一种可回收的快速预应力锚索及其施工方法与流程

本发明属于工程支护领域，具体涉及一种可回收的快速预应力锚索及其施工方法，适用于软岩地区，尤其适用于对时间要求严苛的应急抢险工程及临时支护工程。

技术背景

我国锚索支护技术始于20世纪70年代，80年代以来，锚索支护技术得到广泛的应用，发展至今已经成为边坡治理与工程防护中的常见手段。锚索支护可以和框架梁、抗滑桩等支护手段结合使用，从根本上提高边坡的整体性，改善边坡岩土体的力学性能，达到治理效果。

受工程条件以及工程施工流程的制约，工程建设中常需设置预应力锚索作为临时支护，临时设施中的锚索通常是不能够回收的，不仅需要消耗大量的钢(筋)绞线、混凝土等材料，造成极大浪费。而且这些锚索预留在地下对周边建筑物的后期建设产生很大影响。如果这些临时性的设施采用可回收式预应力锚索进行支护，临时支护完成后对其进行拆除并回收利用，既可以大幅降低费用，又可以消除锚索留在地下对后期建设的影响。因此研究可回收式预应力锚索是支护技术进一步发展的新方向、新趋势。专利(申请号：201210290137.6)公开了可回收后张发预应力锚索桩及其施工方法，锚索一端通过安全销与钻头连接，但此方法只能回收锚索，安全销和钻头依然残留在桩体内，仍然造成浪费，对后期建设依然存在影响。

另外，锚索支护技术的工艺流程为:钻孔、制作、安装、注浆、张拉锁定、封锚。其中在注浆这一环节，需要等砂浆体达到设计强度的80％才能对锚索进行张拉锁定。这一环节需要15天左右，在这期间整个的锚索支护工程都会因此而停滞，极大的影响了工期。对于时间要求特别紧迫的一些应急抢险的治理工程中，普通锚索因为工期原因变得不再适用，在方案比选中经济、安全、成熟的锚索支护技术不得不被舍弃，从而采取高投资、高风险的其他方案，在经济性和安全性上大打折扣。注浆养护时间过长是又一个制约锚索支护进一步发展的因素。

因此，发展快速可回收式的预应力锚索，克服普通锚索的弊端，加速推广预应力锚索技术、提高锚索支护的性价比以及响应国家环境友好型社会发展的趋势。

技术实现要素：

为解决现有技术存在的问题，本发明提供一种可回收的快速预应力锚索。本发明为预制结构，无需灌浆，锚索结构安装就位后即可张拉，支护任务结束后可完全回收再利用，对周边建筑物的后期建设不产生影响，可有效缩减工期、减少资源浪费，适用于软岩地区，尤其适用于对时间要求严苛的应急抢险工程及临时支护工程。

本发明采用的技术方案为：

一种可回收的快速预应力锚索，包括钢套管、非受力钢绞线和若干个对称分布的扩大结构，钢套管底部设有圆锥头，侧壁设有若干个对称分布的开口(扩大结构和开口一一对应)，上端设有盖体，盖体上设有受力钢绞线预留孔和非受力钢绞线预留孔，所述扩大结构包括固定销、定滑轮、扩大头和受力钢绞线，固定销和扩大头设于钢套管侧壁的开口中，固定销两端与钢套管固定连接，所述扩大头通过固定销与钢套管转动连接，所述定滑轮固定在圆锥头上端，受力钢绞线一端与扩大头上端连接，另一端绕过定滑轮穿过钢套管盖体上的受力钢绞线预留孔，所述扩大头在未受到钢绞线的拉力作用下置于钢套管中(施工时，可以使锚索进入锚孔中)，扩大头在受到钢绞线的拉力作用下围绕固定销在钢套管侧壁的开口中旋转张开；所述非受力钢绞线一端和圆锥头上端连接，另一端穿过钢套管盖体上的非受力钢绞线预留孔。

所述扩大头的结构为圆锥、棱锥、圆柱、棱柱、圆台和单曲面棱锥(棱锥的一个侧面换成曲面)的一种或几种。

所述受力钢绞线与扩大头的最内侧上端连接。

优选扩大头的结构为单曲面三棱锥，所述单曲面三棱锥的曲面填充到钢套管侧壁的开口中(曲面与钢套管侧壁的开口相配合，在未在受到钢绞线的拉力作用下，曲面棱锥的曲面与钢套管的侧面形成圆柱的侧面)，这样扩大头在展开时，在水平方向上距离刚套管越近扩大头的结构越厚，符合扩大头的受力特征，距离刚套管越远扩大头的结构与岩土体的接触面积越小也有利于扩大的张开。

所述扩大头和受力钢绞线连接处旋转的最大角度(扩大头和受力钢绞线连接处的最大张开角度)不超过120°。完全张开时，固定销轴中心、扩大头与受力钢绞线连接点、定滑轮与受力钢绞线的最外侧接触点三者在同一条直线上。更进一步地，所述扩大头和受力钢绞线连接处旋转的最大角度为120°，这样有利于锚索固定更加牢固。

优选非受力钢绞线预留孔位于钢套管盖体的中心，受力钢绞线预留孔位于定滑轮正上方(受力钢绞线预留孔在钢套管盖体上按照定滑轮的排布分布)。

所述定滑轮由转动轴承代替。

本发明还提供一种可回收的快速预应力锚索的施工方法，包括如下步骤：

(a):定位：钻孔，并在安装钢套管中扩大头的位置处进行扩孔，将钢管抵在钢套管上端的盖体上，利用钢管辅助将钢套管放入钻孔中，对受力钢绞线进行缓慢张拉，由于进行了适当扩孔且钢管产生的反力使扩大头受到受力钢绞线的拉力围绕固定销在钢套管侧壁的开口中顺利张开，呈伞状结构，开始发挥锚固作用；

