一种用于加固软弱围岩的钢丝束锚杆及其施工方法与流程

本发明涉及岩土工程加固领域用的锚杆，具体涉及一种用于加固软弱围岩的钢丝束锚杆及其施工方法。

背景技术：

在隧道工程、基坑工程、水利水电工程等工程技术领域中，采用锚杆加固围岩是经常采用的方法。随着地下工程开挖深度的增大，锚杆加固面临的地质条件也越来越复杂，如深部围岩巷道易发生软弱围岩大变形的现象，引起锚杆的拉出或拉断破坏，造成围岩加固失效。软弱围岩一般是指强度低、孔隙度大、胶结程度差、受构造面切割及风化影响显著或含有大量膨胀性粘土矿物的松、散、软、弱岩层。这类岩层在高地应力作用下易发生围岩大变形，遇水易软化，造成围岩沿软弱结构面滑塌。因此，在该地质条件下采用锚杆加固需考虑围岩大变形的问题，也即锚杆在加固围岩的同时还应具备较好的变形性能，以适应围岩应力释放的要求。

目前，国内外很多学者和工程技术人员对加固软岩的大变形锚杆进行了研究和现场应用，如专利cn201210139092.2提供了一种恒阻大变形锚杆，该方法采用锥形杆与套筒的相对滑动实现杆体长度的增加，专利cn201210021633.1提供了一种增阻让压大变形锚杆，该方法通过套筒与滑移键的相对运动实现杆体长度的增加。上述大变形锚杆在一定程度上满足了围岩大变形的要求，但也存在结构复杂、阻力不足、安装和使用成本高等缺点。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种用于加固软弱围岩的钢丝束锚杆及其施工方法，能够满足软岩大变形的要求。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案为：一种用于加固软弱围岩的钢丝束锚杆，该锚杆包括锚头和杆体，杆体的前端伸入围岩的钻孔内，杆体的尾端与锚头连接，所述的杆体由锚固段和自由段组成，锚固段包括若干个依次连接的锚固节，每个锚固节均包括刚性撑丝器、束节和多束钢丝，多束钢丝穿过刚性撑丝器后，钢丝的两端通过束节进行绑扎；自由段包括若干个依次连接的自由节，每个自由节均包括弹性撑丝器、束节和多束钢丝，多束钢丝穿过弹性撑丝器后，钢丝的两端通过束节进行绑扎；其中，锚固节的尾端与自由节的前端连接，自由节的尾端与锚头连接。

其中，所述的锚固节至少为两个，相邻两个锚固节的连接端共用一个束节，且各锚固节的钢丝为延续的整体结构。

其中，所述的自由节至少为三个，相邻两个自由节的连接端共用一个束节，且各自由节的钢丝为延续的整体结构。

其中，所述的杆体上涂覆有润滑油脂，所述的自由段套设有pvc套管，pvc套管的前端与锚固段前端的束节密封连接，pvc套管的末端滑动套设在锚头上。

其中，所述的刚性撑丝器包括若干同心设置的撑丝环，各撑丝环通过交叉设置的肋板连接为一体，撑丝环的外缘均布有用于穿设钢丝用的通孔，同一撑丝环上的各通孔的中心位于与该撑丝环同心设置的圆周上。

优选的，所述的撑丝环至少为三个，相邻两个撑丝环之间的径向间隔相同。

其中，所述的弹性撑丝器包括橡胶圈，橡胶圈的外缘均布有用于卡设钢丝的定向槽，橡胶圈的中心设有伸缩腔ⅰ。

优选的，伸缩腔ⅰ的外缘均布有多个锯齿，且位于伸缩腔ⅰ外的橡胶圈上均布有整体呈环形设置的多个伸缩腔ⅱ，伸缩腔ⅱ在橡胶圈的纵切断面上呈v型结构，且各伸缩腔ⅱ互不连通。

本发明中，所述的束节为钢筋环向绑扎节。

一种用于加固软弱围岩的钢丝束锚杆的施工方法，所述施工方法包括以下步骤：

步骤一、将多束钢丝捋直、对齐、设置为等长，在钢丝一端用束节环向绑扎，形成钢丝束；

步骤二、使钢丝束均匀穿过刚性撑丝器，在穿丝一侧设置另一组束节，形成锚固节；

步骤三、重复步骤一和步骤二的操作，设置不少于两个锚固节；

步骤四、将钢丝束均匀穿过弹性撑丝器，并在钢丝束两侧用束节环向绑扎，重复该步骤，设置不少于三个自由节；

步骤五、将自由段尾端的钢丝束绑扎成杆，形成锚头，在杆体上涂抹润滑油脂，并在自由段上套设pvc套管，pvc套管的两端通过铅丝绑扎在自由段前端和末端的束节上，形成锚杆；

步骤六、将制作完整的锚杆放入预先打设的围岩的钻孔内，通过注浆管注浆锚固，在钻孔外设置用于固定锚头的锚墩和螺母，进行锚杆拉拔锚固。

有益效果：1、本发明利用多束钢丝穿过刚性或弹性撑丝器后，通过束节进行端部的绑扎，使钢丝束形成类似“梭型”的中间粗两端细的结构，增大了杆体和水泥砂浆的接触面积，增强了锚杆的锚固力。

2、在锚杆工作过程中，软岩大变形使锚杆的杆体挤压弹性撑丝器，弹性撑丝器被压紧收缩变形后，杆体的自由段的长度增长，增大了锚杆的长度，释放围岩应力，完成软弱围岩的加固，满足了软岩大变形的要求。

