专利名称：一种压力分散型让压锚索的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于岩土锚固的锚索结构，尤其是涉及一种压力分散型让压锚索。
背景技术：
岩土加固的主要手段之一是通过锚杆或锚索锚固，两者锚固的受力特点是锚索的变形必须与岩土体的变形相协调，如岩体的变形量超过了锚索允许的最大变形量，锚索会被拉断。屈服锚杆或锚索装置是一种既能维持预定的锚固力又能形成一定“变形”量来消除震动能量或适应变形的锚杆或锚索，也称为屈服锚杆(索)、恒阻变形锚杆(索)、让压锚杆(索)。岩土工程中常用屈服锚杆或锚索装置用于深部地层岩爆或大变形、岩土边坡和基坑的变形控制等，屈服锚杆或锚索装置的整体受力状态似乎是“弹塑”性的。当岩体的变形量使锚杆或锚索的拉力超过设计屈服力时，内锚固段和外锚固段之间的锚杆体或锚索体会在保持拉力不变的情况下自动“伸长”正像做钢材的拉伸试验一样，拉应力达到屈服极限，拉力不变，杆体增长。中国专利200910190942. X公开了一种抗震锚索，包括自由段和锚固段，锚固段设置抗震锚固装置，抗震锚固装置包括承载板、抗震锚具和永久锚具，锚索穿过承载板并依次穿过抗震锚具和永久锚具，抗震锚具为设定最大锚固力的可滑动挤压套结构，抗震锚具紧压在承载板内侧，永久锚具为标准挤压套，永久锚具与抗震锚具之间设置一定间距。该专利的锚固点集中在锚索尾部承载板上，多根锚索筋为等长设置，抗震锚具为可滑动的挤压套结构，其内圆表面设置防滑纹。中国专利申请201110157137. 4公开了一种恒阻大变形缆索及其恒阻装置，该恒阻大变形缆索包括缆索、锚具、承载板和夹片，所述缆索的上端通过夹片固定于所述锚具和承载板，其还包括恒阻装置，所述恒阻装置包括套管和恒阻体，所述套管呈直管结构，所述恒阻体呈锥台结构，且所述恒阻体的下端端面的直径大于其上端端面的直径；所述套管的内径小于所述恒阻体的下端端面的直径，所述套管内壁的下部设有楔形部，所述恒阻体设于所述楔形部；所述恒阻体的强度大于所述套管的强度以使所述恒阻体在所述套管内移动时所述恒阻体形状不变而所述套管发生塑性变形；所述缆索的下端固定于所述恒阻体上。上述专利公开的锚索属于压力集中型锚索，其缺点是锚点集中，锚固段受荷载过大，承载板下的注浆体大吨位受力会引起强度不足的问题，且承载板尺寸大，引起锚索孔径比一般锚索要大，成本高，而且主要适应于岩石强度高的地层。中国专利申请200910178416. I公开了一种压力分散型锚索的内锚固承载体，该压力分散型锚索的内锚固承载体，设有垂直向分布的多组承载组件和若干上端固定于外锚固头的垂直向的拉索，若干垂直向拉索下端分组布于不同的承载组件中，并分别与对应组承载组件的承压柱相对固定，其主要技术改进是承载组件中的承压柱是上小下大的圆台状楔形体，所述的拉索向下依次从各承载组件的承压柱体内穿过，向下延伸并分别固定于对应组承压柱的下端。中国专利申请201110274993. 8公开了一种调刚度变形盒式压力分散型锚索，包括锚孔内设置的承载板、承载板一侧的挤压锚具和穿过挤压锚具和承载板的注浆管和一根或以上的锚索筋体，在锚孔内还设有两个或以上调刚度变形盒，所述调刚度变形盒包括设有开口的承载板固定壳和位于开口处的活动板，所述活动板的外侧设有挤压锚具，活动板的内侧与承载板固定壳之间设有多个调刚度弹簧，所述注浆管和锚索筋体穿过承载板固定壳和活动板。
