专利名称：张拉自锁伞型锚及土质边坡加固方法
技术领域：
本发明涉及土体边坡加固技术领域，具体是一种张拉自锁伞型锚及土质边坡加固方法，主要应用于土质边坡锚固，还可应用于深基坑、抵抗倾覆的结构、加压装置及各种构筑物等需要提供抗拔力来维持稳定的工程。
背景技术：
在公路、铁路、港口码头、水利、建筑等工程建设中，经常需要对不稳定的土质边坡进行加固处理，以保证工程安全。锚固技术能充分利用土体自身强度，是常用的加固手段之一。目前，常用的土体边坡锚固方式以钻孔灌浆为主，一般称为灌浆锚杆，灌浆土层锚杆由锚杆(锚索)、自由段、锚固段及锚头、垫块等组成。其中锚固段及锚头是抗拔力的提供者， 其性能如何关系到锚杆的作用发挥程度，锚固段多采用圆柱或扩大端部两种类型。圆柱型依靠锚固段锚杆外侧与土体的摩阻力提供抗力，而扩大端部型锚杆除此之外，还利用扩大部分对应的上部土体抗剪强度作为抗力，充分利用了土体自身的强度，抗拔力较高。扩大端部型锚固主要通过机械、爆破、水射流等方式施工，需借助特有设备，施工工艺复杂，扩孔作用也有限。锚杆采用钻孔灌浆施工的方法也较复杂，如灌浆质量不好，则很难保证锚杆的抗拔力。
对于以上问题，部分学者也进行了研究，并提出了几种新的方法。1996年，陈书申发明了伞式锚杆(详见中国专利号为CN96243^1. X的文件)，其利用伞状反力板增加锚杆抗力，是一种较好的研究思路；但由于所用反力板是通过锚杆张拉柔性拉条打开的，这样反力板入土阻力很大，导致反向板嵌入很浅，施工困难，张拉力提高有限。1997年，张继红发明了伞式锚具(详见中国专利号为CN97103512. 1的文件)，其主体设计思想是利用雨伞撑开的原理，增加锚头与土体结合的面积，从而增大抗拔力；主要工作原理是利用上下移动的伞柄和张拉柔性网来使得锚头与周围土体形成整体；从设计图来看，伞柄下压才可使锚头张开，再张拉柔性网才使得伞锚外边插入土中，由于张拉柔性网和伞柄均不能一起入土(阻力很大)，影响了张开角度和入土深度，从而抗拔力提高幅度不大。
2002年，葛修润等发明了船锚式注浆张开型土锚锚头(详见中国专利号为 CN02151286. 8的文件)，其利用灌浆压力使得锚抓打开并切入土体，通过灌浆的方法来提高抗拔力，此种锚头对于较软土体比较有效，但当土体强度稍高时，则切入深度较小，抗拔力提高有限；同时，锚头较复杂，需要控制灌浆压力并借助灌浆提高抗拔力的方法，施工也较复杂。发明内容
本发明提供一种张拉自锁伞型锚及土质边坡加固方法，可以通过钻进和张拉，将多根锚钉板嵌入两侧土体中，深度和角度可以任意调整，充分利用土体自身强度提供抗拔力，实现对土质边坡的加固；本发明伞型锚抗拔力大；省却了灌浆固结的流程，工艺简单， 造价低，施工便捷，效率高，可满足各类土体边坡加固的需要。
一种张拉自锁伞型锚，包括锚头、连接体和张拉固定端，锚头通过连接体与张拉固定端连接，所述锚头包括螺旋钻头、与螺旋钻头连接的圆柱体套筒，所述圆柱体套筒的内腔安装有活动拉板，所述圆柱体套筒远离螺旋钻头的一端安装有导向板，所述活动拉板上设有至少两个锚钉板固定环，所述圆柱体套筒靠近导向板的侧壁上对应所述至少两个锚钉板固定环设有至少两个自锁环，至少两个锚钉板的一端分别与对应的锚钉板固定环连接，另一端从对应的自锁环和导向板之间的空间伸出圆柱体套筒外，导向板上安装有正旋卡口， 拉杆的一端与所述活动拉板连接，另一端从导向板、正旋卡口伸出后与连接体连接。
