一种三阶段锚固组合式中空注浆锚杆的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种中空注浆锚杆支护装置，针对公路、铁路隧道及矿山等建筑结构的围岩加固支护。
【背景技术】
[0002]随着我国经济建设的快速发展，对交通运输、能源开发等基础设施的建设需求不断加大，隧道及地下洞室作为公路、铁路隧道及矿山工程的主要结构组成形式，其施工质量安全对整体工程的安全、质量、进度与经济效益具有决定性影响。
[0003]我国对于隧道及地下洞室的设计与施工一般采用新奥法理论。该方法是以既有隧道工程经验和岩体力学理论为基础，喷射混凝土、锚杆支护和现场测量是新奥法的三大工序，其中锚杆支护为其核心工序。在工程支护领域中，与传统支护工艺相比，锚杆支护能充分实现岩体自稳加固能力，有着广阔的发展应用前景。
[0004]经过多年的应用发展，各类支护锚杆形式层出不穷，尽管各种锚杆具有独特的优点，但仍然存在一些缺陷。在这种情况下，需要给出一种更加安全可靠的改进锚杆形式，避免因锚杆缺陷而造成塌方冒顶等工程事故，确保锚杆支护长期的稳定性和经济性。现国内外在中空锚杆支护方面存在的不足之处主要有:
[0005]1.锚固剂锚固锚杆时，由于锚固剂初始期仍有流动性，容易造成锚杆因重力等因素下沉，不能居中锚固，砂浆保护层厚度不满足规范要求。
[0006]2.由于锚固剂形成强度需要一定时间，对于软弱破碎岩层，锚杆不能立即与锚固剂一起共同作用形成初期锚固力，不能第一时间实现阻止岩体变形，加固支护的目的。
[0007]3.中空锚杆外端未注浆段为锚杆体防腐盲区，不能保证后期锚杆体稳定有效工作。
[0008]4.锚固剂被锚杆搅碎后很难充分搅拌挤密压实，不能与周边岩体充分粘结，影响中期锚固剂段有效锚固长度。
[0009]5.中空锚杆外端垫板与墙体接触面过于有限直接，不利于垫板与墙体均匀受力和缓冲岩层振动等影响。
[0010]6.锚杆注浆时止浆塞不能保证良好气密性，会漏气甚至漏砂浆，不能保证有压饱满注浆效果。
[0011 ]基于上述现有中空锚杆支护方面的缺陷，影响中空锚杆对围岩的长期稳定有效支护效果，需要对其进行改进，实现更高的技术经济效益。
【发明内容】
[0012]本发明的目的在于克服国内外现有中空锚杆支护技术上的缺陷，提供一种适用于软弱破碎及含水等不利地质条件下的岩层支护工程的锚固组合式中空注浆锚杆。本发明可以实现新型锚头、锚固剂、锚杆与砂浆共同作用的三阶段锚固效果，固结改良岩体、隔断岩层水及锚杆防腐，以达到导向居中，立即承载，功能全面，适用性强的围岩支护效果。本发明的技术效果如下:
[0013]一种三阶段锚固组合式中空注浆锚杆，包括:锚头、金属压力环4、前部连接器5、实体螺纹钢筋杆体6、后部连接器8、中空注浆锚杆体9，带有排气孔道的止浆塞10和排气软管7，其中，
[0014]所述的锚头包括主锚头I和次锚头2，主锚头I带有直径逐渐增大螺旋叶片，次锚头2的后端带有螺纹；
[0015]金属压力环4的内侧和前部连接器5前端内侧均设置有与次锚头2的螺纹相匹配的螺纹，前部连接器5的后端内侧设置有实体螺纹钢筋杆体6的前端相匹配的螺纹，新型锚头旋转穿过金属压力环4后通过螺纹固定连接在前部连接器5的前端，前部连接器5的后端与实体螺纹钢筋杆体6的前端通过螺纹固定连接；
[0016]所述的后部连接器8的前端内侧和后端内侧均设置有螺纹，前端内侧的螺纹用于与实体螺纹钢筋杆体6的固定连接，后端内侧的螺纹用于与中空注浆锚杆体9前端的固定连接，其侧面设置有出浆口，出浆口与中空注浆锚杆体9内部连通；
