一种锚杆托盘与止浆塞一体式结构的制作方法

本发明涉及锚杆支护技术领域，具体为一种锚杆托盘与止浆塞一体式结构。

背景技术：

岩土锚固工程中使用最广泛的技术就是锚杆支护技术。但是，锚杆支护技术无论是用于临时支护还是永久支护，其施工后总是会将锚杆永久的埋入土层中，不仅造成资源的浪费、污染地下空间，而且给该地方开发建设其他项目带来基础施工的麻烦。未解决上述问题，国内外提出了可回收式锚杆技术，包括力学式可回收式锚杆、自旋式可回收锚杆、机械式可回收锚杆、可回收充气式锚杆、扩大头(囊式)锚杆和化学式可回收式锚杆等等。

其中，自旋式可回收锚杆如图1所示，包括锚杆件(1)、合金钻头(2)、锚杆托盘(3)、止浆塞(4)和螺母(5)，锚杆件(1)为中空杆件，用于安装阶段的注浆和锚固阶段的承载，止浆塞(4)用于密封钻孔，锚杆托盘(3)用于改善围岩应力状态，螺母(5)用于紧固；锚杆托盘(3)与止浆塞(4)为独立部件，安装时，通过螺母(5)紧压锚杆托盘(3)，使得止浆塞(4)与钻孔壁接触并受压膨胀，对钻孔以及锚杆件(1)的外壁实现密封，但是，由于止浆塞(4)是与钻孔的进口边缘直接接触挤压，一方面，止浆塞(4)受岩石壁的直接挤压易磨损不可再利用，且止浆塞(4)以接触边缘为界分为左右两部分，伸入钻孔的小端口部分不作变形，露在钻孔外部的大端口部分变形严重，此种差异性形变易造成止浆塞(4)无法二次利用；另一方面，在回收旋出锚杆件(1)时，总是需要先克服止浆塞(4)与岩石壁之间的摩擦力，易对止浆塞(4)的外壁造成损伤而不可二次利用，同时因止浆塞(4)在支护阶段受压变形大且时间长，取出止浆塞(4)比较费力；再一方面，当支护机构受到冲击荷载如“煤炮”作用时，止浆塞(4)和锚杆托盘(3)作为独立部件分别承载，易碎裂损坏，亦造成不可二次利用。为此，提出一种托盘与止浆塞一体式结构，旨在提高其二次利用率。

技术实现要素：

针对背景技术中提出的现有自旋式可回收锚杆在使用过程中存在的不足，本发明提供了一种锚杆托盘与止浆塞一体式结构，具备止浆塞与锚杆托盘二次利用率提高的优点，解决了上述背景技术中提出的因止浆塞与围岩壁直接接触承载形变而导致的止浆塞成为易损部件，不利于随锚杆件同步二次利用的问题。

本发明提供如下技术方案：一种锚杆托盘与止浆塞一体式结构，包括锚杆件、合金钻头、锚杆托盘、止浆塞和螺母，所述合金钻头固定连接在锚杆件的一端，所述止浆塞、锚杆托盘和螺母均活动套接在锚杆件的另一端，所述螺母与锚杆件螺纹连接，所述止浆塞的外壁开设有凹槽，所述凹槽的数量设为三个，且三个所述凹槽在止浆塞的外壁呈环形阵列分布，所述凹槽的内部设有伸缩杆，所述伸缩杆的一端固定连接有顶板，所述伸缩杆的另一端与锚杆托盘的一侧固定连接，所述顶板与锚杆件活动套接。

优选的，所述伸缩杆由套筒和撑杆组成，所述套筒与撑杆活动套接，所述套筒的一端与顶板的一侧固定连接，所述撑杆的一端与锚杆托盘的一侧固定连接。

进一步的，所述撑杆伸入套筒的长度为套筒总长的三分之二。

进一步的，所述套筒与撑杆的截面形状为长宽比大于2的矩形，且矩形截面的长度方向沿着径向布置。

进一步的，所述套筒露在外部的外壁与止浆塞的外壁共面，所述撑杆与锚杆托盘的连接点位于螺母的端面投影范围内。

优选的，所述顶板的截面为圆环状，且顶板的截面与止浆塞相近的端面大小形状相同。

优选的，所述锚杆托盘正面的四角处均开设有应力孔。

进一步的，所述锚杆托盘还可为正六边形。

本发明具备以下有益效果：

1、本发明通过设置伸缩杆和顶板，使得锚杆托盘和止浆塞组为一体机构，利用伸缩杆与围岩钻孔的入口边缘接触抵挡，使得螺母紧压锚杆托盘和止浆塞时，由伸缩杆直接承受与岩壁的紧压接触，止浆塞变为受锚杆托盘和顶板挤压的两端受压，相比较现有技术，改善了止浆塞受压的方式，使止浆塞与岩石壁接触时变形更合理，有效的保障了止浆塞的长效使用。

