多段式卡紧注浆锚固的箭头锚杆及其使用方法技术

本发明专利技术涉及边坡加固、地下工程围岩支护控制领域，公开了一种多段式卡紧注浆锚固的箭头锚杆，包括套筒(5)、注浆杆体装置和固封装置，注浆杆体装置设于套筒(5)内，注浆杆体装置包括注浆杆体(7)和多组锚头(6)，每组锚头(6)形成卡紧锚固结构并铰接在注浆杆体(7)的外壁上，套筒(5)上设有与锚头(6)一一对应且适于锚头(6)通过的槽孔(5002)，通过外力推进注浆杆体装置将锚头(6)沿槽孔(5002)导向扎入岩体，利用固封装置使套筒(5)与注浆杆体装置之间形成封闭结构并固定在岩壁(9)上。通过本发明专利技术的技术创新，能及时、高效地提供持续高阻高强工作阻力，以真正达到高应力或强动力扰动环境下工程岩土体维护的长期稳定性。

【技术实现步骤摘要】
多段式卡紧注浆锚固的箭头锚杆及其使用方法
本专利技术涉及边坡加固、地下工程围岩支护控制领域，具体地涉及一种多段式卡紧注浆锚固的箭头锚杆。
技术介绍
目前，在城市轨道交通建设、穿山或水电隧道掘进、深部资源开采甚至重大边坡治理工程过程中，时常遇到赋存条件复杂的不良岩土层，其节理发育、结构复合型强、构造应力水平高，当采用矿山施工法维护控制时传统锚杆的锚固质量将受到严重考验，若后期再受到爆破开挖、开采扰动、地震波等强动力扰动后，此时锚杆支护系统难以控制整体稳定性而失效，甚至发生隧道冒顶塌陷、严重滑坡等地质工程灾害。根据工程应用锚杆支护情况，可知国内外适用于不同条件、具有不同功能和用途的锚杆有数百种，锚杆支护俨然已成为维护各类重大工程围岩稳定的主体结构物。从锚杆的工作原理来看，其产生的锚固力主要由锚固段的侧阻力提供，其数值大小应不小于锚杆杆体的抗拉强度，而其抗剪力由材料本身屈服剪切强度决定，反应其抵抗围岩产生非均匀变形时的抗挤压能力。所以说，锚杆的锚固力、抗剪强度是锚杆支护系统维护巷道稳定性和可靠度的关键性能指标。然而，对于目前应用广泛的普通圆钢粘结式实体锚杆，分为端头锚固或全长锚固，作为一种主体支护结构，但其锚固剂为水泥砂浆和树脂药卷，在孔壁中的饱满度难以控制，锚固效果也难以保障，在复杂环境下加固岩土体时常发生杆体被剪断或拔出形成围岩空腔而失效。而作为适应于不良岩土层的中空注浆锚杆，虽然实现了杆体与孔壁间的空隙内饱满注浆，具有均匀厚度的保护锚固层，但横断面尺寸减弱了其抗拉强度，不比实体锚杆高阻抗断拉拔力。进一步的，为增强传统锚杆的综合性能，改善复杂地质条件下岩土体的稳定性，在以往专利技术技术中，所设计的锚杆支护装置大多在端部优化结构以增强锚固力，或者设计的分段锚固装置锚固力度往往不足，其稳定性有待现场验证，所以功能单一或适应条件受限情况，难以适应高地应力或强扰动且严格控制变形的岩土工程。例如，专利CN104929670B公开了一种翼式锚杆，在锚固段设置能扩张的卡位翼翅进行端头锚固，这种锚杆锚固力主要由端部翼翅装置提供，其抗拉拔力、抗弯矩能力有限，难以承受复杂地质环境。专利CN107939427A公开了一种能大幅吸收围岩变形能并同时快速让压的吸能-抗震锚杆，具有高强度、稳定支撑、弹性复位和高阻尼等诸多优点，但其起到缓冲装置的螺旋杆体降低了整体的抗剪力，容易造成围岩体不均匀变形而被剪断失效。专利CN104832201B公开了一种膨胀式锚杆，该专利技术主要通过锚杆头使锚杆套的下端膨胀以卡紧于边坡内，其原理类似于膨胀螺丝的机械工作原理，但发生膨胀端的锚杆套仅仅卡紧与孔壁表面，也未对整体进行注浆凝固，在自由端部缺乏增强端部托板力的类似于传统锚杆的托盘构件，所以整体锚固力不能保证，且自由端部易造成螺母滑脱失效。