一種壓縫式摩擦型恒阻錨桿的制作方法
【專利摘要】本發明涉及工程支護【技術領域】，具體涉及一種壓縫式摩擦型恒阻錨桿，解決現有技術中錨桿極限拉伸長度小，易功能過載失效及不具備柔性支護能力的技術問題；其結構包括：套筒、桿體、托盤和壓塊；桿體自上而下包括：實體段、恒阻段、錐形段、摩阻段和自由段；實體段為圓柱狀實心結構；恒阻段、錐形段和摩阻段的側壁沿軸向自上而下具有相同寬度缺口，恒阻段的外徑大于摩阻段的外徑，桿體通過錐形段將軸截面外徑沿軸向從恒阻段的外徑連續遞減過渡到摩阻段的外徑；套筒包括：粗孔段、錐孔段和細孔段；其內徑與桿體適配。本發明在圍巖發生大變形時本身不發生破壞，允許桿體發生較大的位移以適應圍巖變形，還可以不斷吸收圍巖變形能量，保持圍巖穩定。
【專利說明】一種壓縫式摩擦型恒阻錨桿
【技術領域】
[0001] 本發明涉及工程支護【技術領域】，具體涉及一種壓縫式摩擦型恒阻錨桿。
【背景技術】
[0002] 在開展大型水電、高速公路、鐵路等基礎設施建設過程中，難免會遇到隧道以及地 下硐室的開挖及支護。尤其是西南山區深埋長大隧道，構造活動強烈，區域構造應力大，圍 巖常處于高地應力狀態。此時圍巖在高地應力條件下常常表現出"大變形"的特點，具體表 現為軟巖大變形、巖爆大變形、沖擊大變形、瓦斯突出大變形。而現有技術中的錨桿極限拉 伸長度小，當地下工程圍巖發生較大的變形時，錨桿往往不能適用圍巖的大變形而出現錨 頭失效、錨桿拉斷等破壞，進而引發塌方、冒頂等事故，甚至造成地下工程功能的喪失。
[0003] 為避免上述地質災害的發生，需要對圍巖進行加固及支護措施。常用的支護措施 之一是采用錨桿支護方式，但是現有技術中的錨桿一般為不可伸長的剛性錨桿，在大變形 條件下，不能起到良好的支護效果。
【發明內容】
[0004] 為此，本發明提供一種壓縫式摩擦型恒阻錨桿，解決現有技術中錨桿極限拉伸長 度小，易功能過載失效及不具備柔性支護能力的技術問題。
[0005] 為此，本發明提供一種壓縫式摩擦型恒阻錨桿，其結構包括：套筒、桿體、托盤和壓 塊；
[0006] 所述桿體自上而下包括：實體段、恒阻段、錐形段、摩阻段和自由段；所述實體段 為圓柱狀實心結構；所述恒阻段、錐形段、摩阻段和自由段為金屬管；所述恒阻段和錐形段 的側壁沿軸向自上而下具有相同寬度缺口，所述實體段和恒阻段外徑相同，所述恒阻段的 外徑大于所述摩阻段的外徑，所述桿體通過所述錐形段將軸截面外徑沿軸向從所述恒阻段 的外徑連續遞減過渡到所述摩阻段的外徑；
[0007] 所述套筒包括：粗孔段、錐孔段和細孔段；所述粗孔段套裝在所述實體段和恒阻 段上，其內徑與所述實體段的外徑相適配，其長度大于所述實體段和恒阻段長度之和；所述 錐孔段套裝在所述錐形段上，其內腔形狀和長度與所述錐形段的外形和長度相適配；所述 細孔段套裝在所述摩阻段上，其內徑與所述摩阻段的外徑相適配，其長度與所述摩阻段相 同；
[0008] 所述自由段的末端設置有10?20cm的連接端，所述托盤為盤狀，所述托盤的底部 設置有允許所述連接端穿過的通孔；所述托盤以盤口面向所述套筒的方向套接在所述連接 端上；
[0009] 所述壓塊緊固連接在所述自由段的末端，具有將所述托盤面向所述套筒的方向 10?20cm行程的擠壓自由度。
[0010] 根據本發明的一個實施方式，其中，所述套筒的頂端緊固連接有密封其內腔的頂 蓋。
[0011] 根據本發明的一個實施方式，其中，還包括PVC管；所述細孔段的下端的外形為方 便套接所述PVC管并在套接處形成擠壓密封時所需的錐形，所述PVC管套接在所述細孔段 的下端并在套接處加溫密封或捆綁密封。
[0012] 根據本發明的一個實施方式，其中，所述實體段與所述恒阻段為分體式結構，所述 實體段的下端與所述恒阻段以螺紋或焊接的形式緊固連接。
[0013] 根據本發明的一個實施方式，其中，所述壓塊與所述連接端螺紋連接。