2、本发明通过将三组伸缩杆以环形阵列形式嵌入止浆塞内，在取出止浆塞时，通过工具旋转锚杆托盘，由伸缩杆带动止浆塞转动，相比较直接拔出止浆塞的方式，此种操作更易省力取出止浆塞，且不易对止浆塞的外壁造成磨损，进一步保障止浆塞的可再利用率。

3、本发明通过伸缩杆将顶板、锚杆托盘和止浆塞组为一体机构，当受冲击荷载作用时，由于伸缩杆始终与岩石壁紧密接触，来自于围岩的冲击荷载可由伸缩杆和锚杆托盘组成的机构将围岩的冲击荷载再次通过锚杆托盘传递至围岩表面，而不由止浆塞直接承受荷载，与现有技术相比，此种一体式机构可保障止浆塞只发挥密封注浆口的效果，而不直接承受各种荷载作用，锚杆托盘做承载传力效果，使得锚杆托盘与止浆塞均能够按照各自的效能去发挥作用，从而保证锚杆托盘和止浆塞的可再利用率。

附图说明

图1为现有技术的自旋式可回收式锚杆结构示意图；

图2为本发明结构示意图；

图3为本发明图2的a-a处剖面图；

图4为本发明图2的止浆塞处局部剖面图；

图5为本发明止浆塞上凹槽分布立体示意图；

图6为本发明锚杆托盘正面示意图；

图7为本发明止浆塞受压形变示意图。

图中：1、锚杆件；2、合金钻头；3、锚杆托盘；3a、应力孔；4、止浆塞；5、螺母；6、凹槽；7、伸缩杆；7a、套筒；7b、撑杆；8、顶板。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-7，一种锚杆托盘与止浆塞一体式结构，包括锚杆件1、合金钻头2、锚杆托盘3、止浆塞4和螺母5，合金钻头2固定连接在锚杆件1的一端，止浆塞4、锚杆托盘3和螺母5均活动套接在锚杆件1的另一端，螺母5与锚杆件1螺纹连接，止浆塞4的外壁开设有凹槽6，凹槽6的数量设为三个，且三个凹槽6在止浆塞4的外壁呈环形阵列分布，凹槽6的内部设有伸缩杆7，伸缩杆7的一端固定连接有顶板8，伸缩杆7的另一端与锚杆托盘3的一侧固定连接，顶板8与锚杆件1活动套接。

其中，伸缩杆7由套筒7a和撑杆7b组成，套筒7a与撑杆7b活动套接，套筒7a的一端与顶板8的一侧固定连接，撑杆7b的一端与锚杆托盘3的一侧固定连接，由套筒7a和撑杆7b组成的伸缩杆7可实现短距离伸缩效果，事实上，因套筒7a与撑杆7b为斜向布置，若要实现伸缩效果，还需要将撑杆7b的截面相对于套筒7a的截面同比缩小一定比例，此时，撑杆7b沿长度方向的短行程可通过正弦函数sinx转化为径向位移，此径向位移的上限即为套筒7a与撑杆7b的间距值，只要在此范围内，套筒7a和撑杆7b即可完成无障碍伸缩移动。而此处设置伸缩效果，作用在于，套筒7a会优先于止浆塞4与围岩壁紧压接触，此时顶板8则完成了定位，进一步紧固螺母5的情况下，锚杆托盘3会受压移动，带动撑杆7b进入套筒7a内，同时由锚杆托盘3对止浆塞4完成挤压动作。

其中，撑杆7b伸入套筒7a的长度为套筒7a总长的三分之二，考虑此处套筒7a还存在来自围岩壁的径向剪切作用，将套筒7a与撑杆7b的套接重合部分设定为套筒7a总长的三分之二，可确保抗剪与抗弯承载的稳定性。