专利申请CN107620603A公开了一种带钢质套杆的新型注浆锚杆，通过增加钢质套杆的方式改造中空螺纹钢锚杆，借助螺母压紧作用将钢杆撑开与被支护岩体直接接触，并借助注浆增加注浆材料和锚杆整体的抗拉剪能力，该专利技术结构缺陷在于钢杆撑开与孔岩壁通过点点接触增强锚固力，但遇到动态强扰动时钢杆连杆易受到偏应力影响出现滑动变形，加之孔壁破裂扩孔后会失去有效支撑点继而导致锚固点失效。专利申请CN108457684A公开了一种可延长锚杆，重点考虑其延长装置随之与杆体发生相对位移从而适应围岩大变形的性能，但内置于围岩内部的杆体结构与传统锚杆并无优势，同时其延长装置设置与围岩外露端，一定程度上影响了巷道净断面尺寸。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服传统锚杆支护存在的技术缺陷，进一步优化改进现有专利技术技术上存在的缺陷，提供一种能抵抗高地应力或强动力扰动环境下严格控制断面收敛变形的多段式卡紧注浆锚固的箭头锚杆及其使用方法，能及时、高效地提供持续高阻、高强工作阻力，实现其支护结构与岩土体在强度、刚度及结构上的三重耦合，进而实现支护一体化、荷载均匀化，从而真正达到维护此类岩土体长期稳定性。为了实现上述目的，本专利技术一方面提供一种多段式卡紧注浆锚固的箭头锚杆，其特征在于，包括套筒、注浆杆体装置和固封装置，所述注浆杆体装置设于所述套筒内，所述固封装置使所述套筒与所述注浆杆体装置之间形成封闭结构并固定在岩壁上；所述注浆杆体装置包括注浆杆体和多组锚头，每组所述锚头形成卡紧锚固结构并铰接在所述注浆杆体的外壁上；所述套筒上设有与所述锚头一一对应且适于所述锚头通过的槽孔。优选地，所述注浆杆体沿轴向设有注浆通道。优选地，所述注浆杆体的一端为锚固端头并切削成铰接底座结构，另一端为自由端头并利用止浆塞封堵。优选地，所述注浆杆体上沿轴向设有多组切削槽，每组所述切削槽形成与所述锚固端头结构一致的铰接底座结构，且所述切削槽的长度不小于所述锚头的长度。优选地，每个所述铰接底座结构上设有多个用于安装所述锚头的底座孔。优选地，所述固封装置包括双头螺柱、螺母及托盘，其中所述托盘的中间部位设有通孔。优选地，所述注浆杆体为变截面圆柱杆体，包括一体成型的第一圆柱体和第二圆柱体，其中所述第一圆柱体的直径分别小于所述第二圆柱体和所述双头螺柱的直径；所述双头螺柱沿轴向设有与所述第一圆柱体相匹配的杆体通孔，且一端套设在所述第一圆柱体上并与所述套筒紧密连接，另一端穿过所述托盘的通孔并用所述螺母固定。优选地，所述套筒包括箭头结构和筒体，其中所述筒体的一端为开口端且内壁设有与所述固封装置进行螺纹连接的内螺纹，另一端为尾端与所述箭头结构连接。优选地，所述锚头的一端通过螺钉与所述注浆杆体铰接，另一端呈倒钩结构，所述螺钉的前后端通过焊接固定；所述锚头与所述套筒接触的一侧呈弧线结构。本专利技术另一方面提供一种多段式卡紧注浆锚固的箭头锚杆的使用方法，包括以下步骤：S1、在注浆杆体上安装锚头，用螺钉将锚头铰接在底座孔上，通过焊接固定螺钉的前后端，依次完成所有锚头的装配；S2、将注浆杆体锚固端头的一端从筒体的开口端推入，当锚头到达槽孔时会弹出卡住，此时用手将其按入后继续推进，直至锚固端头上的锚头到达筒体尾端的槽孔处弹出；S3、将步骤S2中形成的装置装入岩壁的钻孔中，借助工具对套筒进行锤击使箭头结构钻入孔底深部的岩体内，直至筒体的开口端与岩壁平齐；S4、锤击注浆杆体，注浆杆体的锤进深度为锚头长度的4/5～1，锚头在锤击和槽孔的导向作用下沿钻孔壁的环形方向扎入岩壁周围的岩体内，形成多段式机械卡紧结构；S5、打开止浆塞进行注浆，浆液沿注浆通道流入孔底后，逐步填充注浆杆体装置与套筒间的遗留空间，以及锚头与钻孔周边岩体形成的裂隙空间，最终向外溢出；S6、当发现有浆液溢出时，及时安装双头螺柱进行封堵止浆，继而依次安装托盘、螺母，螺母需拧紧并使双头螺柱的端头接触到注浆杆体的变截面处。