[0014] 根據本發明的一個實施方式，其中，還包括密封所述托盤、壓塊和連接端的密封 蓋，所述密封蓋在密封所述托盤、壓塊和連接端時，其內腔剩余的空隙由水泥砂漿來填充。
[0015] 根據本發明的一個實施方式，其中，所述套筒的材質為硬質合金或優質鋼，摩阻段 的側壁沿軸向自上而下具有與相同寬度缺口。
[0016] 根據本發明的一個實施方式，其中，所述套筒的側壁均布有若干數量的肋板。
[0017] 根據本發明的一個實施方式，其中，所述套筒和桿體間的間隙處填充有潤滑劑。
[0018] 為此，本發明提供一種應用如前所述的壓縫式摩擦型恒阻錨桿進行圍巖支護的方 法，所述方法分為如下步驟：
[0019] SI.在需要支護的圍巖中打制錨孔，所述錨孔的孔徑大于所述套筒外徑10? 15mm，孔深為所述壓縫式摩擦型恒阻錨桿除去所述連接端后的長度；
[0020] S2.向所述錨孔內注入錨固劑；
[0021] S3.將所述壓縫式摩擦型恒阻錨桿的外表面涂抹防水涂料；
[0022] S4.將所述壓縫式摩擦型恒阻錨桿放入所述錨孔中；
[0023] S5.在所述連接端上套接所述托盤；
[0024] S6.測試所述壓縫式摩擦型恒阻錨桿的錨固力：
[0025] 若不合格，回到步驟S2 ;
[0026] 若合格，在所述連接端上安裝所述壓塊并緊固；
[0027] S7.用所述密封蓋密封所述托盤、壓塊和連接端，所述密封蓋內腔剩余的空隙由水 泥砂漿來填充。
[0028] 本發明提供一種壓縫式摩擦型恒阻錨桿在圍巖發生大變形時可以受拉伸長而本 身不發生破壞，允許桿體發生較大的位移以適應圍巖變形，在此過程中還可以不斷吸收圍 巖變形能量，保持圍巖穩定。此外，本發明具有結構簡單、抗柔性拉伸阻力強大、工作性能穩 定、便于施工及造價低的特點。
[0029] 進一步的，本發明恒阻段和錐形段側壁沿軸向自上而下具有相同寬度缺口，其橫 截面圖形為C形，在桿體受到拉伸力時，錐形段及恒阻段會在套筒錐孔段的擠壓下發生變 形，直至其缺口咬合，形變后的恒阻段會在更大的拉力作用下被逐漸拉入套筒的細孔段，進 而滿足圍巖發生大變形時可以受拉伸長而本身不發生破壞的技術效果；此外，由于本發明 錐形段及恒阻段的形變為彈性形變，其形成的拉伸阻力均勻恒定，進而形成了恒阻連續大 變形的技術效果；此外，在本發明的一個實施例中，缺口進一步延伸至摩阻段，這一設置對 桿體的彈性形變提供更好的結構支持；
[0030] 進一步的，本發明實體段為圓柱狀實心結構，因此不會發生擠壓形變，其功能為位 置鎖定，當恒阻段大部分長度被拉入套筒的細孔段之后，其鎖定功能確保恒阻段不會進一 步從套筒的細孔段拉出套筒外，這一結構的設置為滿足圍巖發生大變形時拉伸的需要提供 進一步的安保性的結構支持；
[0031] 進一步的，本發明頂蓋的設置便于將套筒插入安裝入注漿鉆孔中的同時，阻隔注 漿進入套筒中；
[0032] 進一步的，本發明PVC管的設置，通過與套筒下端的套接，達到了對自由段密封的 技術效果，阻止水分和雜物進入；
[0033] 進一步的，本發明可以通過設定恒阻段、錐形段和摩阻段側壁沿軸向自上而下缺 口的缺口寬度、改變各組成部件的材質，改變個組成部分的長度及空心部位的壁厚來使工 作性能得到進一步的提升。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0034] 為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現 有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本 發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以 根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0035] 圖1為本發明實施例1中壓縫式摩擦型恒阻錨桿的結構示意圖；
