本发明涉及一种全长粘结大变形让压锚杆，属于岩土工程锚固技术领域。
背景技术：
锚杆支护是一种对原岩扰动小、施工速度快、安全可靠、经济合理的加固技术，能够充分调动岩土体自身的承载能力，在矿山建设及地下硐室建设中得到了广泛的应用。
目前在矿山及岩土工程中应用的锚杆类型繁多，并且各有其优缺点。其中，全长粘结锚杆在锚固范围内任意一点发生变形时都能有效的提供锚固力，同时还具有一定的抗剪能力，但是无法提供一定的让压距离，不适用于大变形围岩支护，同时采用注浆方法实现全长粘结，施工繁复，周期长；大变形锚杆在巷道出现大变形时能够同时保证让压距离和支护阻力，有效维护大变形围岩的稳定性，但是对软弱破碎围岩的支护能力有限，杆体也容易产生腐蚀破坏；预应力锚杆可以有效控制巷道顶板下沉，减少围岩离层和滑动，提高巷道的稳定性，但是难以允许围岩产生一定变形，不适用于大变形围岩支护。
例如：中国发明专利cn105715287a公开了一种组合自进式注浆锚杆，在该锚杆在锚头和中空注浆锚杆体加工多个注浆孔，在中空注浆锚杆体前杆表面设置倒钩状螺纹以增加锚固力。但是，杆体加工多个注浆孔，降低了杆体强度；另外，难以允许围岩产生一定变形，不适用于大变形围岩支护；同时，采用注浆方式实现全长锚固，操作复杂，耗时长。
中国实用新型专利cn203230446u公开了一种胀壳式预应力煤矿吸能支护锚杆，该锚杆通过设置波浪式吸能段弯曲杆，有较强的变形能力，适用于高应力大变形岩体煤矿。但是，杆体容易被水等物质腐蚀，降低锚杆杆体强度，缩短锚杆的使用寿命。
中国发明专利cn102808635a公开了一种胀壳式内锚头预应力锚杆及其安装使用方法，该锚杆在内锚头设置了锥形结构的锥芯和胀壳且锥角相同，在胀壳上开有对称的通槽，使用时可以涨开胀壳，能够显著提高锚杆锚固力和锚杆可施加的预应力。但是，杆体容易被水等物质腐蚀，造成腐蚀破坏；另外，难以进行让压变形，不适用于大变形围岩支护。
上述锚杆各有的利弊，应该研制一种有效结合这三类锚杆优点的新型锚杆，达到更好支护出现大变形围岩的目的。
技术实现要素：
本发明的目的是结合多种锚杆优点提供一种结构简单的全长粘结大变形让压锚杆，该锚杆安装后可形成一定预应力，并提供较大让压距离和连续工作阻力，能够有效保持大变形破碎围岩的稳定性，避免冒顶事故的发生。
本发明全长粘结大变形让压锚杆的构造为：由扩张锚固头、杆体、波纹套筒、托盘和阻尼螺母组成；所述的扩张锚固头为内壁加工有粗螺纹的中空圆柱体，以环向凹槽为界分为可扩张部和不扩张部；所述的杆体端部加工有与扩张锚固头连接的外螺纹，尾部设置有增阻头；所述的波纹套筒包括卡头、波纹段和平直段，波纹段外凹陷部分被橡胶变形层填充，套筒平直段设置外螺纹安装托盘和阻尼螺母；安装锚杆前，杆体与套筒应先进行组装。
为在杆体增阻头部分形成让压阻力和摩擦阻力矩，杆体尾部的增阻头通过压入法或温差法与波纹套筒进行过盈连接，使增阻头刚好接触波纹套筒波纹段。
为了避免造成杆体腐蚀的物质进入波纹套筒内部，采用防水胶或水泥封堵波纹套筒平直段端头。
为使主杆体更好进入锚固头可扩张部，所述的扩张锚固头在不扩张部顶部加工有四个矩形缺口；在可扩张部，每两个凹槽中间加工有缝隙。
为了保证进入锚固头空腔的缓凝树脂回流到锚孔，更好实现全长粘结，在扩张锚固头周身设有四条对称的竖向凹槽。
为了更好施加预应力，所述的杆体外螺纹段长度与锚固头可扩张部相同，其直径小于主杆体直径，与主杆体45°锥角过渡衔接，主杆体半径与扩张锚固头壁厚之和大于锚孔半径；当主杆体旋转进入锚固头可扩张部后，使设置在锚固头可扩张部的每条缝隙和凹槽之间连续的倒刺片紧贴锚孔壁，提供较大锚固力。
