一种主动施加预紧力的预应力锚杆论文和设计-张雪娅

全文摘要

本实用新型公开了一种主动施加预紧力的预应力锚杆，属于岩体加固支护工程领域，所述预应力锚杆包括预应力杆、螺纹套管、增阻销等，螺纹套管套在预应力杆的外面，螺纹套管的外壁为圆柱状，表面设有齿状螺纹，内壁的形状与预应力杆、止销螺母、锥形止销头的形状对应，中间为圆柱状，两端为圆台状；螺纹套管的两端与止销螺母和锥形止销头对应的位置设有多排倾斜孔，增阻销安装在倾斜孔内。本实用新型结构简单，易于加工，使用方便、安装快捷，无需粘接剂和注浆；提高了施工效率也提高了预应力锚杆的抗拉拔能力，最主要的是节约了时间成本和后期维护成本。

主设计要求

1.一种主动施加预紧力的预应力锚杆，其特征在于：包括预应力杆（1）、螺纹套管（2）、增阻销（3）、锥形止销头（4）、止销螺母（5）、锚定板（6）、螺母（7），螺纹套管（2）套在预应力杆（1）的外面，预应力杆（1）依次分为内锚固段、自由段、外锚固段、锚头，内锚固段上设有锥形止销头（4），外锚固段和锚头上设有螺纹，止销螺母（5）、锚定板（6）、螺母（7）依次通过螺纹与预应力杆（1）连接，止销螺母（5）位于外锚固段，锚定板（6）、螺母（7）位于锚头上，止销螺母（5）、锥形止销头（4）均为圆台状结构；螺纹套管（2）的外壁为圆柱状，表面设有齿状螺纹，内壁的形状与预应力杆（1）、止销螺母（5）、锥形止销头（4）的形状对应，即中间为圆柱状，两端为圆台状；螺纹套管（2）的两端与止销螺母（5）和锥形止销头（4）对应的位置周向设多排均匀倾斜孔（8），增阻销（3）安装在倾斜孔（8）内；增阻销（3）位于螺纹套管（2）内部的一端设有堵头（9）；位于螺纹套管（2）外部的一端为针尖状。

设计方案

2.根据权利要求1所述主动施加预紧力的预应力锚杆，其特征在于：预应力杆（1）为实心结构。

3.根据权利要求1所述主动施加预紧力的预应力锚杆，其特征在于：增阻销（3）回缩和延伸方向分别与止销螺母（5）和锥形止销头（4）的锥面垂直。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及一种主动施加预紧力的预应力锚杆，属于岩体加固设备领域。

背景技术

锚杆是围岩支护的最基本的组成部分，布设预应力锚杆是井下巷道、硐室及隧道掘进过程中最有效的临时支护方式之一，也是保障一线作业人员安全、防止围岩垮落的有效措施，能够实现及时支护即可加固而被广泛运用于岩体加固技术领域。我国幅员辽阔，地质情况复杂多变，随着我国经济的快速发展，在公路、矿山及边坡工程等方面的施工建设中出现了越来越多复杂岩体情况，围岩垮落、边坡失稳等事故日益频发，地下施工条件愈加复杂。锚杆支护以其结构简单，施工方便、成本低和对工程适应性强等特点，在工程中得到了广泛应用。现有锚杆均是通过增加侧向摩擦阻力来提升抗拉能力从而加固岩体使其不出现明显离层、滑动和拉应力，但是当锚杆的长度与直径固定时则需通过改变锚杆本身的结构来增加锚杆的抗拔力。因此，预应力锚杆应运而生，但大部分预应力锚杆如机械胀壳预应力锚杆、树脂预应力锚杆、水泥药卷预应力锚杆等在后期应力松弛时均需进一步维护增强其预紧力，检修锚头螺母松弛情况，其受端部风化影响从而降低了锚固效果，常常出现锚而不固的现象。对于锚杆的改进，工程中常用的大部分锚杆锚固段都需要粘接剂或水泥浆充填凝固后才能使锚杆与周围的岩体形成一个承载结构，无法较好的实现及锚及支护的需求。