[0036] 圖2為圖1的A-A截面剖視圖；
[0037] 圖3為圖1的B-B截面剖視圖；
[0038] 圖4為圖1的C-C截面剖視圖；
[0039] 圖5為圖1中套筒結構示意圖；
[0040] 圖6為本發明實施例2中壓縫式摩擦型恒阻錨桿的桿體結構示意圖；
[0041] 圖7為本發明實施例3中壓縫式摩擦型恒阻錨桿的桿體與PVC管裝配關系示意 圖；
[0042] 圖8為本發明壓縫式摩擦型恒阻錨桿拉伸狀態下受力狀態示意圖；
[0043] 圖9為本發明實施例中開口薄壁圓形構件慣性矩示意圖；
[0044] 圖10為本發明實施例中一般厚度開口圓形構件慣性矩示意圖；
[0045] 圖11為本發明實施例中桿體擠壓變形發生處受力示意圖；
[0046] 圖12為本發明實施例中桿體摩阻段縱剖面示意圖；
[0047] 圖13為本發明實施例中摩阻段C形截面受力分析示意圖；
[0048] 圖14本發明實施例中摩阻段C形截面中Θ截面受力分析示意圖；
[0049] 圖15為本發明實施例中等效均布力示意圖；
[0050] 圖16為單根桿體的錨固范圍示意圖；
[0051] 圖17為圍巖徑向應力示意圖。
【具體實施方式】
[0052] 下面結合說明書附圖和實施例，對本發明的【具體實施方式】作進一步詳細描述。以 下實施例僅用于說明本發明，但不能用來限制本發明的范圍。
[0053] 實施例1 :
[0054] 不失一般性，圖1所示，本發明提供一種壓縫式摩擦型恒阻錨桿，包括：套筒1、桿 體2、托盤3和壓塊4 ;
[0055] 桿體2自上而下包括：實體段2-1、恒阻段2-2、錐形段2-3、摩阻段2-4和自由段 2-5 (截面圖如圖4所示）；圖2所示，實體段2-1為圓柱狀實心結構，與恒阻段2-2的上端 通過螺紋或焊接形成緊固連接（本發明實體段2-1與恒阻段2-2還可以做成一體式結構）； 實體段2-1、恒阻段2-2、錐形段2-3和摩阻段2-4為一體式結構；恒阻段2-2、錐形段2-3、 摩阻段2-4和自由段2-5在本實施例中為具有相同的壁厚的金屬管；恒阻段2-2和錐形段 2-3的側壁沿軸向自上而下加工有具有相同寬度缺口，（其中，恒阻段2-2截面圖如圖3所 示，），軸向任意位置的截面均為"C"形，實體段2-1、恒阻段2-2和摩阻段2-4的外形為圓 柱狀，實體段2-1和恒阻段2-2外徑相同，恒阻段2-2的外徑大于摩阻段2-4的外徑，桿體 2通過錐形段2-3將軸截面外徑沿軸向從恒阻段2-2的外徑連續遞減過渡到摩阻段2-4的 外徑，本實施例優選將錐形段2-3的外形做成圓臺狀；
[0056] 圖5所示，套筒1包括：粗孔段1-1、錐孔段1-2和細孔段1-3 ;粗孔段1-1套裝在 實體段2-1和恒阻段2-2上，其內徑與實體段2-1的外徑相適配，其長度大于實體段2-1和 恒阻段2-2長度之和；錐孔段1-2套裝在錐形段2-3上，其內腔形狀和長度與錐形段2-3的 外形和長度相適配，在桿體受到拉力作用時，錐形段2-3與錐孔段1-2擠壓情況如圖8所 示；細孔段1-3套裝在摩阻段2-4上，其內徑與摩阻段2-4的外徑相適配，其長度與摩阻段 2-4相同；
[0057] 自由段2-5的末端設置有10?20cm的連接端2-6,托盤3為盤狀，托盤3的底部 設置有允許連接端穿過的通孔；托盤3以盤口面向套筒1的方向套接在連接端上；
[0058] 壓塊4緊固連接在自由段2-5的末端，具有將托盤3面向套筒1的方向10?20cm 行程的擠壓自由度，本實施例中，將壓塊選擇為螺母，通過螺母與連接端的螺紋連接實現對 托盤3的壓緊，進而實現壓縫式摩擦型恒阻錨桿的支護功能。
[0059] 實施例2 :
