一种孔底释能让压的注浆锚杆及其施工方法与流程

本发明属于岩土锚固和工程支护技术领域，尤其是涉及一种孔底释能让压的注浆锚杆及其施工方法。

背景技术：

让压锚杆(索)中安装一种特定的让压装置，在被支护的结构发生大变形时，通过让压装置使锚杆(索)体产生与岩土体相适应的变形，避免锚杆(索)体拉断失效，保持支护作用，它是一种可以有效地控制复杂多变而又难以支护的大变形岩土工程的特定锚杆，达到释能而有效控制地层稳定。

具有恒阻大变形的让压锚杆(索)主要采用套筒让压方式，其核心技术为一个恒阻让压装置。该技术的总体思路是将在杆体的一端套在特殊的让压套筒内，杆体与套筒内有相互协同的一个阻力装置，当杆体受拉力值超过阻力装置的最大阻力时，杆体就在套筒内发生滑移，使锚杆变形，当阻力值为恒定值并持续滑移时就具有恒阻变形的性能。从而该锚杆能在高地应力作用下，能够自动适应围岩的大变形而自动延伸，同时在变形过程中吸收围岩释放的变形能，从而保证了特殊地层条件下的支护效果。

公开号为cn206617183u的中国专利文献公开了一种大变形周期让压锚杆，包括锚杆杆体、让压套筒、螺母、垫片和托盘；所述的锚杆杆体包括普通锚杆杆体和强化端头；所述让压套筒包括让压套筒筒体和让压挡块组；在让压套筒的外端设有螺纹，用于与螺母、垫片和托盘装配。

公开号为cn206903682u的中国专利文献公开了一种增阻让压锚杆，包括锚固杆、自由杆和让压套筒，所述锚固杆固定连接于所述让压套筒的一端，所述让压套筒的另一端套装在所述自由杆一端的外面。

根据让压套筒在锚杆中位置通常有孔口段让压、孔底段让压，多数为孔口段让压，且这些让压锚杆技术多为孔底端锚式如采用机械涨壳锚固或树脂药卷锚固，或称孔底端锚，基本没有考虑全长锚杆的注浆粘结问题。这对临时支护的工程来说，经济适用；然而对于永久性工程来说，其耐久性问题必须考虑，因此，亟需设计一种耐久性更强的让压锚杆。

技术实现要素：

本发明提供了一种孔底释能让压的注浆锚杆，可以张拉锚杆产生预应力控制初期变形、迅速锚固形成支护力，在锚杆受力超过一定值时发挥让压滑移的功能，吸收地层释放的能量，并可注浆使锚杆与地层全粘结，提高锚杆安全性和长期工作的耐久性。

一种孔底释能让压的注浆锚杆，包括杆体、支承垫板，所述杆体的前部套接有让压锚管装置；

所述让压锚管装置包括带内螺纹的让压套筒、设置在让压套筒后端的制动螺母以及设置在让压套筒内的内滑件，所述内滑件与让压套筒的内螺纹挤压配合；

所述杆体的前部穿过制动螺母后与让压套筒内的内滑件固定连接，杆体的后部通过锁定螺母与支承垫板配合。

本发明的锚杆，在底部安装让压锚管装置，可迅速形成锚杆支护力，同时，注浆锚杆又会发生恒阻让压变形，并可全长注浆粘结。

本发明中，让压锚管装置在孔底通过树脂药卷进行锚固，此时，作为优选，所述让压套筒的前端设有搅拌装置，用于锚固时搅拌树脂药卷。

所述的搅拌装置为让压套筒前端挤压形成的一体化搅拌头，或者为安装在让压套筒前端的独立搅拌头。其中，一体化搅拌头可以挤压成十字形，也可挤压成有利于搅拌锚固剂的其它形状的搅拌装置，包括一字形、多棱形、削竹形。通过搅拌装置搅拌树脂药卷，可以使让压锚管装置与岩石充分固结形成锚固力。

