一种适用于渗水区域支护的注浆锚杆的制作方法

1.本实用新型属于岩土工程支护设备领域，具体涉及一种适用于渗水区域支护的注浆锚杆。


背景技术：

2.锚杆是岩土工程中最基本的支护设备，广泛应用于边坡、隧道、巷道、坝体的支护和加固。锚杆一端与工程构筑物连接，另一端深入地层中，深入地层的锚杆段称为锚固段，锚固段与地层孔之间通常通过水泥浆体填充，以增强土层与锚杆之间的相互作用力。
3.中空注浆锚杆是一种空心锚杆，锚杆内部中空可用于作为锚固剂(例如水泥砂浆)的注入通道。相比实心锚杆，中空注浆锚杆可以免去布设水泥注浆管，具有明显优势，但现有中空注浆锚杆仅具备注浆和支护功能。
4.锚杆支护区域通常为山体、边坡、地下岩土层，由于山体或者地下的岩土层内通常含有丰富的地下水，往往伴有渗流现象，多雨地区或多雨季节的渗流现象则尤为严重，支护区域岩土层中水含量增多对于支护工程往往是不利的，例如支护区域的渗流现象易对支护区域产生破坏，导致围岩和土体稳定性降低，降低锚杆的支护效果，甚至发生锚杆变形或坍塌事故。如果锚杆在支护的同时能兼顾防治或缓解渗水将是非常有意义的工作，然而现有的锚杆支护并未过多关注渗水现象。
5.cn202010885358.2公开了一种适用于工程渗透破坏防治的定位注浆锚杆及其施工方法，其通过在锚杆上设置反滤导水孔和单向注浆孔来实现排水和注浆，排水通道与注浆通道相互独立互不干扰，并在保留了锚杆原有支护功能的基础上将排水与注浆功能结合在一起。该锚杆在工程上具有实际应用价值，起到防治渗透破坏的效果。但该锚杆的每个单向注浆孔均需要设置单向阀以防止浆液回流，但优于锚杆尺寸有限，在锚杆内布置多个小尺寸的单向阀是非常困难的，且成本较高。另外，该锚杆配备电磁铁注浆端头和铁制限位端头实现定点注浆，即管内需要布置电路走线，然而由于锚杆内部的中空区域要么用来注浆要么用来排水，即均需要走流体介质，这使得电路走线布置较为困难，并且渗水的存在易使各用电单元或电路短路失效，需要进行有效密封，否则有效性较难保障。


技术实现要素：

6.为解决现有锚杆不具备排渗水功能以及现有具备排渗水功能的锚杆结构复杂，存在安全风险的问题，本实用新型提供了一种适用于渗水区域支护的注浆锚杆。该注浆锚杆仅依靠机械结构即能实现支护、注浆和排水功能，注浆管可回收利用，操作方便。
7.本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：
8.本实用新型提供了一种适用于渗水区域支护的注浆锚杆，包括锚杆主体、注浆管、集水管；
9.所述锚杆主体为中空结构，锚杆主体的一端连接有锚头，另一端上套设有盖板并在该端端部设置有外螺纹，盖板用于抵紧支护结构表面，外螺纹上通过螺纹配合设置有螺
母，螺母用于压紧盖板；所述锚杆主体包括靠近锚头的注浆段和与注浆段相连的集水段；其中注浆段和集水段相接处的内壁上固定设置有一中心带内螺纹孔的限位挡圈；所述注浆段侧壁上设置有若干注浆孔，集水段侧壁上设置有若干集水孔；
10.所述集水管位于锚杆主体的集水段内部，集水管外壁与锚杆主体内壁贴紧，集水管与锚杆主体可相对运动；集水管内壁上设置有滤水膜，侧壁上开设有与集水孔孔径和分布一致的开孔；转动集水管能够使集水孔和开孔在重合和错位两种状态下切换；
11.注浆管设置在集水管内部，注浆管为中空管，注浆管朝向锚头端的端部穿出集水管，在穿出端设置有能够与限位挡圈的内螺纹配合的第一外螺纹；注浆管的管身通过若干连接件与集水管的内壁连接。
12.进一步的，所述锚杆主体集水段的集水孔等间距分布，且集水孔之间的间距大于集水孔的直径。
13.进一步的，注浆管的第一外螺纹完全旋入限位挡圈内时，限位挡圈与集水管的端部接触；此时集水管上的开孔与锚杆主体集水段的集水孔完全错开。
