本发明属于岩土工程支护技术领域,具体的说是一种分段式中空注浆锚索及使用方法。
背景技术
岩土工程如地铁、隧道、边坡、井巷、涵洞、大坝等,在遇地质破碎带、部分软岩、易冒落片帮、滑坡失稳、大变形、有出水或突水危险、管涌等情况时,注浆加固是常用的首选方法之一,其方法是通过注浆锚索、注浆锚杆等,利用注入浆液的粘接和凝结作用机理等,达到加固围岩,显著提高支护、堵水等效果。
目前采用注浆锚索存在的问题:采用锚索注浆,孔深甚至达百米,在深孔或地质密实段注入的浆液少,造成浆液扩撒渗透不均匀,存在弱面,致使还是可能发生渗水漏水突水、冒落片帮滑坡等。目前解决的方法是复注、加密钻孔等,造成工程量浩大,并且也难以达到安全要求。
技术实现要素:
为了弥补现有技术的不足,本发明提出的一种分段式中空注浆锚索及使用方法,解决现有锚索不能对深部围岩进行分段式注浆加固,有利于提高深部岩层裂隙的注浆量,显著提高注浆加固或封堵效果,防止浅层跑浆导致的注浆不均匀或注浆后支护不理想等问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:一种分段式中空注浆锚索,包括锚索本体、分段式封孔装置,所述锚索本体包括索体、体螺母和垫板(托盘),所述索体上安装有垫板,且所述垫板的一侧的所述索体上螺纹连接有尾体螺母;所述分段式封孔装置包括设置在所述索体上的封孔塞;所述封孔塞的外侧上套装有套管,且所述套管一侧套装有固定框;所述固定框的内部放置有固浆袋。
优选的,所述的索体由钢绞线和注浆管组成;所述的套管可以是塑料套管或化学玻璃套管,具有一定强度和脆性;所述固浆袋包括外固浆袋,且所述外固浆袋的内部设有内固浆袋,且所述内固浆袋与所述外固浆袋之间设有尼龙粘扣带;所述尼龙粘扣带上连接有操作绳。
优选的,所述分段式封孔装置为一、两或n个,其将索体分为两、三或n+1个区域,优先选择两个,三个区域即注浆区域a、注浆区域b和注浆区域c,注浆区域a为索体尾端至第一个封孔装置的固定框顶端,注浆区域b为第一个封孔装置的固定框顶端至第二个封孔装置的固定框顶端,注浆区域c为第二个封孔装置的固定框顶端至索体前端,注浆顺序由c段-b段-a段。
优选的,所述索体中有贯通的注浆孔;所述封孔装置对应的索体处设有出浆孔,所述封孔塞与索体出浆孔间有润滑使得出浆塞可沿索体上下移动,所述套管与封孔塞配合相套。
所述注浆区域b和a处出浆孔孔径相等,数量相同,且区域b和区域a处的套管的厚度不同。
所述分段式中空注浆锚索还包括控制浆液流动的出浆机构,所述出浆机构包括安装在所述索体顶端的顶盖,且所述索体的侧壁设有第二通孔;所述第二通孔内部安装有活塞,且所述活塞由锥形孔、尾部、中部和头部组成,活塞的头部为圆台形结构,侧壁的倾斜角度为45°(或根据锚索结构做适当的调整),活塞的中部为圆台形结构,侧壁的倾斜角度为8-15°(或根据锚索结构做适当的调整)。
一种分段式中空注浆锚索的使用方法,所述的分段式中空注浆锚索的使用方法包括两种封孔方式,具体如下:
第一种封孔方式:在一圆柱形外固浆袋内套一个内固浆袋,将化学浆液a放置在内固浆袋内,化学浆液b放置在外固浆袋内;内固浆袋侧壁设有开口,开口处用尼龙粘扣带封住,尼龙粘扣带上端口处系有操作绳;拉动操作绳从而拉开尼龙粘扣带,使包容的化学浆液a通过操作绳的拉动与外固浆袋中的化学浆液b混合,从而实现膨胀分段封孔;
第二种封孔方式:在固浆袋中放入对应剂量的静态膨胀剂(或膨胀水泥等类似材料),剂量为0.9-1.3kg/m(或根据材料性质确定剂量),与适量水调成流动状浆体,等待一段反应时间后静态膨胀剂由于自身的膨胀作用,在孔壁的约束下,沿径向方向对孔壁产生较大的膨胀压力,实现封孔分段。
