一种抗扭大变形锚杆的制作方法

本发明属于土木工程的防护设施，具体涉及一种锚杆，应用于隧道或巷道灾害防护，或边坡支护等工程。

背景技术：

岩土工程中的锚固技术是应用锚杆或锚索对岩体进行加固，它能充分发挥岩土体自身的稳定能力，是一种对原岩扰动小、施工速度快、安全可靠和经济有效的加固技术。锚杆能主动加固岩土体，有效控制其变形，防止岩土体的坍塌破坏，锚杆支护具有许多优点，使锚杆支护技术已成为岩土工程领域的主要支护方式。

但是在实际的工程中，锚杆支护也存在诸多不足：传统锚杆的延伸率较低，无法有效地释放围岩变形产生的能量。当围岩发生较大变形时，锚杆本身不能适应围岩的大变形而被拉断从而导致锚杆支护体系失效。锚杆损坏主要有锚杆被拉断破坏、钢筋与灌浆体的结合面粘结破坏、灌浆体与岩土体的结合面粘结破坏以及灌浆体的破坏。由于锚杆钢筋自身的延伸率低，在极限应力下发生微小的变形便有可能被拉断，而锚杆一旦被拉断，则整个锚杆支护系统将会失效。同时，传统大变形锚杆外套接一个套筒，在变形过程中，由于套筒和锚杆间仅仅存在摩擦关系，因此容易发生相对旋转的现象。这会大大增加钢筋与灌浆体的结合面粘结破坏的可能性，造成锚杆抗拉强度降低，甚至破坏，给工程带来不可预估的损失，更为严重者或许会造成重大伤亡事件，影响工程的正常施工。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题就是提供一种抗扭大变形锚杆，它能增大延伸率，有效地释放围岩变形产生的能量以适应巷道围岩大变形的场所，并且能有效抵抗锚杆在变形过程中锚杆与灌浆体之间的旋转作用，保证锚固段与灌浆体的粘结力。

本发明所要解决的技术问题是通过这样的技术方案实现的，它包括有锚杆，还包括套在锚杆上的变截面套筒，锚杆分为前段的锚固段和后段的自由段，自由段沿周向均布有卡槽，卡槽止于自由段尾部的台阶大端面；变截面套筒前段的小径内圆上开有与卡槽咬合的卡齿，变截面套筒后段的大径内圆滑套锚杆台阶大端面，变截面套筒外圆面依次装有紧贴围岩壁的钢板托盘和螺母，螺母与变截面套筒外圆面为螺纹配合，螺母压住钢板托盘。

优选地，上述变截面套筒前段的小径内圆的尺寸从前至后沿轴向由小变大。

本发明的工作原理如下：当围岩发生小变形时，变截面套筒外壁螺纹和浆体的咬合能分担锚杆拉力达到的支护效果；当围岩发生较大变形时，锚杆自由段卡槽顶面的圆弧块滑入变截面套筒前段的内径较小部分，圆弧块与变截面套筒内部发生摩擦。同时变截面套筒前段的卡齿与锚杆自由段的卡槽紧紧贴合，发生摩擦作用，并有效地阻止锚杆与套筒之间的相对转动，锚杆长度增大，适应围岩的变形，释放围岩变形产生的能量，直到变截面套筒的小径内圆滑动到锚杆尾部的台阶大端面为止。

本发明通过变截面套筒在锚杆自由段的卡槽中相对滑动而被拉长，能提供恒定的约束力，以适应围岩的变形，释放围岩变形产生的能量，确保锚杆不至于被突然拉断而瞬间失效。同时变截面套筒前段的卡齿与锚杆自由段的卡槽紧紧咬合，防止锚杆与变截面套筒发生相对旋转，同时增加了摩擦面积，确保锚杆与灌浆体的结合面粘结不至于因发生旋转而松动，因此本发明增大了延伸率，有效地释放围岩变形产生的能量，且大幅降低了锚杆与灌浆体的结合面粘结破坏的可能性，具有良好的支护作用，长时间稳定围岩。

