一种带自锁结构的锚杆及方法

技术领域

本发明属于锚固技术领域，涉及一种带自锁结构的锚杆及方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

锚杆是一种用于加固土体或岩石的结构元素，常用于地下隧道、挖掘开挖工程、岩土工程等领域，具备支撑和加固的作用。

传统的钢筋锚杆施工作业时，需要先成孔，然后向孔内放入锚杆后，再通过锚杆中间的孔向里面注浆，而自进式中空注浆锚杆作为锚杆的一种，自身可当钻杆用，能够自行成孔，成孔后通过自进式中空注浆锚杆中间的孔向里面注浆，相比传统锚杆施工来说，减少了成孔以及放锚杆的步骤，具备明显的优势，因此自进式中空注浆锚杆使用较广，主要用于岩石破碎，成孔不好的地质情况。

虽然在自进式中空注浆锚杆能够在松散岩土条件下进行应用，但是目前的自进式中空注浆锚杆主要依靠注浆液凝结来进行锚固，使得自进式中空注浆锚杆的承载力受限于锚杆和注浆的接触面积以及注浆压力，因此其承载力相对较低，而且抗拔能力存在不足。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种带自锁结构的锚杆及方法，本发明通过自锁结构能够将中空注浆锚杆固定在孔洞内，提高其承载力以及抗拔能力。

根据一些实施例，本发明采用如下技术方案：

一种带自锁结构的锚杆，包括中空注浆锚杆本体和自锁结构，中空注浆锚杆本体的一端连接有钻头，另一端设置有连接套，所述连接套用于连接相邻两个中空注浆锚杆本体；

所述自锁结构设置在所述连接套上，所述自锁结构包括安装套、锁定杆、顶杆与伸缩机构，安装套固定在所述连接套背对钻头的一侧，且与连接套同心设置，安装套的外壁上开设有沿其长度方向设置的收纳槽，所述安装套的内壁上开设有环形安装槽，环形安装槽与收纳槽之间通过安装孔连通；

至少有两个收纳槽，且两个收纳槽沿着安装套轴心对称设置，收纳槽内分别设置有一锁定杆，每个锁定杆靠近连接套的一端固定有连接耳，所述连接耳与固定在收纳槽内的铰接轴铰接，连接耳远离锁定杆的端部通过连接杆固定有弧形杆，所述收纳槽的槽底开设有与弧形杆同心设置弧形槽，弧形槽与环形安装槽连通，所述弧形杆滑动卡装在弧形槽内，两个顶杆的一端分别对应滑动卡装在两个所述安装孔内，两个顶杆的另一端位于所述环形安装槽内，每个顶杆正对弧形槽的侧壁上开设有通口，所述弧形杆的另一端延伸至通口内；

所述伸缩机构的输出端与顶杆背对锁定杆的端部连接，用于带动顶杆从安装孔内伸出将所述锁定杆顶住。

作为可选择的实施方式，所述伸缩机构包括第一套管、第二套管、安装块与插杆，第一套管设置在所述安装套的内部，且与安装套同心设置，第一套管的两侧外壁上中心对称固定有弧形挤压块，所述安装套背对连接套一端的两侧内壁上开设有滑槽，且滑槽沿安装套的长度方向设置，两个所述滑槽与两个所述收纳槽呈十字形交叉设置，所述滑槽的形状与所述弧形挤压块相同，所述弧形挤压块滑动卡装在所述滑槽内，所述滑槽与环形安装槽连通；

第二套管设置在所述安装套的内部，且与安装套同心设置，第二套管固定在第一套管背对连接套的一端，第二套管的外壁周向设有螺旋槽，安装块设置在第二套管与安装套之间，安装块正对螺旋槽的侧壁上固定有销轴，销轴滑动卡装在所述螺旋槽内，安装块背对第一套管的侧壁上开设有插孔，以为插杆提供插入空间。

作为进一步优先的方案，插杆呈T形，插杆的水平端用于插入所述插孔内。

作为进一步优先的方案，所述弧形挤压块的顶面开设有定位孔。

作为进一步优先的方案，所述安装套背对连接套的端部固定有导向块，导向块内开设有呈喇叭形的导向孔，导向孔与所述插孔同心设置。

作为进一步优先的方案，所述滑槽内固定有挡块，所述挡块设置在远离连接套的一侧。

作为进一步优先的方案，所述顶杆与弧形挤压块以及锁定杆向接触的面上均设有耐磨层。

作为进一步优先的方案，所述顶杆的两端呈半球状。

作为进一步优先的方案，所述中空注浆锚杆本体有多个，相邻两个中空注浆锚杆本体之间通过连接套固定，所述插杆的水平端两端平行错位设置，且通过弯折部连接。

基于上述一种带自锁结构的锚杆的作业方法，包括以下步骤：

在进行锚固作业时，先将钻头安装在中空注浆锚杆本体前进的前端，然后将中空注浆锚杆本体与钻机连接进行钻进，当钻进到一定深度后，在中空注浆锚杆本体的尾部通过连接套连接另一中空注浆锚杆本体，两个中空注浆锚杆本体的首尾进行连接；