优选的,所述第一种封孔方式中的内固浆袋的直径小于钻孔直径、长度。
优选的,所述第一种封孔方式的出浆方式:所述固定框分为两部分,通过两根或多根螺丝穿过固定框上侧小孔,优先选取两根,通过螺母预紧固定在索体上,所述外固浆袋通过绳结固定在索体上,固定框外壁为透明塑料保证固浆袋在索体锚固过程中不被岩石破坏,所述封孔塞直径为6mm(或根据锚索结构做适当调整),与出浆孔配套稳合,两者间有润滑;出浆孔间隔150mm(或根据锚索结构做适当调整),其出浆孔只在索体安装的分段式封孔装置下方设有,在每一级末端1000mm(或根据锚索结构做适当调整)处不设有出浆孔;所述套管空心,直径大于索体直径,安装至索体出浆孔区域,长度覆盖每一级出浆孔区域,与封孔塞配合使其不上下滑动;所述套管只在区域b与区域a安装,且区域a安装的套管厚度大于区域b安装的厚度;保证b、区域a出浆冲破的压力不同。
优选的,所述第一种封孔方式的另一种出浆方式为:所述固定框分为两部分,通过两根或多根螺丝穿过固定框上侧小孔,优先选取两根,螺母预紧固定在索体上,所述外固浆袋通过绳结固定在索体上,固定框外壁为透明塑料保证固浆袋在索体锚固过程中不被岩石破坏,所述封孔塞直径为6mm(或根据锚索结构做适当调整),与出浆孔配套稳合,两者间有润滑;出浆孔间隔150mm(或根据锚索结构做适当调整),其出浆孔只在索体安装的分段式封孔装置下方设有,在每一级末端1000mm(或根据锚索结构做适当调整)处不设有出浆孔;在封孔塞上端系上操作绳,注浆区域a、b和c所有的封孔塞的操作绳最后旋转为一根绳子;向下拉扯操作绳时,整断出浆区域的封孔塞全部被扯下。
本发明的有益效果如下:
1.本发明结构简易、加工方便,改善了现有注浆锚索的不足,解决现在支护的注浆锚索注浆效果差等问题,提高工作效率、降低支护成本,减少人力物力的投入;
2.本发明分段式封孔工艺,解决了深部层岩进行注浆加固时,浅层跑浆、注浆效果不理想等问题,同时实现有针对性的对不同区域进行注浆;显著提高安全效果;避免因施工材料等因素造成无法实现施工目的的情况;提高破碎围岩结构的完整性。加强中空式注浆锚索的全长锚固。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步说明。
图1是本发明的注浆锚索的整体结构图;
图2是本发明的外固浆袋与内固浆袋连接示意图;
图3是本发明的封孔塞结构示意图;
图4是本发明的套管结构示意图;
图5是本发明的固定框结构示意图;
图6是本发明的固定框安装示意图;
图7是本发明的索体注浆示意图;
图8是本发明的活塞结构示意图;
图9是本发明的活塞截面结构示意图。
图中:1、索体,2、尾体螺母,3、垫板,4、岩石,5、套管,6、固定框,7、封孔塞,8、操作绳,9、钻孔,10、外固浆袋,11、内固浆袋,12、尼龙粘扣带;25、顶盖,26、注浆泵,27、第二通孔,28、活塞,28a、锥形孔,28b、尾部,28c、中部,28d、头部。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解,下面结合具体实施方式,进一步阐述本发明。
如图1至图6所示,一种分段式中空注浆锚索,包括锚索本体、分段式封孔装置,所述锚索本体包括索体1、尾体螺母2和垫板3,所述索体1上安装有垫板3,且所述垫板3的一侧的所述索体1上螺纹连接有尾体螺母2;所述分段式封孔装置包括设置在所述索体上的封孔塞7;所述封孔塞7的外侧上套装有套管5,且所述套管5一侧套装有固定框6;所述固定框6的内部放置有固浆袋。
