一种膨胀压断式可回收锚杆及其施工方法与流程

本发明涉及一种岩土工程加固领域的锚杆，具体涉及一种膨胀压断式可回收锚杆及其施工方法。

背景技术：

随着经济和社会的发展，我国的采矿工程、隧道工程、边坡治理等工程技术取得了长足的发展。在这些工程中，经常采用锚杆来加固围岩、稳定边坡和支护基坑，锚杆加固技术已经成为土木工程施工的一种重要支护方式。现在大量使用的锚杆采用永久锚固方式，常规锚杆作为一次性消耗材料，极少回收复用，锚杆加固后的不可回收性也带来了一系列的社会问题，随着用地紧张、环境保护等事件的频发，这一问题愈加突出。目前，人们对锚杆的地下环境影响问题越来越关注，如香港就已经禁止锚杆（或锚索）在基坑支护中超越红线范围；遗留的用于巷道采煤支护的锚杆还会带来安全隐患。

针对上述问题，同时，在国家大力倡导矿山绿色开采，对节能减排有着具体的要求，许多岩土工程技术人员和学者在锚杆的可回收利用等方面做出了探索，目前可回收锚杆分为树脂锚固、机械锚固和摩擦锚固，树脂锚固主要用于低矮巷道中的施工，机械锚固对施工工艺要求较高，且锚固力低，容易造成锚杆脱锚失效；摩擦锚固容易随着围岩变形而变形，且其回收难度较大。现有技术也存在浆体进入锚杆连接段，增大摩擦阻力、不易回收，残留金属污染环境等问题。因此，需要开发一种回收成功率高、环境影响小的可回收锚杆系统。

技术实现要素：

本发明为了克服现有技术中存在的问题，提供一种高效环保的膨胀压断式可回收锚杆及其施工方法。

本发明为解决上述问题所采用的技术方案为：一种膨胀压断式可回收锚杆，锚杆包括锚固头、中空杆体和移动杆，锚固头和中空杆体的前端固定连接后安装在钻孔中，中空杆体的尾端固定在钻孔外的围岩上，其中，中空杆体前端的内部依次设有密封体ⅰ、密封体ⅱ和挤压块，密封体ⅰ与锚固头相邻设置，密封体ⅰ内盛装水，密封体ⅱ内盛装膨胀水泥；移动杆的前端穿过中空杆体的尾端伸入中空杆体内，且移动杆的前端设有尖刺部，移动杆的前端还套设有限位块，移动杆在中空杆体内移动过程中，限位块能够压设并带动挤压块向中空杆体的前端方向移动，使尖刺部穿过挤压块中心设置的通孔后，尖刺部依次刺破密封体ⅱ和密封体ⅰ，水与膨胀水泥反应的膨胀压力使中空杆体压断。

本发明中，中空杆体的前端设有连接内螺纹，锚固头的端部设有与该连接内螺纹相配合连接的连接外螺纹。

作为上述技术方案的改进，中空杆体中设有连接内螺纹的杆体的长度不小于中空杆体总长度的75%。

作为上述技术方案的改进，挤压块呈圆形结构，且挤压块的外周面设有与中空杆体的连接内螺纹相配合连接的连接外螺纹；尖刺部上和挤压块上的通孔的壁面上设有相配合连接的止退面，使从中空杆体尾端向其前端方向旋进或反向旋出的移动杆能够通过尖刺部带动挤压块在中空杆体内部旋进或反向旋出。

优选的，止退面为多边形面或异形面。

优选的，水和膨胀水泥的质量比为1：3。

本发明中，中空杆体前端外圆上对应密封体ⅰ或密封体ⅱ的部位设有环形凹槽。

本发明中，锚固头的外周面均布有若干锯齿形的倒刺；中空杆体外包覆有pvc套管，pvc套管的内径大于中空杆体的外径。

本发明中，中空杆体的尾端设有固定在围岩外的锚墩，位于锚墩外的中空杆体上安装有垫块和锁定螺母；其中，伸出中空杆体的移动杆的尾端垂直连接有摇杆，摇杆上垂直连接有扶手。

一种膨胀压断式可回收锚杆的施工方法，所述施工方法包括以下步骤：

（1）、在中空杆体前端的内部放入挤压块，并将密封体ⅰ和密封体ⅱ依次放入中空杆体前端的内部，使密封体ⅱ与挤压块相邻设置；

（2）、将锚固头和中空杆体前端固定连接后，将制作好的锚杆推入预先打设的钻孔内，把注浆管深入钻孔底部注浆，待浆液与围岩固结后，安装锚杆外部的固定结构，进行锚杆拉拔锚固；