为解决这一问题，实现增强锚固效果的同时降低后期检修时间、经济成本，本实用新型提供了一种主动施加预紧力的预应力锚杆，该结构设计了内、外锚固段，有效解决了端部浅层岩石风化致使锚定板、螺母失效问题，同时在内外锚固段增设了增阻销使杆体整体形成互锁结构，增强了锚固效果，且在后期围岩变形过程中通过预应力杆牵引，增阻销向围岩推进从而主动增加内锚固段锚固力，将人为被动施加预紧力转变为围岩主动施加，可有效解决预应力锚杆预紧力松弛问题。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种主动施加预紧力的预应力锚杆，用于地下岩体巷道、硐室及隧道等临时支护，在螺纹套管2的两端设有增阻销3，有效解决了端部浅层岩石风化致使锚定板、螺母失效问题，同时在螺纹套管2的两端的增阻销3使杆体整体形成互锁结构，增大锚杆与周围岩体摩擦力，增强锚固效果，且在后期围岩变形过程中通过预应力杆牵引，增阻销向围岩推进从而主动增加内锚固段锚固力，将人为被动施加预紧力转变为围岩主动施加，可有效解决预应力锚杆预紧力松弛问题，提高锚杆锚固效率，进而改善围岩质量、维护施工人员及设备安全。

所述预应力锚杆包括预应力杆1、螺纹套管2、增阻销3、锥形止销头4、止销螺母5、锚定板6、螺母7，螺纹套管2套在预应力杆1的外面，预应力杆1依次分为内锚固段、自由段、外锚固段、锚头，内锚固段上设有锥形止销头4，外锚固段和锚头上设有螺纹，止销螺母5、锚定板6、螺母7依次通过螺纹与预应力杆1连接，止销螺母5位于外锚固段，锚定板6、螺母7位于锚头上，止销螺母5、锥形止销头4均为圆台状结构；螺纹套管2的外壁为圆柱状，表面设有齿状螺纹，内壁的形状与预应力杆1、止销螺母5、锥形止销头4的形状对应，中间为圆柱状，两端为圆台状；螺纹套管2的两端与止销螺母5和锥形止销头4对应的位置周向设均匀倾斜孔8，增阻销3安装在倾斜孔8内；增阻销3位于螺纹套管2内部的一端设有堵头9；位于螺纹套管2外部的一端为针尖状。

优选的，本实用新型所述预应力杆1为实心柱体结构。

优选的，增阻销3回缩和延伸方向分别与止销螺母5和锥形止销头4的锥面垂直，有利于预紧时有效防止增阻销回缩。

本实用新型所述锚杆可根据现场围岩条件调整锚定板6和预应力杆1尺寸，设计符合围岩赋存条件的尺度和材料刚度。

本实用新型的原理：本实用新型中预应力杆1上的锥形止销头4，用于推进增阻销3向外推进的同时阻止增阻销回缩，止销螺母5用于推进外锚固段增阻销3与围岩的接触预紧力，同时牵引内锚固段预应力杆使杆体和围岩形成内外锚固段的互锁结构，增大围岩与锚杆的摩擦阻力从而达到及时支护及时加固的效果；螺纹套管2用于增强锚杆抗剪、抗弯能力的同时，螺纹套管外围的齿状螺纹用于增强锚杆与围岩的摩擦阻力，与增阻销共同作用于岩体实现锚杆与围岩间的双重增阻。所述锚定板6和螺母7置于锚杆最外端（锚头），锚定板6与围岩揭露面紧贴，螺母7位于锚头段用于固定锚杆，增加锚杆预紧力；该结构实现预应力锚杆的内、外锚固段的自动互锁，有效维护了围岩稳定层和移动带的稳定，极大改善了预应力锚杆的锚固效用。