作为本发明的另一实施方式,所述的索体由钢绞线和注浆管组成;所述的套管可以是塑料套管或化学玻璃套管,具有一定强度和脆性;所述固浆袋包括外固浆袋10,且所述外固浆袋10的内部设有内固浆袋11,且所述内固浆袋11与所述外固浆袋10之间设有尼龙粘扣带12;所述尼龙粘扣带12上连接有操作绳8。
作为本发明的一种实施方式,所述分段式封孔装置为两个,其将索体1分为三个区域即注浆区域a、注浆区域b和注浆区域c,注浆区域a为索体1尾端至第一个封孔装置的固定框6顶端,b为第一个封孔装置的固定框6顶端至第二个封孔装置的的固定框6顶端,c为第二个封孔装置的固定框6顶端至索体1前端;注浆顺序由c段-b段-a段。
所述索体1中有贯通的注浆孔;所述封孔装置对应的索体处设有出浆孔,所述封孔塞7与索体1出浆孔间有润滑使得封孔塞可沿索体上下移动,所述套管5与封孔塞7配合相套。
所述注浆区域b和a处出浆孔孔径相等,数量相同,且区域b和区域a处的塑料玻璃套管的厚度不同。
所述注浆机构包括安装在所述索体1顶端的顶盖25,且所述索体1的侧壁设有第二通孔27;所述第二通孔27内部安装有活塞28,且所述活塞28由锥形孔28a、尾部28b、中部28c和头部28d组成,活塞28的头部28d为圆台形结构,侧壁的倾斜角度为45°,活塞28的中部28c为圆台形结构,侧壁的倾斜角度为8-15°,聚氨酯活塞橡胶活塞在侧壁倾斜角度为8-10°时锚索内部空间的压力加大过程中,当施加压力为1-3mpa的时候,活塞28尾部孔被压缩变形,使活塞冲出。聚氨酯活塞橡胶活塞在侧壁倾斜角度为11-15°时锚索内部空间的压力加大过程中,当施加压力大于5mpa的时候,活塞28尾部孔被压缩变形,使活塞28冲出。注浆泵26连接在索体1中。
一种分段式中空注浆锚索的使用方法,所述的分段式中空注浆锚索的使用方法包括两种封孔方式,具体如下:
第一种封孔方式:在一圆柱形外固浆袋内套一个内固水泥浆布袋,将化学浆液a放置在内固浆袋11内,化学浆液b放置在外固浆袋10内;内固浆袋侧壁设有开口,开口处用尼龙粘扣带12封住,尼龙粘扣带12上端口处系有操作绳8;拉动操作绳8从而拉开尼龙粘扣带12,使包容的化学浆液a通过操作绳8的拉动与外固浆袋10中的化学浆液b混合,从而实现膨胀分段封孔。
第二种封孔方式:在固浆袋中放入对应剂量的静态膨胀剂,剂量为0.9~1.3kg/m,与适量水调成流动状浆体,等待一段反应时间后静态膨胀剂由于自身的膨胀作用,在孔壁的约束下,沿径向方向对孔壁产生较大的膨胀压力,实现封孔分段。
作为本发明的一种实施方式,所述第一种封孔方式中的内固浆袋11的直径小于钻孔直径、长度。
作为本发明的一种实施方式,所述第一种封孔方式的出浆方式:所述固定框分为两部分,通过两根螺丝穿过固定框上侧小孔,螺母预紧固定在索体上,所述外固浆袋10通过绳结固定在索体1上,固定框6外壁为透明塑料保证固浆袋在索体1锚固过程中不被岩石破坏,所述封孔塞7直径为6mm,与出浆孔配套稳合,两者间有润滑;出浆孔间隔150mm,其出浆孔只在索体1安装的分段式封孔装置下方设有,在每一级末端1000mm处不设有出浆孔;所述套管5空心,直径大于索体1直径,安装至索体1出浆孔区域,长度覆盖每一级出浆孔区域,与封孔塞7配合使其不上下滑动;所述塑料5只在区域b与区域a安装,且区域a安装的套管5厚度大于区域b安装的厚度;保证b、区域a出浆冲破的压力不同。
