一种耐久性优良的三段式预应力锚杆及加固构造的制作方法

本实用新型属于建筑工程预应力锚杆技术领域，具体涉及一种耐久性优良的三段式预应力锚杆。

背景技术：

锚杆是一种用于对岩体、土体及现有建筑物进行支护、加固的构件，包括非预应力锚杆和预应力锚杆。非预应力锚杆被动受力，在设计荷载下，锚杆灌浆浆体必然会开裂，耐久性差，一般只用在一些受力不大的临时性工程和不重要的一般工程中；预应力锚杆可分为拉力型锚杆和压力型锚杆，预应力锚杆由于在锚杆受力前已经对锚杆施加了预应力，耐久性优于非预应力锚杆，按照国家标准《岩土锚杆与喷射混凝土支护工程技术规范》(gb50086-2015)，不论是拉力型预应力锚杆还是压力型预应力锚杆都是两段式的，即自由段和锚固段，杆体锚固段以上到张拉端锚具之间(通常约5～6米)为自由段，在预应力锚杆筋体的自由段内预应力筋体与张拉端的灌浆体及腰梁或台座及被保护的结构混凝土完全隔离，预应力筋体在自由段内可以自由滑动，其缺点在于，一旦张拉端锚具保护不好，张拉端锚具夹片在高应力状态下容易生锈，夹片生锈后就夹持不住预应力钢绞线，此外，拉力型锚杆(如有粘结预应力筋体锚杆)锚固段浆体受拉开裂会引起钢绞线的腐蚀，压力型锚杆(无粘结预应力筋体锚杆)可能存在锚固段承载体的腐蚀，只要一端失效，就会导致整个锚杆完全失效。

现在预应力锚杆用在临时支护工程中做临时支护锚杆非常普遍，但由于人们担心耐久性问题，永久性工程预应力锚杆的使用还不是太普遍，如果能够解决预应力锚杆的耐久性问题，永久性工程预应力锚杆将会得到广泛应用。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于针对现有预应力锚杆的缺点，提供一种能够有效提高耐久性、牢固性的预应力锚杆。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种耐久性优良的三段式预应力锚杆，该三段式预应力锚杆包括依次排列的第一锚固段、自由段和第二锚固段，第一锚固段和第二锚固段分别位于该三段式预应力锚杆的两端，中间为自由段，第一锚固段为没有隔离套管的缓粘结钢绞线筋体，用于依次穿过张拉端锚具、台座或腰梁、以及加固结构，自由段由缓粘结钢绞线筋体和隔离套管组成，第二锚固段为没有隔离套管的缓粘结钢绞线筋体，用于连接筋体承载体。

本实用新型还提供了一种用于岩体或土体或混凝土结构的加固构造，其包括张拉端锚具、台座或腰梁、加固结构、筋体承载体、钻孔、被加固保护的岩体或土体或混凝土结构、以及三段式预应力锚杆，所述钻孔位于所述被加固保护的岩体或土体或混凝土结构中，其特征在于：所述三段式预应力锚杆包括依次排列的第一锚固段、自由段和第二锚固段，所述第一锚固段和所述第二锚固段分别位于所述三段式预应力锚杆的两端，中间为所述自由段，所述第一锚固段为没有隔离套管的缓粘结钢绞线筋体，并依次穿过所述张拉端锚具、所述台座或所述腰梁、以及所述加固结构，所述自由段由缓粘结钢绞线筋体和隔离套管组成，所述第二锚固段为没有隔离套管的缓粘结钢绞线筋体，所述第二锚固段的所述缓粘结钢绞线筋体周围灌注有水泥浆体，所述第二锚固段与所述筋体承载体相连接。

根据本实用新型的用于岩体或土体或混凝土结构的加固构造，优选地，所述自由段的隔离套管外还有灌浆水泥浆体。

根据本实用新型的用于岩体或土体或混凝土结构的加固构造，优选地，所述自由段的隔离套管一部分伸入所述加固结构内。更优选地，所述自由段的隔离套管伸入所述加固结构内的部分的长度等于或大于所述隔离套管直径的三倍。

