一种中空锚杆及锚杆组合装置以及锚固施工方法与流程

1.本发明涉及到一种中空锚杆以及在工程施工锚杆的方法。


背景技术：

2.在隧道施工、山体开挖施工中，当山体的岩体被破坏后，会产生岩体的变形，主要是受山体应力变形引起，因此为了保证施工安全以及工程质量安全，需要控制山体变形。
3.锚杆施工是一种有效控制山体变形的方式，锚杆施工是向岩体内打入深度超过3米的岩体孔，然后向孔入打入锚杆，并将锚杆固定在孔内，锚杆尾端(露出孔外部分)安装锚杆托盘，对托盘紧固，使托盘托住岩体，因此形成对岩体的支护。
4.目前的锚杆的应用场景主要有如下两种：一是采用在锚杆端头固定的预紧力锚杆，主要作为临时设施使用，完成施工后当时即达到最大锚固力对岩体支护，利于抢险，但在工程完成后，一般不作为主要的支护结构。二是注浆锚杆，施工时间长，需要至少5小时以上才能达到最大锚固力对岩体支护，因此一般作为长效支护，在在工程完成后，部分作为主要的支护结构。
5.然而，还没有一种可以作为临时设施使用的预紧力锚杆，也同时可以作为长效支护的锚杆技术。


技术实现要素：

6.为了解决上述技术问题，本发明第一方面提供了一种中空锚杆，第二方面提供了一种中空锚杆组合装置，并在第三方面提供了锚固施工方法。
7.第一方面，本发明的一种中空锚杆包括锚杆本体，所述锚杆本体：
8.具有用于采用树脂粘合剂在120秒以内将锚杆锚固于岩体孔内的树脂锚固段，以及用于长效将锚杆锚固于岩体孔内的注浆锚固段；
9.锚杆前段为用于深入岩体孔底的树脂锚固段，锚杆后段为注浆锚固段；
10.锚杆前段的端头具有搅拌树脂粘合剂的搅拌结构；
11.至少在注浆锚固段具有与锚杆尾端连通的中心孔；注浆锚固段侧面开有注浆孔，注浆孔连通中心孔。
12.如第一方面的一种中空锚杆，其中，所述的树脂锚固段具有与树脂粘合剂适配的第一粘合表面；第一粘合表面使树脂粘合剂粘合于树脂锚固段；
13.所述的注浆锚固段具有与用于与注浆适配的第二粘合表面；第二粘合表面使浆料凝固于注浆锚固段。
14.如第一方面的一种中空锚杆，其中，在锚杆的外圆面上，在树脂锚固段与注浆锚固段的分段处，设置有将树脂粘合剂挡在岩体孔底且阻挡注浆进入岩体孔底的挡圈。
15.如第一方面的一种中空锚杆，其中，所述的挡圈为如下之一：
16.焊接在锚杆的外圆面上的金属挡圈；
17.通过弹性张力固定在锚杆的外圆面上塑料挡圈。
18.如第一方面的一种中空锚杆，其中，所述的搅拌结构为如下之一：
19.尖剌；以及尖剌处再设置向外伸出的搅拌枝、凸起结构；大致倾斜于锚杆中心线10-60度角的倾斜切割面。
20.第二方面，本发明的一种中空锚杆组合装置，包括第一方面的中空锚杆；并包括：在树脂锚固段设置有用于在120秒以内将锚杆锚固于岩体孔内的树脂粘合剂。
21.第三方面，本发明提供了一种锚固施工方法，步骤为：
22.(1).在岩体孔内深处预塞入在120秒以内达到锚固力的树脂粘合剂；
23.(2).向岩体孔内打入权利要求1-6任意一项权利要求所述锚杆；
24.(3).锚杆的搅拌结构在接触树脂粘合剂后，在120秒以内对树脂粘合剂搅拌均匀；
25.(4).树脂锚固段被树脂粘合剂锚固于岩体孔底；
26.(5).在锚杆尾端安装锚杆托盘，使锚杆对岩体进行锚固。
27.本发明的一种锚固施工方法中，在锚杆对岩体进行锚固后，还具有如下步骤：向注浆锚固段注浆，浆料填充注浆锚固段所在的岩体孔内，待注浆达到锚固应力，完成锚固施工。