14.进一步的，所述集水管远离锚头端的端部内壁面上设有定位凸块；所述集水管远离锚头端的端部与注浆管之间通过多功能端盖密封连接；多功能端盖上设有与定位凸块配合的凹槽，多功能端盖上设置有转动刻度线用于观察集水管转动角度，集水管转动设定角度或圈数时，其上的开孔与锚杆主体集水段的集水孔重合。
15.进一步的，所述所述多功能端盖上设有若干接口，接口能够用于连接外部负压设备；或连接抽水管排出集水管内的水；接口在不使用时用橡胶塞封闭。
16.进一步的，多功能端盖的中心孔供注浆管穿过，中心孔与注浆管之间采用密封圈密封。
17.进一步的，所述连接件包括一个内环、一个外环和用于连接内环与外环的若干连接臂，外环与集水管内壁面固定连接，内环套设在注浆管外壁上，与注浆管外壁通过螺栓可拆卸连接。
18.进一步的，所述锚杆主体为等径管，锚头的直径大于锚杆主体的外径。
19.进一步的，集水管远离锚头端伸出锚杆主体外。
20.进一步的，锚杆主体、集水管、注浆管三者同轴设置。进一步的，锚杆主体、集水管、注浆管同轴设置。集水管远离锚头端伸出锚杆主体外。
21.与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：
22.1)本实用新型的注浆锚杆兼具注浆、支护和防渗水功能，且注浆锚杆内部无需布置电路走线，无需设置用电部件，仅依靠机械结构实现功能，从而大大提高了运行可靠性，能适用电力难以供给区域的支护、注浆和防渗水需求。
23.2)本实用新型的集水管具有旋转功能，在注浆时，集水管旋转使其上的开孔与锚杆主体集水段的开孔完全错开，避免水泥砂浆污染滤水膜或进入集水管；当水泥砂浆初步固化后，旋转集水管使其上的开孔与锚杆主体集水段的开孔重合，由此，支护土层或岩层内的渗水可经滤水膜进入集水管内被收集。当支护区域水含量较高时，可以使集水管内空腔连通负压装置加速集水，集水管内收集的水份可通过排水管连通排水泵排出。
24.3)本实用新型的集水管外径与锚杆主体内径匹配(集水管外径等于或略小于锚杆主体内径)，但两者需满足可相对运动，该设计避免了安装时集水管的对中操作。本实用新
型的注浆管与锚杆主体通过螺纹固定相连，注浆时无需对注浆管再进行支撑，且避免了注浆时因砂浆喷出的反作用力导致注浆管脱离锚杆主体的风险。
25.4)本实用新型的注浆管和集水管可以回收重复使用；集水管远离锚头端伸出锚杆主体外，待注浆管旋离限位挡圈后，便于将集水管和注浆管从锚杆主体内拉出。
附图说明
26.图1为本实用新型提供的适用于渗水区域支护的注浆锚杆的剖视图；
27.图2为适用于渗水区域支护的注浆锚杆的外部结构示意图；
28.图3为锚杆主体的剖视图；
29.图4为集水管与注浆管剖视图；
30.图5为集水管外部示意图；
31.图6为注浆锚杆远离锚头端的剖视放大图；
32.图7为多功能端盖的结构示意图。
33.图中，1-锚杆主体；10-中空结构；11-注浆孔；12-集水孔；13-锚头；14-限位挡圈；101-注浆段；102-集水段；2-集水管；20-滤水膜；21-开孔；22-外环；23-连接臂；24-内环；25-定位凸块；3-注浆管；31-第一外螺纹；4-盖板；5-螺母；6-多功能端盖；61-接口；62-转动刻度线；63-凹槽。
具体实施方式
34.下面结合具体实施方式对本实用新型做进一步阐述和说明。所述实施例仅是本公开内容的示范且不圈定限制范围。本实用新型中各个实施方式的技术特征在没有相互冲突的前提下，均可进行相应组合。
35.需要说明，本实用新型实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