—种土质边坡加固方法，使用上述的张拉自锁伞型锚进行土质边坡加固，其方法包括如下步骤
(a)对拟加固边坡进行计算分析，确定合理的加固方案，包括单锚抗拔力、锚固深度、布置型式、间距和水平夹角；
(b)选择相应型号的上述张拉自锁伞型锚，并根据加固深度选择相应的施工机械，
(c)钻进机具就位，按设计方向预先钻孔或直接利用带有连接体的锚头钻进；按加固方案将伞型锚的锚头钻至预定位置，并通过反转将钻进装置与锚头脱开；
(d)将连接体与张拉固定端的张拉设备连接，通过张拉设备施加张拉力进行张拉， 拉杆拉动活动拉板上移，活动拉板带动锚钉板上移，在导向板和锚钉板固定环的控制下，锚钉板向两侧展开并呈伞形打开嵌入两侧土体；在张拉设备工作时记录拉力和位移，达预定拉力后，将连接体与固定件牢固连接；
(e)按照(c)、(d)两个步骤完成整个边坡所有伞型锚的施工。
本发明采用将伞型锚钻至预定位置，通过张拉，使得锚钉板自动打开并嵌入土体， 当达到预定嵌入深度后自动锁定并与两侧土体形成整体，具有极大的抵抗拔出的能力；通过多根伞型锚的锚固，使得边坡不稳定部分与下部土体连接形成整体，从而达到了加固边坡的目的。本发明中锚钉板的嵌入深度和张开角度可满足各类工程的需要，抗拔力大幅度提高，可应用于各类土质边坡的加固；该发明具有抗拔力大，造价低，工艺简单，施工效率高，施工简便等特点，可适于各类复杂场地，具有十分广阔的应用前景。
图1是本发明张拉自锁伞型锚加固土质边坡的原理图，其中图1(a)为锚头钻入土体的示意图，图1(b)为锚钉板张拉后，锚头呈伞型打开并与土体形成整体的示意图2是本发明张拉自锁伞型锚的结构示意图，其中图2(a)为锚钉板张拉前的结构示意图，图2(b)为锚钉板张拉后的结构示意图。
图中A-锚头；B-连接体；C-张拉固定端；1-螺旋钻头；2-活动拉板；3-锚钉板固定环；4-锚钉板；5-圆柱体套筒；6-自锁环；7-导向板；8-正旋卡口 ；9-拉杆。
具体实施方式
下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。
请参考图1和图2，本发明张拉自锁伞型锚包括锚头A、连接体B和张拉固定端C， 锚头A通过连接体B与张拉固定端C连接。其中锚头A是本发明的关键组成部件，请参考图3及图4，所述锚头A包括螺旋钻头1、伞型锚体和正旋卡口 8。
具体来说，螺旋钻头1可钻入各类土体，带动整个锚头A到达所需锚固的部位。伞型锚体是提供抗拔力的主体部件，包括与螺旋钻头1连接的圆柱体套筒5，所述圆柱体套筒 5的内腔安装有活动拉板2，所述圆柱体套筒5远离螺旋钻头1的一端安装有导向板7，所述圆柱体套筒5靠近导向板7的侧壁设有自锁环6，所述活动拉板2上间隔一定距离设有锚钉板固定环3，所述活动拉板2上设有至少两个锚钉板固定环3，所述圆柱体套筒5靠近导向板7的侧壁上对应所述至少两个锚钉板固定环3设有至少两个自锁环6，至少两个锚钉板4 的一端分别与对应的锚钉板固定环3连接，另一端从对应的自锁环6和导向板7之间的空间伸出圆柱体套筒5外，导向板7上安装有正旋卡口 8，拉杆9的一端与所述活动拉板2连接，另一端从导向板7、正旋卡口 8伸出后与连接体B连接。较佳的，所述锚钉板4的数量为 4 10个。
