一种预应力锚索装置和使用方法

本申请实施例涉及采矿工程，尤其涉及一种预应力锚索装置和使用方法。

背景技术：

1、在岩土工程领域，采用预应力锚索对边坡进行加固是一种普遍且可靠的加固方式之一，预应力锚索柔性大，有良好的抗震性和延性，可以深层加固岩土体，能够主动控制岩体变形、调整土体受力状态、有利于岩体稳定性，因此，预应力锚索对岩土边坡的稳定性以及施工安全性意义重大，然而，传统的预应力锚索在岩体变形、温度变化及爆破振动等外部条件的长期影响下，其锚固力会出现一定程度的降低，严重影响锚固效果；

2、特别对于我国高寒地区的露天矿边坡，常年处于冻融循环与爆破振动耦合作用条件下，采用预应力锚索锚固的边坡岩体，受高寒地区岩石内部节理冻胀作用、施工过程爆破动荷载还有长期锚固下岩石蠕变作用等，会导致锚索预应力降低、甚至造成锚固失效，从而诱发滑坡等灾害，目前，由于钢绞线松弛造成锚索预应力损失的问题，现有的解决方法大致分为两类：即通过超张拉或增加弹簧等储存弹性能的方式与二次做功的方式对锚索预应力损失进行弥补，但这两种方式均存在固有缺陷：一方面，弹性储能装置的储能能力有限，例如受限于锚头处第二锚盘弹簧行程，锚固力在长时间后依然存在应力损失，且很难再进行能量补充；另一方面，二次张拉一般不能做到及时的应力补偿，会增加施工成本，且在锚固位置陡峭、人员抵达困难的区域对锚索进行二次张拉存在一定程度危险性。

