一種緊固式形狀記憶合金錨桿以及其錨固施工工藝的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于巖土工程技術領域，尤其是涉及一種緊固式形狀記憶合金錨桿以及其錨固施工工藝。
【背景技術】
[0002]錨桿支護結構是一種新型的受拉桿件體系，通過錨桿將滑動巖土體與穩定巖土體緊密連結為一體，大大增加巖土體各層面的抗滑力，同時又由坡面上框架梁將各個錨桿有效地連成為一個更大的整體，形成了一個由表及里的加固體系，進而達到防止整體邊坡失穩的目的，是一種有效的抗滑錨固結構。因此，錨桿支護結構已廣泛地應用于松散土體或巖質邊坡、基坑、礦井、地下工程、壩體、航道、水庫、隧道及抗傾、抗浮結構等工程中，是巖土工程中錨固技術最為普及的一種體系，已成為現代建筑技術的重要組成部分。在工程建設中，采用錨桿支承支護結構，以維護不穩定巖土體的穩定，對簡化支撐、改善施工條件和加快施工進度等方面能起巨大的作用。
[0003]作為錨桿支護結構的重要參數，其所施加的預應力、抗拔力(握裹力和抗剪力)、自由段長度及錨固段長度等關鍵指標一直是工程技術領域中的四個難點，若施加的預應力損失多，則錨固的巖土層難以獲取足夠高的抗滑力或抗剪強度，使得支護錨固效果就大打折扣;若錨桿的抗拔力太低，則錨固巖土體的安全性得不到提高;若錨桿的自由段長度過短，則其預應力損失越多，錨桿拉力越不穩定，削弱了錨固的效果;若錨桿的錨固段長度過短，則其提供的抗拔力就減小，錨桿承受的拉力就降低，被拔出的可能性增大，使得巖土體的支護安全性得不到保障。
[0004]傳統的錨桿支護結構主要有圓柱形錨桿、端部擴大型錨桿和連續球型錨桿，這些結構在錨固中均存在一些缺陷或不足，即，一方面，由于錨固要求有一定的錨固長度，因此造成錨桿在工作中的預應力損失較大，同時也要求拉桿與其周邊水泥砂漿具有一定握裹力的限制，否則的話，錨桿無法提供足夠的抗拔力；另一方面，傳統的錨桿支護結構在鉆孔施工過程中，所需鉆孔的直徑較大，因此，相對來說，對鉆孔周圍的土體擾動更大，改變了原來應力場的分布，增大了周圍巖土體的自重應力釋放，另外，隨著鉆孔直徑的增大，工程的成本也大大地增加，施工中鉆孔的費用一般占總成本的30%以上，有時甚至超過50%，若再加上灌漿費用，工程的成本就更高。由此看來，這些缺點直接影響著巖土層錨桿的承載能力、施工效率和整個支護工程的成本。因此，對于傳統的錨桿支護結構所采用的施工工藝來說，都難以同時達到預應力損失小、錨固段長度短，甚至無錨固段，鉆孔小、適應范圍廣等優點。
【發明內容】
[0005]為了克服現有技術的上述不足，本發明提供一種緊固式形狀記憶合金錨桿以及其錨固施工工藝，能夠提高錨桿結構的錨固力(抗拔力)、耐久性和適用范圍，達到對巖土體支護的目的，另外，此發明施工工藝簡單、操作方便、效果安全可靠。
[0006]本發明解決其技術問題采用的技術方案是:一種緊固式形狀記憶合金錨桿的支護結構，包括桿體和巖土體，在所述桿體的端部具有承臺結構，開口狀記憶合金構件套設在桿體的端部，通過承臺將二者組合連接構成一體的形狀記憶合金錨桿，巖土體內設有預鉆孔，形狀記憶合金錨桿插設在預鉆孔內，完全發生形狀記憶回復的形狀記憶合金構件構成的形狀記憶合金錨桿，再通過構筑物、緊固器、托板以及臺座鎖定。
[0007]—種緊固式形狀記憶合金錨桿的錨固施工工藝，包括如下步驟:
(1)開口狀記憶合金構件的制備:在合金母相狀態下采用機械加工工序，將形狀記憶合金坯料加工成形為喇叭花狀的初始合金構件，初始合金構件柱體的內徑和桿體外徑相同，然后對其進行形狀記憶處理，在比相變轉變溫度低很多的溫度環境下，對處于馬氏體狀態的合金構件進行機械拉直變形，最終將其加工成為開口狀記憶合金構件；
(2)形狀記憶合金錨桿的形成:在低于相變轉變溫度下，將開口狀記憶合金構件套在桿體的端部，通過桿體端部的承臺使兩者組合連接成一體，即構成形狀記憶合金錨桿；
(3)圓柱型合金錨桿錨固體系的形成:對形狀記憶合金錨桿進行防腐處理，然后再將形狀記憶合金錨桿迅速地安放到巖土體的預鉆孔內，得到了圓柱型合金錨桿錨固體系；
(4)鋸齒形合金錨桿體系的形成:依靠巖土層所在處的溫度，開口狀記憶合金構件逐漸升高到相變轉變溫度后，合金材料本身便會自動地進行馬氏體逆相變轉變，而發生單程形狀記憶回復效應，即其開口長度范圍內自動發生叉開伸展，呈喇叭花狀，并最終轉變成為大直徑環狀的合金構件，成為鋸齒形合金錨桿體系；
