專利名稱：一種摩擦型樹脂錨桿及其安裝方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及巖體加固領(lǐng)域，特別涉及一種摩擦型樹脂錨桿及其安裝方法。
背景技術(shù)：
在地下工程和邊坡工程等領(lǐng)域中，錨桿是應(yīng)用最廣泛的巖土加固措施。全世界每年要消耗數(shù)百萬根巖石錨桿。隨著地下工程和深部礦山埋深越來越大，許多水利和交通工程以及金屬和非金屬地下礦山的都遇到了高地應(yīng)力問題，此時(shí)受開挖卸荷影響的地下工程圍巖將承受很高的應(yīng)力。在高應(yīng)力作用下，許多較為嚴(yán)重的地質(zhì)災(zāi)害常常發(fā)生，如巖體較軟弱時(shí)常發(fā)生軟巖大變形、塌方等，而巖體硬脆時(shí)則易發(fā)生巖爆和沖擊地壓等。而防治高地應(yīng)力地質(zhì)災(zāi)害的有效手段仍然是及時(shí)有效的錨桿加固措施。目前，巖體加固領(lǐng)域常見的錨桿類型有砂漿錨桿、水泥藥卷錨桿、機(jī)械錨桿、管縫錨桿和水脹式錨桿等。各種類型錨桿的不足和缺陷如下所述
(1)砂漿錨桿其錨固力主要靠砂漿與孔壁、砂漿與桿體的粘結(jié)力提供，其極限伸長量有限，易在錨桿中間被拉斷，難以滿足大變形巖體的加固需要，且安裝周期長，灌漿效果往往難以保證；
(2)水泥藥卷錨桿由于水泥藥卷在使用前要在水中浸泡，浸泡時(shí)間長短對(duì)錨固力影響很大，且安裝時(shí)必須將水泥藥卷攪拌均勻，導(dǎo)致安裝工藝復(fù)雜，錨固效果較難保證；
(3)機(jī)械錨桿傳統(tǒng)的機(jī)械錨桿分別在孔底和孔口進(jìn)行兩點(diǎn)錨固，錨固點(diǎn)失效后整個(gè)錨桿的加固作用全部消失，因而在高地應(yīng)力條件下可靠性低；
(4)管縫錨桿安裝費(fèi)力，桿體易腐蝕，長度有限，錨固力不可靠，其抗拉強(qiáng)度與錨固力不匹配，由于桿體材質(zhì)問題，有時(shí)出現(xiàn)錨桿在中間被拉斷的現(xiàn)象；
(5)水脹式錨桿結(jié)構(gòu)復(fù)雜，桿體易腐蝕，制造費(fèi)工，安裝費(fèi)力，成本高；
(6)樹脂錨桿受材料限制，其極限伸長量很小，易發(fā)生脆性斷裂，且外錨頭處易斷裂， 難以滿足大變形巖體的加固需要。鑒于傳統(tǒng)錨桿在圍巖支護(hù)中的缺陷，國內(nèi)外先后研發(fā)了多種巖石錨桿。如專利“管式摩擦可拉伸錨桿”，公告號(hào)為CN87207U8U，它由桿體和套管組成，其主要特點(diǎn)在于桿體頭部安設(shè)有阻擋件，套管分別由兩段大小不等徑的行程套管和摩擦套管連接而成，桿體通過機(jī)械力壓入套管中。當(dāng)桿體所受拉力超過與套管間的靜摩擦力時(shí)桿體在恒定阻力下被拉出，當(dāng)達(dá)到設(shè)計(jì)所需伸長量時(shí)，阻擋件起阻止作用。其錨固力相對(duì)較小，難以充分發(fā)揮錨桿的加固效果，且錨桿加工難度大。又如專利“全長多點(diǎn)楔脹式管縫錨桿”，公告號(hào)為CN1395025，由桿體、法蘭套環(huán)、托板及楔體組成。錨桿桿體為經(jīng)冷軋壓滾成開口管狀的桿體，沿管狀桿體全長開有一條開縫， 其截面為近似圓形。