继续进行钻进，当钻进结束后，通过自锁结构将锚杆整体锁定在孔洞内，然后向中空注浆锚杆本体内注浆，浆液从中空注浆锚杆本体靠近钻头处侧壁上开设的孔洞内流出，使整个孔洞注满浆液。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明通过设置的收纳槽，使得安装套跟随连接套以及中空注浆锚杆本体转动的过程中，使得锁定杆收缩在收纳槽内，避免影响钻孔过程，通过伸缩机构带动顶杆从安装孔内伸出，利用顶杆将锁定杆从收纳槽内顶出，使得锁定杆围绕铰接轴转动，从而使得两个锁定杆呈八字形插入到孔壁内，将锚杆整体固定在孔洞内，相较于传统的中空注浆锚杆来说，不仅提升了承载力，还提升了抗拔能力。

本发明通过设置的弧形杆能够跟随锁定杆转动，穿过顶杆上设置的通口与环形安装槽的内壁相抵，从而对锁定杆转动的角度进行限定，使得两个锁定杆形成的八字开口始终背对钻头，将中空注浆锚杆本体牢牢的固定在孔洞内，从而避免锁定杆角度转动过大，使得八字开口方向转动至钻头的一侧，减弱固定能力。

本发明将自锁结构设置在连接套上，不仅便于安装，而且能够对每个中空注浆锚杆本体的连接处进行锁定加固，使得锚杆整体能够均匀受力，同时还能够在某个连接处的孔壁较为脆弱无法插入实现自锁时，利用其他连接处设置的自锁结构进行自锁，因此具有多点自锁的优势，能够避免单一自锁存在失效的问题出现。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明在一种实施例的俯视结构示意图；

图2为本发明在一种实施例中锁定杆收缩在收纳槽内时的连接套与安装套的内部结构剖视示意图；

图3为图2中A-A处剖视示意图；

图4为图2中B处局部放大结构示意图；

图5为图2中C处局部放大结构示意图；

图6为本发明在一种实施例中锁定杆伸出收纳槽时的连接套与安装套的内部结构剖视示意图；

图7为图6中D-D处剖视示意图；

图8为图7中F处局部放大结构示意图；

图9为图6中E处局部放大结构示意图；

图10为本发明在一种实施例中连接套与安装套的内部结构俯视剖视示意图；

图11为本发明在一种实施例中连接套与安装套的内部结构主视剖视示意图；

图12为本发明在一种实施例第一套管与第二套管的俯视结构示意图；

图13为本发明在一种实施例中的插杆的结构示意图；

图14为本发明在一种实施例中的插杆的一种优化结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

实施例一

如图1到图14所示，本实施例提供一种带自锁结构的锚杆，包括中空注浆锚杆本体1和自锁结构，中空注浆锚杆本体1的两端分别连接有钻头11与连接套12，连接套12用于连接相邻两个中空注浆锚杆本体1，自锁结构设置在连接套12上，自锁结构包括安装套2、两个锁定杆3、两个顶杆5与伸缩机构，安装套2固定在连接套12背对钻头11的一侧，且与连接套12同心设置，安装套2的两侧外壁上开设有沿其长度方向设置的收纳槽21，安装套2的内壁上开设有环形安装槽22，环形安装槽22与收纳槽21之间通过安装孔23连通，两个锁定杆3分别对应设置在收纳槽21内，每个锁定杆3靠近连接套12的一端固定有连接耳31，连接耳31与固定在收纳槽21内的铰接轴32铰接，连接耳31远离锁定杆3的端部通过连接杆固定有弧形杆4，收纳槽21的槽底开设有与弧形杆4同心设置弧形槽24，弧形槽24与环形安装槽22连通，弧形杆4滑动卡装在弧形槽24内，两个顶杆5的一端分别对应滑动卡装在两个安装孔23内，两个顶杆5的另一端位于环形安装槽22内，每个顶杆5正对弧形槽24的侧壁上开设有通口51，弧形杆4的另一端延伸至通口51内；伸缩机构的输出端与顶杆5背对锁定杆3的端部连接，用于带动顶杆5从安装孔23内伸出将锁定杆3顶住。

