一种补偿预应力损失的装置及其施工方法与流程

本发明属于土木工程岩土锚固技术领域，主要涉及一种补偿预应力损失的装置及其施工方法。

背景技术：

锚固技术是岩土工程领域的一项重要课题，应用范围广，设置形式也多种多样。预应力锚索是岩土工程中的重要加固手段，在安装后，它可以立即向被加固岩土体主动施加压应力，能有效限制可能发生的有害变形和位移，从而提高岩土体的稳定性、确保工程安全。预应力锚索是一种高效经济和实用的工程技术。

对于稳定状况较差的岩质边坡，目前多采用预应力锚索加固，与其它支护措施相比，预应力锚索加固具有以下特点：①开挖后可及时提供锚固力，有利于控制地层变形的发展，避免地层的进一步扰动，提高了施工安全性；②提供的挤压性质的锚固力可有效改善地层的应力状态，从而提高岩土体的力学特性，边坡整体稳定性得到改善；③预应力锚索的位置、间距、施工时间等参数可根据需要及时调整，可以最小的支护抗力获得最佳的稳定性效果，施工快速高效；④预应力锚索可将结构物与岩土体紧密地联系在一起，形成共同工作体系，使锚固体抵抗地震及其它动力荷载的能力显著增强，设计施工安全可靠；⑤相比于挡墙、抗滑桩的结构形式，锚索结构体积较小，可节约材料、提高土地的利用率，经济效益显著；⑥预应力锚索应用的灵活性与施工的快速性使得其对于预防、整治滑坡，加固、抢修出现病害的边坡具有独特的功效，有利于确保工程的安全，保障人民生命财产安全。因此，预应力锚索加固技术在边坡工程中应用十分广泛，已成为边坡防护最为有效和经济的手段之一。

在锚索施工过程中，锚索通过张拉设备进行张拉，张拉完成后，将锚索连接在锚具上，使锚具和锚索作为整体固定在锚墩上。然而，由于预应力锚索会因土体蠕变、冲击作用和锚索材料松弛等原因而造成预应力损失，使得锚索的预应力值小于设计值，导致锚固工程的稳定性受到威胁。

现有技术中，对锚索预应力损失补偿只能在锚索投入使用之前，而在锚索投入使用过程当中无法进行预应力补偿，如由于岩体的蠕变、钢材的松弛、降雨、温度及地下水的变化等因素的影响，导致锚索的预应力产生损失，而无法进行预应力补偿。

技术实现要素：

为解决上述实际工程中预应力损失带来的危害，本发明提出一种补偿预应力损失的装置及其施工方法，本发明具有施工便捷、迅速，施工风险相对小，施工成本低，施工质量有保证等优点。

本发明的技术方案为：一种补偿预应力损失的装置，包括预应力锚杆、锚固段、自由段、锚垫板、卡件和锚具；所述卡件为圆台型，与预应力锚杆刚性连接，所述锚具包括膨胀齿碗和紧固装置，所述膨胀齿碗包括若干个环形阵列分布的碗壁和若干个自上而下、首尾相互连接的卡槽单元，所述卡槽单元与卡件配合使用，卡槽单元由若干个环形阵列分布的卡槽组成，卡槽之间设有弹簧，卡槽与碗壁固定连接(卡槽与碗壁相对应)，碗壁外设有外螺纹，紧固装置内部设有与外螺纹相配合的内螺纹；所述每个卡槽下方还设有调节装置，所述调节装置包括空心结构和位于空心结构内部的实体结构，所述空心结构底部与锚垫板固定连接，空体结构相对两侧各设有弧形滑道，实体结构与碗壁固定连接，实体结构的相对两侧各设有固定有轴，轴与弧形滑道滑动连接；首次安装预应力锚杆时，膨胀齿碗为圆柱形，卡槽单元将卡件卡在槽内，形成小圆柱，使卡件不被拔出；当预应力损失后，旋下紧固装置，对预应力锚杆进行拉拔，卡件单向向上，卡槽之间的弹簧拉伸、张开(与卡件相互配合的卡槽单元内的卡槽之间的弹簧拉伸)，调节装置的轴沿弧形滑道滑动使碗壁向外张开，卡件拉出，由于弹簧的作用，卡件被拉到下一个卡槽单元时，卡槽便自动闭合，卡件卡在下一个卡槽单元，膨胀齿碗返回圆柱形。

