一种抗剪预应力锚杆装置及其施工方法

技术领域

本发明涉及城市轨道交通隧道、边坡、基坑支护技术领域，尤其是涉及一种抗剪预应力锚杆装置及其施工方法。

背景技术

岩体的破坏是结构面相互作用及发展发育扩展的过程，在围岩发生变形的同时，结构面间同步发生错动或错动趋势，进而围岩岩体将沿着弱结构面发生滑移，致使围岩松动破裂，导致围岩冒顶、花落、片帮的现象发生，甚至发生失稳破坏，土质边坡破坏更是容易沿着剪切面发生破坏。目前，城市轨道交通隧道、边坡、基坑领域所用的传统锚杆抗剪性能是由锚杆轴向拉应力进行补偿，在抵抗剪切变形过程中易造成拉应力分散或损失，抗剪性能差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种抗剪预应力锚杆装置及其施工方法，该抗剪预应力锚杆及其施工方法具有很好的抗剪性能，能有效增强交通隧道、边坡、基坑的结构稳定性。

本发明提供一种抗剪预应力锚杆装置，包括锚杆，所述锚杆的外部套设有钢套管，所述锚杆设有外螺纹，所述钢套管内设有内螺纹，所述钢套管与所述锚杆通过所述外螺纹和所述内螺纹转动连接。

进一步地，所述钢套管为长圆台形套管，所述钢套管由钻孔的深部至浅部直径逐渐变大，所述钢套管的深部的内径与所述锚杆的最大外径相等。

进一步地，所述钢套管的上端固定有定位器。

进一步地，所述钢套管包括顶部套管和底部套管，所述顶部套管与所述底部套管固定连接。

进一步地，所述底部套管为无缝钢管。

进一步地，所述底部套管为直线切缝钢管。

进一步地，所述底部套管为螺旋切缝钢管。

进一步地，所述锚杆位于钻孔的内部，所述钻孔的底部固定有锚固段，所述锚杆的下端与所述锚固段固定连接，所述锚杆的长度大于所述钻孔的深度，所述锚杆的上端与锚具固定连接。

进一步地，所述锚固段由树脂锚固剂制成。

本发明还提供一种抗剪预应力锚杆装置施工方法，该方法包括下述步骤：

S1：确定锚杆搭设位置，钻钻孔；

S2：对钻孔进行清孔，将锚固剂放入钻孔中，用锚杆将锚固剂送到钻孔的底部；

S3：用锚杆钻机与锚杆顶部连接，启动锚杆钻机，锚杆将锚固剂包封破坏，并旋转5～10s或锚杆钻机无法旋转为止；

S4：待锚固剂固结后形成锚固段，解除锚杆与锚杆钻机间的连接；

S5：将钢套管螺旋套入锚杆上，钢套管的底部固定在锚固段内；

S6：在钢套管的顶部和锚杆之间安装定位器；

S7：对锚杆进行张拉；

S8：在锚杆露出钻孔的部分安装托盘和锚具。

本发明的技术方案通过在锚杆上设有钢套管，锚杆上设有外螺纹，钢套管上设有内螺纹，锚杆与钢套管通过外螺纹和内螺纹转动连接，解决了传统锚杆抗剪性能是由锚杆轴向拉应力进行补偿，在抵抗剪切变形过程中易造成拉应力分散或损失，抗剪性能差的问题，钢套管分担了锚杆上的剪切力，提高整个装置的抗剪性能，为城市轨道交通隧道、边坡、基坑增强结构稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明整体结构示意图；

图2为本发明实施例1中钢套管结构示意图；

图3为本发明实施例2中钢套管结构示意图；

图4为本发明实施例3中钢套管结构示意图；

附图标记说明：1-锚固段、2-钢套管、201-顶部套管、202-底部套管、3-定位器、4-垫板、5-锚杆、6-钻孔、7-锚具；

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语"中心"、"纵向"、"横向"、"长度"、"宽度"、"厚度"、"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"、"竖直"、"水平"、"顶"、"底"、"内"、"外"、"顺时针"、"逆时针"等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语"第一"、"第二"仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有"第一"、"第二"的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，"多个"的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。此外，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

