【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及锚固工程，尤其是涉及一种新型砂固结锚杆系统及实施方法。
技术介绍
1、砂固结锚杆技术利用砂在轴向受压径向膨胀性产生的与孔壁的摩擦力作用来提供锚固力。该技术首先是俄罗斯科学院新西伯利亚一个研究所提出的，但国外技术因施工工艺繁琐，施工质量较难控制，对其锚固性能的研究少有报道。而国内研究团队采用孔外预制砂柱体、孔内还原散砂的输入方式，有成功实施报道。
2、如图2所示，砂固结锚杆结构通常由荷载板1、砂柱体2(内锚头)、钢圆环3、封口4、锚杆体5、钻孔6、锚墩(或托板)7、承压板8、锁紧螺母9等部件构成。砂固结锚杆在张拉施工前的初始状态见图2，外部张拉设备10张拉施工后的锚杆锚固结构见图3，其中部件荷载板1、砂柱体2、钢圆环3组成内锚固段，与封口4永久留在钻孔里。
3、图4为砂固结锚杆结构锚固段的围压分布示意图，图中a为荷载板位置，b为钢圆环位置。砂固结锚杆锚固段ab间的砂体可分为超密砂区、密砂区、松砂区三个区域。由图4可看出，超密砂区和密砂区对锚固力的贡献很大，松砂区对锚固力的贡献很小。根据相关研究，超密砂区和密砂区承担的荷载比约为85％。
4、对于砂固结锚杆来说，封砂技术是砂固结锚杆成功实施的关键点。国内技术最初采用木制封口技术，对特定木材压缩后加工成空心圆柱体，依靠木质封口浸水膨胀与岩壁产生摩擦力来实现封堵散砂，从中国科学院武汉岩土力学研究所在室内试验数据看，试验效果好的单个水曲柳材质封口浸水20min所能提供的摩阻力大都在5－9kn之间；在实施中由于木制封口摩擦力不足、膨胀速率控制
5、虽然钢管封口和膨胀螺栓封口能有效封堵散砂，但存在不足：随着锚杆长度的增加，封口实施操作不便，且封口的制作成本也相应增加。
6、综上所述，当前砂固结锚杆的封砂技术有进一步提升的空间。
技术实现思路
1、本专利技术针对现有技术中存在的技术问题，提供一种新型砂固结锚杆系统及实施方法。
2、本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：一种新型砂固结锚杆系统，包括荷载板、砂柱体、钢圆环、锚杆体、传力管、承压板、钻孔，所述荷载板、砂柱体、钢圆环依次排列在所述钻孔的内部，所述锚杆体的一端与所述荷载板固定连接，且所述锚杆体贯穿砂柱体、钢圆环的中心，所述钢圆环与所述锚杆体滑动连接，所述锚杆体的另一端位于所述钻孔的外部，所述传力管的内径大于所述锚杆体的外径；在将荷载板、砂柱体、钢圆环推入钻孔深处时，所述传力管套设在所述锚杆体的外部，且所述传力管的一端与所述钢圆环抵接，所述传力管的另一端位于钻孔的外部。
3、优选地，上述的新型砂固结锚杆系统，其中所述荷载板、砂柱体、钢圆环均为圆柱状。
4、优选地，上述的新型砂固结锚杆系统，其中所述锚杆体位于所述钻孔外部的一端设置有外螺纹。
5、优选地，上述的新型砂固结锚杆系统，其中所述砂柱体为采用砂粒、水、水泥按照比例浇筑制作的空心圆柱体。
6、优选地，上述的新型砂固结锚杆系统，其中所述传力管的一端设置有扩大端，所述扩大端的横截面外径小于所述钢圆环的外径。
7、优选地，上述的新型砂固结锚杆系统，其中所述钢圆环靠近所述砂柱体的一端面垂直固定有套管，所述套管套设在所述锚杆体的外部。
8、优选地，上述的新型砂固结锚杆系统，其中所述锚杆体的外部涂有润滑油。
9、一种新型砂固结锚杆系统的实施方法，
10、s1：对钻孔的实际深度进行测量，计算锚杆体和砂柱体需要调节的长度，确定锚固段位置；
11、s2：将砂柱体装配至荷载板与钢圆环之间，通过推动锚杆体将荷载板推至钻孔底部；
12、s3：将传力管套入锚杆体，并将传力管推入钻孔中，传力管的扩大端贴紧钢圆环，传力管的另一端露出钻孔，通过传力管与孔外设备连接；
13、s4：操作孔外设备施加推力，由传力管推动钢圆环挤压砂柱体，使得砂柱体被压碎还原成散砂，并逐渐被压密，随着推力的增大，靠近钢圆环区域的砂体越压越密实，并与钻孔孔壁高度结合，砂体与孔壁表面可产生摩擦力，当孔外设备施加推力达到10kn时，可判定已形成有效的砂石质封口；