所述预应力锚杆锚固于岩体中，锚固段采用扩大型端头。

所述预应力锚杆可采用钢绞线、钢筋、高强无机材料制成，可为单根，也可为多束。

首次安装预应力锚杆时，轴位于弧形滑道内侧；当预应力损失后，对预应力锚杆进行拉拔时，轴沿弧形滑道向外滑动。

空心结构相对两侧的弧形滑道对称分布；实体结构相对两侧的轴对称分布。

每个卡槽单元中卡槽与碗壁一一对应(每个卡槽单元中卡槽的分布与碗壁的分布相同)。每个卡槽单元中设有三个及以上的卡槽，四个卡槽为最优。

进一步的，所述预应力锚杆自由段无粘结，可相对注浆体发生滑动。

进一步的，所述预应力锚杆锚固段锚固于岩体中，不可相对注浆体发生滑动。

进一步的，紧固装置外部设有预制保护装置，可对预应力补偿装置起到保护作用。

所述锚杆也可以是锚索。

本发明还提供一种补偿预应力损失的装置的施工方法，包括如下步骤：

第一步，在设计位置钻设锚杆孔道；将预应力锚杆插入锚杆孔道内。

第二步，在预应力锚杆的自由段安装pvc套管，然后进行注浆、排气、安装锚垫板(锚垫板厚度与膨胀齿碗底部到岩体的距离相对应)、预应力张拉；

第三步，将连接有卡件的预应力锚杆固定在膨胀齿碗内，然后用紧固装置旋紧在碗壁外。

进一步的，所述注浆体通过锚杆孔道注入。

所述锚杆也可以是锚索。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果是：本发明提供的一种补偿预应力损失的装置及其施工方法，能够有效补偿由于岩体的蠕变、钢材的松弛、降雨、温度及地下水的变化等因素引起的预应力损失，同时具有施工工期短，施工过程简便，处理效果显著，施工成本低等优点。

附图说明

图1为本发明立面结构示意图。

图2为本发明膨胀齿碗示意图。

图3为本发明预应力锚杆与卡件连接示意图。

图4为本发明当预应力损失后，对预应力锚杆进行拉拔时的膨胀齿碗俯视图。

图5为本发明空心结构示意图。

图6为本发明实体结构示意图。

其中，1为预应力锚杆，2为卡件，3为膨胀齿碗，4为紧固装置，5为锚垫板，6为锚杆孔道，7为扩大型端头，8为岩体，9为自由段，10为锚固段，11为弹簧，12为弧形滑道，13为轴。

具体实施方式

实施例1

本发明为一种补偿预应力损失的装置及其施工方法，以解决实际工程中预应力损失带来的危害。为进一步阐述本发明在实现预定目的时所采用的技术手段和技术效果，下面结合附图对本发明做进一步说明，