上述压力分散型锚索虽然通过设置多级内锚固承载体，改善了运营工作阶段的内锚段的压力分布、解决了注浆体应力过于集中、拉索拉力不够均匀等问题，可以应用在条件不够良好的土层中，但是上述两个压力分散型让压锚索在拉索受力形变后不能保持恒定的承载力阈值。中国专利申请201110091753. 4公开了一种让压锚具，包括挤压头、让压套筒和锚筋，所述的挤压头为下部带有锥面的圆柱体，与锚筋活动连接成一体；所述的挤压头置于让压套筒内，让压套筒内壁设有与挤压头下部的锥面相配合的突起面，让压套筒优选为内壁带有突棱的钢管，突棱的端部为与挤压头的锥面相配合的突起面。
发明内容
本发明提供了一种压力分散型让压锚索，具有恒阻大变形的特性，能在拉索超过工作荷载时，保持该恒力塑性滑移，使该锚索“变长”，从而提高了锚索的整体延性以及消能和冲击荷载性能，以解决现有压力分散型让压锚索整体延性不足，拉索之间受力不均匀，在承受拉力过大时容易被拉断的问题。一种压力分散型让压锚索，包括内锚段、自由段和外锚段，所述的内锚段包括n级内锚固承载体，n为不小于2的整数，所述的内锚固承载体包括承载板、封壳以及两者之间的至少两个让压锚具，每个让压锚具的恒阻体与一根穿过承载板的拉索连接。第m级内锚固承载体的承载板周面设有用于定位第I m-1级内锚固承载体中所有拉索的凹陷，m为整数，且2 < m < n，以防止拉索纠缠在一起，为更好地进行定位，该级内锚固承载体的封壳外周面同样对应地设有凹陷。所述的让压锚具为在拉索相对承载板运动过程中能够对拉索移动产生恒定阻力的装置。它可以采用如CN 102182182A所公开的结构，该让压锚具包括让压套筒和让压套筒内的恒阻体，拉索与恒阻体固定连接。采用该结构，具体可以进一步采用如下两种方案所述的恒阻体为整体或头部为锥台结构，所述的让压套筒由空腔段、内周面与恒阻体相匹配的过渡段以及阻挡段构成，也可以是仅由过渡段和阻挡段构成；或，所述恒阻体为头部呈锥形的圆柱体结构，所述的让压套筒由空腔段和阻挡段构成，恒阻体的头部伸入阻挡段内。优选的，所述的阻挡段内腔有轴向设置的凸筋，有利于阻挡段在与恒阻体挤压后发生塑形形变。优选的，所述的拉索通过端锚与所述的恒阻体固定连接，端锚为标准件，它固定拉索相对恒阻体静止，结构简单，装配方便。所述的让压锚具还可以采用如下方案所述的让压锚具包括挤压套筒和挤压套筒内至少两个环绕拉索的弧形夹片，所述的弧形夹片内壁面为糙面结构，它通过挤压套筒的挤压夹住拉索。相对于CN 101666093B所公开的让压锚具，该种结构的让压锚具具有阻力大的特点，因为CN 101666093B所公开的让压锚具，其主要利用压套筒与拉索之间的摩擦产生阻力，外部没有径向施加的作用力，所以摩擦阻力小，且不易控制，而本发明结构中，挤压套筒的硬度小于弧形夹片的硬度，在制造过程中，先将三者同轴穿套在一起，然后挤压挤压套筒，使挤压套筒对弧形夹片施加径向的作用力，可以大大增加弧形夹片与拉索之间的摩擦阻力。 所述的糙面结构可以是波纹面结构，为了限制拉索滑移超程，在拉索端部设置了端锚。当然让压锚具也还可以采用如CN 101666093B所公开的结构，让压锚具为内周面设防滑螺纹的可滑动挤压套结构，让压锚具与拉索为套接。当让压锚具采用如CN 102182182A所公开的结构，所述的封壳可以是片状结构，让压套筒两端与封壳和承载板密封配合。当让压锚具采用可滑移的挤压套筒结构，每个让压锚具外套设一段护管，护管套住端锚和挤压套筒，两端分别与承载板的承压面和封壳密封配合。密封壳可以采用CN 101666093B、CN 102296604A所公开的结构，所述封壳可以为
