一种具有应力监测功能的新型装配式公路边坡锚固结构的制作方法

1.本发明涉及挡土墙技术领域，具有应力监测功能的新型装配式公路边坡锚固结构。


背景技术：

2.锚固技术是一种公路边坡上常用的一种加固手段，其应用主要分为锚杆工艺和锚索工艺两种，锚杆是一端与外部承载构件连接，另一端被锚固在稳定岩层或土层中，将拉力传递到稳定岩层或土层的锚固体系，其主要由杆体、注浆体、锚具、套管和连接器组成。锚杆的受力机理如下：当锚杆杆体受到外力作用时，拉力首先通过杆体钢筋与周边的水泥注浆体之间的侧摩阻力将力传到水泥砂浆体中，然后通过水泥砂浆体与周边土体之间的侧摩阻力将力传递到周边锚固土层中；当采用钢绞线或高强度钢丝束作为杆体材料时，又称为锚索。
3.以上两种防护工艺因其对边坡扰动较小、施工速度快、操作简便等优点被广泛应用于公路和铁路边坡防护中，但在实际应用中出现了锚杆失效、锚头松脱和锚头与钢绞线粘结界面破坏等现象，威胁锚固工程安全，因此亟需提出一种耐久性强、经济成本低且能实时应力监测的新型锚固结构。