如图1-4所示，一种补偿预应力损失的装置，包括预应力锚杆1、锚固段、自由段、锚垫板5、卡件2和锚具；所述卡件2为圆台型，与预应力锚杆1刚性连接，所述锚具包括膨胀齿碗3和紧固装置4，所述膨胀齿碗3包括四个环形阵列分布的碗壁和若干个自上而下、首尾相互连接的卡槽单元，所述卡槽单元与卡件配合使用，卡槽单元由四个环形阵列分布的卡槽组成，卡槽之间设有弹簧11，卡槽与碗壁固定连接，每个卡槽单元中卡槽与碗壁一一对应，碗壁外设有外螺纹，紧固装置内部设有与外螺纹相配合的内螺纹；所述每个卡槽下方还设有调节装置，所述调节装置包括空心结构和位于空心结构内部的实体结构，所述空心结构底部与锚垫板5固定连接，空体结构相对两侧各设有弧形滑道12，实体结构与碗壁固定连接，实体结构的相对两侧各设有固定有轴13，轴13与弧形滑道12滑动连接；首次安装预应力锚杆1时，膨胀齿碗3为圆柱形，卡槽单元将卡件2卡在槽内，形成小圆柱，使卡件2不被拔出；当预应力损失后，旋下紧固装置4，对预应力锚杆1进行拉拔，卡件2单向向上，卡槽之间的弹簧11拉伸、张开(与卡件2相互配合的卡槽单元内的卡槽之间的弹簧拉伸)，调节装置的轴13沿弧形滑道12滑动使碗壁向外张开，卡件2拉出，由于弹簧11的作用，卡件2被拉到下一个卡槽单元时，卡槽收缩，自动闭合，卡件2卡在下一个卡槽单元，膨胀齿碗3返回圆柱形。

所述预应力锚杆锚固于岩体中，锚固段采用扩大型端头。

所述预应力锚杆，可采用钢绞线、钢筋、高强无机材料制成，可为单根，也可为多束。

首次安装预应力锚杆1时，轴13位于弧形滑道12内侧；当预应力损失后，对预应力锚杆1进行拉拔时，轴13沿弧形滑道12向外滑动；当卡件2被拉到下一个卡槽单元时，轴13沿弧形滑道12向内滑动，使膨胀齿碗3返回圆柱形。

空心结构相对两侧的弧形滑道12对称分布；实体结构相对两侧的轴13对称分布。

所述预应力锚杆1自由段9无粘结，可相对注浆体发生滑动。所述预应力锚杆1锚固段10锚固于岩体中，不可相对注浆体发生滑动。

可对预应力补偿装置起到保护作用。

本发明在施工过程中，施工步骤如下：

第一步，根据施工场地围岩条件及稳定性控制的要求，设计锚杆(锚索)预应力大小、锚固段锚固长度以及锚杆(锚索)之间间距，按照设计参数在设计位置用钻机在围岩体8中钻设锚杆孔道6，然后在锚杆孔道6的尾端位置，通过转动、冲击等手段，为扩大型端头施工预留空间。

第二步，待锚杆孔道6施工完毕，根据设计锚固长度，对连接扩大型端头7的预应力锚杆(锚索)1进行端头扩张并固定，使预应力锚杆1固定在锚杆孔道6内。

第三步，在预应力锚杆1的自由段9上安装pvc套管，pvc套管安装在预应力锚杆1自由段9底端到锚垫板5下部这段距离上，然后对锚杆孔道6进行注浆、排气、安装锚垫板、预应力张拉。

第四步，将连接有卡件2固定卡槽单元内(将连接有卡件2的预应力锚杆1固定在膨胀齿碗3内)，然后用紧固装置4旋紧在碗壁外，最后安装保护装置。

一旦由于岩体的蠕变、钢材的松弛、降雨、温度及地下水的变化等因素引起的预应力损失后，即采用本发明装置进行预应力补偿，具体步骤如下：旋下固定于膨胀齿碗外的紧固装置4，夹持住预应力锚杆的外端，采用拉拔机对预应力锚杆(锚索)进行二次拉拔，由于膨胀齿碗碗壁可张开，便于卡件单向向上拉出，但由于高强弹簧11的作用，卡件被拉到下一个卡槽单元时便自动闭合，膨胀齿碗3返回圆柱形，使预应力锚杆(锚索)不会被反向拉到岩体内，到达补偿预应力的目的，进行现场测量，监测预应力是否达到设计标准，如未达标，则重复上述步骤。待补偿预应力完毕后，旋紧紧固装置4，完成预应力补偿工作，最终在预应力补偿装置外安装预制保护装置，以保护预应力补偿装置不受外界雨水等腐蚀。

所述预应力锚杆也可以是预应力锚索。