多段锚固式砂浆锚杆及其锚固方法
【专利摘要】本发明公开了一种多段锚固式砂浆锚杆及其锚固方法，它包括锚杆体和孔口预紧器，锚杆还间隔设有自由段，所述的自由段是在该锚杆体上套有一段塑料套管，塑料套管的两端用可缩性垫圈封堵或缩紧，套有塑料套管的锚杆体为自由段，其余段的锚杆体为点锚固段，从而将锚杆体从孔口开始依次被分成第一自由段、第一点锚固段、第二自由段、第二点锚固段、第三自由段、第三点锚固段，要求第一自由段处在围岩的松动区，第三点锚固段处在围岩的弹性区，其余段处在围岩的塑性区。本发明点锚固段和自由段的数量以及各段的长度可以根据围岩压力分布特点调整，分散荷载，避免在锚杆端部发生超强的应力集中，防止杆体断裂或将锚固体拔出。
【专利说明】多段锚固式砂浆锚杆及其锚固方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及矿山巷道、交通隧道、地下工程、岩体边坡等各类岩体工程加固用的锚杆，尤其适用于软岩工程的加固锚杆。
【背景技术】
[0002]目前锚杆锚固方式主要为端头锚固式锚杆或者全长锚固式锚杆，它们都是由锚杆体、孔口预紧器和锚固剂组成。与本发明有关的技术是全长锚固式锚杆，全长锚固式锚杆是在全孔中注入砂浆，锚杆体与全孔壁之间全部设有锚固剂(简称砂浆锚杆)，这种全长锚固形式会由于累加式变形传递使被锚固介质剪切破坏，造成锚杆支护失效。这种锚杆失效现象在软岩工程中尤其突出。
[0003]根据巷道或隧道围岩变形特点，围岩从外向里可分为四个区:松动区、塑性区、弹性区和原岩应力区，围岩的位移量大小在锚杆轴向上呈现的趋势是，松动区最大、其次是塑性区、最小是弹性区。目前的锚杆锚固方式情况。
【发明内容】
[0004]为了解决现有锚杆锚固时无法适应围岩变形位移而被拉断失效的技术问题，本发明提出一种多段锚固式砂浆锚杆以及该锚杆的锚固方法。该锚杆可根据围岩的变形特点，分段释放变形，可以消除锚杆周围岩体变形的累加式传递，避免锚固点形成超限应力集中区。
[0005]一种多段锚固式砂浆锚杆，它包括锚杆体和孔口预紧器，其特征在于，在锚杆体上间隔套有塑料套管，塑料套管两端用可缩性垫圈封堵或缩紧，套有塑料套管的锚杆体称为自由段，其余段称为点锚固段，从而将锚杆体从孔口开始依次被分成第一自由段、第一点锚固段、第二自由段、第二点锚固段、第三自由段、第三点锚固段，各点锚固段和自由段的长度应保证锚杆打入钻孔后，第一自由段的锚杆体处在围岩的松动区，第三点锚固段的锚杆体处在围岩的弹性区，其余段的锚杆体处在围岩的塑性区。
[0006]上述多段锚固式砂浆锚杆的锚固方法是:
[0007]1、首先截取长度等于锚杆体自由段长度的塑料套管，塑料套管材料可选用成本低的塑料管；
[0008]2、将塑料套管套在锚杆体自由段上，并且塑料套管的两端用可缩性垫圈封堵或缩紧，防止套管内进入砂浆锚固剂；
[0009]3、用传统的方法向钻孔中注入砂浆锚固剂，将上述带塑料套管的锚杆体装入钻孔中，将围岩与无塑料套管的锚杆体凝固成一体成为点锚固段；
[0010]4、砂浆锚固剂凝固一定强度后，装上孔口预紧器，通过孔口预紧器的螺母施加预紧力，安装完成，使第一自由段刚好处在松动区，第一点锚固段、第二自由段、第二点锚固段、第三自由段处在塑性区，第三点锚固段处在弹性区。
[0011]上述塑料套管起到隔离砂浆作用，使该段形成自由变形空隙；[0012]可缩性垫圈即可以防止砂浆注入套管内，又可释放围岩钻孔轴向的变形。
[0013]本发明的工作原理和积极效果是:
[0014]1、由于第一自由段刚好处在松动区，第一自由段和第一点锚固段与孔口预紧器之间共同形成加固区，该加固区依靠孔口预紧器的作用，使之间的锚杆体与围岩保持隔离状态，这样，围岩不会裹抱锚杆体同步位移，使松动区围岩变形能量可以自由耗散，消除了围岩位移对锚杆的传递叠加效应，防止锚杆被拉坏失效。
[0015]2、第一、第二点锚杆段全部设置在塑性区内，形成一个承载区，该承载区的位移比前区小得多，可以根据支护结构的要求选择点锚固段的长度，对软弱岩体甚至可以全段锚固。