作为本发明的一种实施方式,所述第一种封孔方式的另一种出浆方式:所述固定框6分为两部分,两根螺丝穿过固定框6上侧小孔,通过螺母预紧固定在索体1上,所述外固浆袋10通过绳结固定在索体1上,固定框6外壁为透明塑料保证固浆袋在索体1锚固过程中不被岩石破坏,所述封孔塞7直径为6mm,与出浆孔配套稳合,两者间有润滑;出浆孔间隔150mm,其出浆孔只在索体1安装的分段式封孔装置下方设有,在每一级末端1000mm处不设有出浆孔;在封孔塞7上端系上操作绳8,区域a、b和c所有的封孔塞的操作绳最后旋转为一根绳子;向下拉扯操作绳时,整段出浆区域的封孔塞7全部被扯下。
拉动操作绳8的带动尼龙粘扣带12被拉开,内固浆袋11内的化学浆液a与外固浆袋12内的化学浆液b混合,从而两种浆液发生反应膨胀进而封孔,而达到分段封孔目的。通过固定框6保证外固浆袋10不被岩石4破坏,在每一级的出浆孔上配套与之相稳合的封孔塞7,其间有润滑出浆孔除外,并覆盖相应的套管5,且注浆区域b、a区域处套管5的厚度不同,保证浆液冲破封孔塞7与套管5的压力不同。注浆后b、a区域不出浆,先进行c注浆,由于分段式封孔装置和出浆孔在顶端的缘故浆液不会回流。随后冲破b、a部分,从而达到本发明中的分段式注浆。从而解决因地质条件较差引起的围岩难以支护的问题,实现了锚索体周围浆体均匀化,让围岩与浆体充分粘合,形成一个整体,有效地解决了普通注浆锚索注浆不足的缺陷,完成了围岩的封闭,防止了围岩脱落,同时也可以实现及时支护。
实施例一:
a1,组装分段式封孔装置:将内固浆袋11部分开口,开口处设置尼龙粘扣带12,尼龙粘扣带12上端与操作绳8相连,使操作绳8将来能够拉开尼龙粘扣带12,内固浆袋11装进化学浆液a,外固浆袋10装进化学浆液b。内固浆袋11与外固浆袋10通过绳节方式相连,将操作绳8从绳节处引出,使其能自由操作不受影响。将绳节系在c与b间和b与a间预留区域间,使其稳定,安装固定框6较紧螺母,完成分段式封孔装置安装。
a2,封出浆孔:在封孔塞7上涂上润滑剂,堵塞在出b与a区域的出浆孔上,a区域套上较厚的套管5,b区域套上较薄的套管5,保证其密封性。
a3,打孔:在巷道内打出所需支护的钻孔9,在索体前段留好预定的c、b注浆区域的长度,并在c与b间和b与a预留的长度间同时安装分段式封孔装置使其固定在锚索索体1上,保证好操作绳的长度。
a4,锚固:将注浆锚索放入钻孔9内,使用本中空分段式注浆锚索用机械式或树脂进行端部固定。
a5,注浆:拉动分段式封孔装置的操作绳8,进行区域封孔,然后进行注浆,由于b与a区域的套管5厚度不同,浆液对c区域注浆完成后先冲破b区域的套管5在冲破a区域的套管5从而保证c、b、a注浆的顺序不同,待浆液凝固后加固破碎围岩,提高破碎围岩结构的完整性。加强中空式注浆锚索的全长锚固。
实施例二:(第二种封孔方式)
b1,组装分段式封孔装置:将0.9~1.3kg/m静态膨胀剂,与适量水调成流动状浆体,外固浆袋10装入两者混合好的流动浆体,将绳节系在c与b间和b与a间预留区域间,使其稳定,安装固定框6较紧螺母,保证其密封性,完成分段式封孔装置安装。
b2,封出浆孔:在封孔塞7上涂上润滑剂,堵塞在出b与a区域的出浆孔上,a区域套上较厚的套管5,b区域套上较薄的套管5,保证其密封性。
b3,打孔:在巷道内打出所需支护的钻孔9,在索体前段留好预定的c、b注浆区域的长度,并在c与b间和b与a预留的长度间同时安装分段式封孔装置使其固定在锚索索体1上,保证好操作绳的长度。