主要是通過利用楔脹力學(xué)原理，塞入楔體使錨桿的桿體膨脹，由于桿體膨脹孔壁產(chǎn)生徑向壓力，當(dāng)巖體沿桿體軸向位移時(shí)，由徑向壓力的作用會(huì)產(chǎn)生較大的摩擦阻力。該錨桿需打入多個(gè)楔形體，施工周期長，且采用中空鋼管，防腐性能差，還不適用于含瓦斯地層中煤巷支護(hù)。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提供了一種結(jié)構(gòu)簡單、制造成本較低、易于安裝的摩擦型樹脂錨桿及其安裝方法，該摩擦型樹脂錨桿尤其適用于變形量很大地下洞室、隧道以及邊坡的加固支護(hù)，且能對(duì)軟巖大變形、巖爆、沖擊礦壓以及滑坡等地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行很好的防治。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案
一、一種摩擦型樹脂錨桿，包括由2個(gè)及以上相同的長條狀樹脂材料環(huán)向拼接而成的管狀桿體、遇水可膨脹的充填物、楔體塞和托盤。其中，管狀桿體外表面為粗糙面，長條狀樹脂材料的橫截面呈圓弧狀，且長條狀樹脂材料的拼接處留有縫隙；管狀桿體空腔內(nèi)填充有遇水可膨脹的充填物；楔體塞呈圓臺(tái)形，可塞入位于鉆孔孔口處的管狀桿體內(nèi)以擴(kuò)張管狀桿體的外徑；托盤安裝于位于鉆孔孔口處的管狀桿體端部。上述管狀桿體采用纖維強(qiáng)化塑料制成。上述遇水可膨脹的充填物為粉狀或粒狀的生石灰、水泥、細(xì)砂和外加劑的混合物， 且生石灰的質(zhì)量百分比為609Γ90%，水泥的質(zhì)量百分比為109Γ25%，細(xì)砂的質(zhì)量百分比為 0 10%，外加劑為固體水玻璃，其質(zhì)量百分比為0 5%。上述楔體塞采用纖維強(qiáng)化塑料或鋼材制成。上述托盤為中部有圓孔的方形鋼板，且圓孔直徑與管狀桿體的外徑相等。二、上述摩擦型樹脂錨桿的安裝方法，依次包括以下步驟
步驟一，在擬加固的巖體上鉆孔，并清孔，所得鉆孔孔徑與管狀桿體外徑相等； 步驟二，將填充有遇水可膨脹的充填物的管狀桿體全部浸入水中，待其停止冒泡、但遇水可膨脹的充填物未發(fā)生明顯膨脹前，將管狀桿體從水中取出； 步驟三，將管狀桿體插入鉆孔中； 步驟四，安裝托盤和楔體塞。本發(fā)明錨桿的管狀桿體是采用強(qiáng)度高、耐腐蝕、價(jià)格相對(duì)便宜的樹脂制成，在管狀桿體內(nèi)部填充高膨脹力的充填物。將本發(fā)明錨桿安裝于事先鉆好的鉆孔中，充填物遇水將發(fā)生體積膨脹，管狀桿體內(nèi)的充填物將產(chǎn)生一定的膨脹力，使管狀桿體撐大，并緊緊擠壓在鉆孔孔壁上，從而提供錨固力，達(dá)到加固巖土體的目的，本發(fā)明錨桿所能提供的錨固力為錨桿管狀桿體極限抗拉力的709Γ95%。相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有如下的優(yōu)點(diǎn)和積極效果
1、本發(fā)明錨桿采用纖維強(qiáng)化塑料為管狀桿體材質(zhì)，并通過填充在管狀桿體內(nèi)的充填物的高膨脹力來實(shí)現(xiàn)全長錨固，可允許圍巖具有較大的變形量，尤其適用于變形量很大地下洞室、隧道以及邊坡的加固支護(hù)，能對(duì)軟巖大變形、巖爆、沖擊礦壓以及滑坡等地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行很好的防治；