28.有益的技术效果：本发明的锚杆以及锚杆组合装置，在锚杆前端设置为采用树脂粘合剂迅速锚固的树脂锚固段，其余为用于长效将锚杆锚固于岩体孔内的注浆锚固段，在工程抢险或临时支护时，可以迅速完成施工并使本发明的锚杆对岩体进行紧急支护，又在后期可以注浆，使锚杆后端达到长效将锚杆锚固于岩体孔内的注浆锚固，在工程完成后作为主要的支护结构之一。
附图说明
29.图1是本发明的锚杆组合装置结构图；
30.图2是锚杆组合装置剖视图；
31.图3是本发明锚杆结构图；
32.图4是搅拌结构示意图；
33.图5是另一种搅拌结构示意图；
34.其中，树脂粘合剂1；树脂锚固段2；注浆锚固段3；浆料4；搅拌结构5；锚杆本体6；挡圈7；托盘8；注浆孔9；中心孔10。
具体实施方式
35.本发明锚杆长度不受限制，通常，锚杆长度2-10米不等，当然也有在特定条件下使用的更长的锚杆。
36.一个优选示例中，锚杆长度4.5m，其中树脂锚固段1.5m，其余为注浆锚固段，锚杆直径φ25mm。
37.一个示例中，锚杆本体6抗拉力大于180kn。锚杆外表加工有外螺纹。
38.树脂粘合剂1是采用高强度锚固剂专用不饱和聚酯树脂与大理石粉，促进剂和辅料，按一定比例配制而成的胶泥状粘接材料，用专用聚酯薄膜将胶泥与固化剂分割呈双组分包装药卷状。例如山东尤尼科矿业科技有限公司生产的尤尼科msck2350超快速树脂锚固剂，搅拌时间8-15s，也就是在8-15s将锚杆锚固于岩体孔内，随后达到最大设计锚固力。注
浆采用快速水泥浆，注浆后5小时可干，随后达到最大锚固力。
39.其中一个示例是，树脂锚固段2具有与树脂粘合剂适配的第一粘合表面；第一粘合表面使树脂粘合剂粘合于树脂锚固段，第一粘合表面可以是粗糙的锚杆自然表面(不作光滑处理)，当然更好地是锚杆外表加工有外螺纹，使树脂粘合剂与树脂锚固段粘合更紧实。
40.因为树脂锚固剂被外衣包装为条形，送入岩体孔内的时候，包装完好，在被搅拌结构搅拌时包装破坏使树脂锚固剂被充填于岩体孔内，然后形成锚固，因此，锚杆前段的端头需要搅拌树脂粘合剂的搅拌结构，其作用包括：1.破坏树脂锚固剂外衣包装，使树脂锚固剂暴露，2.将树脂锚固剂在岩体孔内搅拌均匀。
41.参考图4，其中一个示例是，本发明的搅拌结构5为尖剌；通过在锚杆前段的端头上加装长度不超过1cm的若干钢钉，构成若干尖剌，即能达到剌破树脂锚固剂被外衣包装的作用，且在锚杆旋转过程中，也能达到搅拌的作用。
42.其中一个示例是，本发明的搅拌结构为向外伸出的搅拌枝，搅拌枝为各种钢条并焊接在锚杆前段的端头上，即能达到剌破树脂锚固剂被外衣包装的作用，且在锚杆旋转过程中，也能达到搅拌的作用。
43.其中一个示例是，本发明的搅拌结构为向外伸出的凸起结构，凸起结构从锚杆前段的端头上凸起。
44.参考图5，其中一个示例是，搅拌结构为倾斜切割面，形成方式是，直接用切割工具(锯面)以大致倾斜于锚杆中心线10-60度角，对锚杆前段的端头进行切割，切断后形成的切面，就是搅拌结构，该切割面的前端形成尖刺，切割面的两侧边缘形成刀刃，即能达到剌破树脂锚固剂被外衣包装的作用，且在锚杆旋转过程中，也能达到搅拌的作用。
45.注浆锚固段3用于长效将锚杆锚固于岩体孔内，所述的注浆锚固段具有与用于与注浆适配的第二粘合表面；第二粘合表面使浆料凝固于注浆锚固段。第二粘合表面可以是粗糙的锚杆自然表面(不作光滑处理)，当然更好地是锚杆外表加工有外螺纹，使将料与注浆锚固段3粘合更紧实。
