该灌浆料I依次经历顶部灌浆孔31、底部灌浆孔33后溢入底部扩孔22内，然后由底部扩孔22向上蔓延，当灌浆料I蔓延至锚固段、张拉段的分界线A时停止灌浆，等灌浆料I凝固后，即可得到所述包括钢绞线束的岩石扩孔自锁锚索。
[0040]所述第二步中，在钢绞线束4穿经锁头3上的顶部插孔32、底部插孔34之前，先对钢绞线束4进行编号。
[0041]本实用新型的原理说明如下:
[0042]现有技术中采用的锚杆靠的是灌浆料与杆体之间的粘结力来提供锚固力，是纯粹的摩擦力，该种设计的缺陷在于:首先，灌浆料与杆体之间的粘结力依赖灌浆料的化学作用，是一种化学力，而灌浆料不耐高温、不耐湿、对环境湿度有特殊要求，非常易老化，其产生的锚固力可靠性不高；其次，仅仅依赖化合力提供的摩擦力，就需要较长的灌浆长度，这会增加施工难度与施工成本。
[0043]为克服以上缺陷，本实用新型在原本化学锚固力的基础上增设了机械锚固力，具体如下:
[0044]机械咬合力:分瓣式圆管的瓣状部散开后会卡在锁头(锥台式)顶部、底部之间的部位，散开的瓣状部的前端会与扩孔部分的孔壁相连接以起到机械固定的效果；
[0045]化学灌浆锚固力:凝固后的无机灌浆料与孔壁之间的粘结力以及灌浆料与钢绞线锚固段之间的粘结力。
[0046]将机械式锚固与粘接式锚固结合起来，相对于现有的其它锚固技术，不再是单纯依靠化学锚固力，因此具备可靠性更高、锚固深度小、耐高温、耐水、耐老化等优点，特别是深孔自锁锚固技术(底部扩孔、分瓣式圆管、锁头)可应用于预应力与非预应力锚固，应用范围广泛。
[0047]实施例1:
[0048]参见图1 -图6，包括钢绞线束的岩石扩孔自锁锚索，包括外孔2及其内部设置的锚索、锁头3、瓣式圆管6，所述锚索包括锚固段与张拉段，锚固段的顶端与张拉段相连接，锚固段的底端与锁头3相连接，锚固段通过灌浆料1(灌浆料I为无机微膨胀灌浆料，其28d抗压强度等级大于等于M50)与外孔2的内壁相连接；所述锚索由多根钢绞线束4组成，每根钢绞线束4由多根无粘结预应力钢绞线绞制而成，且锚固段内的钢绞线去除防腐层、张拉段内的钢绞线保留防腐层；
[0049]所述外孔2由上至下包括依次连接的上直孔21与底部扩孔22，上直孔21为圆筒结构，底部扩孔22为上窄下宽的圆锥台结构，且上直孔21的横截面窄于底部扩孔22的横截面；
[0050]所述锁头3是上窄下宽的圆锥台结构，锁头3的顶部设置有顶部灌浆孔31与多个用于钢绞线束4插入的顶部插孔32，顶部灌浆孔31位于正中间，多个顶部插孔32绕顶部灌浆孔31均匀分布，锁头3的底部设置有底部灌浆孔33与多个用于钢绞线束4插入的底部插孔34，底部灌浆孔33位于正中间，多个底部插孔34绕底部灌浆孔33均匀分布，顶部灌浆孔31、底部灌浆孔33对应设置，顶部插孔32、底部插孔34对应设置，且底部插孔34的直径大于顶部插孔32的直径；所述钢绞线束4上位于顶部插孔32、底部插孔34之间部位的外侧部通过夹片5与顶部插孔32、底部插孔34的内孔壁相连接，所述夹片5是上窄下宽、中空的圆锥台结构，夹片5底部的直径小于底部插孔34的直径；
[0051]所述分瓣式圆管6 (分瓣式圆管6的制造材料为Q235B钢套管，即对Q235B钢套管的下半部分进行切槽处理以得到多个瓣状部62)由上至下包括限位部61及其底部连接的多个瓣状部62，限位部61为圆筒式结构，限位部61的直径大小位于锁头3顶部、底部的直径之间，限位部61的内部贯穿设置有锚固段，限位部61的底部与多个瓣状部62的顶端相连接，瓣状部62的顶端高于锁头3的顶部设置，瓣状部62的底端位于锁头3的顶部、底部之间设置，且瓣状部62的底端与底部扩孔22的孔壁相连接；
[0052]所述张拉段位于上直孔21内设置，锚固段位于上直孔21、底部扩孔22内设置，锁头3、分瓣式圆管6位于底部扩孔22内设置。其中，底部扩孔22可设计为相互连接的中锥孔221、下直孔222，中锥孔221为上窄下宽的圆锥台结构，中锥孔221的顶部与上直孔21同直径相通，中锥孔221的底部与下直孔222同直径相通。
[0053]上述包括钢绞线束的岩石扩孔自锁锚索的制作方法，所述制作方法依次包括以下步骤:
[0054]第一步:参见图2，先在岩石上钻直孔，再对该直孔的底部进行扩充以形成底部扩孔22，扩充完毕后即可得到外孔2，该外孔2由上至下包括依次连接的上直孔21、底部扩孔22 ；
[0055]第二步:参见图3、图4，先制作多根钢绞线束4，每根钢绞线束4都由多根无粘结预应力钢绞线绞制而成，再将钢绞线束4依次穿经锁头3上的顶部插孔32、底部插孔34，当钢绞线束4穿入底部插孔34时，将夹片5沿底部插孔34由下向上插入以固定钢绞线束4与锁头3，插入后，夹片5卡在钢绞线束4、底部插孔34的孔壁之间，此时，钢绞线束4、锁头3装配完毕；在钢绞线束4穿经锁头3上的顶部插孔32、底部插孔34之前，可对钢绞线束4进行编号以加快装配；
