一种管缝锚杆锚固力测试装置及其使用方法与流程

本发明涉及岩土工程支护领域，特别是一种管缝锚杆锚固力测试装置及其使用方法。

背景技术：

管缝锚杆是由高强度钢板卷制而成的沿全长纵向开缝的长钢管状杆体和安装在杆体尾部的承托装置(包括托盘和挡环)构成，其横截面为“c”型断面且钢管外径沿着纵向方向逐渐减小，属于全长锚固型摩擦式预应力锚杆。其锚固机理是通过外力将管缝锚杆安装于比管径小2～3mm的钻孔中，在钻孔壁的约束下，对围岩产生沿钢管全长分布的径向挤压力和轴向摩擦力，配合锚杆承托装置的承载力，使得锚杆附近围岩处于三向应力状态，最终起到加固围岩，稳定支护的作用。

管缝锚杆的支护效果受地质条件、钻孔质量和安装工艺等多种因素影响。因此，开展管缝锚杆现场拉拔实验，准确测定其锚固力，掌握其安装质量，测试其支护效果，对保障井巷工程稳定、矿山安全开采具有重要意义。然而，由于管缝锚杆杆体直径较大，无法直接穿过常规锚杆拉拔仪中心孔进行拉拔测试，所以对管缝锚杆的现场拉拔测试一直是一个技术难题。

为了进行管缝锚杆现场拉拔测试，国内部分学者设计了不同形式的拉拔装置，例如：cn205483973u号专利文献披露了焊接金属拉杆的方法，在安装完毕的管缝锚杆尾端焊接金属杆，通过对金属杆进行拉拔以测得管缝锚杆的锚固力。该方法解决了管缝锚杆杆体无法直接拉拔的难题，且操作简便；缺点是焊接处成为薄弱点，拉拔过程中容易断裂失效；当锚杆安装于倾斜钻孔时，难以保证焊接的金属杆与管缝锚杆同轴，所测锚固力不准确；且该金属杆为一次性使用，不能重复利用。

cn104526602b号专利文献和cn202596757u号专利文献披露了采用夹具的拉拔连接装置，在安装完毕的管缝锚杆尾端利用夹具夹住管缝锚杆挡环进行拉拔测试。通过拉拔仪拉动与夹具相连的拉杆即可测得锚固力。该装置的优点是操作简单，装置可以重复利用；缺点是拉拔测试时挡环易被拉脱落，导致无法测得锚固力；同时也难以保证拉杆与管缝锚杆同轴，所测锚固力不可靠；管缝锚杆被夹具夹紧，易导致锚杆变形，使所测锚固力不够准确。

cn202596757u号专利文献披露了利用两个楔形块咬合锚杆的拉拔连接装置，在安装完成的管缝锚杆内部安装两个楔形块，两楔形块通过螺纹与金属杆连接，通过拉拔楔形块咬合的金属杆测得锚固力。该装置的优点是结构简单，操作方便，且装置可重复利用；缺点是楔形块挤压锚杆与孔壁，间接增大了锚杆与孔壁的摩擦力，导致所测锚固力偏大；且在拉拔过程中很难保证金属杆与管缝锚杆同轴，导致所测锚固力不准确可靠。

cn105548001a号专利文献披露了采用卡环加u型卡槽连接金属杆的拉拔连接装置，利用嵌入u型卡槽的卡环夹紧管缝锚杆尾端，再将u型卡槽与金属杆连接，通过拉拔金属杆测试管缝锚杆的锚固力。该装置的优点是可以拆卸重复利用，且根据管缝锚杆的倾角可调节拉拔装置的方向，保证二者同轴；缺点是该拉拔连接装置直接依靠挡环传递拉力，易导致挡环脱落，使测试失败。

技术实现要素：

针对上述现有管缝锚杆锚固力测试装置存在的问题，本发明的目的是提供一种拉拔过程中可使管缝锚杆与拉拔装置保持同轴牢固连接、锚固力测试结果准确可靠、装置可重复使用的管缝锚杆锚固力测试装置。