2、本發(fā)明采用纖維強(qiáng)化塑料為管狀桿體材質(zhì)，與鋼材相比，成本低廉，且防腐性和耐久性好，另外，以纖維強(qiáng)化塑料為管狀桿體材質(zhì)，切割時(shí)不產(chǎn)生火花，適用于采掘煤巷的加固， 客服了傳統(tǒng)管縫錨桿僅能用鋼材制造的缺陷；3、本發(fā)明錨桿依賴填充在管狀桿體內(nèi)的充填物的高膨脹力來實(shí)現(xiàn)錨桿的全長自錨固， 克服了傳統(tǒng)管縫錨桿和水脹式錨桿初阻力和可靠性低的缺陷；本發(fā)明錨桿還可以通過調(diào)整充填物的組成來控制其膨脹速度，從而實(shí)現(xiàn)錨桿的快速錨固，并能有效控制巖體的變形量；
4、本發(fā)明錨桿結(jié)構(gòu)簡單、制造簡單、制造成本較低、安裝方便快捷。


圖1為本發(fā)明具體實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明具體實(shí)施例的橫剖面示意圖。圖3為本發(fā)明具體實(shí)施例的支架示意圖。圖中1 一管狀桿體、2—遇水可膨脹的充填物、3—楔體塞、4一托盤、5—鉆孔孔壁、 6—支架。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明錨桿的組成部分包括由2個(gè)及以上相同的長條狀樹脂材料環(huán)向拼接而成的管狀桿體、遇水可膨脹的充填物、楔體塞和托盤組成，其中
管狀桿體外表面為粗糙面，長條狀樹脂材料的橫截面呈圓弧狀，且長條狀樹脂材料的拼接處留有縫隙；
管狀桿體空腔內(nèi)填充有遇水可膨脹的充填物，但管狀桿體處于鉆孔孔口外的端部不填充遇水可膨脹的充填物，充填物遇水后體積膨脹產(chǎn)生膨脹力，使得管狀桿體橫截面發(fā)生擴(kuò)張，并產(chǎn)生膨脹壓力，管狀桿體緊貼在鉆孔孔壁上，從而產(chǎn)生錨固力，阻止管狀桿體與孔壁的相對(duì)滑動(dòng)，達(dá)到加固巖土體的目的，可通過調(diào)整充填物的組成來控制其膨脹速度和膨脹壓力；
楔體塞呈圓臺(tái)形，塞入位于鉆孔孔口處的管狀桿體內(nèi)，以擴(kuò)張管狀桿體的外徑，使得塞入楔體塞處的管狀桿體橫截面的最大外徑大于鉆孔直徑，從而阻止管狀桿體端部向鉆孔內(nèi)移動(dòng)；托盤安裝于位于鉆孔孔口處的管狀桿體端部，楔體塞和托盤共同作用實(shí)現(xiàn)對(duì)錨桿桿體端部的錨固；
管狀桿體由長條狀纖維強(qiáng)化塑料通過設(shè)有卡槽的環(huán)狀或筒狀支架拼接而成；遇水可膨脹的充填物為粉狀或粒狀的生石灰、水泥、砂和外加劑的混合物。其中，生石灰的質(zhì)量百分比為60% 90%，水泥的質(zhì)量百分比為10% 25%，細(xì)砂的質(zhì)量百分比為0 10%，外加劑為固體水玻璃，其質(zhì)量百分比為(Γ5% ；楔體塞可采用纖維強(qiáng)化塑料或鋼材制做；托盤為中部有圓孔的方形鋼板，所述的圓孔直徑與管狀桿體直徑相等。本發(fā)明錨桿的安裝方法，依次包括以下步驟
步驟一，在擬加固的巖體上鉆孔，并清孔，所得鉆孔孔徑與管狀桿體外徑相等；本步驟中可采用壓縮空氣進(jìn)行清孔；