本发明中，杆体与让压锚管的连接可以有两种方式。

第一种方式是，所述的杆体为实心杆，其的前端可直接穿入所述的让压锚管与其内部内滑件配合；其后部套设有球形垫圈和波纹套管，球形垫圈的前端与波纹套管连接，球形垫圈上设有与波纹套管的内腔连通的注浆孔。通过球形垫圈上的注浆孔与波纹套管的空腔形成内外连通的注浆排气通道。

第二种方式是，所述的杆体包括用连接套筒连接的外杆体和内杆体，所述的外杆体为中空杆体也可以为实心杆体。所述外杆体为中空杆体时，所述的连接套筒上设有与外杆体内腔连通的通孔，从而形成内外连通的注浆排气通道；

所述的外杆体为实心杆体时，所述的连接套筒上无通孔。其外杆体后端同其它锚杆部件配合按第一种方式相同，即：外杆体的后部套设有球形垫圈和波纹套管，球形垫圈的前端与波纹套管连接，球形垫圈上设有与波纹套管的内腔连通的注浆孔。通过球形垫圈上的注浆孔与波纹套管的空腔形成内外连通的注浆排气通道。

所述的内滑件为外壁光面的钢质直短管，其强度和硬度高于让压套筒。所述内滑件的洛氏硬度(hrc)比所述让压套筒的其高出值范围在10～30之间。

所述的内滑件的外壁光面，应理解为不出现凹凸不平的、无规则的表面纹理，其刻意的和有限的凹槽、凸键或销应视为光面，属于本发明范围；

作为优选，所述的内滑件为等外径的直圆钢管。

所述杆体的前部与内滑件螺纹连接，或者杆体的前部与内滑件一体成型。

内滑件的长度相对于让压套筒的长度来说比较短，内滑件在受轴向力达到预定值后，其滑移力值即为滑移的让压力，其滑移长度即为让压长度。

杆体与让压套筒的内螺纹之间有空隙，使得杆体可以在让压套筒内部自由滑动。

让压锚管装置作为树脂锚固的孔底锚固段，在具体实施中通常让压锚管长度不超过1m，为提高锚固力，优选方案为：所述的让压套管的外表面为螺纹面或者粗糙面。

为提高让压滑移效果，所述杆体为光面杆体，所述杆体的外表面设有防粘结隔离层，所述的防粘结隔离层为蜡涂层、沥青涂层、氟碳涂层或塑料套管。

本发明还提供了一种孔底释能让压的注浆锚杆的施工方法，包括以下步骤：

(1)在岩石表面上钻入一个与锚杆长度匹配的锚杆孔。

(2)先在孔中置入树脂药卷到孔底，再将锚杆装置插入，搅拌树脂药卷使其与让压锚管装置和岩石孔充分固结形成锚固力。

(3)张拉杆体形成预应力，当达到预定的锁定力时拧紧螺母。张拉力必须低于让压套筒与内滑件之间的最小让压力。

(4)锚杆注浆(如必要时)：当锚杆受力产生让压滑移到预定位置后，向锚杆注浆，使锚杆孔内空隙全部填满如水泥为主等无机浆体，使锚杆全粘结锚固，完成锚杆的安装。

或者当杆体设置防粘结隔离层时，锁定螺母后立即注浆使锚杆孔充满注浆体，锚杆安装完成。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明装置的锚杆在前部安装让压锚管装置，前端配合药卷式锚头时可迅速形成锚杆支护力，同时可以张拉锚杆产生预应力来控制初期变形；

