预应力涨壳锚杆及其施工方法技术

本发明专利技术公开了一种预应力涨壳锚杆，包括涨壳和设置在涨壳两端的涨壳内楔、锚杆，所述涨壳包括涨壳连接部和涨壳片，涨壳片周向设置在涨壳连接部上；所述涨壳内楔与涨壳顶部为滑动式接触；所述锚杆包括锚杆体，锚杆体一端通过连接套固定安装有螺杆，螺杆与涨壳内楔通过螺纹传动连接，连接套顶部与涨壳底部呈挤压式接触；转动锚杆驱动涨壳内楔向涨壳内运动推动涨壳片向外变形直至涨壳连接部断裂，最终使得涨壳片扩胀至孔壁对岩体施加预应力；同时还提供了该预应力涨壳锚杆的施工方法。本发明专利技术具有成本低、锚固性能好以及便于实现机械化、自动化作业的优点。

【技术实现步骤摘要】
预应力涨壳锚杆及其施工方法
本专利技术涉及岩土工程锚固支护
，尤其涉及一种预应力涨壳锚杆及其施工方法。
技术介绍
在地下工程、矿上巷道、铁路隧道、边坡防护和军工工程的施工过程中，为了防止地层变形、坍塌、失稳，需要对地层进行加固，所采用的主要措施是在地层中埋设砂浆锚杆或含涨壳头的锚杆，利用锚杆的拉力以及与锚杆一体化的混泥土注浆体而使地层形成整体性加固结构，达到控制变形的目的。与普通砂浆锚杆相比，预应力锚杆体现出了如下优势：1、通过对在内外锚头之间的岩体施加预应力，将形成岩石压缩区；2)在岩体中连续安装预应力锚杆，相互重叠交叉的压缩区，将形成具有一定厚度的压缩承载层；3)特别在隧道工程中，预应力锚杆形成的压缩区能形成岩体的承载拱，在拱效应作用下，不但充分调动围岩的自承能力，且对拱外侧围岩的抗力得到极大提升。预应力锚杆包括快速药卷、涨壳锚杆等种类。其中，涨壳锚杆通常由涨壳、杆体、垫板、螺母等基本构件组成，必要时增加球垫、注浆管、排气管、止浆塞、居中装置等其它部件，属于一种可预应力的机械式锚固锚杆。与快速药卷等锚杆相比，在钻孔深度、杆体长度相当的情况下，涨壳锚杆形成的岩石压缩区范围更大，能提供更好的锚固效果。同时，因为无需等待锚固体固结，涨壳锚杆提供预应力的即时性也更具优势。如申请号CN201510711711.4的专利技术专利公开了一种注浆锚杆，包括同轴设置的锚杆本体、楔体和钻头，楔体的一端插入所述锚杆本体，另一端连接钻头；锚杆本体、楔体和钻头上贯通有注浆通道；锚杆本体向钻头切削的同方向旋转时，锚杆本体与楔体和钻头的相对位置固定，锚杆本体带动楔体和钻头同步转动，同时也公开了该注浆锚杆的使用方法，包括钻孔、锚固、预紧、封孔和注浆五个步骤。该专利功能全面，能够在一次施工中连续完成钻进、锚固并注浆，但仍存在的问题有：结构复杂，生产成本高，锚杆本体与杆尾螺母为贯穿设置，依赖于人工操作，不易实现机械化作业，施工后锚杆本体等构件暴露在岩体外，因工艺要求、安全性等因素需进行切割，从而增加施工成本，降低施工效率。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种生产成本低、锚固性能好且便于实现机械化、自动化操作的预应力涨壳锚杆，以及介绍该预应力涨壳锚杆的施工方法。本专利技术的目的采用如下技术方案实现：一种预应力涨壳锚杆，包括涨壳和设置在涨壳两端的涨壳内楔、锚杆，所述涨壳包括涨壳连接部和涨壳片，涨壳片周向设置在涨壳连接部上；所述涨壳内楔与涨壳顶部为滑动式接触；所述锚杆包括锚杆体，锚杆体一端通过连接套固定安装有螺杆，螺杆与涨壳内楔通过螺纹传动连接，连接套顶部与涨壳底部呈挤压式接触；转动锚杆驱动涨壳内楔逐渐向涨壳内运动推动涨壳片向外变形直至涨壳连接部断裂，使得涨壳片扩胀至孔壁对岩体施加预应力。进一步地，所述涨壳连接部和涨壳片一体成型，涨壳片内侧上下设置有内锥面、内环面，所述涨壳连接部的底端内侧设置有与连接套顶部适配的挤压面，相邻涨壳片之间设置有缺口；优选的，挤压面为环状斜面。进一步地，所述涨壳连接部和涨壳片为分体结构，涨壳片内侧上下设置有内锥面、内环面，涨壳片的底端内侧设置有与连接套顶部适配的挤压面，所述涨壳连接部上设置有缺口；优选的，挤压面为环状斜面。进一步地，所述涨壳片外侧具有连续设置的锯齿。