专利名称：一种摩擦型树脂锚杆及其安装方法
技术领域：
本发明涉及岩体加固领域，特别涉及一种摩擦型树脂锚杆及其安装方法。
背景技术：
在地下工程和边坡工程等领域中，锚杆是应用最广泛的岩土加固措施。全世界每年要消耗数百万根岩石锚杆。随着地下工程和深部矿山埋深越来越大，许多水利和交通工程以及金属和非金属地下矿山的都遇到了高地应力问题，此时受开挖卸荷影响的地下工程围岩将承受很高的应力。在高应力作用下，许多较为严重的地质灾害常常发生，如岩体较软弱时常发生软岩大变形、塌方等，而岩体硬脆时则易发生岩爆和冲击地压等。而防治高地应力地质灾害的有效手段仍然是及时有效的锚杆加固措施。目前，岩体加固领域常见的锚杆类型有砂浆锚杆、水泥药卷锚杆、机械锚杆、管缝锚杆和水胀式锚杆等。各种类型锚杆的不足和缺陷如下所述
(1)砂浆锚杆其锚固力主要靠砂浆与孔壁、砂浆与杆体的粘结力提供，其极限伸长量有限，易在锚杆中间被拉断，难以满足大变形岩体的加固需要，且安装周期长，灌浆效果往往难以保证；
(2)水泥药卷锚杆由于水泥药卷在使用前要在水中浸泡，浸泡时间长短对锚固力影响很大，且安装时必须将水泥药卷搅拌均勻，导致安装工艺复杂，锚固效果较难保证；
(3)机械锚杆传统的机械锚杆分别在孔底和孔口进行两点锚固，锚固点失效后整个锚杆的加固作用全部消失，因而在高地应力条件下可靠性低；
(4)管缝锚杆安装费力，杆体易腐蚀，长度有限，锚固力不可靠，其抗拉强度与锚固力不匹配，由于杆体材质问题，有时出现锚杆在中间被拉断的现象；
(5)水胀式锚杆结构复杂，杆体易腐蚀，制造费工，安装费力，成本高；
(6)树脂锚杆受材料限制，其极限伸长量很小，易发生脆性断裂，且外锚头处易断裂， 难以满足大变形岩体的加固需要。鉴于传统锚杆在围岩支护中的缺陷，国内外先后研发了多种岩石锚杆。如专利“管式摩擦可拉伸锚杆”，公告号为CN87207U8U，它由杆体和套管组成，其主要特点在于杆体头部安设有阻挡件，套管分别由两段大小不等径的行程套管和摩擦套管连接而成，杆体通过机械力压入套管中。当杆体所受拉力超过与套管间的静摩擦力时杆体在恒定阻力下被拉出，当达到设计所需伸长量时，阻挡件起阻止作用。其锚固力相对较小，难以充分发挥锚杆的加固效果，且锚杆加工难度大。又如专利“全长多点楔胀式管缝锚杆”，公告号为CN1395025，由杆体、法兰套环、托板及楔体组成。锚杆杆体为经冷轧压滚成开口管状的杆体，沿管状杆体全长开有一条开缝， 其截面为近似圆形。主要是通过利用楔胀力学原理，塞入楔体使锚杆的杆体膨胀，由于杆体膨胀孔壁产生径向压力，当岩体沿杆体轴向位移时，由径向压力的作用会产生较大的摩擦阻力。该锚杆需打入多个楔形体，施工周期长，且采用中空钢管，防腐性能差，还不适用于含瓦斯地层中煤巷支护。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明提供了一种结构简单、制造成本较低、易于安装的摩擦型树脂锚杆及其安装方法，该摩擦型树脂锚杆尤其适用于变形量很大地下洞室、隧道以及边坡的加固支护，且能对软岩大变形、岩爆、冲击矿压以及滑坡等地质灾害进行很好的防治。为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案