（3）、待锚杆完成加固任务后，将带有尖刺部的移动杆插入中空杆体，尖刺部依次穿透密封体ⅱ和密封体ⅰ，同时，移动杆带动挤压块同步移动，使挤压块、中空杆体和锚固头之间形成密闭的膨胀空间；

（4）、当密封体ⅱ中的膨胀水泥与密封体ⅰ中的水作用后，膨胀压力使得中空杆体被压断，实现锚杆的回收。

有益效果：本发明中，锚固头的前端设有倒刺，使锚固头的前端能够与钻孔的孔壁紧密咬合，增大锚杆与钻孔岩壁的接触面积；锚固头的尾端设有锚墩、垫块和锁定螺母，进行锚杆拉拔锚固。

中空杆体外包覆有pvc套管，使中空杆体与钻孔内注入的浆体相隔离，避免浆体造成可回收的中空杆体的污染。

本发明将锚杆的杆体设置为中空结构，且中空杆体的内部设有内螺纹，锚固头上设置外螺纹，可以调整锚固头与中空杆体的连接长度，达到调整锚杆锚固强度大小的目的。

其中，环形凹槽与密封体ⅰ或密封体ⅱ对应设置，保证了水和膨胀水泥的水化反应后的膨胀力能够使中空杆体断裂，保证该锚杆的可靠回收；利用移动杆的尖刺部带动挤压块同步在中空杆体内部旋进或旋出，在回收时，移动杆旋进，尖刺部刺破密封体ⅱ后，挤压块继续旋进使刺部刺破密封体ⅰ，通过膨胀空间内的水和膨胀水泥的水化反应，形成膨胀压力将中空杆体沿其环形凹槽部位冲断；旋出使，使移动杆反转即可，旋进和旋出的整个过程不影响锚杆的锚固作用，性能可靠；其中，锚固头被遗留在岩体中，而中空杆体被回收利用；由于中空杆体内设置内螺纹，回收后的中空杆体可以继续与新的锚固头连接后作为锚杆使用。

附图说明

图1为本发明的示意图；

图2为图1中挤压块的右视图；

图3和图4为挤压块的其他实施形式；

图5为图1中锚固头的右视图。

附图标记：1、钻孔，2、锚固头，3、中空杆体，4、移动杆，5、密封体ⅰ，6、密封体ⅱ，7、挤压块，70、通孔，8、尖刺部，9、限位块，10、连接内螺纹，11、连接外螺纹，12、止退面，13、环形凹槽，14、倒刺，15、pvc套管，16、锚墩，17、垫块，18、锁定螺母，19、注浆管，20、摇杆，21、扶手。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征以及达成的目的便于理解，下面结合示意图，进一步阐述本发明，但本发明所要求保护的范围并不局限于具体实施方式中所描述的范围。

一种膨胀压断式可回收锚杆，如图1所示，锚杆包括锚固头2、中空杆体3和移动杆4，锚固头2和中空杆体3的前端固定连接后安装在钻孔1中，中空杆体3的尾端固定在钻孔1外的围岩上，其中，锚固头2的外周面均布有若干锯齿形的倒刺14；中空杆体3外包覆有pvc套管15，pvc套管15的内径大于中空杆体3的外径；中空杆体3的尾端设有固定在围岩外的锚墩16，位于锚墩16外的中空杆体3上安装有垫块17和锁定螺母18；其中，伸出中空杆体3的移动杆4的尾端垂直连接有摇杆20，摇杆20上垂直连接有扶手21。

中空杆体3前端的内部依次设有密封体ⅰ5、密封体ⅱ6和挤压块7，密封体ⅰ5与锚固头2相邻设置，密封体ⅰ5内盛装水，密封体ⅱ6内盛装膨胀水泥，水和膨胀水泥的质量比为1：3。

移动杆4的前端穿过中空杆体3的尾端伸入中空杆体3内，且移动杆4的前端设有尖刺部8，移动杆4的前端还套设有限位块9，移动杆4在中空杆体3内移动过程中，限位块9能够压设并带动挤压块7向中空杆体3的前端方向移动，使尖刺部8穿过挤压块7中心设置的通孔70后，尖刺部8依次刺破密封体ⅱ6和密封体ⅰ5，中空杆体3前端外圆上对应密封体ⅰ5或密封体ⅱ6的部位设有环形凹槽13，水与膨胀水泥反应的膨胀压力使中空杆体3沿环形凹槽13的部位压断。