进一步地，所述锚杆体端部配置垫板和驱动螺母，所述锚杆体两端分别与驱动螺母和连接套固定安装，旋转驱动螺母使得锚杆体转动并通过连接套挤压涨壳连接部；优选的，所述驱动螺母设置为盲头螺母。进一步地，所述连接套顶部设置有独立的挤压头。进一步地，所述锚杆体设置为中空锚杆，并在连接套上设置出浆孔。进一步地，在驱动螺母和垫板之间设置抗震盒，在锚杆体端部设置让压组件。本专利技术还提供了基于该预应力涨壳锚杆的施工方法，包括如下步骤：S1钻孔：通过钻头在岩体上打出锚孔；S2组件安装：向锚孔内插入预先组装好的涨壳锚杆组件，使垫板紧贴锚孔口岩壁；S3锚固：旋转驱动螺母，锚杆体转动带动连接套及螺杆转动，使得涨壳内楔向锚孔外侧运动并推动涨壳实现在锚孔上的固定及预应力施加。所述步骤S3，包括如下子步骤：S31初始阶段：转动锚杆，开始时由于连接套始终挤压在涨壳底面，涨壳内楔向涨壳内滑动时将推动涨壳片向外变形紧贴孔壁，完成涨壳固定；S32中间阶段：继续转动锚杆，当扭矩超过一定值时，连接套的挤压力超出涨壳连接部的强度极限时，涨壳连接部断裂，让出内部空间；S33结束阶段：继续转动锚杆，螺杆将通过连接套带动锚杆体上端向上移动，使锚杆弹性伸长，对涨壳内楔和涨壳施加轴向预紧力，此时，轴向预紧力通过锚杆体、驱动螺母和垫板传递给锚孔口岩壁，完成涨壳锚杆预应力的施加动作。相比现有技术，本专利技术的有益效果在于：1、本专利技术采用独特的设置涨壳连接部的涨壳结构，与普通涨壳相比，该涨壳结构部件更少，能降低生产成本。2、本专利技术的涨壳连接部具有连接涨壳片的第一状态，以及断裂后使涨壳片扩胀至对孔壁岩体施加预应力的第二状态，在涨壳片外侧设置锯齿结构，在涨壳打开后有效地提高了涨壳与围岩孔壁的接触面积，同时通过涨壳、涨壳内楔和螺杆构成对锚孔的稳固支撑结构，从而大大提高了涨壳锚固力。3、较普通涨壳锚杆，本专利技术不但因涨壳部分的结构简单而提高组装效率，且无需对锚杆体外露部分进行切割，减少施工步骤，特别是驱动螺母采用盲孔螺母结构，易于实现连续、机械化自动作业，能显著提升工作效率。附图说明图1为本专利技术预应力涨壳锚杆的一种涨壳的立体图；图2为本专利技术预应力涨壳锚杆的锚固部分剖视图；图3为本专利技术预应力涨壳锚杆设置挤压头时的锚固部分剖视图；图4为本专利技术预应力涨壳锚杆的整体结构图；图5为本专利技术预应力涨壳锚杆设置为中空锚杆体的结构图；图6为本专利技术预应力涨壳锚杆设置抗震盒的结构图；图7为本专利技术预应力涨壳锚杆设置让压组件的结构图；图8为本专利技术预应力涨壳锚杆杆设置抗震盒及让压组件的结构图；图9为本专利技术预应力涨壳让压锚杆的施工状态图；图10为本专利技术预应力涨壳让压抗震锚杆的施作流程图；图11为本专利技术预应力涨壳锚杆的另一种涨壳的立体图；图12为本专利技术预应力涨壳锚杆的另一种涨壳的涨壳片立体图；图13为本专利技术预应力涨壳锚杆的另一种涨壳的立体爆炸图；图中标记及对应件为：1-涨壳片，10-涨壳连接部，11-环状体，12-锯齿，13-挤压面，14-内环面，15-内锥面，2-涨壳连接件，21-缺口，3-涨壳内楔，30-锥体，31-外锥面，4-锚杆，40-出浆孔，41-连接套，42-螺杆，5-挤压头，6-锚杆体，7-垫板，8-驱动螺母，80-抗震盒，81-让压组件，9-锚孔。具体实施方式以下将结合附图，对本专利技术进行更为详细的描述，需要说明的是，下参照附图对本专利技术进行的描述仅是示意性的，而非限制性的。各个不同实施例之间可以进行相互组合，以构成未在以下描述本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种预应力涨壳锚杆，包括涨壳和设置在涨壳两端的涨壳内楔、锚杆，其特征在于：所述涨壳包括涨壳连接部和涨壳片，涨壳片周向设置在涨壳连接部上；所述涨壳内楔与涨壳顶部为滑动式接触；所述锚杆包括锚杆体，锚杆体一端通过连接套固定安装有螺杆，螺杆与涨壳内楔通过螺纹传动连接，连接套顶部与涨壳底部呈挤压式接触；转动锚杆驱动涨壳内楔向涨壳内运动推动涨壳片向外变形直至涨壳连接部断裂，使得涨壳片扩胀至孔壁对岩体施加预应力。/n