(2)让压锚管装置的让压性能具有使锚杆受力超过一定值时发挥让压滑移的功能，吸收地层释放的能量，提高锚杆安全性和预定控制地层变形和围岩稳定的能力；

(3)专门的锚杆注浆通道设计，能够提供全长注浆使锚杆与地层全粘结，提高长期工作的耐久性；

(4)专门的杆体隔离层设计，可以实现锚定、注浆一体化完成，实现全粘结下锚杆发挥让压功能；

(5)锚杆结构简单成本较低。

附图说明

图1为本发明第一种实施例的结构示意图；

图2为本发明中让压锚管装置的结构示意图；

图3为本发明中制动螺母的示意图；

图4为本发明中搅拌装置示意图；

图5为本发明第一种实施例的锚杆在地层中的初始情况示意图；

图6为本发明第一种实施例的锚杆在地层中让压滑移伸长的示意图；

图7为本发明第二种实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细描述，需要指出的是，以下所述实施例旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。

需要说明的是，锚杆孔指在岩土地层中通过钻孔等手段形成的预定的孔径和深度可满足安装锚杆的孔，所以有锚杆孔口、锚杆孔底等。“前”和“后”是以孔口朝向孔底的方向为参考，“后部”指的是锚杆体或构件朝向或靠近锚杆孔口的一段；“前部”指的是锚杆体或构件朝向或靠近锚杆孔底的一段。

实施例1

如图1所示，一种孔底释能让压的注浆锚杆，包括杆体1、让压锚管装置、锁定螺母4、支承垫板5、连接套筒8。杆体1包括外杆体1a和内杆体1b，本实施例中，外杆体1a为中空杆，外杆体1a通过连接套筒8与内杆体1b连接，连接套筒8上设有与外杆体1a内腔连通的通孔11。外杆体1a的后部通过锁定螺母4与支承垫板5配合，锁定螺母4与外杆体1a螺纹配合并传力于支承垫板5。

如图2所示，让压锚管装置包括带内螺纹的让压套筒2、设置在让压套筒2后端的制动螺母6以及设置在让压套筒2内的内滑件3，内滑件3与让压套筒2的内螺纹挤压配合。内杆体1b的前部穿过制动螺母6后与让压套筒2内的内滑件3固定连接。制动螺母6的结构如图3所示，其与让压套管2螺纹固定。

本实施例中，采用树脂药卷进行锚固，此时，让压锚管装置还作为树脂锚固的孔底锚固段，在具体实施中通常让压锚管装置长度不超过1m。为提高锚固力，让压套筒2的外表面为螺纹结构；让压套筒2的前端设有搅拌装置60。搅拌装置60可以为挤压形成一体化的搅拌头，如图4所示，为挤压成十字形，也可挤压成有利于搅拌锚固剂的其它形状的搅拌装置，包括一字形、多棱形、削竹形等；搅拌头还可以为独立的配件安装在让压套筒2前端。

外杆体1a为直圆管，两端至少有螺纹表面，用于与锁定螺母4和连接套筒8螺纹连接，杆体材质可以为钢管或复合工程材料。外杆体1a的内腔10与连接套筒上的通孔11连通，并形成内外连通的注浆排气通道。

如图2所示，让压套筒2是一个具有螺纹内孔的金属直管，所述内滑件3为一段具有外壁光面的钢制直短管，作为优选，为一段光面的短直圆管，其强度、硬度高于所述的让压套筒2。

内滑件3的洛氏硬度(hrc)比让压套筒2的高出值范围在10～30之间。内滑件3的外壁光面，应理解为不出现凹凸不平的、无规则的表面纹理，其刻意的和有限的凹槽、凸键或销应视为光面；内滑件3的长度不超过截面等效外直径的5倍。

内杆体1b为一根实心杆，前端穿过制动螺母6后与让压套筒2内的内滑件3配合传力，而其后端有螺纹表面与连接套筒8螺纹连接。内杆体1b与制动螺母6以及让压套筒2的内孔为盈余配合(有空隙，非挤压配合)，可自由滑动。

让压锚管装置是以挤压配合方式将内滑件3组装在让压套筒2的靠近前端的孔内成为一体装置。内滑件3在受轴向力达到预定值后，能够在让压套筒2的内孔20中从其前端面22向后端面21滑移，滑移力值即为滑移的让压力，其滑移长度即为让压长度。