本发明还提供该管缝锚杆锚固力测试装置的使用方法。

本发明提供的管缝锚杆锚固力测试装置，包括拉杆、连接拉杆与管缝锚杆的连接组件、反力支架、穿心式千斤顶、锚杆测力计和弹簧位移计；

所述拉杆分为台阶式变径的拉杆前段和拉杆后段，拉杆前段的直径大于拉杆后段的直径；拉杆前段的长度为100～150mm，其直径比管缝锚杆杆体后端的内径小2～3mm(可插入管缝锚杆杆体中)，拉杆前段上有可供锚杆挡环加固螺栓穿越的挡环加固螺栓穿孔；拉杆后段的直径为18mm～25mm，长度为800～950mm，全长加工有螺纹；

所述连接拉杆与管缝锚杆的连接组件包括连接块和连接板；所述连接块通过连接块中心孔可套接在所述拉杆后段的前端部；所述连接板为分体式，通过对接螺栓对接成一体，通过连接板中心孔套接在锚杆挡环前面的管缝锚杆杆体上，并通过连接螺栓与所述连接块紧固成一体；

所述反力支架包括带有四个支撑腿的方形座板和反力垫片；所述反力垫片通过其直径大于管缝锚杆杆体外径的反力垫片中心孔套在管缝锚杆杆体上，并与管缝锚杆周围的岩壁贴靠；所述座板通过座板中心孔与所述拉杆后段套接，四个支撑腿与反力垫片顶靠；

所述穿心式千斤顶通过其中心孔穿在拉杆后段上，其底座与反力支架的座板贴靠，其顶座与套在拉杆后段上的均力钢环贴靠；

所述锚杆测力计通过其中心孔穿在穿心式千斤顶后部的拉杆后段上，其受力面与所述均力钢环贴靠，其前端与套在拉杆后段上的固定环贴靠，固定环后部有与拉杆后段螺纹连接的锁紧螺母；

所述弹簧位移计的指针顶着所述固定环，并通过与管缝锚杆轴向平行的弹簧位移计连接杆与所述反力垫片连接。

上述管缝锚杆锚固力测试装置的使用方法包括以下步骤：

步骤1、按以下顺序安装管缝锚杆锚固力测试装置

1)取下管缝锚杆的托板，先将分体式连接板的两部分对接，对接时，利用连接板中心孔靠近锚杆挡环前面将连接板套在管缝锚杆杆体上，并用对接螺栓将分体式连接板对接成一体，在连接板上通过螺栓孔插入连接螺栓的螺杆；然后将反力支架中的反力垫片套在分体式连接板前面的管缝锚杆杆体上；此后将管缝锚杆打入钻孔中；

2)将拉杆前段插入管缝锚杆杆体后端的内部，穿入锚杆挡环加固螺栓，使拉杆前段与管缝锚杆连接；

3)将连接块套在拉杆后段的前端部，并用连接螺栓将其与连接板连接，通过拧紧连接螺栓的螺母使连接板与连接块紧固连接，由连接板和连接块将锚杆挡环连同锚杆挡环后面的锚杆端部一起夹紧；

4)将反力支架靠近连接块套在拉杆后段上，使反力支架的支撑腿与反力垫片顶靠；

5)将穿心式千斤顶的底座紧贴反力支架的座板安装在拉杆后段上，然后将均力钢环紧贴穿心式千斤顶的顶座套在拉杆后段上；

6)将锚杆测力计的受力面紧贴均力钢环套在拉杆后段上，然后将固定环紧贴锚杆测力计的前端套在拉杆后段上，在固定环后部的拉杆后段上拧上锁紧螺母；通过旋拧锁紧螺母使锚杆测力计、穿心式千斤顶和反力支架相互靠紧，反力支架的支撑腿通过反力垫片与岩壁靠紧；