46.注浆锚固段的锚固方式是将浆料4浇注于注浆锚固段所在的岩体孔中，浆料干凝后形成锚固，因此需要注浆孔9、中心孔10。
47.参考图3，中心孔贯穿整注浆锚固段，并在锚杆尾端与外界打通，在注浆锚固段侧面开有若干注浆孔，注浆孔连通中心孔。中心孔直径5-10mm，注浆孔直径5-10mm。其中一个示例是，在注浆锚固段侧面，每间隔10cm，开一对直径8mm注浆孔。
48.参考图1、2在锚杆的外圆面上，在树脂锚固段与注浆锚固段的分段处，设置挡圈7。挡圈的作用包括，1.将树脂粘合剂挡在岩体孔底，在搅拌时，防止将树脂粘合剂从岩体孔底向外流出。2。在注浆时，防止浆料进入岩体孔底(注浆锚固段)。
49.其中一个示例是，挡圈7为焊接在锚杆的外圆面上的金属挡圈，挡圈的外直径与岩体孔直径相当，当然为了安装方便，挡圈直径略小于的岩体孔径。例如岩体孔径是40mm,锚杆直径25mm，挡圈直径设置为38mm。
50.其中一个示例是，挡圈为套在锚杆的外圆面上塑料挡圈。因为塑料具有弹性张力，因此可以套稳。挡圈外直径略小于的岩体孔径，挡圈内直径又略小于锚杆外直径1mm。
51.本示例提供了一种锚固施工方法，步骤为：
52.1、在需要锚固的岩体中打锚孔，孔深按设计要求，例如锚杆长度为4m，至少应当打
3.9m的岩体孔。
53.2、在岩体孔内深处预塞入树脂粘合剂，例如，将在搅拌15s内即可达到最大锚固力的，被外衣包装好的树脂粘合剂塞入到岩体孔内深处，最底端。
54.3、向岩体孔内打入锚杆；并在打入的后半段时，一边向内打入，一边旋转锚杆，使前端的搅拌结构一边刺破树脂粘合剂外衣，一边对树脂粘合剂进行搅拌，使树脂粘合剂在岩体孔内混合均匀。
55.4、15s内，树脂锚固段被树脂粘合剂锚固于岩体孔底。整个锚杆被锚固于岩体孔，不可再拨出。
56.5、在锚杆尾端安装锚杆托盘8，并对托盘按设计给定的预紧力拧紧托盘尾端的螺钉，托盘的中心被锚杆尾端拉住，而托盘的四周托住岩体，对岩体进行应急固定支护。
57.上述过程，可以在极短时间内，完成对岩体的支护，计算最大支护用时：打岩体孔10钟，清理岩体孔3分钟，填入树脂粘合剂并打入锚杆3分钟，拧紧托盘尾端的螺钉3分钟，因此整个过程不超过20分钟，即可将岩体进行固定支护，可适用于工程应急抢险。
58.6、完成对岩体应急固定支护后，本发明可以进一步将该应急固定支护转为长效固定支护。步骤为：在现场架设注浆设备，包括注浆泵，调配好浆料(水泥浆料)，将注浆泵连接到锚杆尾端的中心孔，开始向中心孔内注入浆料，浆料从中心孔流入，并从注浆孔流出到岩体孔内，并充填到注浆锚固段所在孔内。充填完成后，关闭注浆泵，封堵锚杆尾端的中心孔。浆料在几个小时凝固后，完成锚固施工，并形成长效锚固。
59.其中一个示例是，本发明试验于隧道施工中。在以本发明的上述锚固施工方法1-5施工完成后，对锚杆进行以下测试。
60.1、锚杆轴力测试。
61.为了进行锚杆轴力测试分析，在岩体内埋设锚杆应力计，共布置4根锚杆，锚杆长度总长为5米，传感器采用钢筋应力计，每1m长布设一个传感器，每根共布设4个传感器，锚杆轴力测试统计如下表1所示：
62.第1根第2根第3根第4根+178kn+174kn+180kn+179kn
63.由上表可知，锚杆整体受拉，其中最大轴力为180mpa。从锚杆的受力情况看，锚杆对增强岩体整体性和承载力、减小围岩作用在初支结构上的荷载方面有一定效果。