根据本实用新型的用于岩体或土体或混凝土结构的加固构造，优选地，所述台座与所述锚具之间设有锚垫板。

本实用新型采用了三段式结构的预应力锚杆，将原来预应力筋体在腰梁或台座与支护结构中的自由段改为锚固段，保留中间的5～6米的自由段，同时也保留末端的锚固段，在第一段锚固段内将预应力锚杆缓粘结钢绞线筋体完全与台座或腰梁及被保护的加固结构混凝土完全接触，在张拉适用期内张拉时钢绞线可以自由滑动，在缓粘结钢绞线完全固化后与被保护的加固结构混凝土连成整体，确保即使张拉端锚具夹片生锈失效，锚杆也不会失效。对于第二锚固段来讲，在张拉适用期内张拉时预应力钢绞线可以自由滑动，此时的锚杆受力与无粘结压力型锚杆是一样的，当缓粘结钢绞线固化后，缓粘结钢绞线与第二锚固段的灌浆浆体连成一个整体，此时第二锚固端的承载体不会再产生应力增量，即使第二锚固段连接的承载体失效，锚杆也不会失效，此种结构的锚杆耐久性大幅度提高，张拉端与固定端都多了一道保险，三段式预应力锚杆的耐久性具有双保险，可以应用于一些重要的永久性工程中，如混凝土大坝的基础稳定性锚固、危险山体的稳定性加固、国防工程的洞室加固、重要工程的地下室底板抗浮、悬索桥两端拉索桥墩的稳定锚固、港口大型塔式起动机的基础稳定性锚固。

附图说明

图1是现有的两段式预应力锚杆的结构示意图。

图2根据本实用新型的三段式预应力锚杆在山体边坡支护加固、洞室加固、悬索桥边跨拉索桥墩稳定加固应用中的布置示意图。

图3是根据本实用新型的三段式预应力锚杆在地下室底板抗浮或桩基础抗拔应用中的布置示意图。

具体实施方式

为更好地说明本实用新型的目的、技术方案和优点，下面将结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明。

值得注意的是，出于简要清楚的目的，以下实施例中对一些常规的技术操作步骤、仪器并未进行细致的描述，但应理解，如未特别说明，这些常规技术操作步骤、仪器对本领域普通技术人员而言是显而易见的。

如图1所示，为现有的两段式预应力锚杆的结构示意图。现有的两段式预应力锚杆包括锚固段107和自由段106，其中自由段106由筋体1、其外包隔离套管11及灌浆浆体组成。两段式预应力锚杆布置在钻孔8中，对全长孔道进行灌浆。

如图2所示，为本实用新型的耐久性优良的三段式预应力锚杆在山体边坡支护加固、洞室加固、悬索桥边跨拉索桥墩稳定加固应用中的布置示意图。图3是根据本实用新型的三段式预应力锚杆在地下室底板抗浮或桩基础抗拔应用中的布置示意图。

本实用新型的耐久性优良的三段式预应力锚杆包括从锚固端到张拉端依次排列的第一锚固段72、自由段6和第二锚固段71，第一锚固段72和第二锚固段71分别位于该三段式预应力锚杆的两端，中间为自由段6，第一锚固段72为没有隔离套管的缓粘结钢绞线筋体1，其穿过张拉端锚具2、张拉台座或腰梁4及被保护的加固结构5，第一锚固段72之后是自由段6，自由段6由缓粘结钢绞线筋体1和隔离套管11组成，隔离套管11外周有水泥灌浆浆体，自由段6之后是第二锚固段71，该第二锚固段71位于三段式预应力锚杆的最后一段，为没有隔离套管的缓粘结钢绞线筋体1，其外周灌注水泥灌浆浆体，并与承载体9相连接。

本实用新型的用于岩体或土体或混凝土结构的加固构造包括张拉端锚具2、台座或腰梁4、被保护的加固结构5、钻孔8、岩体或土体或混凝土结构10、以及三段式预应力锚杆，钻孔8位于岩体或土体或混凝土结构10中，三段式预应力锚杆包括从锚固端到张拉端依次排列的第一锚固段72、自由段6和第二锚固段71，第一锚固段72和第二锚固段71分别位于该三段式预应力锚杆的两端，中间为自由段6，第一锚固段72为没有隔离套管的缓粘结钢绞线筋体1，依次穿过张拉端锚具2、台座或腰梁4、以及被保护的加固结构5。缓粘结钢绞线固化前，张拉适用期内，张拉时缓粘结钢绞线在张拉端台座或腰梁4及被保护的加固结构5的混凝土中能自由滑动，张拉完成固化后缓粘结钢绞线完全与张拉端台座或腰梁4及被保护的加固结构5的混凝土咬合连成一体，被保护的加固结构5在以后的受荷过程中张拉端锚具2夹片基本不会增加应力，即使张拉端锚具2夹片完全失效，锚杆也照样受力，不会失效。第一锚固段72之后是自由段6，自由段6由缓粘结钢绞线筋体1和隔离套管11组成，隔离套管11外与钻孔之间的空隙优选灌注有水泥浆。

自由段6之后是第二锚固段71，该第二锚固段71为没有隔离套管的缓粘结钢绞线筋体1，其与钻孔8底部的承载体9相连接，并且周围灌注有水泥浆体。在张拉适用期内张拉时，缓粘结钢绞线筋体1可以在第二锚固段71内自由滑动，靠端部承载体传力，张拉完成固化后，缓粘结钢绞线与第二锚固段71的水泥灌浆浆体完全咬合连成一体，在之后的受荷过程中其末端的承载体9基本不会产生应力增量，即使端部的承载体9失效，锚杆也不会失效，耐久性大幅提高，因此本实用新型的三段式锚固结构具有双保险作用。