7)将弹簧位移计的指针顶着固定环，将弹簧位移计连接杆一端与弹簧位移计连接，另一端固定在反力支架的反力垫片上；

步骤2、对管缝锚杆的锚固力进行测试

向穿心式千斤顶匀速注油加载，加载过程中用静态数据采集仪随时采集拉拔力和弹簧位移计测得的管缝锚杆被拉出钻孔的位移，当拉拔力不再增加时(此时锚杆被拉松动)或管缝锚杆杆体发生断裂时停止加载，此时测得的拉拔力即为管缝锚杆的锚固力，至此完成管缝锚杆锚固力的测试；

步骤3、完成管缝锚杆锚固力测试后使穿心式千斤顶卸载，然后将弹簧位移计及弹簧位移计连杆卸下；再依次将锁紧螺母、固定环、锚杆测力计、均力钢环、穿心式千斤顶从拉杆上卸下；再将分体式连接板与连接块的连接螺栓的螺母拧下，取出锚杆挡环加固螺栓，将拉杆前段连同连接块从管缝锚杆中抽出，将连接块从拉杆上卸下；再将分体式连接板的对接螺栓取出，将分体式连接板分开，连同连接螺栓一起从管缝锚杆上拆卸下来；最后将反力垫片卸下；拆卸下来的拉杆、连接拉杆与管缝锚杆的连接组件和反力支架可重复使用。

本发明的有益效果：

1、本发明管缝锚杆锚固力测试装置中的拉杆通过连接组件、紧固螺栓及反力支架与管缝锚杆杆体连接，可确保拉杆与管缝锚杆杆体在拉拔过程中保持同轴，使拉力能够均衡地施加在管缝锚杆杆体的各个部位，提高管缝锚杆锚固力测试结果的可靠性。

2、本发明中拉杆的拉力通过与锚杆挡环紧贴的连接板和锚杆挡环紧固螺栓共同施加在管缝锚杆上，可有效避免单纯用锚杆挡环承受拉力造成挡环损坏导致拉拔测试失败的现象发生。

3、本发明中的拉杆、连接拉杆与管缝锚杆的连接组件和反力支架可以拆卸重复使用，有利于降低测试成本。

附图说明

图1为本发明管缝锚杆锚固力测试装置的结构及其安装使用示意图(局部剖视图)；

图2为图1中拉杆的纵向剖视图；

图3为图2中a—a剖视图；

图4为图1中连接块的纵向剖视图；

图5为图4中b—b剖视图；

图6为图4中c—c剖视图；

图7为图1中连接板的横向剖视图；

图8为图1中反力支架的座板纵向剖视图；

图9图8中d—d剖视图；

图10为图1中反力垫片的正面视图；

图11为图1中管缝锚杆的剖视图。

图中符号说明：1-岩壁，2-反力垫片，3-连接板，4-锚杆挡环加固螺栓，5-管缝锚杆杆体，6-连接螺栓，7-连接块，8-拉杆，9-穿心式千斤顶，10-均力钢环，11-锚杆测力计，12-固定环，13-弹簧位移计，14-锁紧螺母，15-弹簧位移计连接杆，16-反力支架，161-(反力支架)支撑腿，162-(反力支架)座板，163-座板中心孔，17-锚杆挡环，18-挡环加固螺栓穿孔，19-连接块中心孔，20-连接螺栓孔，21-对接螺栓，22-连接板中心孔，23-挡环加固螺栓孔，24-反力垫片中心孔。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明管缝锚杆锚固力测试装置做进一步描述。

本实施例为对某矿山围岩加固用管缝锚杆锚固力进行现场测试。被测管缝锚杆如图1、图10、图11所示，管缝锚杆杆体5由厚度为2mm的钢管制成，其长度为1800mm,管缝宽度为13mm，前端外径为39mm，后端外径为43mm，后端内孔孔径为41mm，其后端有外径58mm的锚杆挡环17，锚杆挡环后面有通过锚杆挡环加固螺栓孔23安装的锚杆挡环加固螺栓4。安装管缝锚杆的围岩钻孔孔径为41mm。