[0017]中空注浆锚杆体9的后端外表面设置有密封层14，止浆塞10中间设置有与中空注浆锚杆体9的后端外表面相匹配的通孔，止浆塞10连接在覆盖有密封层14的中空注浆锚杆体9后端;排气软管7与止浆塞10的排气通道相连。
[0018]作为优选实施方式，在止浆塞10的外部覆盖有遇水膨胀止水条13。所述的密封层14为硅胶保护层。
[0019]本发明针对公路、铁路隧道及矿山等建筑结构的围岩加固支护，提供了一种三阶段锚固组合式中空注浆锚杆装置，与国内外现有技术相比具有以下优点:
[0020](I)本发明新型锚头、金属压力环、实体螺纹钢筋杆体与中空注浆锚杆体共同作用可实现三阶段锚固支护效果:主锚头带有直径逐渐增大的螺旋叶片，导向钻入岩层前，可以充分搅碎锚固剂，钻入岩层后起到初期锚固作用，同时定位固定锚杆位置;次锚头结合金属压力环挤密压实锚固剂，保证中期有效锚固长度；中空注浆锚杆体和实体螺纹钢筋杆体饱满注浆后，可实现后期可靠稳定锚固强度。
[0021](2)中空注浆锚杆体与止浆塞、垫板接触段外层涂有密封层(硅胶保护层)，可以起到有效的防腐蚀和气密性作用，保证锚杆使用寿命内的支护作用。
[0022](3)添加金属压力环可有效挤密压实锚固剂，使其充分与岩体和次锚头粘结;也可有效阻滞锚固剂因锚头冲击力而向外端非均匀溢出，影响中期有效锚固长度；另外金属压力环介于锚固剂和砂浆体之间，可提升锚杆抗拔强度。
[0023](4)止浆塞与遇水膨胀止水条共同作用，可保证止浆塞与钻孔壁紧密相接，防止砂浆外溢，保证气密性，实现有压注浆;作为墙体与垫板间的传递缓冲装置，可均匀受力和缓冲岩层振动等影响；止浆塞内设有排气孔道，可与排气软管配合实现上仰角和下倾角两种情况的锚杆支护。
【附图说明】
[0024]图1本发明的三阶段锚固组合式中空注浆锚杆的整体布置图。
[0025]图中标号说明:I一主锚头；2—次锚头;3—锚固剂;4一金属压力环;5—前部连接器;6—实体螺纹钢筋杆体;7—排气软管；8—后部连接器;9一中空注浆锚杆体；10—止浆塞;11一垫板;12—螺母;13—遇水膨胀止水条;14一密封层(硅胶保护层)；
【具体实施方式】
[0026]下面结合附图和实施例，对本发明作进一步描述:
[0027]如图1所示，新型三阶段锚固中空锚杆主要包括:新型锚头(带有直径逐渐增大螺旋叶片的主锚头1、后端带等距螺纹的次锚头2)，内侧带等距螺纹的金属压力环4，前后端内侧带螺纹的前部连接器5，实体螺纹钢筋杆体6，前后端内侧带螺纹的后部连接器8，中空注浆锚杆体9(底端涂有硅胶保护层)，带有排气孔道的止浆塞10，中间内侧带有螺纹的垫板11，用于固定的螺母12，可与止浆塞排气孔相接的排气软管7。
[0028]前部连接器5上下端内侧设有等距螺纹，新型锚头底端和实体螺纹钢筋杆体外侧具有相对应的螺纹，新型锚头旋转穿过金属压力环安装至前部连接器5顶端，实体螺纹钢筋杆体一端旋转安装至前部连接器5底端。
[0029]后部连接器8顶端内侧设有等距螺纹，实体螺纹金属杆体旋转安装至其顶端，底端内侧设有和中空注浆锚杆体相对应的螺纹，中空注浆锚杆体旋转安装至底端，后部连接器8侧面设有出浆口，砂浆可通过中空注浆锚杆体内部经后部连接器8出浆口注入钻孔孔道内以达到饱满注浆目的。
[0030]整体布置图1中，为便于清楚说明各部分零件具体形状、位置关系和工作流程，故部分零件及钻孔尺寸未按原始尺寸标出，现具体给出尺寸大小。钻孔直径42mm，中空注浆锚杆体直径25mm，实体螺纹金属锚杆直径18mm，金属压力环直径40mm，新型锚头细段直径18mm、中间宽段直径24mm，方形连接器边长30mm、出楽口内径为16mm，排气软管内径6mm，止楽塞上层圆柱体直径30mm、下层圆柱体直径58mm。