本实施例中，内滑件3为一个与的内杆体1b一体化的扩大件(墩头)。作为备选，内滑件3与内杆体1b螺纹固定连接。

实际应用中需要锚注一次完成，为提高让压滑移效果，所述外杆体1a和内杆体1b为光面杆体，其外表面有防粘结的隔离层7，隔离层7包括石蜡、沥青、氟碳涂层、塑料套管等。

如图5所示，为安装在锚杆孔中的初始情况，让压锚管2已经被树脂锚固体100锚固在锚杆孔中。图6所示为锚杆全长注浆后产生让压滑移伸长的工作状态，注浆体200将锚体包裹。

在地层应力作用下发生大变形，如图6示，可能在软弱层处生产挤压裂隙300或裂隙301，当杆体受力超过让压锚管装置的额定让压阈值时，内杆体1b在让压套筒2内发生滑移，产生滑移长度401；同时外杆体1a和内杆体1b还有弹性变形滑移，两者之和为图中的总让压长度400。

实施例2

作为对本发明实施例2的说明，以下仅对与上述实施例1的不同之处进行说明。

本实施例和实施例1一样，也采用树脂药卷进行锚固，如图7所示，杆体1为实心杆，杆体1后部套设有球形垫圈12和波纹套管14。

杆体1依次穿套锁定螺母4、带注浆通道的球形垫圈12、支承垫板5和波纹套管14，锁定螺母4与杆体1螺纹配合，并通过球形垫圈12传力于支承垫板5。球形垫圈12前端有一段连接短管与波纹套管14密封配合。杆体1为一根直圆杆体，与球形垫圈12内空腔和波纹套管14内孔之间形成空腔，并通过球形垫圈12上的注浆孔13与空腔形成内外连通的注浆排气通道。

杆体1的前端从让压套筒2穿入并与内滑件3配合传力，杆体1与制动螺母6以及让压套筒2的内孔为盈余配合(非挤压配合)，可自由滑动。

作为备选，本实施例的实心杆体1也可按如图1、图2的方式通过连接套筒8与让压锚管的内杆体1b连接，只是连接套筒8上不设通孔11，此时实心杆体1就是外杆体1a，其它配件与其配合方式同本实施例前述一致，达到同样的功能效果。

锚杆尺寸参数举例(按铁标tbt3356-2014)：

1、让压锚管(外径/壁厚mm)：φ38/4,材质q420

2、中空杆体(外径/壁厚mm)：φ25/5,材质q420

3、实心杆体：φ22，材质hrb400

4、锚杆孔：φ42-45mm

本发明孔底释能让压注浆锚杆的施工方法，包括如下步骤：

第一步：钻孔。在岩石表面上钻入一个与锚杆长度匹配的锚杆孔。

第二步：插入杆体进行孔底端锚。在孔中置入树脂药卷到孔底，并将锚杆装置插入，搅拌树脂药卷使其与让压锚管装置和岩石孔充分固结形成锚固力。

第三步：张拉锚杆，形成预定的预应力。采用张拉工具张拉杆体，达到预定的锁定力时拧紧螺母，张拉力必须低于让压套筒与内滑件之间的最小让压力，一般为最小让压力的0.7倍左右。如某些场合不需要预应力时，可不张拉锚杆，直接拧紧螺母即可。

第四步：锚杆注浆(如必要时)：当锚杆受力产生让压滑移到预定位置后，向锚杆注浆，使锚杆孔内空隙全部填满如水泥为主等无机浆体，使锚杆全粘结锚固，完成锚杆的安装。

或者当杆体设置防粘结隔离层时，锁定螺母后立即注浆使锚杆孔充满注浆体，锚杆安装完成。

以上所述的实施例对本发明的技术方案和有益效果进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的具体实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充和等同替换，均应包含在本发明的保护范围之内。