如图1-图2所示：

本发明提供一种抗剪预应力锚杆装置，包括设置在城市轨道交通隧道、边坡、基坑等结构上的钻孔6，在钻孔6的底部用树脂锚固剂制成锚固段1，锚固段1将锚杆5的底部固定，锚杆5的长度要长于钻孔6的深度，锚杆5的上端位于钻孔6的外部，锚杆5的上端设有垫板4，锚杆5穿过垫板4与锚具7固定。高强度的垫板4可以将深层围岩应力均匀地传递到周壁围岩上，达到围岩与锚杆5互为支护的目的；锚具7为现有技术，锚具7的作用是对锚杆5进行拉张后保持锚杆5上的拉力即预应力并将该预应力传递到城市轨道交通隧道、边坡、基坑等结构的内部，维持结构的稳定性。

锚杆5的外部套设有钢套管2，钢套管2为长圆台形套管，钢套管2由钻孔6的深部至浅部直径逐渐变大，钢套管2的深部的内径与锚杆5的最大外径相等；锚杆5设有外螺纹，钢套管2内设有内螺纹，钢套管2与锚杆5通过外螺纹和内螺纹转动连接。将钢套管2设计为长圆台形且与锚杆5通过螺纹转动连接是为了方便钢套管2钻进锚固段1中进行固定；同时钢套管2最重要的作用是提高抗剪强度，钢套管2包括顶部套管201和底部套管202，顶部套管201与底部套管202固定连接，底部套管202为无缝钢管，钢套管2的上端固定有定位器3，定位器3为土锚定位器，土锚定位器是为了将锚杆5安置在钻孔6的中心，使锚固段1不产生偏心荷载。

锚固段1由树脂锚固剂制成，树脂锚固剂是由不饱和聚酯树脂、固化剂、促进剂和其它辅料，按一定比例配制而成的粘稠状锚固粘接材料，由聚酯薄膜分割包装呈药卷状，具有常温固化快，粘接强度高，锚固力可靠和耐久力好等优良性能。

本发明还提供一种抗剪预应力锚杆装置施工方法，该方法包括下述步骤：

S1：根据设计图纸，确定锚杆搭设位置，钻开钻孔6；

S2：对钻孔6进行清孔，将锚固剂放入钻孔6中，用锚杆5将锚固剂送到钻孔6的底部；

S3：用锚杆钻机与锚杆5顶部连接，启动锚杆钻机，锚杆5将锚固剂包封破坏，并旋转5～10s或锚杆钻机无法旋转为止；

S4：待锚固剂固结后形成锚固段1，解除锚杆5与锚杆钻机间的连接，将锚杆5固定在了锚固段1内；

S5：将钢套管2螺旋套入锚杆5上，钢套管2的底部固定在锚固段1内；

S6：在钢套管2的顶部和锚杆5之间安装定位器3；

S7：对锚杆5进行张拉，提供预应力；

S8：在锚杆5露出钻孔6的部分安装托盘和锚具7。

实施例2

如图3所示，本实施例与实施例1不同之处在于钢套管2的底部套管202为直线切缝钢管，该结构相比位于实施1中的无缝钢管抗剪性强，利于钻孔6直通道变形后的钻进。其它地方与实施例1相同，省略不在赘述。

实施例3

如图4所示，本实施例中钢套管2的底部套管202为螺旋切缝钢管，该结构比于实施例1中的无缝钢管和实施例2中的直线切缝钢管的抗剪性都要强，也利于钻孔6直通道变形后的钻进，还适用于切削不稳定岩体形成的漏渣通道，该种钢套管2在预应力施加后具有局部伸缩性的特点。其它地方与实施例1相同，省略不在赘述。

本发明的技术方案通过在锚杆5上套设钢套管2，钢套管2是长圆台形结构，钢套管2外直径小于钻孔6直径，方便钻进锚固段1内进行固定；钢套管2的上端固定有定位器3，将锚杆5安置在钻孔6的中心，使锚固段1不产生偏心荷载，提高整个装置的抗剪性能；通过锚固段1将锚杆5固定在钻孔6内，对锚杆5进行张拉再通过锚具7保持锚杆5上的拉力即预应力，这样本发明即有很好的抗剪性能，又有预应力，可以为城市轨道交通隧道、边坡、基坑增强结构稳定性。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。