[0060] 圖6所示，在實施例1的基礎上，桿體2的摩阻段2-4的側壁沿軸向自上而下加工 有具有和錐形段2-3相同寬度的缺口，進一步延伸的缺口長度為形變提供結構上的支持。
[0061] 需要說明的是在上述技術方案中，恒阻段2-2、錐形段2-3和摩阻段2-4的側壁沿 軸向自上而下具有相同寬度缺口的缺口寬度根據圍巖變形量來設計；，恒阻段2-2、錐形段 2-3、摩阻段2-4和自由段2-5的長度根據圍巖塑性區深度來設計。
[0062] 進一步的，在本實施例的一個優選技術方案中，套筒1的頂端緊固連接有密封其 內腔的頂蓋1-4,使其在插入注漿錨固孔時，阻止泥沙進入套筒的內部。
[0063] 實施例3 :
[0064] 圖7所示，為了讓桿體2能夠更好的延伸，本發明在實施例1的基礎上還包括PVC 管2-7 ;細孔段1-3的下端的外形為方便套接PVC管并在套接處形成擠壓密封時所需的錐 形，PVC管2-7套接在細孔段1-3的下端并在套接處采取加溫密封或捆綁密封。其捆綁密 封所需的繩索可以為麻繩。在本實施例的中，壓塊4與連接端螺紋連接；在本實施例中，還 包括密封托盤3、壓塊4和連接端的密封蓋5,密封蓋5在密封托盤3、壓塊4和連接端時，其 內腔剩余的空隙由水泥砂漿來填充。在本實施例中，套筒1的材質為硬質合金或優質鋼；套 筒1的側壁均布有若干數量的肋板；套筒1和桿體2間的間隙處填充有潤滑劑；套筒1、桿 體2、托盤3和壓塊4的材質為金屬。
[0065] 為進一步解決技術問題，本發明提供一種應用上述技術方案中的壓縫式摩擦型恒 阻錨桿進行圍巖支護的方法，所述方法分為如下步驟：
[0066] SI.在需要支護的圍巖中打制錨孔，錨孔的孔徑大于套筒外徑10?15_，孔深為 壓縫式摩擦型恒阻錨桿除去連接端后的長度；
[0067] S2.向錨孔內注入錨固劑；
[0068] S3.將壓縫式摩擦型恒阻錨桿的外表面涂抹防水涂料；
[0069] S4.將壓縫式摩擦型恒阻錨桿放入錨孔中；
[0070] S5.在連接端上套接托盤3 ;
[0071] S6.測試壓縫式摩擦型恒阻錨桿的錨固力：
[0072] 若不合格，回到步驟S2 ;
[0073] 若合格，在連接端上安裝壓塊4并緊固；
[0074] S7.用密封蓋5密封托盤3、壓塊4和連接端，密封蓋5內腔剩余的空隙由水泥砂 楽來填充。
[0075] 進一步的，在本實施例的一個優選技術方案中，在步驟S3之后增加步驟：S3. 1將 壓縫式摩擦型恒阻錨桿的自由段2-5用PVC管套接，并在套接處采用加溫密封或捆綁密封。 [0076] 為進一步闡述本發明的作用效果，特將本發明桿體2的設計方法闡述如下：
[0077] 本發明主要從恒阻錨桿的極限承載力和恒阻力兩方面，來對錨桿具體的規格尺寸 進行計算設計，其主要設計方法如下：
[0078] (1)截面慣性矩的計算
[0079] 空心錨桿在受拉時由卡口處變形擠入摩阻段，此時的錨桿變形類似受約束扭 轉；在工程中，對于開口薄壁桿件的慣性矩計算是通過將橫截面看成由若干狹長矩形 (t < d/20 ;t、d分別為構件厚度、截面寬度）條組成。圖8所示，開口薄壁圓形構件慣性矩， 圖中虛線為截面受力時的剪力流。
【權利要求】
1. 一種壓縫式摩擦型恒阻錨桿，其特征在于，包括：套筒（1)、桿體（2)、托盤（3)和壓 塊⑷； 所述桿體（2)自上而下包括：實體段（2-1)、恒阻段（2-2)、錐形段（2-3)、摩阻段（2-4) 和自由段（2-5);所述實體段（2-1)為圓柱狀實心結構；所述恒阻段（2-2)、錐形段（2-3)、 摩阻段（2-4)和自由段（2-5)為金屬管；所述恒阻段（2-2)和錐形段（2-3)的側壁沿軸向自 上而下具有相同寬度缺口，所述實體段（2-1)和恒阻段（2-2)外徑相同，所述恒阻段（2-2) 的外徑大于所述摩阻段（2-4)的外徑，所述桿體（2)通過所述錐形段（2-3)將軸截面外徑 