为了避免粘结剂进入波纹套筒内部，所述的波纹套筒卡头与杆体之间的缝隙采用低强度胶封堵。
为使本发明有较好的适应性，所述的套筒波纹段长度为最大让压量，可依据不同工程情况加工适合的长度；另外，改变波纹套筒壁厚能够调节让压阻力，可根据现场实际灵活选择套筒壁厚。
本发明全长粘结大变形让压锚杆的施工方法为：施工时，先将扩张锚固头、足量的缓凝树脂药卷依次放入锚孔；接着，将组装完成的杆体和波纹套筒插入锚孔，在平直段依次安装托盘、阻尼螺母；随后，将阻尼螺母与气动锚杆安装机连接，旋转阻尼螺母带动杆体转动，挤压搅拌药卷，使缓凝树脂扩散至锚孔中，在锚杆与锚孔壁之间形成粘结层；当杆体接触锚固头时，锚固头通过矩形缺口与锚孔底部岩石产生摩擦力，杆体与锚固头之间可以相对转动；在杆体外螺纹段进入锚固头不可扩张部的同时，主杆体刚好开始涨开锚固头可扩张部，倒刺片紧贴锚孔内壁，形成锚固力；最后，当杆体旋转至扩张锚固头底部，扭矩开始增大，增大到一定程度后，阻尼塞脱落，阻尼螺母与杆体出现相对转动；继续转动螺母，螺母压紧托盘同时施加预应力，预应力大小应小于波纹套筒与增阻头之间的让压阻力。
本发明全长粘结大变形让压锚杆的工作变形原理：锚杆安装完毕后，随着围岩的变形，当作用力超过增阻头与波纹套筒之间的让压阻力时，增阻头与波纹套筒开始出现相对滑动；增阻头进入套筒波纹段后，挤压波纹段内壁，橡胶变形层被压缩，波纹段随着围岩的变形逐渐与粘结层分离；可通过采用不同壁厚的波纹套筒，控制让压阻力；当增阻头滑动至套筒端部，增阻头在套筒端部卡头的作用下无法继续滑动，此时达到最大允许让压量；可根据实际情况，设计波纹套筒波纹段的长度，控制围岩最大允许变形量。
本发明全长粘结大变形让压锚杆的优点是：
（1）锚杆体与水等易造成锈蚀的物质隔绝，避免因锈蚀导致杆体强度下降，延长锚杆的使用年限；另外，锚杆托盘只需承受部分岩体的松动力，与部分粘结或端锚锚杆相比，托盘所需承受的力会小很多；
（2）通过缓凝树脂药卷实现全长粘结，与注浆锚杆相比，更省力，操作更加方便；另外，采用缓凝树脂材料，相较于水泥砂浆，形成足够粘结力的时间也更短；
（3）锚固头外围倒刺片能够紧贴锚孔内壁，形成较大初锚力，便于施加预应力，提高支护效果；
（4）波纹套筒波纹段在围岩变形过程中可以与粘结层逐渐分离，相较于传统全长粘结类锚杆，本发明可以在全长粘结的状态下实现让压变形，有效结合全长粘结锚杆和大变形锚杆的优点；
（5）增阻头和波纹套筒之间存在摩擦阻力，当围岩变形产生的作用力超过摩擦阻力，二者之间会出现相对运动，释放围岩内部能量，避免杆体在围岩小变形时受力过大而断裂；
（6）套筒波纹段外凸顶端金属部分与粘结层接触，由于橡胶材料小于金属材料传递的粘结力，波纹套筒虽然直径大，但提供的粘结力比伸出套筒的主杆体部分小；因此，波纹段有局部金属接触，有助于减小杆体和套筒之间的粘结力差距。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明的波纹套筒示意图。
图3为本发明的扩张锚固头侧面三维示意图。
图例说明：1-阻尼螺母；2-阻尼塞；3-托盘；4-增阻头；5-橡胶变形层；6-波纹套筒；7-杆体；8-扩张锚固头；9-粘结层；10-平直段；11-波纹段；12-卡头；13-主杆体；14-倒刺片；15-矩形缺口；16-缝隙；17-竖向凹槽；18-环向凹槽；19-不扩张部；20-可扩张部。