连接体B是连接锚头A与张拉固定端C的杆、线等，为锚头A提供张拉力，可采用具有一定拉伸强度的金属或非金属杆和线等，如钢筋、钢丝、钢绞线、玻璃钢丝等。
张拉固定端C是采用钢筋混凝土制作的表面固定件，是进行张拉、施加预应力并锁紧的部件；张拉固定端C可与千斤顶等张拉设备连接用于施加张拉力，并配有压力传感器和位移计等用于测量张拉力和锚头变形等。
在进入土体时锚钉板4处于闭合状态，如图2(a)所示，当到达锚固部位并受张拉作用时，拉杆9拉动活动拉板2上移，活动拉板2带动锚钉板4上移，在导向板7和锚钉板固定环3的控制下，锚钉板4向两侧展开并呈伞形打开嵌入两侧土体，达张拉行程后受自锁环 6限制而自动锁定，使得两侧土体与整个伞型锚体形成一个整体，形成极大的抵抗拔出的能力；伞型锚体的直径和高度、锚钉板4的长度和宽度可根据抗拔力的需要进行设计。正旋卡口 8是连接钻进机具的专用接头，在正旋方向作用下，钻进机具可使得锚头A钻入土体，反旋作用下钻进机具可与锚头A脱开。
本发明还提供一种使用上述张拉自锁伞型锚进行土质边坡加固的方法，其包括如下步骤
(a)对拟加固边坡进行计算分析，确定合理的加固方案，包括单锚抗拔力、锚固深度、布置型式、间距和水平夹角等。
(b)选择相应型号的上述张拉自锁伞型锚，并根据加固深度选择相应的施工机械。 具体的，对于加固深度不大，可人工钻入伞型锚的边坡，选择人工下锚的方式；对于加固深度不大，土体强度较高，可采用钻进机具下锚的方式；当加固深度较大，钻进困难时，可采用预先钻孔至一定深度，然后再采用钻进机具下锚的方式。
(c)钻进机具就位，按设计方向预先钻孔或直接利用带有连接体B的锚头A钻进； 按加固方案将伞型锚的锚头A钻至预定位置，并通过反转将钻进装置与锚头A脱开；其中， 对预先钻孔的施工方法，在锚头A放至预定位置后进行钻孔回填，可以防止孔内积水，并可提供一定阻力，防止伞型锚未打开而拔出。
(d)将连接体B与张拉固定端C的张拉设备连接，通过张拉设备施加张拉力进行张拉，拉杆9拉动活动拉板2上移，活动拉板2带动锚钉板4上移，在导向板7和锚钉板固定环3的控制下，锚钉板4向两侧展开并呈伞形打开嵌入两侧土体，达张拉行程后受自锁环 6限制而自动锁定，使得两侧土体与整个伞型锚体形成一个整体，形成极大的抵抗拔出的能力；在张拉设备工作时记录拉力和位移，达预定拉力后，将连接体B与固定件牢固连接。
(e)按照(c)、(d)两个步骤完成整个边坡所有伞型锚的施工。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式
，但本发明的保护范围并不局限于此，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
权利要求
1.一种张拉自锁伞型锚，包括锚头(A)、连接体⑶和张拉固定端(C)，锚头㈧通过连接体(B)与张拉固定端(C)连接，其特征在于所述锚头(A)包括螺旋钻头(1)、与螺旋钻头( 连接的圆柱体套筒(5)，所述圆柱体套筒(5)的内腔安装有活动拉板0)，所述圆柱体套筒( 远离螺旋钻头(1)的一端安装有导向板(7)，所述活动拉板( 上设有至少两个锚钉板固定环(3)，所述圆柱体套筒( 靠近导向板(7)的侧壁上对应所述至少两个锚钉板固定环C3)设有至少两个自锁环(6)，至少两个锚钉板的一端分别与对应的锚钉板固定环(3)连接，另一端从对应的自锁环(6)和导向板(7)之间的空间伸出圆柱体套筒 (5)夕卜，导向板(7)上安装有正旋卡口(8)，拉杆(9)的一端与所述活动拉板(2)连接，另一端从导向板(7)、正旋卡口(8)伸出后与连接体⑶连接。