技术实现要素：

4.为解决上述现有锚固结构所存在的问题，本发明提供了一种具有应力监测功能的新型装配式公路边坡锚固结构，将传统锚索和锁杆的锚固结构统一为装配式锚头，在强化锚杆外锚头锁定的同时，最大化的保留坡表植被残留，利用草植根系作用提高边坡稳定性，针对锚杆失效和锚头松脱等病害在锚固结构内部加设光纤光栅传感器，实时监测锚杆内部应力变化，通过无线传输设备同步至服务器上，达到及时观测预警的效果，降低滑坡事故的发生。
5.为实现上述目的，本发明采用的技术方案具体如下：
6.一种具有应力监测功能的新型装配式公路边坡锚固结构，锚固结构的锚杆4通过注浆体15浇筑固定于边坡坡面8上的锚杆孔内，其特征在于：所述锚杆孔中架设光栅应力传感器11，将光栅应力传感器11通过光纤10连接至锚头，在锚杆端部上安装有定位管5，以定位管5固定有面板背部垫层3，所述面板背部垫层3上敷设有钢丝网2，在钢丝网2上加盖预制面板1并通过螺丝扣套筒13与锚杆4固定，在预制面板1顶部安装封锚盖板7对锚固结构进行封装，在封锚盖板中心设立无线传输设备9并与光纤10顶端连接，所述预制面板1采用十字形结构。
7.所述预制面板1可采用正菱形或正方形结构。
8.所述面板背部垫层3上设置有注浆管6，通过注浆管6向面板背部垫层3内注浆。
9.所述预制面板1上设置有用于连接预制面板1和保护壳12的环形定位箍14。
10.所述无线传输设备9中内嵌ic传输设备和数据转换模块，并可以通过扫描设备和
云服务器两种方式传输锚杆内部应力变化。
11.所述无线传输设备9顶部安装环形定位箍14和保护壳12，保护壳12顶部固定微型太阳能板17并通过光伏直流线16为无线传输设备供电。
12.本发明的有益效果为：1)本发明的预制面板采用超高性能混凝土预制浇筑而成，其中心处留有孔洞，用于固定锚杆或锚索位置，其重力较普通预制结构大大减轻，达到轻量化防护的目的，并且便于运输和吊装。
13.2)本发明具有实时应力监测功能，根据每一个锚杆设立好专属的ic标签，测量人员可使用扫描设备在保护壳外部非接触地读取每个锚杆的标签信息和应力数据情况，若锚杆应力在设定好的阈值之下，扫描设备会发出预警信号，并且所有锚杆数据都能在监测设备传输的同步上传至云服务器，方便数据的整理和留存。本发明应力监测设备结构简单、顶部有保护壳防护，不易损坏，且维修方便，只需卸下保护壳更换传输设备即可，在保护壳顶部有微型太阳能板，维持传输系统供电，维护管理成本较低。
14.2)本发明的十字锚固结构最大限度的对边坡坡面植被进行了留存，只需要在需要设立锚杆的位置进行坡面开挖，在提高边坡稳定性的同时，坡体草植根系也会提升边坡土体稳定性，实现了绿色施工和环保施工。在对面板背部垫层进行浇筑时，通过注浆管进行水泥注浆，减少了对周边植被的破坏，这种不需要现场拌合料的施工工艺更是避免了扬尘污染。
15.3)本发明装配式公路边坡锚固结构施工步骤高效，结构简单，可根据防护工程设计具体要求选取锚杆和锚索两种加固工艺，从防护效果方面有十字形、正菱形和正方形三种结构可以选取，可应用范围大幅增加，加之其预制面板提前预制浇筑，在施工过程会节省大量工期，降低工程防护成本。
附图说明
16.图1为本发明结构示意图；
17.图2为本发明安装于边坡结构示意图；
18.图3为本发明监测结构示意图；
19.图4为本发明监测系统工作流程图；
20.图5为本发明十字形锚固结构图；
21.图6为本发明正菱形锚固结构图；
22.图7为本发明正方形锚固结构图；
23.图8为本发明面板垫层示意图；
24.图中所示：预制面板1、钢丝网2、面板背部垫层3、锚杆4、定位管5、注浆管6、封锚盖板7、边坡坡面8、无线传输设备9、光纤10、光栅应力传感器11、保护壳12、螺丝扣套筒13、环形定位箍14、注浆体15、光伏直流线16和微型太阳能板17。
具体实施方式
25.下面结合附图并通过具体的实施例进一步的说明本发明的技术方案：
26.实施例1
27.如图1-5所示，本发明提供了一种具有应力监测功能的装配式公路边坡锚固结构，
其锚固结构的组成包括：预制面板1、钢丝网2、面板背部垫层3、锚杆4、定位管5、注浆管6、封锚盖板7、无线传输设备9、光纤10、光栅应力传感器11、保护壳12、螺丝扣套筒13、环形定位箍14、注浆体15、光伏直流线16和微型太阳能板17。
28.预制面板1根据图纸尺寸在工厂现浇制作，根据不同的边坡防护需求，采用超高性能混凝土浇筑预制面板1，同时预制面板1尺寸制作相应的钢丝网2组成整个锚固结构的上半部分。
29.针对面板背部垫层3，选取毛毡作为垫层内部的填充材料，外侧则用土工布进行缝合，预留出注浆管6的位置。
30.锚固结构安装如图2所示，在边坡坡面8设置锚杆孔后将锚杆4打入孔内后，将光栅应力传感器11固定于锚杆中心处并用光纤10串联起来，预留一定长度的光缆为后续连接监测设备，同时为保证锚固结构的稳定性，在锚杆孔顶部架设好定位管5。
31.面板背部垫层3在现场安装时，使得所有注浆管6都应安置在锚固结构上侧同一方向，通过水泥车统一从注浆管注浆，在面板背部垫层3内形成注浆体，面板背部垫层3内部毛毡和水泥砂浆融合后能提供更强的抗剪强度，作用主要是保证预制面板1与边坡坡面8充分贴合，预制面板1在锚固之前不会提前移位。
32.现场施工时，面板背部垫层3上居中敷设钢丝网2，并用螺丝扣套筒10将垫层位置进行固定后架设预制面板1。等待注浆体15养护完成后，将锚固结构预制面板1中心处安装封锚盖板7，在盖板中心处居中设立无线传输设备9并通过光纤10与光栅应力传感器11连接，达到对锚杆应力实时监测的目的，最后在光栅应力传感器周边安装环形定位箍14，在保护壳12顶部安装微型太阳能板17，并在中心处预留孔洞穿入光伏直流线16连接至无线传输设备9，待整个传输系统和供电设备调试完成后拧紧保护壳12。
33.具体施工步骤包括：
34.一、根据设计图纸工厂化生产预制面板1、钢丝网2、面板背部垫层3和定位管5，根据不同的防护需要选取不同的预制面板类型和配套结构设施，方便后续现场施工，以及准备好对应的无线传输设备9、光栅应力传感器11和光纤10，并采购对应尺寸的光伏直流线16和微型太阳能板17。
35.二、按照边坡防护设计图纸沿水平方向在边坡坡面8上间隔均匀设置锚杆孔，在锚杆内壁上安装光栅应力传感器11，当需要安装多个应力传感器时，其相互之间用光纤11连接，应注意预留足够的光纤长度以便与无线传输设备连接，在所有光栅应力传感器安装就绪后在锚杆孔内放入锚杆4并进行注浆，每个锚杆端部露出边坡坡表200-300mm，应注意相邻锚杆孔之间的距离应与预制面板大小相适应。
36.三、在预留好的锚杆孔顶部安装定位管5，以便于安装和固定装配式锚固结构的位置，将预制好的面板背部垫层3安装至定位管上5后，将钢丝网2居中敷设在垫层上。应将背部垫层的注浆管6预留至结构上侧同一方向，以便于后续对垫层进行水泥注浆。
37.四、钢丝网上加盖预制面板1，确保垫层和面板上下位置一致，保证后续锚固结构位置不会产生偏差。
38.五、运用混凝土车通过垫层侧部注浆管6进行水泥注浆，注浆过程中应随时观察垫层外部土工布的变化，保证垫层下部浆体应完全跟坡面地形贴合。
39.六、等待注浆体9强度达到设计值后，对锚杆端头多余部分进行裁剪后，浇筑封锚
混凝土并养生。
40.七、在封锚盖板中心处安装无线传输设备9，与锚杆内部引出的光纤相连并接驳好供电系统，设定好锚杆的应力处置和预警阈值，测试无线传输设备的ic传输和数据转换模块，调试扫描设备和云服务器接收和存储模块正常运行后，在其上部安装后环形定位箍14。事先在保护壳12顶部安装好微型太阳能板17，并在中心处预留孔洞穿入光伏直流线16连接至无线传输设备9，测试传输设备供电正常后拧紧保护壳12。
41.实施例二
42.如图4和5所示，本发明提供了一种具有监测功能的新型公路边坡装配式锚固结构，相较于实施例一采用的十字形锚固结构，本实施例采用的是正菱形结构或正方形的预制面板1，在原有的十字锚的基础上加设了四个扇叶，能更大面积的防护到边坡坡面，适合于坡表土体松散且无很多草植的公路边坡，外扩的扇叶能提供更好的土体稳定效果。
43.对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
44.此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。