3、锚固节至少为两个，自由节至少为三个，保证杆体的锚固强度；且杆体的自由段外套设有pvc套管，使自由段与钻孔内注入的浆体相隔离，避免浆体造成自由段的粘结，进而引起自由段弹性伸缩失效的情况。

4、多束钢丝穿过撑丝环，使锚固段具有多层钢丝形成的锚固节，在注浆后，“梭型”结构内散开的钢丝束增大了锚固节与水泥砂浆的作用面积，增强了锚杆锚固力，避免锚杆在工作过程中被拉出。

5、橡胶圈的内部设有伸缩腔ⅰ，伸缩腔ⅰ的外缘均布有呈锯齿状的伸缩腔ⅱ，锚杆拉力随软弱围岩变形逐步增大，伸缩腔ⅰ和伸缩腔ⅱ依次收缩压紧，增大了杆体长度，同时使围岩应力得到释放。

附图说明

图1为本发明锚杆施工示意图；

图2为图1中沿a-a线的示意图；

图3为图1中沿b-b线的纵切剖面图。

附图标记：1、锚头，2、锚固段，20、锚固节，3、自由段，30、自由节，4、刚性撑丝器，40、撑丝环，41、肋板，5、弹性撑丝器，50、橡胶圈，51、定向槽，52、伸缩腔ⅰ，53、伸缩腔ⅱ，6、束节，7、钢丝，8、pvc套管，9、锚墩，10、螺母，11、钻孔。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征以及达成的目的便于理解，下面结合示意图，进一步阐述本发明，但本发明所要求保护的范围并不局限于具体实施方式中所描述的范围。

一种用于加固软弱围岩的钢丝束锚杆，该锚杆包括锚头1和杆体，杆体上涂覆有润滑油脂，杆体的前端伸入围岩的钻孔11内，杆体的尾端与锚头1连接，如图1所示，所述的杆体由锚固段2和自由段3组成，自由段2套设有pvc套管8。

如图1所示，其中的锚固段2包括若干个依次连接的锚固节20，每个锚固节20均包括刚性撑丝器4、束节和多束钢丝，多束钢丝穿过刚性撑丝器4后，钢丝的两端通过束节进行绑扎；如图2所示，刚性撑丝器4包括若干同心设置的撑丝环40，各撑丝环40通过交叉设置的肋板41连接为一体，撑丝环40的外缘均布有用于穿设钢丝用的通孔，同一撑丝环40上的各通孔的中心位于与该撑丝环同心设置的圆周上。优选的，撑丝环40至少为三个，相邻两个撑丝环40之间的径向间隔相同。

如图1所示，其中的自由段3包括若干个依次连接的自由节30，每个自由节30均包括弹性撑丝器5、束节和多束钢丝，多束钢丝穿过弹性撑丝器5后，钢丝的两端通过束节进行绑扎；如图3所示，弹性撑丝器5包括橡胶圈50，橡胶圈50的外缘均布有用于卡设钢丝的定向槽51，橡胶圈50的中心设有伸缩腔ⅰ52。优选的，伸缩腔ⅰ52的外缘均布有多个锯齿，且位于伸缩腔ⅰ52外的橡胶圈50上均布有呈整体环形设置的多个伸缩腔ⅱ53，伸缩腔ⅱ53在橡胶圈50的纵切断面上呈v型结构，且各伸缩腔ⅱ50互不连通。在具体实施过程中，伸缩腔ⅱ亦可采用其他的结构形式，如波纹形、锯齿形等结构，能够实现橡胶圈的伸缩变形力度即可。

其中，锚固节20的尾端与自由节30的前端连接，自由节30的尾端与锚头1连接。pvc套管8的前端与锚固段2前端的束节密封连接，pvc套管8的末端滑动套设在锚头1上。本发明中的束节6为高强度钢筋环向绑扎节。

优选的，锚固节20至少为两个，自由节30至少为三个。图1中列举了两个锚固节20和至少四个自由节30。其中，相邻两个锚固节20的连接端共用一个束节，且各锚固节20的钢丝为延续的整体结构，即锚固段2的钢丝为连续无断开的整体结构；相邻两个自由节30的连接端共用一个束节，且各自由节30的钢丝为延续无断开的整体结构，即自由段3的钢丝为连续无断开的整体。优选的，自由段3的钢丝与锚固段2最外层的钢丝为连续无断开的整体结构。

一种用于加固软弱围岩的钢丝束锚杆的施工方法，包括以下步骤：步骤一、将多束钢丝捋直、对齐、设置为等长，在钢丝一端用束节环向绑扎，形成钢丝束；

步骤二、使钢丝束均匀穿过刚性撑丝器4中的撑丝环40上设置的通孔，形成的端面结构如图2所示，然后在穿丝一侧设置另一组束节，形成如图1中的锚固节20；

步骤三、重复步骤一和步骤二的操作，设置不少于两个锚固节20；

步骤四、将钢丝束均匀穿过弹性撑丝器5的橡胶圈50外缘上的定向槽51，然后在钢丝束两侧用束节环向绑扎，重复该步骤，设置不少于三个自由节30；

步骤五、将多个自由节30连接形成的自由段3尾端的钢丝束绑扎成杆，形成锚头1，在杆体上涂抹润滑油脂，并在自由段3上套设pvc套管8，pvc套管8的两端通过铅丝绑扎在自由段3前端和末端的束节上，形成锚杆；

步骤六、将制作完整的锚杆放入预先打设的围岩的钻孔11内，通过注浆管注浆锚固，在钻孔11外设置用于固定锚头1的锚墩9和螺母10，进行锚杆拉拔锚固，在锚杆工作过程中，软岩大变形促使锚杆杆体挤压橡胶圈50，增大锚杆长度，释放围岩应力，完成软弱围岩的加固任务。