2.如权利要求1所述的张拉自锁伞型锚，其特征在于所述锚钉板的数量为4 10个。
3.如权利要求1所述的张拉自锁伞型锚，其特征在于所述连接体(B)是连接锚头(A) 与张拉固定端(C)的杆或线。
4.如权利要求3所述的张拉自锁伞型锚，其特征在于所述连接体(B)为钢筋、钢丝、 钢绞线或玻璃钢丝。
5.如权利要求1所述的张拉自锁伞型锚，其特征在于所述张拉固定端(C)是采用钢筋混凝土制作的表面固定件，是进行伞型锚张拉、施加预应力并锁紧的部件，可与千斤顶连接用于施加张拉力。
6.一种土质边坡加固方法，其特征在于使用权利要求1-5中任一项所述的张拉自锁伞型锚进行土质边坡加固，其方法包括如下步骤(a)对拟加固边坡进行计算分析，确定合理的加固方案，包括单锚抗拔力、锚固深度、布置型式、间距和水平夹角；(b)选择相应型号的上述张拉自锁伞型锚，并根据加固深度选择相应的施工机械，(c)钻进机具就位，按设计方向预先钻孔或直接利用带有连接体(B)的锚头(A)钻进； 按加固方案将伞型锚的锚头(A)钻至预定位置，并通过反转将钻进装置与锚头(A)脱开；(d)将连接体(B)与张拉固定端(C)的张拉设备连接，通过张拉设备施加张拉力进行张拉，拉杆(9)拉动活动拉板(2)上移，活动拉板(2)带动锚钉板⑷上移，在导向板(7)和锚钉板固定环( 的控制下，锚钉板(4)向两侧展开并呈伞形打开嵌入两侧土体；在张拉设备工作时记录拉力和位移，达预定拉力后，将连接体(B)与固定件牢固连接；(e)按照(c)、(d)两个步骤完成整个边坡所有伞型锚的施工。
7.如权利要求6所述的土质边坡加固方法，其特征在于其中步骤(b)中根据加固深度选择相应的施工机械具体为对于加固深度不大，可人工钻入伞型锚的边坡，选择人工下锚的方式；对于加固深度不大，土体强度较高，采用钻进机具下锚的方式；当加固深度较大，钻进困难时，采用预先钻孔至一定深度，然后再采用钻进机具下锚的方式。
8.如权利要求6所述的土质边坡加固方法，其特征在于步骤(c)中对预先钻孔的施工方法，在锚头(A)放至预定位置后进行钻孔回填。
全文摘要
本发明提供一种张拉自锁伞型锚，包括锚头、连接体和张拉固定端，所述锚头包括螺旋钻头、与螺旋钻头连接的圆柱体套筒，圆柱体套筒的内腔安装有活动拉板，圆柱体套筒远离螺旋钻头的一端安装有导向板，活动拉板上设有至少两个锚钉板固定环，圆柱体套筒靠近导向板的侧壁上对应所述至少两个锚钉板固定环设有至少两个自锁环，至少两个锚钉板的一端分别与对应的锚钉板固定环连接，另一端从对应的自锁环和导向板之间的空间伸出圆柱体套筒外，导向板上安装有正旋卡口，拉杆的一端与活动拉板连接，另一端从导向板、正旋卡口伸出后与连接体连接。本发明中锚钉板的嵌入深度可满足各类工程的需要，抗拔力大幅度提高，可应用于各类土质边坡的加固。
文档编号E02D5/76GK102518132SQ20121000639
公开日2012年6月27日 申请日期2012年1月9日 优先权日2012年1月9日
发明者刘军, 刘鸣, 周武华, 宋建平, 李静希, 程展林, 程永辉, 胡汉兵, 胡波, 钟敬全, 饶锡保, 龚壁卫 申请人:长江水利委员会长江科学院