技术实现思路

1、本发明旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。

2、为此，本发明的第一方面提供了一种预应力锚索装置。

3、本发明的第二方面提供了一种使用方法。

4、有鉴于此，根据本申请实施例的第一方面提出了一种预应力锚索装置，包括：

5、锚索，所述锚索的一端用于固定在边坡岩体内部；

6、液压伸缩器，所述液压伸缩器连接于固定所述锚索的另一端；

7、应力补偿系统，所述应力补偿系统包括液压油和液压蓄能器，所述液压油设置在液压蓄能器内部，所述液压蓄能器与所述液压伸缩器相连通；

8、其中，所述液压伸缩器的液压与所述锚索受到的应力呈正相关。

9、在一种可行的实施方式中，所述液压伸缩器包括：

10、固定部，所述固定部的一侧用于紧贴边坡岩体，所述固定部采用单侧开口的管状结构；

11、移动部，所述移动部内部中空，所述移动部设置在固定部的内部且所述移动部滑动连接于所述固定部；

12、所述移动部的一侧通过固定部上的开口伸出固定部；

13、所述移动部伸出固定部的一端设有锚索孔；

14、所述固定部靠近边坡岩体的一端设有锚索孔。

15、在一种可行的实施方式中，所述液压伸缩器包括：

16、注油腔，所述固定部和所述移动部围合形成所述注油腔；

17、所述注油腔连通于应力补偿系统。

18、在一种可行的实施方式中，所述锚索包括一根或多根锚索，每个单元的所述锚索包括若干根无粘结的钢绞线。

19、在一种可行的实施方式中，所述液压伸缩器还包括：

20、第一锚盘，所述第一锚盘设置在所述移动部伸出所述固定部内部的一侧，所述第一锚盘上开设有若干可供锚索穿过的孔；

21、固定件，所述固定件固定连接于所述锚索穿过所述第一锚盘的一端。

22、在一种可行的实施方式中，液压伸缩器还包括：

23、第二锚盘，所述第二锚盘设置在所述固定部与边坡岩体之间，所述第二锚盘上设有若干可供锚索穿过的孔。

24、在一种可行的实施方式中，所述应力补偿系统还包括：

25、液压伺服阀，所述液压伺服阀与所述液压伸缩器相连通；

26、导管，所述导管的一端与所述液压阀向连通，所述导管的另一端与所述液压储能器向连通；

27、供油阀，所述供油阀设置在所述液压储能器上。

28、在一种可行的实施方式中，所述应力补偿系统还包括：

29、压力监测组件，所述压力监测组件用于监测液压储能器和液压伸缩器内部的压力。

30、根据本申请实施例的第二方面提出了一种使用方法，包括

31、所述锚索设置于待固定的边岩坡体；

32、连通所述液压伸缩器与所述应力补偿系统；

33、所述液压伸缩器与所述应力补偿系统的压力达到平衡；

34、基于所述锚索拉力变化，控制液压伸缩器与应力补偿系统进行油压变化。

35、在一种可行的实施方式中，所述预应力锚索设置于待固定的边岩坡体，包括：

36、开凿锚固孔，所述锚固孔穿过边岩坡体的滑移面并延伸入稳定岩体；

37、使所述锚索一端伸入锚固孔，另一端穿过液压伸缩器并从液压伸缩器穿出；

38、对锚固孔进行注浆加固；

39、对锚索施加预应力。

40、相比现有技术，本发明至少包括以下有益效果：本申请实施例提供的预应力锚索装置包括：锚索、液压伸缩器和应力补偿系统，其中，锚索的一端用于伸入待固定的边坡岩体，并浇筑混凝土形成锚固段、与岩体固定在一起。液压伸缩器接于固定锚索的另一端，当锚索应力减小时，液压伸缩器内部液压减少，应力补偿系统包括液压油和液压蓄能器，液压油设置在液压蓄能器内部，液压蓄能器与液压伸缩器相连通，液压伸缩器的液压与锚索受到的应力呈正相关。在具体应用场景中，将该预应力锚索装置安装在需要锚固的岩土边坡上，对锚索施加预应力，在工程中位于高寒地区的露天矿边坡，常年处于冻融循环与爆破振动耦合作用，由于岩体变形、温度变化及爆破振动等外部条件的长期影响下会对锚索的预应力带来损失。为了弥补这些因素造成的锚索预应力损失，首先，对边坡进行地质勘测与力学计算或数值模拟研究，设计边坡锚固方案，包括锚索加固深度、锚固段长度、布设网度与数量以及选择锚索型号、确定单孔锚索根数、单孔锚固力等。其次，锚索安装过程，根据设计要求在每个锚索安装孔内安装锚索，确保锚固长度并对锚固段进行注浆，并且，对锚索孔孔口处岩体表面进行平整，或者施工混凝土基座为后续安装与施加预应力做准备。再次，当锚固段强度达到设计要求后，进行边坡外安装与施加预应力，将锚索依次穿过锚盘、液压伸缩器并从锚头穿出。然后，用千斤顶对多根锚索依次施加拉拔力，使其预应力均达目标值，接着对锚索施加所需的预应力之后对其伸入液压伸缩器的一端进行锁定，确保张拉锁定后装置气密性良好，此时，液压伸缩器位移量压缩至最低，随后液压伸缩器与应力补偿系统相连通，应力补偿系统与液压伸缩器的内部液压保持一致，当锚索的拉力减少时，液压伸缩器受到的抵挡力减少，内部液压降低，则应力补偿系统可通过液压蓄能器补充油压给液压伸缩器，使其伸长变形、增大预应力锚索的拉力，该申请实施例通过液压伸缩器及应力补偿系统实现了应力补偿功能，以及温度变化下根据热胀冷缩效应的自适应效果。

技术特征：

1.一种预应力锚索装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的预应力锚索装置，其特征在于，所述液压伸缩器包括：

3.根据权利要求2所述的预应力锚索装置，其特征在于，所述液压伸缩器包括：

4.根据权利要求1所述的预应力锚索装置，其特征在于：

5.根据权利要求2所述的预应力锚索装置，其特征在于，所述液压伸缩器还包括：

6.根据权利要求5所述的预应力锚索装置，其特征在于，所述液压伸缩器还包括：

7.根据权利要求1所述的预应力锚索装置，其特征在于，所述应力补偿系统还包括：

8.根据权利要求7所述的预应力锚索装置，其特征在于，所述应力补偿系统还包括：

9.一种使用方法，应用于权利要求1至8中任一项所述的预应力锚索装置，其特征在于，包括：

10.根据权利要求9所述的使用方法，其特征在于，所述预应力锚索设置于待固定的边岩坡体，包括：

技术总结
本申请实施例公开了一种预应力锚索装置及其使用方法，本申请实施例提供的预应力锚索装置包括：锚索、液压伸缩器和应力补偿系统，其中，锚索的一端固定在的边坡岩体内部，液压伸缩器接于固定锚索的另一端，当锚索应力减小时，液压伸缩器内部液压减少，应力补偿系统包括液压油和液压蓄能器，液压油设置在液压蓄能器内部，液压蓄能器与液压伸缩器相连通，液压伸缩器的液压与锚索受到的应力呈正相关。在具体应用场景中，液压伸缩器与应力补偿系统相连通，应力补偿系统与液压伸缩器的内部液压保持一致，当锚索的拉力减少时，应力补偿系统可通过液压蓄能器补充油压给液压伸缩器，使其伸长变形、增大预应力锚索的拉力。

技术研发人员：刘溪鸽,朱万成,叶姝阳,曾天鑫,邓文学,关凯,刘洪磊,侯晨
受保护的技术使用者：东北大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13