b4,锚固:将注浆锚索放入钻孔9内,使用本中空分段式注浆锚索用机械式或树脂进行端部固定。
b5,注浆:待静态膨胀剂进行反应后,完成分段区域封孔,然后进行注浆,由于b与a区域的套管5厚度不同,浆液对c区域注浆完成后先冲破b区域的塑料玻璃套管5在冲破a区域的套管5从而保证c、b、a注浆的顺序不同,待浆液凝固后加固破碎围岩,提高破碎围岩结构的完整性。加强中空式注浆锚索的全长锚固。
实施例三:
c1、组装分段式封孔装置:将内固浆袋11部分开口,开口处设置尼龙粘扣带12,尼龙粘扣带12上端与操作绳8相连,使操作绳8将来能够拉开尼龙粘扣带12,内固浆袋11装进化学浆液a,外固浆袋10装进化学浆液b。内固浆袋11与外固浆袋10通过绳节方式相连,将操作绳8从绳节处引出,使其能自由操作不受影响。将绳节系在c与b间和b与a间预留区域间,使其稳定,安装固定框6较紧螺母,完成分段式封孔装置安装。
c2,封出浆孔:在封孔塞7顶端系上操作绳(钢丝细线),堵塞在出b与a区域的出浆孔上,保证其密封性。其封孔塞7长度,因注浆的压力会与钻孔9接触从而封堵出浆孔。
c3,打孔:在巷道内打出所需支护的钻孔9,在索体前段留好预定的c、b注浆区域的长度,并在c与b间和b与a预留的长度间同时安装分段式封孔装置使其固定在锚索索体1上,保证好操作绳的长度。
c4,锚固:将注浆锚索放入钻孔9内,使用本中空分段式注浆锚索用机械式或树脂进行端部固定。
c5,注浆:拉动分段式封孔装置的操作绳8,进行区域封孔,然后进行注浆,由于b与a区域被封孔塞7堵死,所以先进行c区域的注浆,在拉动b区域的封孔塞7上的操作绳,由于受到剪切力,封孔塞7滑落进行b区域的注浆,最后拉动a区域的封孔塞7,从而保证c、b、a注浆的顺序不同,待浆液凝固后加固破碎围岩,提高破碎围岩结构的完整性。加强中空式注浆锚索的全长锚固。
实施例四:(第二种封孔方式)
d1,组装分段式封孔装置:将0.9~1.3kg/m静态膨胀剂,与适量水调成流动状浆体,外固浆袋10装入两者混合好的流动浆体,将绳节系在c与b间和b与a间预留区域间,使其稳定,安装固定框6较紧螺母,保证其密封性,完成分段式封孔装置安装。
d2,封出浆孔:在封孔塞7上涂上润滑剂,堵塞在出b与a区域的出浆孔上,a区域套上较厚的塑料玻璃套管5,b区域套上较薄的套管5,保证其密封性。
d3,打孔:在巷道内打出所需支护的钻孔9,在索体前段留好预定的c、b注浆区域的长度,并在c与b间和b与a预留的长度间同时安装分段式封孔装置使其固定在锚索索体1上,保证好操作绳的长度。
d4,锚固:将注浆锚索放入钻孔9内,使用本中空分段式注浆锚索用机械式或树脂进行端部固定。
d5,注浆:待静态膨胀剂进行反应后,完成分段区域封孔,然后进行注浆,由于b与a区域被封孔塞7堵死,所以先进行c区域的注浆,在拉动b区域的封孔塞7上的操作绳,由于受到剪切力,封孔塞7滑落进行b区域的注浆,最后拉动a区域的封孔塞7,从而保证c、b、a注浆的顺序不同,待浆液凝固后加固破碎围岩,提高破碎围岩结构的完整性。加强中空式注浆锚索的全长锚固。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解,本发明不受上述实施例的限制,上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理,在不脱离本发明精神和范围的前提下,本发明还会有各种变化和改进,这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。