通过上述技术方案，注浆杆体外套设的套筒，有效增强锚杆主体的抗剪切力，同时套筒的箭头结构在注浆杆体或锚头突然拉断后可提供一定的拉拔力，起到双重保障作用；锚头铰接在注浆杆体外壁，与套筒上的槽孔相配合，通过锤击注浆杆体可将锚头顺利扎入钻孔周围的岩体中，实现整体装置的多段式机械卡紧；利用注浆杆体和套筒形成浆液导流结构，使浆液在整体装置中均匀扩散，形成完全的实体结构，提高锚杆内部结构的强度，并利用浆液将锚杆与岩体连为一体，加强锚杆与岩体间的应力传递，形成高效一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多段式卡紧注浆锚固的箭头锚杆，其特征在于，包括套筒(5)、注浆杆体装置和固封装置，所述注浆杆体装置设于所述套筒(5)内，所述固封装置使所述套筒(5)与所述注浆杆体装置之间形成封闭结构并固定在岩壁(9)上；所述注浆杆体装置包括注浆杆体(7)和多组锚头(6)，每组所述锚头(6)形成卡紧锚固结构并铰接在所述注浆杆体(7)的外壁上；所述套筒(5)上设有与所述锚头(6)一一对应且适于所述锚头(6)通过的槽孔(5002)。

【技术特征摘要】
1.一种多段式卡紧注浆锚固的箭头锚杆，其特征在于，包括套筒(5)、注浆杆体装置和固封装置，所述注浆杆体装置设于所述套筒(5)内，所述固封装置使所述套筒(5)与所述注浆杆体装置之间形成封闭结构并固定在岩壁(9)上；所述注浆杆体装置包括注浆杆体(7)和多组锚头(6)，每组所述锚头(6)形成卡紧锚固结构并铰接在所述注浆杆体(7)的外壁上；所述套筒(5)上设有与所述锚头(6)一一对应且适于所述锚头(6)通过的槽孔(5002)。2.根据权利要求1所述的多段式卡紧注浆锚固的箭头锚杆，其特征在于，所述注浆杆体(7)沿轴向设有注浆通道(7006)。3.根据权利要求2所述的多段式卡紧注浆锚固的箭头锚杆，其特征在于，所述注浆杆体(7)的一端为锚固端头并切削成铰接底座结构(7005)，另一端为自由端头并利用止浆塞(1)封堵。4.根据权利要求3所述的多段式卡紧注浆锚固的箭头锚杆，其特征在于，所述注浆杆体(7)上沿轴向设有多组切削槽(7004)，每组所述切削槽(7004)形成与所述锚固端头结构一致的铰接底座结构(7005)，且所述切削槽(7004)的长度不小于所述锚头(6)的长度。5.根据权利要求3或4所述的多段式卡紧注浆锚固的箭头锚杆，其特征在于，每个所述铰接底座结构(7005)上设有多个用于安装所述锚头(6)的底座孔(7003)。6.根据权利要求1所述的多段式卡紧注浆锚固的箭头锚杆，其特征在于，所述固封装置包括双头螺柱(2)、螺母(3)及托盘(4)，其中所述托盘(4)的中间部位设有通孔。7.根据权利要求6所述的多段式卡紧注浆锚固的箭头锚杆，其特征在于，所述注浆杆体(7)为变截面圆柱杆体，包括一体成型的第一圆柱体(7001)和第二圆柱体(7002)，其中所述第一圆柱体(7001)的直径分别小于所述第二圆柱体(7002)和所述双头螺柱(2)的直径；所述双头螺柱(2)沿轴向设有与所述第一圆柱体(7001)相匹配的杆体通孔(2001)，且一端套设在所述第一圆柱体(7001)上并与所述套筒(5)紧密连接，另一端穿过所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：李地元，杜少华，李夕兵，周子龙，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43