14、s5：取出传力管，将锚杆体带螺纹一端与孔外张拉设备连接，然后施加拉拔力，荷载板向钢圆环运动，两者之间的空心砂柱体先后被压碎，然后被压成高度致密，直至拉拔力达到工程设计所需，最后拧紧锁紧螺母，完成本次砂固结锚杆张拉施工。
15、本专利技术的有益效果是：
16、从技术角度上看，本专利技术是在对传统砂固结锚杆结构松砂区进行高度压密产生阻力来实现封堵散砂的，扩大了砂固结锚杆有效锚固的范围，理论上能提高锚杆锚固力上限；
17、从锚杆实施操作上看，本专利技术省去了传统砂固结锚杆需制作的封口配件，传力管在顶推工序完成后可回收再利用，省去了封口配件的制作或采购工序；
18、从锚杆应用范围看上，传统砂固结锚杆有效锚固段为超密砂区和密砂区，适用于硬岩，本专利技术将砂固结锚杆有效锚固范围扩大到原松砂区，从而为砂固结锚杆在软岩或硬土上的应用提供了理论基础；
19、从经济效益上看，传统砂固结锚杆的封口是永久保留在钻孔中，本专利技术省去了传统砂固结锚杆的封口配件，节约了锚杆施工成本；锚杆越长，成本效益越为显著。
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1.一种新型砂固结锚杆系统，其特征在于：包括荷载板(1)、砂柱体(2)、钢圆环(3)、锚杆体(5)、传力管(11)、承压板(8)、钻孔(6)，所述荷载板(1)、砂柱体(2)、钢圆环(3)依次排列在所述钻孔(6)的内部，所述锚杆体(5)的一端与所述荷载板(1)固定连接，且所述锚杆体(5)贯穿砂柱体(2)、钢圆环(3)的中心，所述钢圆环(3)与所述锚杆体(5)滑动连接，所述锚杆体(5)的另一端位于所述钻孔(6)的外部，所述传力管(11)的内径大于所述锚杆体(5)的外径；在将荷载板(1)、砂柱体(2)、钢圆环(3)推入钻孔(6)深处时，所述传力管(11)套设在所述锚杆体(5)的外部，且所述传力管(11)的一端与所述钢圆环(3)抵接，所述传力管(11)的另一端位于钻孔(6)的外部。
2.根据权利要求1所述的新型砂固结锚杆系统，其特征在于：所述荷载板(1)、砂柱体(2)、钢圆环(3)均为圆柱状。
3.根据权利要求1所述的新型砂固结锚杆系统，其特征在于：所述锚杆体(5)位于所述钻孔(6)外部的一端设置有外螺纹。
4.根据权利要求1所述的新型砂固结锚杆系统，
5.根据权利要求1所述的新型砂固结锚杆系统，其特征在于：所述传力管(11)的一端设置有扩大端，所述扩大端的横截面外径小于所述钢圆环(3)的外径。
6.根据权利要求1所述的新型砂固结锚杆系统，其特征在于：所述钢圆环(3)靠近所述砂柱体(2)的一端面垂直固定有套管(12)，所述套管(12)套设在所述锚杆体(5)的外部。
7.根据权利要求1所述的新型砂固结锚杆系统，其特征在于：所述锚杆体(5)的外部涂有润滑油。
8.一种新型砂固结锚杆系统的实施方法，其特征在于：采用权利要求1～7任一项所述的新型砂固结锚杆系统进行施工，
...【技术特征摘要】
1.一种新型砂固结锚杆系统，其特征在于：包括荷载板(1)、砂柱体(2)、钢圆环(3)、锚杆体(5)、传力管(11)、承压板(8)、钻孔(6)，所述荷载板(1)、砂柱体(2)、钢圆环(3)依次排列在所述钻孔(6)的内部，所述锚杆体(5)的一端与所述荷载板(1)固定连接，且所述锚杆体(5)贯穿砂柱体(2)、钢圆环(3)的中心，所述钢圆环(3)与所述锚杆体(5)滑动连接，所述锚杆体(5)的另一端位于所述钻孔(6)的外部，所述传力管(11)的内径大于所述锚杆体(5)的外径；在将荷载板(1)、砂柱体(2)、钢圆环(3)推入钻孔(6)深处时，所述传力管(11)套设在所述锚杆体(5)的外部，且所述传力管(11)的一端与所述钢圆环(3)抵接，所述传力管(11)的另一端位于钻孔(6)的外部。
2.根据权利要求1所述的新型砂固结锚杆系统，其特征在于：所述荷载板(1)、砂柱体(2)、钢圆环(3)均为圆柱状。
【专利技术属性】
技术研发人员：覃卫民，汤华，
申请(专利权)人：中国科学院武汉岩土力学研究所，
类型：发明
国别省市：
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