步驟二，將填充有遇水膨脹充填物的管狀桿體全部浸入水中，待其停止冒泡、但遇水可膨脹的充填物未發(fā)生明顯膨脹前，將管狀桿體從水中取出； 步驟三，將管狀桿體插入鉆孔中；
步驟四，將托盤安裝在管狀桿體位于鉆孔孔口處的端部，并將楔體塞塞入管狀桿體的內(nèi)，即完成摩擦型樹脂錨桿的安裝。下面將通過具體實(shí)施例進(jìn)一步說明本發(fā)明。如圖1、2、3所示為本發(fā)明具體實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖所示，本實(shí)施例錨桿由管狀桿體1、遇水可膨脹的充填物2、楔體塞3和托盤4組成，遇水可膨脹的充填物2充填在管狀桿體1內(nèi)部，楔體塞3塞入位于鉆孔孔口處的管狀桿體1的內(nèi)，托盤4安裝于位于鉆孔孔口處的管狀桿體端部，管狀桿體1長度為2. 5m，其橫截面內(nèi)徑為40mm，外徑為42mm。管狀桿體1由3個(gè)橫截面呈圓弧狀、且圓弧直徑相等的長條狀樹脂材料通過4個(gè)設(shè)有卡槽的塑料環(huán)狀支架6拼接而成，長條狀樹脂材料厚度為4mm，其外表面為磨砂粗糙面，每個(gè)長條狀樹脂材料橫截面圓弧的角度均為101°，3個(gè)長條狀樹脂材料橫截面的圓弧總角度為303°。長條狀樹脂材料的拼接處均留有4mm寬的縫隙。管狀桿體1的一端預(yù)留 80mm不填充遇水可膨脹的充填物2。遇水可膨脹的充填物2由粉狀和粒狀的生石灰、水泥、細(xì)砂和固體水玻璃混合而成，其中，粉粒狀生石灰的質(zhì)量百分比為60%，水泥的質(zhì)量百分比為25%，細(xì)砂的質(zhì)量百分比為10%，固體水玻璃的質(zhì)量百分比為5% ；遇水可膨脹的充填物2吸水后發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，體積膨脹，并使管狀桿體1發(fā)生膨脹，并產(chǎn)生膨脹壓力，膨脹壓力使得管狀桿體1緊貼在鉆孔孔壁5上，從而達(dá)到錨固的效果。本具體實(shí)施例的錨桿的錨固力在5min以內(nèi)可達(dá)到6噸以上。楔體塞3的材質(zhì)為鋼材，呈圓臺(tái)形，其高度為50mm，最小橫截面直徑為30mm，最大橫截面直徑為35mm ；楔體塞3塞入位于鉆孔孔口處的管狀桿體1內(nèi)，管狀桿體1被楔體塞3 擴(kuò)張后的最大外徑應(yīng)大于鉆孔直徑，本具體實(shí)施例中管狀桿體1被楔體塞3擴(kuò)張后其橫截面最大外徑可達(dá)43mm ；
托盤4為中部有圓孔的方形鋼板，所述圓孔直徑為42mm。本具體實(shí)施例錨桿的安裝方法，依次包括以下步驟
步驟一，本具體實(shí)施例錨桿管狀桿體1橫截面外徑為42mm，所以，在擬加固的巖體上鉆一直徑為42mm的鉆孔，并用壓縮空氣進(jìn)行清孔；
步驟二，將填充有遇水可膨脹的充填物2的管狀桿體1全部浸入水中約1分鐘，此時(shí)， 水中已停止冒泡，但遇水可膨脹的充填物2還未發(fā)生明顯膨脹，將管狀桿體1從水中取出； 步驟三，將管狀桿體1插入鉆孔中；
步驟四，將托盤4安裝在管狀桿體位于鉆孔孔口處的端部，并將楔體塞3插入位于鉆孔孔口處的管狀桿體內(nèi)，本具體實(shí)施例中管狀桿體1被楔體塞3擴(kuò)張后最大外徑可達(dá)43mm，該外徑大于鉆孔直徑，從而可以阻止管狀桿體1端部向鉆孔內(nèi)移動(dòng)，起到阻止表面巖體向臨空面變形的作用。
