一种压力型碳纤维锚索装置及锚固方法

技术领域

本发明涉及锚索支护技术领域，具体涉及碳纤维锚索方案。

背景技术

目前，对于岩体破桩、坡度较陡的边坡，多采用预应力锚索进行加固支护。与传统预应力锚索中的钢绞线束相比，碳纤维束具有耐腐蚀性强、抗拉强度高、质量轻及性能稳定等优点。因此，用碳纤维束代替钢绞线，可以大幅提高锚索耐久性，更好满足边坡加固的安全与质量要求。

压力型锚索有效利用了注浆体和岩土体抗压性能明显优于抗拉性能的特点，改善了锚索的受力环境，从而提高了锚索的耐久性和锚固效果。

但由于碳纤维材料抗压剪能力较弱，如采用传统的钢绞线锚索结构，碳纤维束易在高应力作用下压剪开裂。

发明内容

针对现有碳纤维锚索结构所面临的问题，本发明的目的在于提供一种压力型碳纤维锚索装置，并基于该压力型碳纤维锚索装置提供相应的锚固方法，解决碳纤维束不适用于压力型锚索结构的问题，实现利用碳纤维束代替钢绞线束。

为了达到上述目的，本发明提供的压力型碳纤维锚索装置，包括：锚固段，自由段和张拉段；

所述锚固段由无粘结钢绞线束构成，并采用承压板锚固；

所述自由段由无粘结碳纤维束构成，且所述自由段中的无粘结碳纤维束与所述锚固段中的无粘结钢绞线束通过组合式锚具连接；

所述张拉段由无粘结碳纤维束构成，并采用锚固组件锚固。

进一步的，所述张拉段中的锚固组件采用内锥形冷铸锚具锚固，所述锚具内填充由高温改性环氧树脂、钢砂和添加剂组合成的填充料；所述锚具内在碳纤维束与填充料之间增设有楔形块锚固。

进一步的，所述锚固段中的无粘结钢绞线束穿过承压板采用挤压锚锚固。

进一步的，所述锚固段中的无粘结钢绞线束外安装有螺旋钢筋。

进一步的，所述自由段中的无粘结碳纤维束通过在本体外侧安装PVC硬套管，同时在两端设置热缩管形成无粘结段。

进一步的，所述锚固段中的无粘结钢绞线束通过在线束本体外侧安装塑料护套和涂抹油脂形成无粘结段。

进一步的，所述组合式锚具由锚固碳纤维束的冷铸锚具和锚固钢绞线束的夹片式锚具组合而成；所述冷铸锚具内填充高温改性环氧树脂、钢砂和添加剂，并在碳纤维束与填充料之间增加楔形块锚固；所述夹片式锚具内设置有相互配合的锚板与夹片式锚具，所述锚板容钢绞线束穿过，所述夹片式锚具对穿过锚板的钢绞线束形成锚固。

进一步的，所述夹片式锚具内设置有保护锚板外钢绞线束的盖板。

为了达到上述目的，本发明提供的基于压力型碳纤维锚索的锚固方法，包括：

首先，将压力型碳纤维锚索地下锚固段中的钢绞线束采用承压板锚固于岩土体中；

接着，将压力型碳纤维锚索自由段中的碳纤维束与地下锚固段中的钢绞线束通过组合式组件连接；

最后，将压力型碳纤维锚索地上张拉段中的碳纤维锚索采用锚固组件锚固，并进行张拉。

进一步的，所述锚固方法中在锚索张拉时，在张拉段中的锚固组件上设置相应的锚垫板，并贴紧混凝土面板；完成预张拉时，通过锁定螺母完成张拉锁定。

与现有技术相比，本发明提供的方案具有如下的优点和积极效果：

(1)针对传统预应力锚索中的钢绞线束耐腐蚀性差的缺点，本方案实现用耐腐蚀性强、抗拉强度高、质量轻及性能更稳定的碳纤维束代替钢绞线，可以大幅提高锚索耐久性，更好满足边坡加固的安全与质量要求。