36.另外，在本实用新型中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。在本实用新型的描述中，“若干个”的含义可以是一个或多个，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
37.与传统的锚杆支护前的前序工作一样，本实用新型提供的的适用于渗水区域支护的注浆锚杆在安装使用前也需要预先在支护区域打孔，由于打孔深度通常为数米，孔径一般为数公分至十数公分，因为孔是非常狭长的。为了便于对本实用新型的结构进行更为清晰的展示，各附图的轴向尺寸均做了缩短，而径向尺寸做了增大，附图仅仅是示意性的。
38.如图1和图2所示，该适用于渗水区域支护的注浆锚杆主要包括锚杆主体1、集水管2和注浆管3三大部分，三者同轴设置。其中，锚杆主体1主要起到支护作用，锚杆主体1为中空结构10，锚杆主体1的一端连接有锚头13，另一端上套设有盖板4并在该端端部设置有外螺纹，盖板4用于抵紧支护结构表面，外螺纹上通过螺纹配合设置有螺母5，螺母5用于压紧盖板4。
39.锚杆主体选择为外径等径的刚管，锚头13连接在钢管的一端，锚头的材质不做限
定，但锚头的直径大于锚杆主体1的外径。后期水泥砂浆填充在锚杆主体外壁与土层孔之间，锚头被水泥砂浆包裹，通过拧紧螺母至设定程度，即可给予支护区域所需的预应力。
40.传统的锚杆主体都是不设孔的，如图3所示，本实用新型的所述锚杆主体1则包括靠近锚头的注浆段101和与注浆段相连的集水段102；其中注浆段101和集水段102相接处的内壁上固定设置有一中心带内螺纹孔的限位挡圈14；所述注浆段101侧壁上设置有若干注浆孔11，集水段102侧壁上设置有若干集水孔12。注浆孔11用于出浆，集水段102用于收集渗水。其中，本实用新型预设在注浆时，水泥砂浆无需填充整个土层孔，而仅需部分填充土层孔达到满足施加预应力的要求即可，即锚杆主体在支护时，分为外壁填充了水泥砂浆的锚固段和外壁未填充了水泥砂浆的管段自由段，在本实用新型中，锚固段包括注浆段和部分集水段。
41.如图4和图5所示，集水管2主要起到收集渗水以及帮助注浆管安装时对中的功能，集水管2位于锚杆主体的集水段102内部，集水管2外壁与锚杆主体1内壁贴紧，集水管与锚杆主体可相对运动；集水管内壁上设置有滤水膜20，侧壁上开设有与集水孔孔径和分布一致的开孔21。所述的滤水膜材料20为无纺土工布滤膜，孔径为75μm，实现滤水的同时能防止泥土、砂石进入集水管，滤水膜20紧贴集水管内壁。
42.如图4所示，注浆管3的主要作用是注浆，注浆管设置在集水管内部，注浆管为中空管，注浆管朝向锚头端的端部穿出集水管，在穿出端设置有能够与限位挡圈14的内螺纹配合的第一外螺纹31；注浆管的管身通过多个连接件与集水管2的内壁连接，从而保证注浆管位于集水管的中心。注浆管与集水管管壁之间的区域构成了集水区域。转动集水管能够使集水孔12和开孔21在重合和错位两种状态下切换。错位状态下，集水区域被密闭，而重合状态下，则可收集渗水。
43.在本实用新型的一个可选实施例中，所述锚杆主体集水段102的集水孔12等间距分布，且集水孔12之间的间距大于集水孔的直径。注浆管3的第一外螺纹31完全旋入限位挡圈14内时，限位挡圈14与集水管2的端部接触；此时集水管2上的开孔21与锚杆主体集水段的集水孔12完全错开。
44.如图6和7所示，为了更清楚的提示集水管2相对于锚杆主体1的转动角度，在集水管2远离锚头端的端部内壁面上设有定位凸块25；所述集水管远离锚头端的端部与注浆管之间通过多功能端盖6密封连接；多功能端盖6上设有与定位凸块25配合的凹槽63，多功能端盖6上设置有转动刻度线62用于观察集水管转动角度。