[0056]第三步:参见图5、图6，先将上述装配完毕的钢绞线束4、锁头3 —并放入外孔2内，再在锚固段的外部套入分瓣式圆管6，此时的分瓣式圆管6由上至下包括限位部61及其底部连接的多个瓣状部62，瓣状部62的底部与锁头3的顶部相接触，然后在锚固段的外部套入与分瓣式圆管6同直径的加压套管7，该加压套管7的底部与分瓣式圆管6的顶部相接触，再给加压套管7 —向下的力，下行的加压套管7将分瓣式圆管6下压，分瓣式圆管6被下压的过程中，瓣状部62会散开，直至卡在锁头3顶部、底部之间的部位，此时，散开的瓣状部62的前端与底部扩孔22的孔壁相连接以起到机械固定的效果，然后将加压套管7取走，再从顶部灌浆孔31注入灌浆料1，该灌浆料I依次经历顶部灌浆孔31、底部灌浆孔33后溢入底部扩孔22内，然后由底部扩孔22向上蔓延，当灌浆料I蔓延至锚固段、张拉段的分界线A时停止灌浆，等灌浆料I凝固后，即可得到所述包括钢绞线束的岩石扩孔自锁锚索(参见图1)。
【权利要求】
1.包括钢绞线束的岩石扩孔自锁锚索，包括外孔(2)及其内部设置的锚索、锁头(3)，所述锚索包括锚固段与张拉段，锚固段的顶端与张拉段相连接，锚固段的底端与锁头(3)相连接，且锚固段通过灌浆料(I)与外孔(2)的内壁相连接，其特征在于: 所述外孔(2)由上至下包括依次连接的上直孔(21)与底部扩孔(22)，上直孔(21)为圆筒结构，底部扩孔(22)为上窄下宽的圆锥台结构，且上直孔(21)的横截面窄于底部扩孔(22)的横截面； 所述锚索由多根钢绞线束(4)组成，每根钢绞线束(4)由多根无粘结预应力钢绞线绞制而成，且锚固段内的钢绞线去除防腐层、张拉段内的钢绞线保留防腐层； 所述锁头(3)是上窄下宽的圆锥台结构，锁头(3)的顶部设置有顶部灌浆孔(31)与多个用于钢绞线束(4)插入的顶部插孔(32)，顶部灌浆孔(31)位于正中间，多个顶部插孔(32)绕顶部灌浆孔(31)均匀分布，锁头(3)的底部设置有底部灌浆孔(33)与多个用于钢绞线束(4)插入的底部插孔(34)，底部灌浆孔(33)位于正中间，多个底部插孔(34)绕底部灌浆孔(33)均匀分布，顶部灌浆孔(31)、底部灌浆孔(33)对应设置，顶部插孔(32)、底部插孔(34)对应设置，且底部插孔(34)的直径大于顶部插孔(32)的直径；所述钢绞线束(4)上位于顶部插孔(32)、底部插孔(34)之间部位的外侧部通过夹片(5)与顶部插孔(32)、底部插孔(34)的内孔壁相连接，所述夹片(5)是上窄下宽、中空的圆锥台结构，夹片(5)底部的直径小于底部插孔(34)的直径； 所述岩石扩孔自锁锚索还包括套设在锚固段外部的分瓣式圆管(6)，该分瓣式圆管(6)由上至下包括限位部(61)及其底部连接的多个瓣状部(62)，限位部(61)为圆筒式结构，限位部(61)的直径大小位于锁头(3)顶部、底部的直径之间，限位部(61)的内部贯穿设置有锚固段，限位部(61)的底部与多个瓣状部(62)的顶端相连接，瓣状部(62)的顶端高于锁头(3)的顶部设置，瓣状部(62)的底端位于锁头(3)的顶部、底部之间设置，且瓣状部(62)的底端与底部扩孔(22)的孔壁相连接； 所述张拉段位于上直孔(21)内设置，锚固段位于上直孔(21)、底部扩孔(22)内设置，锁头(3)、分瓣式圆管(6)位于底部扩孔(22)内设置。
2.根据权利要求1所述的包括钢绞线束的岩石扩孔自锁锚索，其特征在于:所述底部扩孔(22)包括相互连接的中锥孔(221)、下直孔(222)，中锥孔(221)为上窄下宽的圆锥台结构，中锥孔(221)的顶部与上直孔(21)同直径相通，中锥孔(221)的底部与下直孔(222)同直径相通。
3.根据权利要求1或2所述的包括钢绞线束的岩石扩孔自锁锚索，其特征在于:所述灌浆料(I)为无机微膨胀灌浆料，其28d抗压强度等级大于等于M50。
4.根据权利要求1或2所述的包括钢绞线束的岩石扩孔自锁锚索，其特征在于:所述分瓣式圆管(6)的制造材料为Q235B钢套管。
【文档编号】E02D5/74GK204163078SQ201420506374
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2014年9月4日 优先权日:2014年9月4日
【发明者】周剑波, 高作平, 陈明祥, 张畅 申请人:武汉武大巨成结构股份有限公司
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