沿軸向從所述恒阻段（2-2)的外徑連續遞減過渡到所述摩阻段（2-4)的外徑； 所述套筒（1)包括：粗孔段（1-1)、錐孔段（1-2)和細孔段（1-3);所述粗孔段（1-1)套 裝在所述實體段（2-1)和恒阻段（2-2)上，其內徑與所述實體段（2-1)的外徑相適配，其長 度大于所述實體段（2-1)和恒阻段（2-2)長度之和；所述錐孔段（1-2)套裝在所述錐形段 (2-3)上，其內腔形狀和長度與所述錐形段（2-3)的外形和長度相適配；所述細孔段（1-3) 套裝在所述摩阻段（2-4)上，其內徑與所述摩阻段（2-4)的外徑相適配，其長度與所述摩阻 段（2-4)相同； 所述自由段（2-5)的末端設置有10?20cm的連接端（2-6)，所述托盤（3)為盤狀，所 述托盤（3)的底部設置有允許所述連接端穿過的通孔；所述托盤（3)以盤口面向所述套筒 (1) 的方向套接在所述連接端上； 所述壓塊（4)緊固連接在所述自由段（2-5)的末端，具有將所述托盤（3)面向所述套 筒（1)的方向10?20cm行程的擠壓自由度。
2. 根據權利要求1所述的壓縫式摩擦型恒阻錨桿，其特征在于，所述套筒（1)的頂端緊 固連接有密封其內腔的頂蓋（1-4)。
3. 根據權利要求1所述的壓縫式摩擦型恒阻錨桿，其特征在于，還包括PVC管（2-7); 所述細孔段（1-3)的下端的外形為方便套接所述PVC管并在套接處形成擠壓密封時所需的 錐形，所述PVC管（2-7)套接在所述細孔段（1-3)的下端并在套接處加溫密封或捆綁密封。
4. 根據權利要求1所述的壓縫式摩擦型恒阻錨桿，其特征在于，所述實體段（2-1)與所 述恒阻段（2-2)為分體式結構，所述實體段（2-1)的下端與所述恒阻段（2-2)以螺紋或焊 接的形式緊固連接。
5. 根據權利要求1所述的壓縫式摩擦型恒阻錨桿，其特征在于，所述壓塊（4)與所述連 接端螺紋連接。
6. 根據權利要求1?5項中任一項所述的壓縫式摩擦型恒阻錨桿，其特征在于，還包括 密封所述托盤（3)、壓塊（4)和連接端的密封蓋（5)，所述密封蓋（5)在密封所述托盤（3)、 壓塊（4)和連接端時，其內腔剩余的空隙由水泥砂漿來填充。
7. 根據權利要求6所述的壓縫式摩擦型恒阻錨桿，其特征在于，所述套筒（1)的材質為 硬質合金或優質鋼，摩阻段（2-4)的側壁沿軸向自上而下具有與相同寬度缺口。
8. 根據權利要求1?5項中任一項所述的壓縫式摩擦型恒阻錨桿，其特征在于，所述套 筒（1)的側壁均布有若干數量的肋板。
9. 根據權利要求8所述的壓縫式摩擦型恒阻錨桿，其特征在于，所述套筒（1)和桿體 (2) 間的間隙處填充有潤滑劑。
10. -種應用權利要求1?9項中任一項所述的壓縫式摩擦型恒阻錨桿進行圍巖支護 的方法，所述方法分為如下步驟：
51. 在需要支護的圍巖中打制錨孔，所述錨孔的孔徑大于所述套筒外徑10?15mm，孔 深為所述壓縫式摩擦型恒阻錨桿除去所述連接端后的長度；
52. 向所述錨孔內注入錨固劑；
53. 將所述壓縫式摩擦型恒阻錨桿的外表面涂抹防水涂料；
54. 將所述壓縫式摩擦型恒阻錨桿放入所述錨孔中；
55. 在所述連接端上套接所述托盤（3);
56. 測試所述壓縫式摩擦型恒阻錨桿的錨固力： 若不合格，回到步驟S2 ; 若合格，在所述連接端上安裝所述壓塊（4)并緊固；
57. 用所述密封蓋（5)密封所述托盤（3)、壓塊（4)和連接端，所述密封蓋（5)內腔剩 余的空隙由水泥砂漿來填充。
【文檔編號】E21D21/00GK104453961SQ201410655803
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年11月17日 優先權日:2014年11月17日
【發明者】孟陸波, 李天斌, 陳超, 高美奔 申請人:成都理工大學