密封罩结构，它与承载板密封配合构成包容让压锚具的密封腔体。本发明同级内锚固承载中各让压锚具的恒阻让压荷载阈值接近，误差范围一般设置在5%之内，当单根拉索受拉力超过该阈值时，拉索发生滑移，否则不发生滑移；当所有的拉索均发生滑移，则锚索的自由段伸长，能够起到抗震的作用；但只要其中一根拉索未发生滑移，则自由段不会伸长。因此本发明锚索能够有效防止单根拉索由于受到承载力过大而被拉断，而且最终让压锚索整体的荷载能力不会发生变化。单级内锚固承载体上的让压锚具数量决定了该级承载体的承载力，数量越大，承载力越高，结构越复杂，一般设置为2 9个，优选为，所述的让压锚具在以承载板中心为圆心的圆周上均匀分布，使承载板的受力分布更为均匀。更优选为，所有的内锚固承载体同轴设置，所有拉索在以内锚固承载体轴心为圆心的同一圆周上均匀分布，可以使所有拉索的受力更为均匀。所述的拉索外部套设有塑料套管，塑料套管与拉索之间填充有防腐油脂，设置防腐油脂拉索可以相对塑料套管滑移，而且受到塑料套管保护，不会受到地层的腐蚀。拉索一般采用钢绞线，为提高强度，优选为，所述的拉索由碳纤维和玻璃纤维复合而成，外部设置隔离层，隔离层可以是热浙青与土工布包裹层或者塑料管，隔离层一方面起保护作用，另一方面将拉索与土注浆体隔离，拉索可以相对滑移。内锚固承载体的级数根据实际需要设置，一般在2 6级，相邻两级内锚固承载体间的轴向距离也应根据实际需要设置，一般为I. 5 12m，而且轴向距离可以设置为相同或不同。所述让压锚索的前端设有导向头，在锚索安装过程中起导向作用。本发明压力分散型让压锚索，具有恒阻大变形、抗震性能以及索力过限和整体索力调节均匀的特点；该让压锚索可一次整体张拉，施工方便；因分散锚固，钻孔尺寸小，经济性好，适用于多种地层条件，尤其适用于地震区和高压力变形条件的岩土锚固。
图I为本发明压力分散型让压锚索的结构示意图；
图2为图I所示让压锚索A-A剖面图；图3为图I所示让压锚索B-B剖面图；图4为图I所示让压锚索C-C剖面图；图5为图I所示让压锚索D-D剖面图；图6为本发明装置的内锚固承载体的一种实施例结构示意图；图7为图6所示内锚固承载体的局部剖面图；图8为本发明装置的让压套筒的横断面结构示意图；图9本发明装置的内锚固承载体中的让压锚具的另一种实施例局部剖面图；图10为图9所示的让压锚具F-F的剖面图；图11为另一种拉索的结构示意图；图12为有三个让压锚具的锚固承载体的剖面图；图13为有四个让压锚具的锚固承载体的剖面图；图14为有六个让压锚具的锚固承载体的剖面图，其中几根拉索省略未示出；图15为现有让压锚索和本发明让压锚索在非预应力工作时的拉力-变形特征曲线关系曲线；图16为现有让压锚索和本发明让压锚索在预应力工作时的拉力-变形特征曲线关系曲线。
具体实施例方式如图I所示，一种压力分散型让压锚索，包括内锚段10、自由段20和外锚段30，其中内锚段10由两级内锚固承载体组成，当然根据实际需要可以对内锚固承载体的级数进行调整，一般为2 6级。为了便于将锚索装入锚索孔50内，让压锚具前端有导向头40。如图6和7所不，每级内铺固承载体由具有承压面101的承载板100、封壳300以及两者之间的让压锚具200组成。每个让压锚具与一根穿过承载板100的拉索202连接。本实施例中每级内锚固承载体中让压锚具200的数量为3个，每个让压锚具的恒阻让压荷载阈值基本相同，误差范围不超过5%。当然可以根据实际需要，调整让压锚具的数量，一般为I 9个，同一锚索中，各级内锚固承载体中的让压锚具数量可以相同，也可以不同。让压锚具200为在拉索202相对承载板运动过程中能够对拉索移动产生恒定阻力的装置。如图7所示，让压锚具200由让压套筒201、让压套筒201内部的恒阻体203以及一根垂直贯穿承载板100的拉索202组成，拉索202通过端锚204与恒阻体固定连接。