专利名称：一种胀壳式内锚头预应力锚杆的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种胀壳式内锚头预应力锚杆，属于岩土锚固工程技术领域。
背景技术：
预应力锚杆支护是边坡、岩土深基坑等地面工程及隧道、采场等地下硐室施工中常见的一种围岩加固支护方式。通过施加主动的预应力，预应力锚杆能及时控制锚固区围岩的离层、滑动、裂隙张开，使围岩处于受压状态，抑制围岩的变形与破坏。目前，我国资源开发正逐步向深部岩体发展，深部岩体具有埋深大、地应力高的特点，岩体开挖卸荷后容易出现围岩片帮、板裂化破坏严重的现象，有时甚至发生岩爆等破坏力极强的灾害。工程实践表明，现有普通的预应力锚杆在高地应力条件下，难以抑制围岩裂隙的扩展、控制岩体变形效果差，不能满足高地应力条件下岩体开挖支护的要求。中国专利公开号CN201802429U，公告日期2011年4月20日，发明名称“胀壳式中孔排气注浆预应力锚杆”，该申请案公开了一种胀壳式中孔排气注浆预应力锚杆，该锚杆的前端是内锚固段，后端是外锚固段，锚杆体的中心开有灌浆孔，在灌浆孔壁上设有排气孔，在内锚固段的外壁粘贴有胀壳，在锚杆体上位于胀壳的后端套装弹簧和托环。这种预应力锚杆内锚固段上的胀壳与钻孔内壁有效接触面积小，可施加的预应力小，并且当岩体受到震动冲击时，锚杆锚固力稳定性不足。中国专利公开号CN102094421A，
公开日期2011年6月15日，发明名称“一种预应力锚杆和使用该预应力锚杆的施工方法”，该申请案公开了一种预应力锚杆和使用该预应力锚杆的施工方法，该预应力锚杆包括一端具有圆锥状的扩大头的圆柱状圆管，以及沿该圆管轴向扩展的杆体，该杆体在圆管被灌入水泥浆之后插入到圆管中，杆体分为自由段和非自由段，杆体非自由锻与水泥浆直接接触以形成所述杆体的锚固段，而杆体自由段不与水泥浆直接接触以便通过杆体进行张拉来施加预应力。这种预应力锚杆的杆体自由段长度为杆体总长度的1/3到1/2，锚杆内锚固段长度过大，锚固结构设计不合理。中国专利公开号CN100370081C，
公开日期2008年2月20日，发明名称“一种胀壳锚固头及锚杆”，该申请案公开了一种胀壳锚固头及锚杆，由胀壳内楔和胀壳外楔组成，夕卜楔套在内楔上，胀壳内楔为底面大而顶面小的、带空腔的中空圆台体，空腔与顶面、底面连通；胀壳外楔为带空腔的中空圆柱体，空腔与顶面、底面连通，胀壳外楔上的开口槽在外楔表面上相互垂直，方向相反的将外楔分为若干个瓣片。利用这种胀壳锚固头及锚杆进行锚固支护时，不能根据实际支护要求进行内锚固段的锚固设计，容易给锚固工程造成浪费或产生潜在的危险。工程实践表明，现有普通的预应力锚杆难以满足高地应力条件下，岩体开挖支护的要求，主要存在以下不足:(I)现有普通的预应力锚杆可提供的锚固力不足，可施加的预应力值偏低，锚杆杆体强度不能得到有效利用；在低预应力条件下，预应力锚杆支护产生的围岩内部有效压应力区范围小，而且孤立分布，没有连成整体，预应力锚杆的主动支护作用不能充分体现。[0008](2)采用粘结式内锚头预应力锚杆(如:树脂内锚头锚杆，水泥砂浆内锚头锚杆等)进行锚固支护时，锚杆内锚固段长度过大，锚杆内锚固段长度占锚杆杆体总长比例过大，因而锚杆可施加预应力的自由段长度较小，造成锚杆实际有效锚固的岩体范围较小，锚固结构不合理。(3)采用机械式内锚头预应力锚杆(如:楔头式锚杆,楔缝式锚杆,胀壳式锚杆等)进行锚固支护时，锚杆内锚固段尺寸设计过多依赖于经验或者工程类比的方法，锚固设计方法不完善，容易给锚固工程造成浪费或产生潜在的危险。