一、一种摩擦型树脂锚杆，包括由2个及以上相同的长条状树脂材料环向拼接而成的管状杆体、遇水可膨胀的充填物、楔体塞和托盘。其中，管状杆体外表面为粗糙面，长条状树脂材料的横截面呈圆弧状，且长条状树脂材料的拼接处留有缝隙；管状杆体空腔内填充有遇水可膨胀的充填物；楔体塞呈圆台形，可塞入位于钻孔孔口处的管状杆体内以扩张管状杆体的外径；托盘安装于位于钻孔孔口处的管状杆体端部。上述管状杆体采用纤维强化塑料制成。上述遇水可膨胀的充填物为粉状或粒状的生石灰、水泥、细砂和外加剂的混合物， 且生石灰的质量百分比为609Γ90%，水泥的质量百分比为109Γ25%，细砂的质量百分比为 0 10%，外加剂为固体水玻璃，其质量百分比为0 5%。上述楔体塞采用纤维强化塑料或钢材制成。上述托盘为中部有圆孔的方形钢板，且圆孔直径与管状杆体的外径相等。二、上述摩擦型树脂锚杆的安装方法，依次包括以下步骤
步骤一，在拟加固的岩体上钻孔，并清孔，所得钻孔孔径与管状杆体外径相等； 步骤二，将填充有遇水可膨胀的充填物的管状杆体全部浸入水中，待其停止冒泡、但遇水可膨胀的充填物未发生明显膨胀前，将管状杆体从水中取出； 步骤三，将管状杆体插入钻孔中； 步骤四，安装托盘和楔体塞。本发明锚杆的管状杆体是采用强度高、耐腐蚀、价格相对便宜的树脂制成，在管状杆体内部填充高膨胀力的充填物。将本发明锚杆安装于事先钻好的钻孔中，充填物遇水将发生体积膨胀，管状杆体内的充填物将产生一定的膨胀力，使管状杆体撑大，并紧紧挤压在钻孔孔壁上，从而提供锚固力，达到加固岩土体的目的，本发明锚杆所能提供的锚固力为锚杆管状杆体极限抗拉力的709Γ95%。相对于现有技术，本发明具有如下的优点和积极效果
1、本发明锚杆采用纤维强化塑料为管状杆体材质，并通过填充在管状杆体内的充填物的高膨胀力来实现全长锚固，可允许围岩具有较大的变形量，尤其适用于变形量很大地下洞室、隧道以及边坡的加固支护，能对软岩大变形、岩爆、冲击矿压以及滑坡等地质灾害进行很好的防治；
2、本发明采用纤维强化塑料为管状杆体材质，与钢材相比，成本低廉，且防腐性和耐久性好，另外，以纤维强化塑料为管状杆体材质，切割时不产生火花，适用于采掘煤巷的加固， 客服了传统管缝锚杆仅能用钢材制造的缺陷；3、本发明锚杆依赖填充在管状杆体内的充填物的高膨胀力来实现锚杆的全长自锚固， 克服了传统管缝锚杆和水胀式锚杆初阻力和可靠性低的缺陷；本发明锚杆还可以通过调整充填物的组成来控制其膨胀速度，从而实现锚杆的快速锚固，并能有效控制岩体的变形量；
4、本发明锚杆结构简单、制造简单、制造成本较低、安装方便快捷。
图1为本发明具体实施例的结构示意图。图2为本发明具体实施例的横剖面示意图。图3为本发明具体实施例的支架示意图。图中1 一管状杆体、2—遇水可膨胀的充填物、3—楔体塞、4一托盘、5—钻孔孔壁、 6—支架。
具体实施例方式本发明锚杆的组成部分包括由2个及以上相同的长条状树脂材料环向拼接而成的管状杆体、遇水可膨胀的充填物、楔体塞和托盘组成，其中
管状杆体外表面为粗糙面，长条状树脂材料的横截面呈圆弧状，且长条状树脂材料的拼接处留有缝隙；