如图7所示，封壳300为片状结构，让压锚具200的让压套筒201两端分别与承载板100的承压面101和封壳300密封配合，封壳220与承载板100之间通过螺杆400和螺母401固定连接，将让压套筒200夹紧。封壳300也可以采用密封罩结构，它与承载板100的承压面101密封配合，构成一密封腔体，该密封腔体将所有的让压锚具包容，具体可采用CN101666093B所公开的结构。如图7所示，恒阻体203为锥台结构，让压套筒201包括空腔段2011、过渡段2012和阻挡段2013。其中过渡段2012内壁面与恒阻体203相匹配，恒阻体203通过端锚204与拉索202固定连接；该结构中，也可以省略空腔段，而封壳300采用密封罩结构。为提高防腐性能，让压套筒201内或密封罩内的空隙可填充防腐油脂。恒阻体203和让压套筒201也可以采用如CN 102182182A所公开的结构，恒阻体203为头部呈锥形的圆柱体结构，头部部分伸入所述的阻挡段内。为了有助于恒阻体203与阻挡段2013之间挤压后的产生塑形形变，如图8所示，让压套筒201内壁面有轴向设置的凸筋2014，凸筋2014的间隔距离以及数量影响让压锚具的恒阻让压荷载阈值，应根据实际需要设置。如图9和10所示，本发明让压锚具200的另一种实施例，让压锚具采用可滑动的挤压套筒结构。让压锚具200由挤压套筒205和挤压套筒内的两个弧形夹片206组成，弧形夹片206环绕拉索202设置，且内壁面为糙面结构，让压锚具通过挤压套筒205挤压弧形夹片206夹持住拉索202，实现与拉索的相对固定。如图10所示，挤压套筒205 —端与承载板100上的承压面101贴触，当拉索202超过预定荷载时，即超过弧形夹片206与拉索202之间的摩擦力时，拉索202产生滑移。为防止拉索202滑移超程，在拉索202端部固定端锚208。如图9所示，本实施例封壳300为片状结构，每一个让压锚具200外套有护管207，护管207套住端锚208和挤压套筒205，两端分别与承载板100的承压面101和封壳300密封配合，而且承载板100和封壳300之间同样通过螺杆和螺母连接，将护管207夹住紧固。该结构中也可省略护管207，封壳300采用前述的密封罩结构，为提高防腐性能，护管207内或密封罩内的空隙填充防腐油脂。如图7所示，拉索202外部套设有塑料套管2021，塑料套管2021可以是PVC、PE管等，它与拉索202之间填充有防腐油脂，共同对拉索202进行防护，另外可以让拉索202相对塑料套管2021滑移。拉索202也可以采用如图11所示的结构，它主体部分由碳纤维和玻璃纤维复合而成，外部设有隔离层2022，隔离涂料采用热浙青/ 土工布包裹层或塑料管，隔离层一方面起保护作用，另一方面将拉索与注浆体层隔离，拉索可以相对滑移。如图I所示，前一级的内锚固承载体比后一级的内锚固承载体中的拉索长度长，因此第一级内锚固承载体中的拉索长度最长，但同级内锚固承载体中拉索的长度相等。各级内锚固承载体中让压锚具的数量可以相同，也可以不同，本实施例采用两级内锚固承载体，每个内锚固承载体中让压锚具数量为3个。相邻内锚固承载体间的间距一般为I. 5 12m，应用在硬岩中其间距为3m左右，而应用在中软岩和土层中为5 12m。多级内锚固承载体中，相邻内锚固承载体的间距可以相同，也可以不同。如图2 5所示，承载板100大致呈等边三角形，每条边上都有凹陷，该凹陷主要用于在它之前的多级内锚固承载体中拉索的定位。如图I所示，本实施例让压锚索有两级内锚固承载体，分别为内锚固承载体10a、10b。