本实施例中，在进行锚固作业时，先将钻头11安装在中空注浆锚杆本体1进的前端，然后将中空注浆锚杆本体1与钻机连接进行钻进，当钻进到一定深度后，在中空注浆锚杆本体1的尾部通过连接套12连接新的中空注浆锚杆本体1，具体连接过程参照图2，连接套12的两侧壁上设有螺纹孔13，通过螺纹连接螺栓14与螺纹孔13的配合，将两个中空注浆锚杆本体1的首尾进行连接，连接后，继续进行钻进，当钻进结束后，通过自锁结构将锚杆整体锁定在孔洞内，然后向中空注浆锚杆本体1内注浆，浆液从中空注浆锚杆本体1靠近钻头11处侧壁上开设的孔洞内流出，从而使整个孔洞注满浆液，同时在中空注浆锚杆本体1的尾部连接止浆塞与垫板，避免浆液溢出，其中，通过自锁结构进行对中空注浆锚杆本体1进行锁定的原理如下：

由于收纳槽21的存在，使得安装套2跟随连接套12以及中空注浆锚杆本体1转动的过程中，使得锁定杆3收缩在收纳槽21内，避免影响钻孔过程，钻孔结束后，通过伸缩机构带动顶杆5从安装孔23内伸出，参照图9，顶杆5会将锁定杆3从收纳槽21内顶出，使得锁定杆3围绕铰接轴32转动，从而使得两个锁定杆3呈八字形插入到孔壁内，同时弧形杆4会跟随锁定杆3转动并穿过顶杆5上设置的通口51与环形安装槽22的内壁相抵，从而对锁定杆3转动的角度进行限定，使得两个锁定杆3形成的八字开口始终背对钻头11，将中空注浆锚杆本体1固定在孔洞内，从而避免锁定杆3角度转动过大，使得八字开口方向转动至钻头11的一侧，减弱固定能力，本实施例中的自锁结构设置在连接套12上，不仅便于安装，而且能够对两个锁定杆3张开的角度进行限位，使其牢牢的插入到孔壁内，从而将锚杆整体固定在孔洞内，避免锚杆整体移动，因此不仅提升了承载力，还提升了抗拔能力。

实施例二

本实施例在实施例一的基础上，对伸缩机构的具体结构进行限定，伸缩机构包括第一套管61、第二套管63、安装块65与插杆68，第一套管61设置在安装套2的内部，且与安装套2同心设置，第一套管61的两侧外壁上中心对称固定有弧形挤压块62，安装套2背对连接套12一端的两侧内壁上开设有滑槽25，且滑槽25沿安装套2的长度方向设置，两个滑槽25与两个收纳槽21呈十字形交叉设置，滑槽25的形状与弧形挤压块62相同，弧形挤压块62滑动卡装在滑槽25内，滑槽25与环形安装槽22连通，第二套管63设置在安装套2的内部，且与安装套2同心设置，第二套管63固定在第一套管61背对连接套12的一端，第二套管63的外壁周向设有螺旋槽64，安装块65设置在第二套管63与安装套2之间，安装块65正对螺旋槽64的侧壁上固定有销轴66，销轴66滑动卡装在螺旋槽64内，安装块65背对第一套管61的侧壁上开设有插孔67，插杆68呈T形，插杆68的水平端用于插入插孔67内。

本实施例中，在通过伸缩机构带动顶杆5从安装孔23内伸出时，参照图2和图6，利用插杆68的水平端插入到插孔67内，由于两个弧形挤压块62滑动卡装在两个滑槽25内，因此第一套管61与第二套管63被限位，自身不能转动，只能沿安装套2的长度方向移动，因此通过推动插杆68使其带动安装块65沿安装套2的长度方向移动，安装套2移动的过程中通过销轴66带动第二套管63与第一套管61同步移动，当第一套管61上设置的两个弧形挤压块62从滑槽25内伸出进入到环形安装槽22内时，此时滑槽25不在对弧形挤压块62进行限位，使得第一套管61与第二套管63能够转动，因此，继续通过推动插杆68带动安装块65沿安装套2的长度方向移动时，弧形挤压块62会首先与环形安装槽22的内壁相抵，从而使得第一套管61不能在继续深入移动，由于螺旋槽64的存在，当第一套管61与第二套管63不能够移动时，随着继续推动插杆68带动安装块65沿安装套2的长度方向移动时，安装块65会通过销轴66挤压螺旋槽64，从而使得第二套管63转动，第二套管63转动时会带动第一套管61以及两个弧形挤压块62同步转动，参照图3和图7所示，弧形挤压块62转动时会将顶杆5的下端抵住，且随着弧形挤压块62的高度逐渐增加，使因此会将顶杆5顶出，从而利用顶杆5抵住锁定杆3，使得两个锁定杆3从收纳槽21内伸出并插入到孔壁内，同时参照图7，两个弧形挤压块62转动后会卡在环形安装槽22内，从而对第一套管61的水平移动位置形成定位，从而保证弧形挤压块62能够顶住顶杆5，本实例考虑到中空逐渐锚杆本体1钻进深度较深，由于插杆68较细，无法直接利用插杆68来带动第一套管61和两个弧形挤压块62转动，因此通过上述设置，使得施工人员只需推动插杆68前进，就能实现带动第一套管61和两个弧形挤压块62先前进后转动的功能，从而非常容易的就能张开两个锁定杆3实现对自锁功能。