(b):张拉与锁定：将扩大头完全张开并开始受力，然后撤出钢管并按照要求对受力钢绞线进行预应力的张拉，用锚头锁定锚索；

(c)：回收：在临时支护完成后，拆除锚头，受力钢绞线的预应力得到释放，拉动非受力钢绞线，扩大头失去拉力作用，受岩土体的作用反向旋转回到最初的位置，锚索顺利被拉出并回收。

上述钢管对于钢套管的作用是在拉伸受力钢绞线使扩大头张开之前对钢套管施压，预防钢套管没有张开前被拔出来。本发明的工作原理为：预制的锚索结构于锚孔安装就位后，通过张拉绕过定滑轮或转动轴的受力钢绞线，使扩大头绕固定销旋转张开，扩大头挤压岩土体，达到锚固的作用；支护任务完成后，卸载受力钢绞线的预应力，拉动非受力钢绞线，扩大头受岩土体的力反向旋转至钢套筒内，从而实现锚索结构的回收。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1、本发明提出的一种可回收的快速预应力锚索，在钻孔结束，锚索结构安装完成后即可对锚索进行张拉锁定(此时扩大头已经因张拉而张开)，立即发挥支护作用，缩短了工程工期。本发明与传统的锚索相比减少了注浆以及注浆养护的工作时间，将原本需要20天左右的工期缩短到3-4天，提高了工程的进度，特别适合对时间要求严苛的应急抢险中的应急支护工程。

2、本发明提出的一种可回收的快速预应力锚索，在完成临时支护任务之后通过卸载受力钢绞线的预应力，使扩大头回位，利用非受力钢绞线将整个锚索结构拉出回收，可以重复利用，与传统锚索相比减少了资源的浪费，消除了因临时支护锚索无法回收而滞留在地下，对周围环境以及后续施工的影响。

3、本发明在安装完成后，扩大头呈伞状结构张开，提出了一种新的岩土锚固荷载的传递机制，更好的调动了岩土体的自稳性能，提高支护的稳定性和工程的安全性。

4、本发明锚索的端头采用预制生产，质量安全可靠，施工方法简单快捷。

附图说明

图1为本发明未工作时的结构示意图

图2为本发明发挥作用时的结构示意图

图3为扩大头张开时结构示意图

图4为扩大头、定滑轮在钢套管中的安装位置示意图

图5为钢套管顶部与锚索孔位置示意图

图6为扩大头与固定销连接示意图

图7为扩大头与固定销的的立体图

图中标记：1、锚孔，2、钢套管，3、受力钢绞线，4非受力钢绞线5、固定销，6、定滑轮，7扩大头，8、受力钢绞线预留孔9、扩大室10、非受力钢绞线预留孔

具体实施方式

实施例1

如图1-7所示，一种可回收的快速预应力锚索，包括钢套管2、非受力钢绞线4和若干个对称分布的扩大结构，钢套管2底部设有圆锥头，侧壁设有若干个对称分布的开口(扩大结构和开口一一对应)，上端设有盖体，盖体上设有受力钢绞线预留孔8和非受力钢绞线预留孔10，所述扩大结构包括固定销5、定滑轮6、扩大头7和受力钢绞线3，固定销5和扩大头7设于钢套管2侧壁的开口中，固定销5两端与钢套管2固定连接，所述扩大头7通过固定销5与钢套管2转动连接，所述定滑轮6固定在圆锥头上端，受力钢绞线3一端与扩大头7的内侧上端连接，另一端绕过定滑轮6穿过钢套管2盖体上的受力钢绞线预留孔8，所述扩大头7在未受到钢绞线3的拉力作用下置于钢套管2中，扩大头7在受到钢绞线3的拉力作用下围绕固定销5在钢套管2侧壁的开口中旋转张开；所述非受力钢绞线4一端和圆锥头上端连接，另一端穿过钢套管2盖体上的非受力钢绞线预留孔10。所述扩大头7的结构为单曲面三棱锥，所述单曲面三棱锥的曲面填充到钢套管2侧壁的开口中。扩大头7和受力钢绞线3连接处旋转的最大角度为120°。非受力钢绞线预留孔10位于钢套管2盖体的中心，受力钢绞线预留孔8位于定滑轮6正上方。

本实施例的一种可回收的快速预应力锚索的施工方法，包括如下步骤：

(a):定位：钻孔，并在安装钢套管2中扩大头7的位置处进行扩孔，利用钢管辅助将钢套管2放入钻孔1中，对受力钢绞线3进行缓慢张拉，由于进行了适当扩孔且钢管产生的反力使扩大头7受到受力钢绞线3的拉力围绕固定销5在钢套管2侧壁的开口中顺利张开，呈伞状结构，开始发挥锚固作用；

(b):张拉与锁定：将扩大头7完全张开形成扩大室9,并开始受力，然后撤出钢管并对对受力钢绞线3进行预应力的张拉，用锚头锁定锚索；

(c)：回收：在临时支护完成后，拆除锚头，受力钢绞线3的预应力得到释放，拉动非受力钢绞线4，扩大头7失去拉力作用，受岩土体的作用反向旋转回到最初的位置，锚索顺利被拉出并回收。

所述定滑轮6也可以由转动轴承代替。

本图例仅仅列出了一个钢套管2由四个扩大头7组成的形式，在此基础上结合受力要求锚索端头也可以与两个、三个等的扩大头7组成伞状结构形成扩大室9，都属于本发明的范畴之内。

本图例仅仅列出了一个扩大头为长锥形的结构，所有对其形状上的改变，在不改变其传力结构的情况下都属于本发明的范畴之内。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是为脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属本发明技术方案的范围内。