内锚固承载体IOa上的三根拉索202a与内锚固承载体IOb上的凹陷102b配合，从而实现定位。承载板IOOaUOOb形状相同，同轴设置，但穿孔位置交错，拉索202a、202b总共有六根，它们以锚固承载体轴心为圆心的同一圆周上均匀分布，受力更为均匀。以此类推，如果内锚固承载体多于2级，同样为同轴设置，但各承载板上的拉索穿孔交错分布，最终所有的拉索在同一圆周上均匀分布。承载板会因内锚固承载体级数和每级锚固承载体中拉索数量的不同而形状有所改变，如图12 14所示，让压锚索中有3级以上内锚固承载体，图中所示承载板均为让压锚索中最后一级内锚固承载体中承载板的形状。 如图12所示，前几级内锚固承载体中有6根拉索902，相应地承载板900外周面有6个凹陷与拉索902配合，还有3根拉索901穿过承载板900，最终该锚索会有9根拉索。如图13所示，前几级内锚固承载体中有8根拉索1002，相应的承载板1000外周面有8个凹陷与拉索1002配合，还有4根拉索10001穿过承载板1000，最终锚索有12根拉索。如图14所示，前几级内锚固承载体中有18根拉索1102(省略其中几根)，相应的承载板1100外周面有18个凹陷与拉索1102配合，有6根拉索110 (省略其中几根)I穿过承载板1100。更多根拉索时，如此类推。从上述实施例可以得出如下结论第m级内锚固承载体的承载板外周面有与第
I m-1级内锚固承载体上所有拉索--配合的凹陷，如第I级内锚固承载体的承载板外周
可以是没有凹陷，第二级内锚固承载体的承载板外周有与第一级内锚固承载上拉索一一配合的凹陷，以此类推。该凹陷可以对拉索进行定位，防止多个拉索纠缠一起。如图I所示，本发明装置还包括常规的安装、定位、注浆、张拉锁定和保护组件。包括锚孔50中的拉索对中或定位支架21 (图中仅示一处)、外锚段30中的孔口混凝土基座31、孔口基座混凝土中的加筋环32、孔口喇叭管35、锚垫板33、外锚头34，拉索夹具37、外锚头保护罩36和注浆管60。本发明装置锚索的造孔、安装、注浆和预应力张拉等工艺按常规技术进行。在一整体锚索当中，每根拉索所承受的拉力会有所差别，如所有的拉索与一个让压锚具连接，拉索所承受的拉力有可能已经超过能够承受的最大限值，但是所有锚索承受的拉力没有超过让压锚具的恒阻让压荷载阈值，恒阻体不发生滑移，此时容易导致拉索被拉断。采用本实施例所述的结构，由于单根拉索连接一个让压锚具，而且每个让压锚具具有相近的恒阻让压荷载阈值。让单根拉索承受的拉力超过让压锚具的恒阻让压荷载阈值，则拉索相对承载板100发生滑移，可以避免被拉断，锚索的自由段不会伸长。只有当所有的拉索所承受的拉力超过与其对应的让压锚具的恒阻让压荷载阈值，自由段才伸长，因此具有应对大变形以及抗震性能。当其中一根拉索所承受拉力小于对应的让压锚具的恒阻让压荷载阈值，自由段停止伸长。如图15 16所示，它们分别是传统压力分散型锚索(如CN201258485Y公开的一种“新型压力分散型预应力锚索”、CN101666092A公开的“压力分散型锚索的内锚承载体”等技术方案)和本实施例压力分散型锚索在非预应力工作和预应力工作时的拉力-变形特征曲线曲线。其中，F表示锚索荷载拉力；S表示锚索的受拉变形值；Fb为锚索极限承载力；Fe为为锚索让压承载力阀值；Ft为锚索预应力值。Cl、Ctl为传统锚索分别在非预应力工作和预应力工作条件下的拉力变形特征曲线，因内锚承载体的锚具不能产生恒力滑移，其拉力变形特征曲线为拉索材料本身的物理力学特性，总变形值很小；RU Rtl为本发明装置分别在非预应力工作和预应力工作条件下的拉力-变形特征曲线，因内锚承载体的让压锚具具有恒阻变形特性，故其拉力变形特征曲线为让压锚具的滑移值和拉索材料本身的物理力学特性合成，总变形值主要取决与让压锚具的滑移大小。