本实用新型的有益效果：

（1）本实用新型提供的主动施加预紧力的预应力锚杆，结构简单，安装便捷效率高。

（2）本实用新型提供的主动施加预紧力的预应力锚杆可以控制增阻销的伸出长度从而控制锚杆与围岩之间的作用力大小，即预紧力。

（3）本实用新型提供的主动预紧力的预应力锚杆，可有效提高锚杆杆体与围岩摩擦阻力，增强锚固效果，减少锚杆使用数量，节约经济成本。

（4）本实用新型提供的主动施加预紧力的预应力锚杆，设有内、外锚固段增强锚固效果的同时，可有效解决因围岩揭露面风化松软预紧力松弛的现象。

（5）本实用新型提供的主动施加预紧力的预应力锚杆，内外锚固段增阻销由预应力杆的牵引形成互锁结构，对围岩形成双重增阻承载结构。

（6）本实用新型提供的主动施加预紧力的预应力锚杆，外设的螺纹套管外围倒齿结构有效阻止了围岩的进一步移动，提高增阻效果。

（7）本实用新型提供的主动施加预紧力的预应力锚杆，内、外锚固段形成的自锁结构可在围岩进一步变形过程中主动增强其预紧力，实现后期围岩预紧力的自动施加，节省后期维护加固成本。

附图说明

图1为本实用新型装置结构示意图；

图2为本实用新型预应力杆结构示意图；

图3为本实用新型主剖面结构示意图。

图4为内锚固段的局部放大图。

图5为增阻销的结构示意图。

图中：1-预应力杆；2-螺纹套管；3-增阻销；4-锥形止销头；5-止销螺母；6-锚定板；7-螺母；8-倾斜孔；9-堵头。

具体实施方式

下面通过附图和实施例对本实用新型作进一步详细说明，但本实用新型的保护范围不局限于所述内容。

实施例1

本实施例所述预应力锚杆如图1，2所示，包括预应力杆1、螺纹套管2、增阻销3、锥形止销头4、止销螺母5、锚定板6、螺母7，螺纹套管2套在预应力杆1的外面，预应力杆1依次分为内锚固段、自由段、外锚固段、锚头，内锚固段上设有锥形止销头4，外锚固段和锚头上设有螺纹，止销螺母5、锚定板6、螺母7依次通过螺纹与预应力杆1连接，止销螺母5位于外锚固段，锚定板6、螺母7位于锚头上，止销螺母5、锥形止销头4均为圆台状结构；螺纹套管2的外壁为圆柱状，表面设有齿状螺纹，内壁的形状与预应力杆1、止销螺母5、锥形止销头4的形状对应，中间为圆柱状，两端为圆台状；螺纹套管2的两端与止销螺母5和锥形止销头4对应的位置周向设均匀倾斜孔8，增阻销3安装在倾斜孔8内；增阻销3位于螺纹套管2内部的一端设有堵头9；位于螺纹套管2外部的一端为针尖状；所述预应力杆1为实心柱体结构；所述增阻销3的堵头9与止销螺母5及锥形止销头4锥面紧密贴合，螺纹套管2两端的增阻销3回缩和延伸方向分别与止销螺母5和锥形止销头4的锥面垂直，有利于预紧时有效防止增阻销回缩。

安装使用时，先将预应力杆1插入事先打好的钻孔中，再将增设有增阻销3的螺纹套管2打入钻孔，直至内锚固段预应力杆1端部使螺纹套管2上的增阻销3与围岩充分接触；接着进一步安装止销螺母5使螺纹套管2和预应力杆1充分结合从而推动锥形止销头4向外围方向推进，进一步增加预应力杆1与岩体的摩擦阻力，最后安装锚定板6和螺母7从而固定岩体承力范围，在一定程度上减缓锚头段岩体风化带来的预紧力松弛。

本实用新型通过增阻销3和锥形止销头4以及预应力杆1的联合使用，增加锚杆杆体抗拔力的同时使杆体与围岩形成自动互锁结构，从而大大提高锚杆的承载力，减少了锚杆的使用数量，且可实现及时安装即可支护，节约了支护后的等待时间，使得施工效率大大提高。

常规预应力锚杆初次安装后，后期在围岩揭露段会出现预紧力松弛现象，需再次对其锚头螺母进行加固增强其预紧力，本实用新型由于增设的内外锚固段和增阻互锁结构，会随岩体的变形内锚固段挂壁效果越来越强，从而抑制围岩的进一步变形，有效节约后期的加固维护时间，减少维护时间和人工成本，也降低了围岩的失稳率。

设计图

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