[0031]结合图1所示，本发明具体施工流程如下:
[0032](I)按照设计要求定出孔位，采用钻孔机具根据锚杆规格进行钻孔，钻孔圆而直，直径为42mm;
[0033](2)用高压风对钻孔内积水、积粉及岩肩进行清理；
[0034](3)按照上述方式组合安装新型锚头、连接器、金属压力环、实体螺纹钢筋杆体、中空注浆锚杆体；
[0035](4)将锚固剂内置于钻孔里端，采用钻机将组装好锚杆装置旋转钻入孔内，直至主锚头钻入岩层，保证锚杆装置居中固定；
[0036](5)将排气软管插入止浆塞顶端排气孔，与塞内排气孔道共同形成注浆排气孔道，中空注浆锚杆体外端事先涂有密封层(硅胶保护层)，套入止浆塞(外包遇水膨胀止水条)堵住钻孔外端；
[0037](6)通过中空注浆锚杆体向钻孔内进行有压注浆，孔内空气从排气软管和塞内排气孔排出，注浆完成后立即安装堵头；
[0038](7)中空注浆锚杆体孔口回浆后，待砂浆产生一定强度后，安装垫板，末端用螺母拧紧固定，使止浆塞严密与墙体和垫板贴合。
【主权项】
1.一种三阶段锚固组合式中空注浆锚杆，包括:锚头、金属压力环(4)、前部连接器(5)、实体螺纹钢筋杆体(6)、后部连接器(8)、中空注浆锚杆体(9)，带有排气孔道的止浆塞(10)和排气软管(7)。其中， 所述的锚头包括主锚头(I)和次锚头(2)，主锚头(I)带有直径逐渐增大螺旋叶片，次锚头(2)的后端带有螺纹； 金属压力环(4)的内侧和前部连接器(5)前端内侧均设置有与次锚头(2)的螺纹相匹配的螺纹，前部连接器(5)的后端内侧设置有实体螺纹钢筋杆体(6)的前端相匹配的螺纹，新型锚头旋转穿过金属压力环(4)后通过螺纹固定连接在前部连接器(5)的前端，前部连接器(5)的后端与实体螺纹钢筋杆体(6)的前端通过螺纹固定连接； 所述的后部连接器(8)的前端内侧和后端内侧均设置有螺纹，前端内侧的螺纹用于与实体螺纹钢筋杆体(6)的固定连接，后端内侧的螺纹用于与中空注浆锚杆体(9)前端的固定连接，其侧面设置有出浆口，出浆口与中空注浆锚杆体(9)内部连通； 中空注浆锚杆体(9)的后端外表面设置有密封层(14)，止浆塞(10)中间设置有与中空注浆锚杆体(9)的后端外表面相匹配的通孔，止浆塞(10)连接在覆盖有密封层(14)的中空注浆锚杆体(9)后端； 排气软管(7)与止浆塞(10)的排气通道相连。2.根据权利要求1所述的中空注浆锚杆，其特征在于，在止浆塞(10)的外部覆盖有遇水膨胀止水条(13)。3.根据权利要求1所述的中空注浆锚杆，其特征在于，所述的密封层(14)为硅胶保护层。
【专利摘要】本发明涉及一种三阶段锚固组合式中空注浆锚杆，包括：锚头、金属压力环(4)、前部连接器(5)、实体螺纹钢筋杆体(6)、后部连接器(8)、中空注浆锚杆体(9)，带有排气孔道的止浆塞(10)和排气软管(7)。其中，锚头包括主锚头(1)和次锚头(2)，主锚头(1)带有直径逐渐增大螺旋叶片，次锚头(2)的后端带有螺纹；锚头旋转穿过金属压力环(4)后通过前部连接器(5)与实体螺纹钢筋杆体(6)固定连接；后部连接器用于实体螺纹钢筋杆体(6)和中空注浆锚杆体(9)的固定连接，其侧面设置有出浆口，出浆口与中空注浆锚杆体(9)内部连通。本发明可以实现新型锚头、锚固剂、锚杆与砂浆共同作用的三阶段锚固效果。
【IPC分类】E21D21/00, E02D5/74
【公开号】CN105604593
【申请号】CN201610152410
【发明人】杨政龙, 余杨, 赵立财, 于涛, 吴蕴韬, 余建星, 刘宝珑
【申请人】天津大学
【公开日】2016年5月25日
【申请日】2016年3月17日