锚索最大让压滑移量LR代表了整根锚索在工作后的伸长或锚索变长的恒阻大变形性能。理论上， 锚索最大让压滑移量LR与让压锚具200的最大让压滑移量Lra相等，但在实际情况中，由于地层应力等原因，存在一定差别。
权利要求
1.一种压力分散型让压锚索，包括内锚段(10)、自由段(20)和外锚段(30)，所述的内锚段(10)包括n级内锚固承载体，n为不小于2的整数，其特征在于，所述的内锚固承载体包括承载板(100)、封壳(300)以及两者之间的至少两个让压锚具(200)，每个让压锚具与一根穿过承载板(100)的拉索(202)连接。
2.根据权利要求I所述的压力分散型让压锚索，其特征在于，第m级内锚固承载体的承载板外周面设有用于定位第I m-1级内锚固承载体中所有拉索的凹陷，m为整数，且2 < m < n。
3.根据权利要求I所述的压力分散型让压锚索，其特征在于，所述的让压锚具包括让压套筒(201)和让压套筒(201)内的恒阻体(203)，拉索(202)与恒阻体(203)固定连接。
4.根据权利要求3所述的压力分散型让压锚索，其特征在于，所述的恒阻体(203)整体或头部为锥台结构，所述的让压套筒(201)由空腔段(2011)、内周面与恒阻体相匹配的过渡段(2012)以及阻挡段(2013)构成。
5.根据权利要求I所述的压力分散型让压锚索，其特征在于，所述的让压锚具(200)包括挤压套筒(205)和挤压套筒(205)内至少两个环绕拉索(202)的弧形夹片(206)，所述的弧形夹片(206)内壁面为糙面结构，它通过挤压套筒(205)的挤压夹住拉索(202)。
6.根据权利要求5所述的压力分散型让压锚索，其特征在于，所述的让压锚具外套有一段护管(207)，所述的封壳(300)为片状结构，护管(207)两端分别与承载板(100)和封壳(300)密封配合。
7.根据权利要求I所述的压力分散型让压锚索，其特征在于，所述的封壳(300)为密封罩结构，它与承载板(100)密封配合构成包容让压锚具的密封腔体。
8.根据权利要求I所述的压力分散型让压锚索，其特征在于，单级内锚固承载体中，让压锚具(200)在以承载板中心为圆心的圆周上均匀分布。
9.根据权利要求I所述的压力分散型让压锚索，其特征在于，所述的拉索(202)外部套设有塑料套管，塑料套管(2021)与拉索(202)之间填充有防腐油脂。
10.根据权利要求I所述的压力分散型让压锚索，其特征在于，所述的拉索(202)由碳纤维和玻璃纤维复合而成，外部设有隔离层(2022)。
全文摘要
本发明公开了一种压力分散型让压锚索，包括内锚段、自由段和外锚段，所述的内锚段包括n级内锚固承载体，n为不小于2的整数，所述的内锚固承载体包括承载板、封壳以及两者之间的至少两个让压锚具，每个让压锚具的恒阻体与一根穿过承载板的拉索连接。本发明锚索能够有效防止单根拉索由于受到承载力过大而被拉断，而且抗震后让压锚索整体的荷载能力不会发生变化，让压锚索可一次整体张拉，施工方便；因分散锚固，钻孔尺寸小，经济性好，适用于多种地层条件，尤其适用于地震区和高压力变形条件的岩土锚固。
文档编号E02D5/74GK102619226SQ20121011646
公开日2012年8月1日 申请日期2012年4月19日 优先权日2012年4月19日
发明者吕志平, 吴航通, 沈立恭, 项小珍 申请人:杭州图强工程材料有限公司