45.初始安装时，集水管2插入锚杆主体1内，当注浆管3碰到限位挡圈14后，先周向旋转集水管2以调整刻度线的位置，使某一设定的刻度与锚杆主体1上的标志线对齐(标志线是锚杆主体远离锚头端端部的一条用笔画上的线，此过程周向转动是逆时针进行的，以保证第一外螺纹不旋入限位挡圈14内。标线对齐后，顺时针拧动集水管2，使注浆管3的第一外螺纹31完全旋入限位挡圈14内，集水管2端部碰触限位挡圈，集水管2上的开孔21与锚杆主体集水段的集水孔12此时完全错开，可通过观察确认。若此时开孔21与集水孔12未完全错开，这表明标志线画得有误，反向旋转集水管，在注浆管旋离限位挡圈14的时刻，刻度线对应的锚杆主体位置重新画标志线，然后重新拧紧集水管2。
46.完成安装后，集水管转动设定角度或圈数时，其上的开孔21与锚杆主体集水段的集水孔12即可重合，具体转动角度依据孔开设的大小和间距而定，可通过前期调试确定。
47.如图7所示，多功能端盖6上设有两个接口61，接口能够用于连接外部负压设备；或连接抽水管排出集水管内的水；负压设备为气泵，适用于想加速集水时采用，以尽快降低支付区域水层的含水量；当集水管内水位较高时，采用抽水管连接抽水泵排出水。接口61在不使用时用橡胶塞封闭。多功能端盖6的中心孔供注浆管穿过，中心孔与注浆管之间采用密封圈密封，以保证负压设备工作时的气密性。
48.如图4所示，为了保证注浆管处于集水管中部，在注浆管和集水管之间设置多个连接件，连接件包括一个内环24、一个外环22和用于连接内环与外环的若干连接臂23，外环22与集水管2内壁面固定连接，内环22套设在注浆管3外壁上，与注浆管外壁通过螺栓可拆卸连接。本实用新型的注浆管与集水管本身无需拆卸，但注浆管一般是采购的，为了安装上集水管，故采用连接件连接。事实上，内环与注浆管之间也可以采用焊接连接。集水管朝向锚头的端面是密封的，仅有注浆管伸出该端。
49.为了适用于具有渗水现象的支护区域，本实用新型提供的注浆锚杆相比传统锚杆多了收集渗水的功能，此外，本实用新型的注浆锚杆也能够应用于一般需要支护的区域，例如某些区域在施工时未发现渗水现象，但在支护后发现开始渗水，这样的区域也非常适用本实用新型的注浆锚杆。本实用新型的集水管远离锚头端伸出锚杆主体外，便于拉动集水管，实现集水管从锚杆主体内抽离。
50.使用本实用新型的注浆锚杆进行施工的方法如下：
51.首先，根据前文介绍的方法，将图5所示的集水管2(连同注浆管3)与锚杆主体1完成装配，确保集水管2的端部碰到限位挡圈14，且集水孔12和开孔21相互错开。
52.然后，将装配好的锚杆主体插入已经打好的土层孔内；插入完毕后，注浆管连接外部注浆设备开始注浆，水泥砂浆经注浆管达到注浆段101，并经由注浆孔11出浆，从而填充土层孔与锚杆主体之间的区域。由于此时集水孔12和开孔21相互错开，因此水泥砂浆不会污染滤水膜也不会进入集水管内。
53.待注浆至设定量后，停止注浆，等待水泥砂浆初步固化。待初步固化后，根据转动刻度线62的提示旋转集水管，使其与锚杆主体相对转动，注浆管部分旋出限位挡圈，集水孔12和开孔21重合；盖上多功能端盖6，此时集水管即可收集渗水。
54.待水泥砂浆完全固化后，在锚杆主体1上套上盖板4，使其紧贴支护区域的外结构；在锚杆主体1的外螺纹上拧入螺母直至达到对土层施加设定的预应力。
55.后期支护过程中，若有渗水，渗水会进入自由段，渗水还会逐渐渗入水泥砂浆与锚杆主体之间，即逐渐渗入锚固段，本实用新型的锚固段要求包含全部注浆段和部分集水段，实现对这部分渗入水的收集。后续支护过程中，可定期检测集水管内的水位，若水位较高，则可排出水位。若水位增长较快或者近期降雨较多，则可以连接外部气泵，对集水管进行负压抽吸，以更快的将渗水收集至集水管内。当无需关注渗水时，这可旋出注浆管，并将集水管从锚杆主体内抽出，实现集水管和注浆管的回用。
56.以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。