管状杆体空腔内填充有遇水可膨胀的充填物，但管状杆体处于钻孔孔口外的端部不填充遇水可膨胀的充填物，充填物遇水后体积膨胀产生膨胀力，使得管状杆体横截面发生扩张，并产生膨胀压力，管状杆体紧贴在钻孔孔壁上，从而产生锚固力，阻止管状杆体与孔壁的相对滑动，达到加固岩土体的目的，可通过调整充填物的组成来控制其膨胀速度和膨胀压力；
楔体塞呈圆台形，塞入位于钻孔孔口处的管状杆体内，以扩张管状杆体的外径，使得塞入楔体塞处的管状杆体横截面的最大外径大于钻孔直径，从而阻止管状杆体端部向钻孔内移动；托盘安装于位于钻孔孔口处的管状杆体端部，楔体塞和托盘共同作用实现对锚杆杆体端部的锚固；
管状杆体由长条状纤维强化塑料通过设有卡槽的环状或筒状支架拼接而成；遇水可膨胀的充填物为粉状或粒状的生石灰、水泥、砂和外加剂的混合物。其中，生石灰的质量百分比为60% 90%，水泥的质量百分比为10% 25%，细砂的质量百分比为0 10%，外加剂为固体水玻璃，其质量百分比为(Γ5% ；楔体塞可采用纤维强化塑料或钢材制做；托盘为中部有圆孔的方形钢板，所述的圆孔直径与管状杆体直径相等。本发明锚杆的安装方法，依次包括以下步骤
步骤一，在拟加固的岩体上钻孔，并清孔，所得钻孔孔径与管状杆体外径相等；本步骤中可采用压缩空气进行清孔；
步骤二，将填充有遇水膨胀充填物的管状杆体全部浸入水中，待其停止冒泡、但遇水可膨胀的充填物未发生明显膨胀前，将管状杆体从水中取出； 步骤三，将管状杆体插入钻孔中；
步骤四，将托盘安装在管状杆体位于钻孔孔口处的端部，并将楔体塞塞入管状杆体的内，即完成摩擦型树脂锚杆的安装。下面将通过具体实施例进一步说明本发明。如图1、2、3所示为本发明具体实施例的结构示意图，如图所示，本实施例锚杆由管状杆体1、遇水可膨胀的充填物2、楔体塞3和托盘4组成，遇水可膨胀的充填物2充填在管状杆体1内部，楔体塞3塞入位于钻孔孔口处的管状杆体1的内，托盘4安装于位于钻孔孔口处的管状杆体端部，管状杆体1长度为2. 5m，其横截面内径为40mm，外径为42mm。管状杆体1由3个横截面呈圆弧状、且圆弧直径相等的长条状树脂材料通过4个设有卡槽的塑料环状支架6拼接而成，长条状树脂材料厚度为4mm，其外表面为磨砂粗糙面，每个长条状树脂材料横截面圆弧的角度均为101°，3个长条状树脂材料横截面的圆弧总角度为303°。长条状树脂材料的拼接处均留有4mm宽的缝隙。管状杆体1的一端预留 80mm不填充遇水可膨胀的充填物2。遇水可膨胀的充填物2由粉状和粒状的生石灰、水泥、细砂和固体水玻璃混合而成，其中，粉粒状生石灰的质量百分比为60%，水泥的质量百分比为25%，细砂的质量百分比为10%，固体水玻璃的质量百分比为5% ；遇水可膨胀的充填物2吸水后发生化学反应，体积膨胀，并使管状杆体1发生膨胀，并产生膨胀压力，膨胀压力使得管状杆体1紧贴在钻孔孔壁5上，从而达到锚固的效果。本具体实施例的锚杆的锚固力在5min以内可达到6吨以上。楔体塞3的材质为钢材，呈圆台形，其高度为50mm，最小横截面直径为30mm，最大横截面直径为35mm ；楔体塞3塞入位于钻孔孔口处的管状杆体1内，管状杆体1被楔体塞3 扩张后的最大外径应大于钻孔直径，本具体实施例中管状杆体1被楔体塞3扩张后其横截面最大外径可达43mm ；