附图说明

本发明的附图说明如下：

图1为本发明的结构示意图；

图2为变截面套筒卡齿和锚杆自由段卡槽的剖切图；

图3为本发明受力变形图。

图中：1、锚杆；2、螺母；3、钢板托盘；4、自由段；5、变截面套筒；6、卡槽；7、卡齿。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

如图1和图2所示，本发明包括有锚杆1，还包括套在锚杆1上的变截面套筒5，锚杆1分为前段的锚固段和后段的自由段4，自由段沿周向均布有卡槽6，卡槽6止于自由段尾部的台阶大端面；变截面套筒5前段的小径内圆上开有与卡槽6咬合的卡齿7，变截面套筒5后段的大径内圆滑套锚杆台阶大端面，变截面套筒5外圆面依次装有紧贴围岩壁的钢板托盘3和螺母2，螺母与变截面套筒5外圆面为螺纹配合，螺母压住钢板托盘3。

如图1所示，锚杆1锚固段为螺纹杆，变截面套筒5前段小径内圆的外壁也布设有螺纹。当锚杆注浆后，能确保锚杆和浆体充分咬合，提供锚固力。同时，变截面套筒5前段的卡齿7与锚杆自由段4上的卡槽6紧紧咬合，在防止锚杆与浆体之间发生相对扭转的同时，也进一步提供了锚固力。

当围岩产生大变形时，巷道围岩释放变形能，传统大变形锚杆在拉伸的过程中易造成锚杆与浆体之间发生相对扭转的现象，使浆体与锚杆间的接触面咬合力降低，发生结合面粘结破坏，从而导致传统锚杆失效。如图3所示，本发明的变截面套筒5前段的卡齿7与锚杆自由段4上的卡槽6紧密咬合，在锚杆变形释放能量的同时，使锚杆1与套筒5之间不发生相对扭转，使本发明适应围岩的变形，同时也限制了锚杆1锚固段与浆体之间的相对扭转现象。

安装使用本发明时，按照标准锚杆施工工序安装锚杆，调节螺母2，使本发明处于受拉状态。当岩石变形不大时，本发明与传统锚杆的工作原理一致，主要仍依靠锚杆1与灌浆体间的粘接力和摩擦力，且变截面套筒5与锚杆自由段4在一定程度上会产生摩擦力，锚杆自由段4通过拉伸起到释能的作用；变截面套筒5同时起到保护锚杆自由段钢筋不受岩石周围环境侵蚀的作用。

在围岩产生较大变形的情况下，如岩爆等，钢板托盘3受到围岩外推力大于本发明与围岩间的静止摩擦力。如图3所示，变截面套筒5沿锚杆自由段4将发生相对位移，通过变形释放部分能量，变截面套筒5和锚杆锚固段与浆体之间的咬合力，加上变截面套筒在锚杆自由段产生的内部摩擦力以及卡齿7与卡槽6的咬合力等于围岩压力，从而达到新的静力平衡状态；同时，锚杆1与变截面套筒5以及锚杆1与浆体都因为卡齿7与卡槽6咬合，不会发生相对旋转。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种抗扭大变形锚杆，它解决了现有锚杆发生大变形时锚杆与套筒、锚杆与浆体之间发生扭转的问题，该锚杆包括套在锚杆（1）上的变截面套筒（5），锚杆（1）分为前段的锚固段和后段的自由段（4），自由段沿周向均布有卡槽（6），变截面套筒（5）前段的小径内圆上开有与卡槽（6）咬合的卡齿（7），变截面套筒（5）后段的大径内圆滑套锚杆台阶大端面，变截面套筒（5）外圆面依次装有紧贴围岩壁的钢板托盘（3）和螺母（4），螺母压住钢板托盘（3）。本发明增大了锚杆的延伸率，有效地释放围岩变形产生的能量，又有效控制因锚杆与浆体之间因发生相对扭转而产生的粘结破坏现象，具有良好的支护作用，长时间稳定围岩。

技术研发人员：周小平;赵康;付梁
受保护的技术使用者：重庆大学
技术研发日：2018.11.13
技术公布日：2019.02.15