发明内容针对上述问题，本实用新型目的是提供一种高预应力、锚固结构合理、安装方便的胀壳式内锚头预应力锚杆。为实现上述目的，本实用新型的技术解决方案为:一种胀壳式内锚头预应力锚杆，包括锚杆的内锚头、杆体和活动安装在杆体尾端的垫板及锁紧螺母，所述的内锚头由胀壳和锥芯构成，所述的胀壳的轴向方向开有通孔，通孔的下段呈上小下大的锥形状，锥角为θ2，胀壳的锥形段壁面上对称开有四个或六个通槽，胀壳的锥形段外壁面呈浅凹花纹状，胀壳上端的外壁上开有圆环状凹槽，所述的锥芯的上段为上小下大的锥形状，锥角为Θ P锥芯下端呈环形锯齿状，锥芯的内壁面设置有内螺纹，锥芯活动的插入在胀壳的锥形孔中，所述的杆体内锚固端上设置外螺纹，杆体内锚固段下端与锥芯螺纹连接，杆体内锚固段上端旋装安装螺母。所述的锥角02等于锥角Q1，锥角θ2、锥角角度为3° 5。。由于采用了以上技术方案，本实用新型一种胀壳式内锚头预应力锚杆，内锚头包括锥芯和胀壳，锥芯和胀壳的锥角相同，能够使得胀壳均匀膨胀，并且锥芯和胀壳的接触面积增大，这有利于稳固锚固力；胀壳上端圆环状凹槽的设置和胀壳中下端切缝的设置有利于胀壳的充分张开，增加胀壳的膨胀量，胀壳中下端外表面的压花处理，能有效增大胀壳与钻孔内壁之间的摩擦系数，显著地提高锚杆锚固力和锚杆可施加的预应力，进而充分利用杆体强度。并且与传统预应力锚杆相比，本实用新型一种胀壳式内锚头预应力锚杆有效缩短了预应力锚杆内锚固段长度，增大了锚杆可施加预应力的自由段长度，进而扩大锚杆了的有效锚固范围，使得围岩内形成的有效压应力区范围广，锚杆的主动支护作用得到充分发挥。应用本实用新型一种胀壳式内锚头预应力锚杆进行锚固支护时，可根据实际围岩条件，进行锥芯和胀壳的尺寸设计，克服了传统的锚杆内锚固段尺寸设计依赖于经验或者工程类比、容易给锚固工程造成浪费或产生潜在危险等缺陷与不足，为设计满足实际支护要求的内锚固段各部分的尺寸提供了经济、安全的科学依据。
图1为本实用新型一种胀壳式内锚头预应力锚杆结构设计示意图图2为本实用新型一种胀壳式内锚头预应力锚杆机械式安装使用状态示意图图3为本实用新型一种胀壳式内锚头预应力锚杆人工安装使用状态示意图图4为本实用新型一种胀壳式内锚头预应力锚杆的胀壳结构设计示意图[0019]图5为本实用新型一种胀壳式内锚头预应力锚杆的锥芯结构设计示意图图6为本实用新型一种胀壳式内锚头预应力锚杆机械安装过程示意图图7为本实用新型一种胀壳式内锚头预应力锚杆人工安装过程示意图
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步详细描述见附图本实用新型一种胀壳式内锚头预应力锚杆，包括锚杆的内锚头、杆体4和活动安装在杆体4尾端的垫板6及锁紧螺母5，内锚头由胀壳2和锥芯I构成，胀壳2的轴向方向开有通孔，通孔的上段呈圆柱状，通孔的下段呈上小下大的锥形状，锥角为θ2，胀壳2的锥形段壁面上对称开有四个或六个通槽，通槽宽度为2_左右，通槽将胀壳2对称分为四瓣或六瓣，胀壳2的锥形段外表面经过压花处理后，呈浅凹花纹状，胀壳2上端的外壁上开有圆环状凹槽，凹槽深度h为2 5mm，凹槽长度Lh为25mm左右，锥芯I的上段为上小下大的锥形状，锥角为Θ:，锥芯I下端呈环形锯齿状，尖齿数目为6 10个,尖齿高度为15mm左右，锥芯I的内壁面设置有内螺纹，锥芯I活动的插入在胀壳2的锥形孔中，杆体4内锚固端上设置外螺纹，杆体4内锚固端与锥芯I螺纹连接。