用于该本实施例的管缝锚杆锚固力测试装置如图1所示，包括拉杆8、连接拉杆与管缝锚杆的连接组件、反力支架16、穿心式千斤顶9、锚杆测力计11和弹簧位移计13。

如图2和图3所示，所述拉杆8用直径38mm、长900mm的不锈钢棒加工成台阶式变径的拉杆前段和拉杆后段，拉杆前段的直径38mm(比管缝锚杆杆体后端的内径小2mm)，长100mm，距其后端10mm处加工出可供锚杆挡环加固螺栓(4)穿越的挡环加固螺栓穿孔(18)；拉杆后段的直径为22mm，长度为80mm，全长加工有标准螺纹。

所述连接拉杆与管缝锚杆的连接组件包括连接块(7)和连接板(3)如图4至图7所示，连接块(7)由边长160mm、厚100mm的长方体钢板加工制成，中心有阶梯形连接块中心孔(19)，连接块中心孔左端直径65mm、长30mm，右端直径24mm、长30mm，连接块中心孔四周有四个供连接螺栓(6)穿过的连接螺栓孔20，连接螺栓孔左端直径10mm、长45mm，右端直径26mm、长15mm，与连接块中心孔孔边距离为25mm；连接板(3)由边长160mm、厚20mm的长方体钢板制成，为上下分体式结构，通过对接螺栓(21)将连接板上下两部分对接成一体，中心有由两个半圆形缺口对接构成的直径为43mm的连接板中心孔(22)，通过连接板中心孔使连接板套接在管缝锚杆的杆体上，在连接板中心孔周周加工四个与连接板中心孔孔边距离为20mm、直径10mm、与连接块上的连接螺栓孔20相对应的螺栓孔，连接板与连接块通过连接螺栓6组装成一体。

如图8至图10所示，所述反力支架(16)包括带有四个支撑腿(161)的方形座板(162)和反力垫片(2)；所述反力垫片由边长250mm、厚10mm的长方体钢板加工制成，在其中心加工直径为70mm的反力垫片中心孔(24)，供其套在管缝锚杆杆体外部，并与管缝锚杆周围的岩壁(1)贴靠；所述座板由正方形不锈钢加工制成，其边长为200mm，厚度为15mm，中心加工有与所述拉杆后段套接、直径为24mm座板中心孔163，四个支撑腿分别为长160mm、截面边长20mm的长方体钢柱，一端焊接在方形座板的四个角部，另一端顶靠在反力垫片上；

如图1所示，将所述穿心式千斤顶(9)通过其中心孔穿在拉杆后段上，使其底座与反力支架的座板贴靠，将均力钢环(10)套在穿心式千斤顶顶座后部的拉杆后段上，并与穿心式千斤顶顶座贴靠；

如图1所示，所述锚杆测力计(11)通过其中心孔穿在穿心式千斤顶后部的拉杆后段上，使其受力面与所述均力钢环贴靠，将固定环(12)套在锚杆测力计前端的拉杆后段上，并与锚杆测力计的前端贴靠，向前旋拧与拉杆后段螺纹连接的锁紧螺母(14)，使锚杆测力计、穿心式千斤顶和反力支架相互靠紧，使反力支架的支撑腿通过反力垫片与岩壁靠紧；然后将所述弹簧位移计(13)的指针顶着所述固定环，并通过下部与管缝锚杆轴向平行的l形弹簧位移计连接杆(15)与所述反力垫片连接。

用上述锚固力测试装置按所述锚固力测试方法对该管缝锚杆的锚固力进行现场实测，当锚杆测力计的测得的拉拔力达到78kn时不再增加(此时锚杆已被拉动)，该拉拔力即为该管缝锚杆的锚固力。