具体实施方式
本发明提供一种全长粘结大变形让压锚杆，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。
如图1所示的全长粘结大变形让压锚杆由扩张锚固头8、杆体7、波纹套筒6、托盘3和阻尼螺母1组成。所述的扩张锚固头8为内壁加工有粗螺纹的中空圆柱体，柱体外径稍小于锚孔直径，由表面设置的环向凹槽18分为可扩张部20和不扩张部19；柱体周身设计四条相互对称的竖向凹槽17，主要作用是使留存于扩张锚固头8内的缓凝树脂回流至锚孔；不扩张部19顶部设置矩形缺口15，使扩张锚固头8与锚孔底部岩石产生一定摩擦力，杆体7能够与锚固头8相对转动，设置不扩张部19长度为20mm～30mm，主要为了保证足够的锚固力；可扩张部20长度应不小于不扩张部19，设置可扩张部20长度为40mm～60mm，在可扩张部20，每两条竖向凹槽17中间设置缝隙16，每条缝隙16和竖向凹槽17之间设置若干倒刺片14，使主杆体13更容易进入锚固头可扩张部20（见图3）。
锚杆杆体7为实心金属杆，端部加工有与扩张锚固头8粗螺纹相匹配的外螺纹，外螺纹长度与可扩张部20一致；主杆体13与外螺纹部分通过45°锥角过渡衔接，其直径大于外螺纹部分，主杆体13半径与扩张锚固头8壁厚之和大于锚孔半径，当杆体7外螺纹部分旋转进入锚固头不扩张部19时，主杆体13刚好进入锚固头不扩张部20，涨开扩张锚固头8，倒刺片14紧贴锚孔壁，提供较大锚固力，便于后期施加预应力；尾部设置增阻头4，其直径稍大于套筒平直段内径；增阻头4通过压入法或温差法与波纹套筒6进行过盈连接，使增阻头4刚好接触波纹套筒6波纹段11，主要作用是为了在杆体7增阻头4部分形成让压阻力和摩擦阻力矩。
锚杆波纹套筒6包括卡头12、波纹段11和平直段10，其中卡头12设置在套筒端部，可以防止杆体7完全脱离套筒；波纹段11外凹陷部分被橡胶变形层5填平，能够允许波纹段11被挤压变形，实现与粘结剂的逐渐脱离，其长度为主要让压距离，可依据不同工程情况加工适合的长度，例如：在煤矿大变形巷道，围岩变形量可达500～600mm，波纹段11长度可设置为600mm；平直段10设置外螺纹，用于安装阻尼螺母1（见图2）；在组装杆体7和波纹套筒6时，采用防水胶或水泥封堵波纹套筒6平直段10端头，主要作用是避免造成杆体7腐蚀的物质进入波纹套筒6内部；另外，波纹套筒6壁厚的改变可以调节让压阻力大小，可根据实际工况灵活选择套筒壁厚。托盘3和阻尼螺母1安装在波纹套筒6平直段10，阻尼螺母1尾部设有阻尼塞2，主要作用是使波纹套筒6与阻尼螺母1在一定扭矩下无相对转动。
施工时，先将扩张锚固头8、足量的缓凝树脂药卷依次放入锚孔；接着，将组装完成的杆体7和波纹套筒6插入锚孔，在平直段10依次安装托盘3、阻尼螺母1；随后，将阻尼螺母1与气动锚杆安装机连接，旋转阻尼螺母1带动杆体7转动，挤压搅拌药卷，使缓凝树脂扩散至锚孔中，在锚杆与锚孔壁之间形成粘结层9；当杆体7接触扩张锚固头8时，锚固头8在顶部的矩形缺口15的作用下与锚孔底部岩石产生摩擦力，杆体7与锚固头8之间可以相对转动；在杆体1外螺纹段进入锚固头不扩张部19的同时，主杆体13刚好开始涨开锚固头可扩张部20，倒刺片14紧贴锚孔内壁，形成锚固力；最后，当杆体7旋转至扩张锚固头8底部，扭矩开始增大，增大到一定程度后，阻尼塞2脱落，阻尼螺母1与杆体7出现相对转动；继续转动螺母1，压紧托盘3同时施加预应力，预应力大小应小于波纹套筒6与增阻头4之间的让压阻力。