其中，锥芯锥角θ2等于胀壳锥角Q1，锥角θ2、锥角Θ 角度为3° 5°。杆体4内锚固端与外锚固端均有螺纹，内锚固端通过螺纹同时与安装螺母3和锥芯I连接，外锚固端通过螺纹与锁紧螺母5连接，为方便与锚杆安装机8连接，杆体4外锚固端的端头呈方形。本实用新型一种胀壳式内锚头预应力锚杆，锚固支护应用时，内锚固段可根据实际围岩条件，进行锥芯I和胀壳2的尺寸设计，见附图4、附图5，具体方法步骤为:I)锥芯I的上外径Φ4的设计。由支护围岩的性质及支护要求，决定支护采用的锚杆杆体4直径d和锚杆钻孔直径D，进而由下式确定锥芯I的上外径Φ4:φ 4 = d+2 δ 2d——锚杆杆体直径,单位:mm ；δ 2——锥芯上端壁厚，取值范围1-3_ ;具体取值大小，由锥芯内螺纹参数决定。2)胀壳2的锥形段长度I1的设计。预应力的施加以及支护围岩的变形都会使锚杆杆体4产生拉力。因此，在胀壳2与锚杆钻孔内壁静摩擦系数一定的条件下，胀壳2应该具有足够的长度来提供静摩擦力；在锚杆杆体4拉断之前，胀壳2与锚杆钻孔之间不应出现滑动现象；由力的平衡关系可知:
权利要求1.一种胀壳式内锚头预应力锚杆，包括锚杆的内锚头、杆体(4)和活动安装在杆体(4)尾端的垫板(6)及锁紧螺母(5)，其特征在于:所述的内锚头由胀壳(2)和锥芯(I)构成，所述的胀壳(2)的轴向方向开有通孔，通孔的下段呈上小下大的锥形状，锥角为θ2，胀壳(2)的锥形段壁面上对称开有四个或六个通槽，胀壳(2)的锥形段外壁面呈浅凹花纹状，胀壳(2)上端的外壁上开有圆环状凹槽，所述的锥芯(I)的上段为上小下大的锥形状，锥角为Q1，锥芯(I)下端呈环形锯齿状，锥芯(I)的内壁面设置有内螺纹，锥芯(I)活动的插入在胀壳⑵的锥形孔中，所述的杆体⑷内锚固端上设置外螺纹，杆体⑷内锚固段下端与锥芯(I)螺纹连接，杆体(4)内锚固段上端旋装安装螺母(3)。
2.如权利要求1所述的一种胀壳式内锚头预应力锚杆，其特征在于:所述的锥角92等于锥角Q1，锥角θ2、锥角角度为3° 5°。
专利摘要本实用新型公开了一种胀壳式内锚头预应力锚杆，属于岩土锚固工程技术领域。预应力锚杆包括胀壳、锥芯、安装螺母、杆体、安装套管、垫板、锁紧螺母。本实用新型不仅可以显著提高预应力锚杆的预应力值大小，进而充分发挥杆体强度，而且能够有效缩短预应力锚杆内锚固段长度，扩大锚杆的有效锚固范围，应用本实用新型一种胀壳式内锚头预应力锚杆进行锚固支护时，可根据实际围岩条件，进行锥芯和胀壳的尺寸设计，该设计方法为设计满足实际支护要求的内锚固段各部分尺寸提供了经济、安全的科学依据。该预应力锚杆的安装可采用机械化安装或人工安装。
文档编号E21D21/00GK202936792SQ20122058083
公开日2013年5月15日 申请日期2012年11月5日 优先权日2012年11月5日
发明者周辉, 徐荣超, 张传庆, 刘继光 申请人:中国科学院武汉岩土力学研究所