(5)獲得鋸齒形合金錨桿錨固結構:等到開口狀記憶合金構件完全發生形狀記憶回復后，通過構筑物、緊固器、托板以及臺座對鋸齒形合金錨桿體系進行張拉和鎖定，得到鋸齒形合金錨桿錨固結構。
[0008]與現有技術相比，本發明具有如下優點:
1、該發明所需的鉆孔孔徑小，降低了對周圍巖土體的擾動，提高了錨桿的抗拔力，并且孔徑小可以不必設置定中器和進行灌漿等工序，降低了錨固結構的造價成本。
[0009]2、施工工藝簡單、操作方便:只需通過巖土層對開口狀記憶合金構件進行加熱升溫，就可以提供錨固力的目的，錨固力的大小和方式可以較方便地通過具有記憶效應的開口狀記憶合金構件來控制，如要求的錨固力大，則設計的合金構件尺寸較大。
[0010]3、安全可靠:由于錨桿的自由段長度較長，接近桿體的尺寸，則其預應力損失少，錨桿拉力穩定，增強了巖土體錨固的效果，提高了巖土體的安全可靠;此外，桿體所受的拉力越大，開口狀記憶合金構件尺寸就越大，進而提供的錨固力就越大，即為緊固式結構。
[0011]4、整體結構耐久性高:由于開口狀記憶合金構件具有較大的回復力和變形、良好的耐腐蝕性、較好的塑性、較高的強度以及疲勞壽命長和環境因素影響小等優點，使得錨桿結構的耐久性較高。
[0012]5、適用范圍廣:將水泥砂漿或水泥漿組成的錨固體用開口狀記憶合金構件來代替，顯著地擴大了錨桿結構的應用范圍，使得此類錨桿不僅適用于各類軟土土質，而且也適用于各類較硬的巖土體，特別地，也適用于巖質層；當然，為了提高錨固結構的抗拔力，也可將合金錨桿錨固結構設計成為合金錨索結構。
【附圖說明】
[0013]下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。
[0014]圖1為本發明錨桿錨固的施工過程流程圖。
[0015]圖2為本發明合金錨桿的錨固結構平面示意圖。
[0016]圖3為形狀記憶合金錨桿放置在巖土體內的結構示意圖。
[0017]圖4為本發明中桿體的平面示意圖。
[0018]圖5為圖3中開口狀記憶合金構件的主視圖。
[0019]圖6為圖3中開口狀記憶合金構件的俯視圖。
[0020]圖7為圖3中開口狀記憶合金構件的左視圖。
[0021]圖中，1、大直徑環狀的合金構件，2、桿體，3、定中器，4、構筑物，5、巖土體，6、緊固器，7、托板，8、臺座，9、承臺，10、開口狀記憶合金構件。
【具體實施方式】
[0022]為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明的一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明的保護范圍。
[0023]圖2至圖7示出了本發明一個較佳的實施例的結構示意圖，圖中的一種緊固式形狀記憶合金錨桿的支護結構，包括桿體2和巖土體5，在所述桿體2的端部具有承臺9結構，開口狀記憶合金構件10套設在桿體2的端部，并通過承臺9將二者組合連接構成一體的形狀記憶合金錨桿，同時承臺9也可使桿體2承受規定的抗拉載荷的設計值，巖土體5內設有預鉆孔，形狀記憶合金錨桿插設在預鉆孔內，完全發生形狀記憶回復的形狀記憶合金構件構成的形狀記憶合金錨桿，再通過構筑物4、緊固器6、托板7以及臺座8鎖定。
[0024]所述形狀記憶合金錨桿的開口端遠離桿體2的底端設置。這樣才可使開口狀記憶合金構件10承受的錨固力越來越大，將更加增強巖土體5錨固的效果。
[0025]為了減少孔周圍的巖土體5擾動，所述巖土體5的預鉆孔的孔徑略大于桿體2的尺寸;預鉆孔的深度與錨桿的長度相接近，預鉆孔的傾角為10°?35°。
[0026]當巖土體5內的預鉆孔的孔徑較大時，可以在所述巖土體5的預鉆孔內的合適位置設置定中器3。用來形狀記憶合金錨桿的定位，使其安置于預鉆孔的中心，防止桿體2產生過大的撓度和插入預鉆孔時攪動孔壁，以及保證桿體2有足夠厚度的水泥漿保護層。
[0027]參見圖1的本發明錨桿錨固的施工過程流程圖，一種使用緊固式形狀記憶合金錨桿的錨固施工工藝，包括如下步驟:
(1)開口狀記憶合金構件10的制備:在合金母相狀態下采用機械加工工序，將形狀記憶