【技术特征摘要】
1.一种预应力涨壳锚杆，包括涨壳和设置在涨壳两端的涨壳内楔、锚杆，其特征在于：所述涨壳包括涨壳连接部和涨壳片，涨壳片周向设置在涨壳连接部上；所述涨壳内楔与涨壳顶部为滑动式接触；所述锚杆包括锚杆体，锚杆体一端通过连接套固定安装有螺杆，螺杆与涨壳内楔通过螺纹传动连接，连接套顶部与涨壳底部呈挤压式接触；转动锚杆驱动涨壳内楔向涨壳内运动推动涨壳片向外变形直至涨壳连接部断裂，使得涨壳片扩胀至孔壁对岩体施加预应力。


2.如权利要求1所述的预应力涨壳锚杆，其特征在于：所述涨壳连接部和涨壳片一体成型，所述涨壳片内侧上下设置有内锥面、内环面，所述涨壳连接部的底端内侧设置有与连接套顶部适配的挤压面，相邻涨壳片之间设置有缺口。


3.如权利要求1所述的预应力涨壳锚杆，其特征在于：所述涨壳连接部和涨壳片为分体结构，所述涨壳片内侧上下设置有内锥面、内环面，涨壳片的底端内侧设置有与连接套顶部适配的挤压面，所述涨壳连接部上设置有缺口。


4.如权利要求1所述的预应力涨壳锚杆，其特征在于：所述涨壳片外侧具有连续设置的锯齿。


5.如权利要求1所述的预应力涨壳锚杆，其特征在于：所述锚杆体端部配置垫板和驱动螺母，所述锚杆体两端分别与驱动螺母和连接套固定安装，所述驱动螺母设置为盲头螺母，旋转驱动螺母使得锚杆体转动并通过连接套挤压涨壳连接部。


6.如权利要求1所述的预应力涨壳...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗士亮，程良奎，陶燕丽，王哲，虞兴福，戚玉亮，董文澎，
申请(专利权)人：浙江聚能岩土锚固研究有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33