[发明专利]一种大变形预应力锚杆

说明书

技术领域

本发明涉及岩土工程锚固技术领域，更具体涉及一种大变形预应力锚杆，适用于煤矿、公路隧道和边坡工程，以及其它涉及软弱岩体锚固支护的岩土工程，可在围岩产生较大变形的情况下保持一定的锚固力，有利于锚固支护体系的持久安全和有效。

背景技术

煤矿、隧道等深埋地下工程的生产和建设过程中经常会遇到软弱围岩的支护问题，由于软岩在高地应力作用下变形大，且持续时间长，因此对支护措施提出了更高的要求。目前，在工程中经常采用锚杆支护方式加固围岩，但现有的锚杆通常适应围岩变形能力较弱，或者提供锚固力较小，当软弱岩体变形量大时，极易引起锚固胶结面脱粘失效、锚固岩体体屈服等，使得锚杆锚固能力大大降低并失效，进而引发围岩应力快速调整，围岩能量释放速率快，造成支护结构损坏，易发生突发事故。而且现有锚杆在使用中经常会由于爆破振动荷载和往复荷载的作用而导致松脱，降低了锚杆的锚固能力。因此，有必要发明一种变形能力强、力学性能好的大变形预应力锚杆，以适应软弱、破碎围岩锚固支护的需要。

根据对期刊文献和专利检索，关于大变形预应力锚杆有以下结果：

赖应得（几种可伸长锚杆[J]，煤矿开采，1998,3:49-50）对可伸长锚杆进行统计分析，共有蛇形可伸长锚杆、套管摩擦式可伸长锚杆、孔口弹簧压缩式可舒伸长锚杆、杆体伸长和孔口压缩式可伸长锚杆、塑料压缩筒可伸长锚杆和杆体拉长式可伸长锚杆等。李轴（一种适用于大变形支护的新型可伸长锚杆[J]，中南公路工程，2007,32(2):103-105,127）提出了一种套筒摩擦式大变形锚杆，均有较强的变形能力。候朝烔（可伸长锚杆原理及应用，东北煤炭技术，1995,5:21-25,32）提出了一种H型杆体和尾部改进型可伸长锚杆。吴德兴（专利号：200610051809.2，专利名称：一种预应力锚杆装置）提出了一种预应力锚杆装置，一次注浆即可实现锚固段及自由段注浆施工，但结构较为复杂。覃卫民（专利号：03128107.9专利名称：一种砂固结内锚头预应力锚杆及其锚固方法）提出了一种砂固结内锚头预应力锚杆的制作方法，提高了砂固结锚杆的成功率和锚固能力。

除了以上研究与成果，末检索到关于大变形预应力锚杆的研究与产品还有很多，但由于结构复杂、锚固效果差和不便于施工等原因，这些锚杆均末在工程中得到推广应用。

发明内容

本发明的目的是在于提供了一种大变形预应力锚杆装置，结构简单，操作方便，变形能力强，具有防松脱功能，工作力学性能好，成本低，易于加工，安装方便，特别适合于煤矿、隧道等地下工程。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种可适应于软弱围岩的大变形预应力锚杆，包括开缝带帽筒体、锥形楔体、垫片、锁紧螺母、锚杆杆体。其特征在于：锚杆杆体依次穿过开缝带帽筒体、锥形楔体、垫片、锁紧螺母，开缝带帽筒体嵌入钻孔孔口，开缝带帽筒体与锥形楔体通过摩擦接触相匹配，锥形楔体前端插入开缝带帽筒体，最后由锁紧螺母锁紧固定。锚杆杆体为带螺纹实心钢筋或空心钢管，锚杆杆体一端为麻花型或直线型，作为锚固段；锚杆杆体中部为正弦波形曲线型，在锚杆杆体受力后可以拉直，增加锚杆杆体变形能力；锚杆杆体另一端带有外螺纹，通过旋紧螺母施加预紧力。开缝带帽筒体由6～8mm厚薄钢板制成，筒体底部留有锚杆杆体穿过的孔洞。弧形段圆心角为100°～120°之间，其作用是在锚杆承受轴力以后起到缓冲作用，防止锚杆杆体在受到往复荷载和振动荷载作用时松脱；开缝带帽筒体的翼板主要起到承压作用，通过调整其半径大小可以适应不同的承压需要；开缝带帽筒体的翼沿部分设计成上翘形状，可以在开缝带帽筒体受力后，沿围岩劈面滑动。开缝带帽筒体加工有一纵缝，使锥形楔体在一定压力作用下可滑入筒体。开缝带帽筒体一方面与锥形楔体组合，通过锥形楔体在筒体中的摩擦滑动提供锚杆的较大变形，另一方面还起到承压板的作用。锥形楔体由圆钢通过车床加工而成，其内留有锚杆杆体穿过的空洞，锥形楔体一端直径略小于开缝带帽筒体的筒体直径，另一端直径要大于筒体，通过调整锥形楔体的直径，可以得到不同的锚杆工作阻力。

因为大变形预应力锚杆伸长量由锚杆曲线部分拉直部分、筒体长度部分和杆体本身延性伸长部分组成，因此大变形预应力锚杆变形量远大于传统预应力锚杆。通过调整锚杆曲线段的波形数和筒体的长度，几乎可以适应各种软弱围岩锚固需要。

本发明的锚固方法，其步骤是：