进一步的，如图7、图8和图12所示，为了能够对顶杆5的竖直移动位置进行限位，因此在弧形挤压块62的顶面开设有定位孔621，通过设置的定位孔621能够在弧形挤压块62先将顶杆5顶住竖直移动后，将顶杆5的底部进行锁定限位，从而限制顶杆5的的水平移动位置，并且通过与弧形杆4的配合，将顶杆5的竖直与水平位置同时进行限定，使得顶杆5始终保持将锁定杆3顶出的功能，从而保证两个锁定杆3始终呈八字开口姿势牢牢的插入孔壁内。

进一步的，如图2所示，为了便于施工人员将插杆68准确的插入插孔67内，因此在安装套2背对连接套12的端部固定有导向块7，导向块7内开设有呈喇叭形的导向孔71，导向孔71与插孔67同心设置，通过导向孔71能够对插杆68进行导向，使得插杆68能够轻松对准并插入到插孔67内。

进一步的，如图10与图11所示，为了在连接套2跟随中空注浆锚杆本体1转动时，避免将第一套管61与第二套管63甩出，因此在滑槽25内固定有挡块8，挡块8设置在远离连接套12的一侧，通过挡块8能够阻挡弧形挤压块62位于滑槽25内的位置，从而避免弧形挤压块62从滑槽25的尾部脱离，进而将第一套管61与第二套管63限制在安装套2内。

进一步的，为了避免弧形挤压块62转动将顶杆5顶起以及顶杆5顶住锁定杆3时，受到孔壁给与的反作用力过大，导致顶杆5与弧形挤压块62以及锁定杆3向接触的面上受损，因此在顶杆5与弧形挤压块62以及锁定杆3向接触的面上均设有耐磨层。

进一步的，如图8所示，为了避免顶杆5的两端与弧形挤压块62以及锁定杆3接触时，顶杆5的棱角容易造成干扰以及产生过大的磨损，因此将顶杆5的两端设置呈半球状。

进一步的，如图1和图14所示，考虑到锚固作用对中空注浆锚杆本体1钻进的孔洞深度要求较深时，需要两个以上的中空注浆锚杆本体1拼接组成锚固整体，因此本实施例基于两个以上的中空注浆锚杆本体1，在相邻两个中空注浆锚杆本体1之间通过连接套12固定，同时考虑到多个连接套12存在时，会干扰到插杆68水平端插入插孔67，因此将插杆68的水平端两端平行错位设置，且通过弯折部681连接，参照图14，通过设置的弯折部681，使得施工人员能够通过转动插杆68，利用弯折部681来绕过位于外侧的连接套12，当插杆68伸入孔洞内时，将插杆68靠近竖直端的一侧紧贴连接套12的外壁上，然后转动插杆68，使得插杆68远离竖直端的一侧越过连接套12，直到移动到最内侧的连接套12位置时，转动插杆68，使得插杆68远离竖直端的一侧伸入到安装套2的内侧，来撑开自锁结构，然后向孔道外侧移动，翻转插杆68插杆68远离竖直端的一侧越过与最内侧相邻的连接套12，当越过后，再反向转动插杆68，使得插杆68远离竖直端的一侧伸入到安装套2的内侧，来撑开自锁结构，重复上述步骤，从而依次由内至外，将孔洞内的每个连接套12上设置的自锁结构撑开，从而将锚杆整体锁定在孔洞内，而且每个连接套12上都有一个自锁结构，使得锚杆整体能够均匀受力，其抗拔强度大大提高，而且当某个连接套12处的孔壁无法插入进行自锁时，利用其他连接套12上的自锁结构进行自锁，实现多点自锁，能够避免单一自锁存在失效的问题出现。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。