權(quán)利要求
1.一種摩擦型樹脂錨桿，其特征在于包括由2個(gè)及以上相同的長條狀樹脂材料環(huán)向拼接而成的管狀桿體、遇水可膨脹的充填物、楔體塞和托盤，其中，管狀桿體外表面為粗糙面，長條狀樹脂材料的橫截面呈圓弧狀， 且長條狀樹脂材料的拼接處留有縫隙；管狀桿體空腔內(nèi)填充有遇水可膨脹的充填物；楔體塞呈圓臺(tái)形，塞入位于鉆孔孔口處的管狀桿體內(nèi)以擴(kuò)張管狀桿體的外徑；托盤安裝于位于鉆孔孔口處的管狀桿體端部。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的摩擦型樹脂錨桿，其特征在于所述的管狀桿體采用纖維強(qiáng)化塑料制成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的摩擦型樹脂錨桿，其特征在于所述的遇水可膨脹的充填物為粉狀或粒狀的生石灰、水泥、細(xì)砂和外加劑的混合物。
4.根據(jù)權(quán)利要求4所述的摩擦型樹脂錨桿，其特征在于所述的遇水可膨脹的充填物的組成比例為生石灰的質(zhì)量百分比為609Γ90%，水泥的質(zhì)量百分比為109Γ25%，細(xì)砂的質(zhì)量百分比為(Γ10%，外加劑為固體水玻璃，其質(zhì)量百分比為0 5%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的摩擦型樹脂錨桿，其特征在于 所述的楔體塞采用纖維強(qiáng)化塑料或鋼材制成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的摩擦型樹脂錨桿，其特征在于所述的托盤為中部有圓孔的方形鋼板，且圓孔直徑與管狀桿體橫截面外徑相等。
7.權(quán)利要求1所述的摩擦型樹脂錨桿的安裝方法，其特征在于，包括以下步驟步驟一，在擬加固的巖體上鉆孔，并清孔，所得鉆孔孔徑與管狀桿體外徑相等；步驟二，將填充有遇水可膨脹的充填物的管狀桿體全部浸入水中，待其停止冒泡、但遇水可膨脹的充填物未發(fā)生明顯膨脹前，將桿體從水中取出；步驟三，將管狀桿體插入鉆孔中；步驟四，安裝托盤和楔體塞。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種摩擦型樹脂錨桿及其安裝方法，本發(fā)明錨桿包括由2個(gè)及以上相同的長條狀樹脂材料環(huán)向拼接而成的管狀桿體、遇水可膨脹的充填物、楔體塞和托盤，其中，管狀桿體外表面為粗糙面，長條狀樹脂材料的橫截面呈圓弧狀，且長條狀樹脂材料的拼接處留有縫隙；管狀桿體空腔內(nèi)填充有遇水可膨脹的充填物；楔體塞呈圓臺(tái)形，塞入位于鉆孔孔口處的管狀桿體內(nèi)。本發(fā)明錨桿通過鉆孔、桿體浸泡、桿體插入鉆孔、安裝托盤和楔體塞四個(gè)步驟進(jìn)行安裝。本發(fā)明錨桿具有安裝速度快，錨固力高，允許巖體大變形，加工方便，經(jīng)濟(jì)性好等特點(diǎn)。
文檔編號(hào)E02D17/20GK102392457SQ20111031757
公開日2012年3月28日 申請日期2011年10月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月19日
發(fā)明者周創(chuàng)兵, 姜清輝, 孫金山 申請人:武漢大學(xué)