优选地，自由段6的隔离套管11的一部分伸入支护结构5内。更优选地，自由段6的隔离套管11伸入被保护的加固结构5内的部分的长度等于或大于隔离套管11直径的三倍。

被保护的加固结构5和台座或腰梁4由混凝土浇筑而成。

优选地，台座或腰梁4与锚具2之间还可以设有锚垫板3。

优选地，第一锚固段72的长度至少为锚杆全长的1％，自由段6的长度至少为锚杆全长的10％，第二锚固段71的长度至少为锚杆全长的30％。

优选地，预应力筋体1为钢绞线，更优选为缓粘结钢绞线。预应力锚杆的筋体采用缓粘结钢绞线是现有的，目前国内已有批量生产，可通过商业渠道购买获得。缓粘结钢绞线在适宜张拉适用期内可以在混凝土及灌浆体内自由滑动，可以实施预应力张拉锁定，在缓粘结材料完全固化后筋体的防护有三层，第一层是钢绞线外固化后形成厚度2mm以上的高强度环氧树脂对钢绞线严密包裹，其防腐性能优良，最外面还包裹1mm以上的高密度聚乙烯带肋外套管，固化后缓粘结钢绞线完全与腰梁或台座和支护结构的混凝土完全咬合在一起，一般缓粘结钢绞线只要埋入c40混凝土中大于500mm，破坏时钢绞线不会被拔出，由于固化后缓粘结钢绞线与灌浆浆体也完全咬合在一起，这时即使张拉端锚具夹片生锈和第二锚固段的承载体生锈腐蚀，锚杆筋体与支护结构的混凝土及灌浆体由于完全咬合，锚杆也不会失效。

以下是本实用新型的三段式预应力锚杆施工过程。

1、按设计要求长度用砂轮机切割缓粘结钢绞线(即筋体1)进行下料。

2、组装缓粘结钢绞线的承载体9。

3、用有延性的胶管按设计要求布置缓粘结钢绞线自由段6的隔离套管11，伸入支护结构5混凝土中的部分的长度等于或大于隔离套管11直径的三倍。

4、按设计要求进行锚杆定位与钻孔，可以是等直径孔，也可以是底端扩大头孔，并清孔。

5、整套放入组装好的缓粘结预应力钢绞线杆体。

6、对锚杆钻孔孔道的自由段及第二锚固段进行一次及二次灌浆。

7、安装台座或腰梁4、被保护的加固结构5的钢筋，安装张拉端锚垫板3，自由段6(缓粘结钢绞线外包隔离套管11)伸入钢筋笼一小段，缓粘结钢绞线的其余部分(从外包隔离套管11处到张拉端之间的部分)完全外露，以便后面浇完混凝土后，缓粘结钢绞线完成张拉并固化后与混凝土连接成一体，提供足够的抗拔力。

8、浇筑台座或腰梁4、被保护的加固结构5的混凝土。

9、当台座或腰梁4、被保护的加固结构5的混凝土达到设计要求的张拉锁定强度后，装好张拉端锚具2，按设计要求进行锚杆锁定张拉。

10、用砂轮机切割张拉端的多余缓粘结钢绞线，钢绞线外露长度不小于50mm。

11、做好张拉端锚具防腐，并细石微膨胀混凝土封闭张拉端，预应力钢绞线保护层不小于50mm。

本实用新型采用了三段式结构的预应力锚杆，将原来预应力筋体在腰梁或台座与支护结构中的自由段改为锚固段，保留中间的5～6米的自由段，同时也保留末端的锚固段，在第一段锚固段内将预应力锚杆缓粘结钢绞线筋体完全与腰梁或台座及被保护结构的混凝土完全接触，第二锚固段的缓粘结钢绞线筋体与灌浆浆体也完全接触，确保缓粘结钢绞线完全固结后即使张拉端锚具夹片生锈失效或第二锚固段承载体失效，锚杆也不会失效。此种结构的锚杆耐久性大幅度提高，起到双保险作用，可以应用于一些重要的永久性工程中，如混凝土大坝的基础稳定性锚固、危险山体的稳定性加固、国防工程的洞室加固、重要工程的地下室底板抗浮(如图3所示)、悬索桥两端拉索桥墩的稳定锚固、港口大型塔式起动机的基础稳定性锚固。

以上实施例仅是范例性的，并不对本实用新型的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本实用新型的精神和范围下可以对本实用新型技术方案的细节和形式进行修改或替换，但这些修改和替换均落入本实用新型的保护范围内。