其中，套筒7a与撑杆7b的截面形状为长宽比大于2的矩形，且矩形截面的长度方向沿着径向布置，此处对于长宽比的限定，目的在于提高伸缩杆7的抗弯截面惯性矩，进一步保证，在机构受到冲击荷载后，伸缩杆7拥有足够的抗弯承载力，以便于将荷载传递给锚杆托盘3，保证机构的承载稳定性，另，此处的径向是指以锚杆件1为参照物，锚杆件1的中心轴方向为轴向，锚杆件1的内径方向为径向。

其中，套筒7a露在外部的外壁与止浆塞4的外壁共面，撑杆7b与锚杆托盘3的连接点位于螺母5的端面投影范围内，套筒7a与止浆塞4的共面设置，因止浆塞4受压可变形的特点，可使得套筒7a优先于止浆塞4与围岩壁承压接触，从而有效保证止浆塞4只实现形变密封效能，由伸缩杆7承受荷载并传递荷载效能，使得各结构效能发挥明确。

其中，顶板8的截面为圆环状，且顶板8的截面与止浆塞4相近的端面大小形状相同，由顶板8与止浆塞4完全接触，使得顶板8与锚杆托盘3对止浆塞4的两端实现同步挤压，从而使得止浆塞4的形变更为合理。

其中，锚杆托盘3正面的四角处均开设有应力孔3a，应力孔3a可用于借助工具转动锚杆托盘3，以便于更好的转动锚杆托盘3，同时，在锚杆托盘3处开设应力孔3a，使得锚杆托盘3的正面在四个边角的应力孔3a处出现应力集中区，当锚杆托盘3受到冲击荷载时，锚杆托盘3的极限承载下，应力孔3a处优先破坏，若冲击荷载为短时作用，则应力孔3a的设置可有效保护锚杆托盘3的其余部分，从而可实现短时段内承受二次荷载冲击。

其中，锚杆托盘3还可为正六边形，正六边形与方形，均能够便于使用工具转动锚杆托盘3。

为了便于理解，下面分别进行现有技术与本发明在工作原理上的阐述。

现有技术工作原理：

请参阅图1所示，将合金钻头2和锚杆件1送入围岩钻孔内标定位置后，先后套上止浆塞4、锚杆托盘3和螺母5，并使得止浆塞4的小端伸入围岩钻孔内，然后拧固螺母5，使得锚杆托盘3受压贴附在围岩外表面，同时将止浆塞4挤压，使得止浆塞4对围岩钻孔的边缘密封，此时，止浆塞4伸入围岩钻孔内的部分不发生形变，裸露在围岩钻孔外部的止浆塞4的部分受挤压膨胀，对锚杆件1的外壁和围岩壁密封，然后再通过锚杆件1的自由端中空部位向钻孔内注浆，完成锚固；当受外部冲击荷载作用时，止浆塞4由于与围岩壁直接接触受压，此时止浆塞4会受到径向挤压作用产生的剪切应力；当完成支护取出锚杆机构时，松开螺母5，取下锚杆托盘3，使用夹具夹紧而拔出止浆塞4或者直接通过旋转锚杆件1，通过锚杆件1与止浆塞4的摩擦力带出止浆塞4。

本发明的工作原理如下：

请参阅图2-7所示，将合金钻头2和锚杆件1送入围岩钻孔内标定位置后，将顶板8、止浆塞4、锚杆托盘3和螺母5套装上，顶板8和止浆塞4的小端送入围岩钻孔内，套筒7a的外壁与围岩钻孔的边缘接触，拧固螺母5，挤压锚杆托盘3，由于伸缩杆7受围岩壁阻挡不可继续深入，故而顶板8不做位移动作，继续拧固螺母5，则由锚杆托盘3挤压止浆塞4，从而止浆塞4受锚杆托盘3和顶板8的双向挤压变形，形成密封效果，由于止浆塞4受围岩壁的影响，变形状态如图7所示，然后通过锚杆件1的中空部分向围岩钻孔内注浆；当受到外部冲击荷载时，冲击产生的剪切应力由伸缩杆7承受，并将剪切应力产生等效的弯矩传给锚杆托盘3，由锚杆托盘3将冲击荷载再次传至围岩表面；取出锚杆机构时，拧开螺母5，锚杆托盘3泄压，直接拔出伸缩杆7，带动止浆塞4和顶板8出来，若伸缩杆7与围岩壁的摩擦阻力较大，则通过工具在锚杆托盘3的端面应力孔3a处卡接，转动锚杆托盘3，使得伸缩杆7与围岩壁松动后直接拔出一体式机构。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。