锚固头2和中空杆体3的固定连接方式为：中空杆体3的前端设有连接内螺纹10，锚固头2的端部设有与该连接内螺纹10相配合连接的连接外螺纹。

为使回收后的中空杆体能够继续利用，优选的，中空杆体3中设有连接内螺纹10的杆体的长度不小于中空杆体3总长度的75%。

其中，限位块9呈圆形结构，且限位块9的外径不大于中空杆体3的连接内螺纹10的最小内径；挤压块7呈圆形结构，且挤压块7的外周面设有与中空杆体3的连接内螺纹10相配合连接的连接外螺纹；尖刺部8上和挤压块7上的通孔70的壁面上设有相配合连接的止退面，使从中空杆体3尾端向其前端方向旋进或反向旋出的移动杆4能够通过尖刺部8带动挤压块7在中空杆体3内部旋进或反向旋出；止退面12为多边形面或异形面。其中，图2列举的通孔70为方孔，止退面为方孔的四个边角；图3列举的通孔70为六边形孔，止退面为六边形孔的六个边角；图4列举的通孔70为异形孔，止退面为异形孔的异形边棱。根据实际情况，通孔也可以设置为带有其他边棱结构的孔，在此不再赘述。

一种膨胀压断式可回收锚杆的施工方法，包括以下步骤：

（1）、在中空杆体3前端的内部放入挤压块7，并将密封体ⅰ5和密封体ⅱ6依次放入中空杆体3前端的内部，使密封体ⅱ6与挤压块7相邻设置；

（2）、将锚固头5和中空杆体3前端固定连接后，将制作好的锚杆推入预先打设的钻孔1内，把注浆管19深入钻孔1底部注浆，待浆液与围岩固结后，安装锚杆外部的固定结构，进行锚杆拉拔锚固；

（3）、待锚杆完成加固任务后，将带有尖刺部8的移动杆4插入中空杆体3，尖刺部8依次穿透密封体ⅱ6和密封体ⅰ5，同时，移动杆4带动挤压块7同步移动，使挤压块7、中空杆体3和锚固头2之间形成密闭的膨胀空间；

（4）、当密封体ⅱ6中的膨胀水泥与密封体ⅰ5中的水作用后，膨胀压力使得中空杆体3被压断，实现锚杆的回收。

具体实施例：

本发明的一种膨胀压断式可回收锚杆包括锚固头2和中空杆体3两部分，锚固头2为外表面设置倒刺14、端头设有连接外螺纹的柱体结构，中空杆体3为内部设置连接内螺纹10、外部包覆pvc套管15的空心圆杆，锚固头2与中空杆体3通过内外螺纹连接形成锚杆整体结构。中空杆体3内部与锚固头2连接一侧依次设置了水、膨胀水泥和挤压块7，所述的水和膨胀水泥采用硬质塑料包裹，所述的挤压块7中心设置方形旋进套孔、外圆设有连接外螺纹。中空杆体3外圆上与膨胀水泥对应位置处刻有环形凹槽13，膨胀压力将中空杆体3在环形凹槽13处压断。膨胀水泥和水的混合通过移动杆4的压进实现，移动杆4头部为尖锥、杆体截面为方形、外部焊接有圆形的限位块9。

该锚杆的施工方法包括以下步骤：在中空杆体3上套设比其直径大的pvc套管15，并在锚固头2一侧热熔密封，另一侧浇筑混凝土制成的锚墩16；

在锚固头2一侧的中空杆体3内旋进挤压块7，将硬质塑料密封的膨胀水泥和水依次放入中空杆体3内部，将中空杆体3和锚固头2连接并旋紧；

将制作好的锚杆推入预先打设的钻孔1内，把注浆管19深入钻孔1底部注浆，待浆液与围岩固结后，安装锚杆外部的垫块17和锁定螺母18，进行锚杆拉拔锚固；

待锚杆完成加固任务后，将带有尖刺部8的移动杆4插入中空杆体3，尖刺部8依次穿透膨胀水泥和水密封袋，同时，移动杆4带动挤压块7旋进，形成密闭膨胀空间；当膨胀水泥与水充分作用后，膨胀压力使得中空杆体3在环形凹槽13缝处压断，从而实现锚杆的回收，岩体内部残留的是锚固头和易破碎的pvc套管，不妨碍后期的土地使用。本发明装置结构简单、操作方便，具有节省材料、利于环境保护的优点。