64.2、树脂锚杆拉拔试验情况。
65.拉拔力测试采用hhyg-30100k型千斤顶，现场打入锚杆10min后，进行了4根拉拔力测试，之后在锚杆打设1天、5天后均对进行了拉拔测试。下表2为锚杆施工参数：
[0066][0067]
拉拔试验结果表3：
[0068]
锚杆序号拉拉拔试验时间试验结果1施工完成1.1h后拔出46mm，锚杆未破坏
2施工完成1h后拔出36mm，锚杆未破坏3施工完成1.1h后拔出30mm，锚杆未破坏4施工完成1h后拔出37mm，锚杆未破坏1施工完成1d后拔出41mm，锚杆未破坏2施工完成1d后拔出35mm，锚杆未破坏3施工完成1d后拔出29mm，锚杆未破坏4施工完成1d后拔出35mm，锚杆未破坏1施工完成5d后拔出43mm，锚杆未破坏2施工完成5d后拔出40mm，锚杆未破坏3施工完成5d后拔出37mm，锚杆未破坏4施工完成5d后拔出30mm，锚杆未破坏
[0069]
由拉拔力试验可以看出，锚杆在施工10分钟后测试，锚杆即可达到设计锚固力，但是随着时间的推移，施工5天后锚固力开始降低，根据申请人进一步对后期的数据的统计(未提供表格)，在施工10天后，锚杆锚固力远低于设计锚固力。这是由于围岩松动圈逐步扩大松散，导致锚固力下降，直至锚杆锚固作用失效。因此，对于采用上述施工1-5步骤施工的锚杆，适合于工程抢险处理，例如开挖边坡出现不移定因素时。
[0070]
另一个示例是，本发明试验于隧道施工中。在以本发明的上述锚固施工方法1-6施工完成，其中相较于步骤1-5，这里试验的步骤6主要是增加了向注浆锚固段进行注浆的步骤，浆料流出到岩体孔内，经过设计时间(根据浆料锚固时间要求)，然后获得长效锚固效果。
[0071]
树脂锚杆拉拔试验情况：拉拔力测试采用hhyg-30100k型千斤顶，现场打入锚杆后，在锚杆打设1天、3天、7天后进行了拉拔测试。
[0072]
锚杆施工参数如下表4：
[0073][0074]
试验结果统计见下表5:
[0075]
锚杆序号测试时间结果1施工完成1d后拔出6mm，锚杆未破坏2施工完成1d后拔出4mm，锚杆未破坏3施工完成1d后拔出4mm，锚杆未破坏4施工完成1d后拔出6mm，锚杆未破坏1施工完成3d后拔出2mm，锚杆未破坏2施工完成3d后拔出2mm，锚杆未破坏3施工完成3d后拔出3mm，锚杆未破坏4施工完成3d后拔出3mm，锚杆未破坏1施工完成7d后拔出1mm，锚杆未破坏
2施工完成7d后拔出1mm，锚杆未破坏3施工完成7d后拔出0mm，锚杆未破坏4施工完成7d后拔出0mm，锚杆未破坏
[0076]
由表2与表4可以看出，施工步骤1-5，与施工步骤1-6采用了同样的施工环境与锚杆参数，施工步骤6增加了锚固长度，达到4890mm，较施工步骤1-5多出的部分为注浆部分。
[0077]
表5可以看出，在增加了注浆步骤后，锚杆基本不可再拨出(拨出的1-3mm考虑为材料塑性或弹性变形，非锚固失效所至)，即使7天后，岩层处于稳定状态，锚杆仍然是基本不可再拨出，说明了注浆后使锚杆具备长效支护能力。
[0078]
对比表3与表5可以看出，锚杆在施工10分钟后测试，锚杆即可达到设计锚固力，但如果此时不注浆，然而随着时间的推移，施工5天后锚固力开始降低，更长时间后锚杆锚固力将远低于设计锚固力。因此在采用了树脂粘合剂后，如果需要将抢险锚固转换为长效锚固，可对锚杆进行注浆处理，形成长效锚固，并获得表5的拉拔测试效果。