[0016]3、加固区和承载区谐调并存，互相作用，形成整体承载结构。加固区不仅能耗散承压区的变形能，而且对承压区有支撑作用，提高承压区的承载能力。承载区承受弹性区传递来的变形压力，约束加固区的变形，保持加固区的整体稳定。两区谐调并存成形整体承载结构。
[0017]4、锚固段和自由段数量和长度比例可以根据围岩压力分布特点调整，分散荷载，避免在锚杆端部发生超强的应力集中使杆体断裂或将锚固体拔出。
[0018]图例说明
[0019]图1是本发明锚固原理图；
[0020]图2是本发明实施例的结构示意图，图中示出了使用状态；
[0021]图3是图1A部放大图。
[0022]图例说明，1-锚杆体，2-孔口预紧器，2.1-螺母，2.2-压力弹簧，2.3-托盘，
3.1-第一点锚固段，3.2-第二点锚固段,3.3-第二点锚固段,4.1-第一自由段，4.2-第二自由段，4.3-第三自由段，5-可缩性垫圈，6-砂浆锚固剂，7-塑料套管。
【具体实施方式】
[0023]如图2、图3所示的多段锚固式砂浆锚杆，一种多段锚固式砂浆锚杆，它包括锚杆体I和孔口预紧器2，孔口预紧器2由螺母2.1、压力弹簧2.2和托盘2.3组成，在锚杆体I上间隔套有一段塑料套管7，塑料套管7两端用可缩性垫圈5封堵或缩紧，套有塑料套管7的锚杆体I称为自由段，其余段称为点锚固段，从而将锚杆体I从孔口开始被依次分成第一自由段4.1、第一点锚固段3.1、第二自由段4.2、第二点锚固段3.2、第三自由段4.3、第三点锚固段3.3，各点锚固段和自由段的长度应保证锚杆打入钻孔后，第一自由段4.1的锚杆体处在围岩的松动区，第三点锚固段3.3的锚杆体处在围岩的弹性区，第一点锚固段3.1、第二自由段4.2、第二点锚固段3.2、第三自由段4.3的锚杆体处在围岩的塑性区。
[0024]上述多段锚固式砂浆锚杆的施工方法见图1:
[0025]1、首先截取长度等于锚杆体I自由段长度的塑料套管7 ；
[0026]2、将塑料套管7套在锚杆体I自由段上，并且塑料套管7的两端用可缩性垫圈5封堵或缩紧，防止塑料套管7内进入砂浆锚固剂6 ；
[0027]3、用传统的方法向钻孔中注入砂浆锚固剂6，将上述带塑料套管7的锚杆体I装入钻孔中，将围岩与无塑料套管的锚杆体I凝固成一体成为点锚固段；
[0028]4、砂浆锚固剂6凝固一定强度后，装上孔口预紧器2，通过孔口预紧器2的螺母2.1施加预紧力，安装完成，使第一自由段4.1的锚杆体锚固在围岩的松动区，第三点锚固段3.3的锚杆体锚固在围岩的弹性区，第一点锚固段3.1、第二自由段4.2、第二点锚固段
3.2和第三自由段4.3的锚杆体锚固在围岩的塑性区。
[0029]上述塑料套管7起到隔离砂浆锚固剂6作用，使该段形成自由变形空隙；可缩性垫圈5即可以防止砂浆锚固剂6注入塑料套管7内，又可释放围岩钻孔轴向的变形。
【权利要求】
1.一种多段锚固式砂浆锚杆，它包括锚杆体和孔口预紧器，其特征在于，在锚杆体上间隔套有塑料套管，塑料套管两端用可缩性垫圈封堵或缩紧，套有塑料套管的锚杆体称为自由段，其余段称为点锚固段，从而将锚杆体从孔口开始依次被分成第一自由段、第一点锚固段、第二自由段、第二点锚固段、第三自由段、第三点锚固段，各点锚固段和自由段的长度应保证锚杆打入钻孔后，第一自由段的锚杆体处在围岩的松动区，第三点锚固段的锚杆体处在围岩的弹性区，其余段的锚杆体处在围岩的塑性区。
2.如权利要求1所述的多段锚固式砂浆锚杆的锚固方法，其特征在于， 第一步:首先截取长度等于锚杆体自由段长度的塑料套管； 第二步:将塑料套管套在锚杆体自由段上，并且塑料套管的两端用可缩性垫圈封堵或缩紧，防止套管内进入砂浆锚固剂； 第三步:用传统的方法向钻孔中注入砂浆锚固剂，将上述带塑料套管的锚杆体装入钻孔中，将围岩与无塑料套管的锚杆体凝固成一体成为点锚固段； 第四步:砂浆锚固剂凝固一定强度后，装上孔口预紧器，通过孔口预紧器的螺母施加预紧力，安装完成，从而使第一自由段刚好处在松动区，第一点锚固段、第二自由段、第二点锚固段、第三自由段处在塑性区，第三点锚固段处在弹性区。
【文档编号】E21D20/02GK103850696SQ201410032446
【公开日】2014年6月11日 申请日期:2014年1月22日 优先权日:2014年1月22日
【发明者】王渭明, 高鑫 申请人:山东科技大学