托盘4为中部有圆孔的方形钢板，所述圆孔直径为42mm。本具体实施例锚杆的安装方法，依次包括以下步骤
步骤一，本具体实施例锚杆管状杆体1横截面外径为42mm，所以，在拟加固的岩体上钻一直径为42mm的钻孔，并用压缩空气进行清孔；
步骤二，将填充有遇水可膨胀的充填物2的管状杆体1全部浸入水中约1分钟，此时， 水中已停止冒泡，但遇水可膨胀的充填物2还未发生明显膨胀，将管状杆体1从水中取出； 步骤三，将管状杆体1插入钻孔中；
步骤四，将托盘4安装在管状杆体位于钻孔孔口处的端部，并将楔体塞3插入位于钻孔孔口处的管状杆体内，本具体实施例中管状杆体1被楔体塞3扩张后最大外径可达43mm，该外径大于钻孔直径，从而可以阻止管状杆体1端部向钻孔内移动，起到阻止表面岩体向临空面变形的作用。
权利要求
1.一种摩擦型树脂锚杆，其特征在于包括由2个及以上相同的长条状树脂材料环向拼接而成的管状杆体、遇水可膨胀的充填物、楔体塞和托盘，其中，管状杆体外表面为粗糙面，长条状树脂材料的横截面呈圆弧状， 且长条状树脂材料的拼接处留有缝隙；管状杆体空腔内填充有遇水可膨胀的充填物；楔体塞呈圆台形，塞入位于钻孔孔口处的管状杆体内以扩张管状杆体的外径；托盘安装于位于钻孔孔口处的管状杆体端部。
2.根据权利要求1所述的摩擦型树脂锚杆，其特征在于所述的管状杆体采用纤维强化塑料制成。
3.根据权利要求1所述的摩擦型树脂锚杆，其特征在于所述的遇水可膨胀的充填物为粉状或粒状的生石灰、水泥、细砂和外加剂的混合物。
4.根据权利要求4所述的摩擦型树脂锚杆，其特征在于所述的遇水可膨胀的充填物的组成比例为生石灰的质量百分比为609Γ90%，水泥的质量百分比为109Γ25%，细砂的质量百分比为(Γ10%，外加剂为固体水玻璃，其质量百分比为0 5%。
5.根据权利要求1所述的摩擦型树脂锚杆，其特征在于 所述的楔体塞采用纤维强化塑料或钢材制成。
6.根据权利要求1所述的摩擦型树脂锚杆，其特征在于所述的托盘为中部有圆孔的方形钢板，且圆孔直径与管状杆体横截面外径相等。
7.权利要求1所述的摩擦型树脂锚杆的安装方法，其特征在于，包括以下步骤步骤一，在拟加固的岩体上钻孔，并清孔，所得钻孔孔径与管状杆体外径相等；步骤二，将填充有遇水可膨胀的充填物的管状杆体全部浸入水中，待其停止冒泡、但遇水可膨胀的充填物未发生明显膨胀前，将杆体从水中取出；步骤三，将管状杆体插入钻孔中；步骤四，安装托盘和楔体塞。
全文摘要
本发明公开了一种摩擦型树脂锚杆及其安装方法，本发明锚杆包括由2个及以上相同的长条状树脂材料环向拼接而成的管状杆体、遇水可膨胀的充填物、楔体塞和托盘，其中，管状杆体外表面为粗糙面，长条状树脂材料的横截面呈圆弧状，且长条状树脂材料的拼接处留有缝隙；管状杆体空腔内填充有遇水可膨胀的充填物；楔体塞呈圆台形，塞入位于钻孔孔口处的管状杆体内。本发明锚杆通过钻孔、杆体浸泡、杆体插入钻孔、安装托盘和楔体塞四个步骤进行安装。本发明锚杆具有安装速度快，锚固力高，允许岩体大变形，加工方便，经济性好等特点。
文档编号E02D17/20GK102392457SQ20111031757
公开日2012年3月28日 申请日期2011年10月19日 优先权日2011年10月19日
发明者周创兵, 姜清辉, 孙金山 申请人:武汉大学