(2)本方案提供的锚索结构整体采用压力型，锚固段采用承压板，有效利用了注浆体和岩土体抗压性能明显优于抗拉性能的特点，改善了锚索的受力环境，从而提高了锚索的耐久性和锚固效果。

(3)本方案中锚固段采用钢绞线索体，避免了碳纤维束在高应力作用下压剪开裂。同时，通过组合式锚具连接碳纤维索体和钢绞线索体，充分发挥了碳纤维束耐腐蚀性强、抗拉强度高和钢绞线束抗压强度高的特点，同时提高了锚索的耐久性和锚固效果。

附图说明

以下结合附图和具体实施方式来进一步说明本发明。

图1为本发明实例中压力型碳纤维锚索装置结构示例图；

图2为本发明实例中压力型碳纤维锚索装置碳纤维束锚具示例图；

图3为本发明实例中压力型碳纤维锚索装置钢绞线束锚具示例图；

图4为本发明实例中压力型碳纤维锚索装置中组合式锚具结构示例图；

图5为本发明实例中碳纤维束与钢绞线束连接示意图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

本发明给出一种压力型碳纤维锚索装置，通过创新的结构解决碳纤维束不适用于压力型锚索结构的问题，并利用碳纤维束代替钢绞线束解决现有的钢绞线锚索耐腐蚀性差、耐久性低的缺点。

具体的，本压力型碳纤维锚索装置整体上包括锚固段，自由段和张拉段三部分。

其中，锚固段位于地下，其由无粘结钢绞线束构成，并采用承压板锚固于岩土体中；

张拉段位于地上，其由无粘结碳纤维束构成，并采用锚固组件锚固。

自由段位于张拉段与锚固段之间，具体由无粘结碳纤维束构成，并且该自由段中的无粘结碳纤维束与锚固段中的无粘结钢绞线束通过组合式锚具连接，由此形成一个整体压力型碳纤维锚索。

下面结合相应的实例以及附图对本发明压力型锚索碳纤维锚索装置进行说明。

参阅图1，其所示为本发明实例中给出的压力型碳纤维锚索装置的构成示例。本实例给出的压力型碳纤维锚索装置可用于地下工程支护加固，提高传统钢绞线锚索的耐腐蚀性、耐久性和锚固效果。

进一步参阅图2-图4，其中图2显示了本发明实例中压力型碳纤维锚索装置碳纤维束锚具的示例结构；图3显示了本发明实例中压力型碳纤维锚索装置钢绞线束锚具示例结构；图4显示了本发明实例中压力型碳纤维锚索装置组合式连接装置的示例结构。

首先，参见图1，本发明实例给出的压力型碳纤维锚索装置在构成上主要包括地上张拉段锚固碳纤维束的冷铸锚具1、自由段碳纤维索束3、由冷铸锚具1和夹片式锚具2构成的组合式锚具、地下锚固段钢绞线束4和锚固段承压板5这五个组成部件。

进一步参见图2，本实例中的冷铸锚具1主要由锚杯14、顶盖16、底盖15等部件配合构成。

这里的锚杯14构成整个冷铸锚具1整体结构，这里优选为内锥形锚杯14。该内锥形锚杯14基于其上端大、下端小构成结构，使得锚索受拉下端锚索受挤压，增加摩擦力，有效提高锚固效果。

在此基础上，本实例进一步在锚杯14的顶部设有顶盖16，该顶盖16采用螺栓13与锚杯14固定，底盖15与锚杯14焊接固定，内锥形锚杯14内填充高温改性环氧树脂、钢砂、添加剂混合填充料19，基于该填充料19能够提高粘结效果，使得锚固更牢固。

作为进一步优选，本实例还在锚具1内在碳纤维束3与填充料19之间增加楔形块17和垫块18进行加强锚固。这里的楔形块17与内锥形锚杯14进行配合，楔形块17在内锥形锚杯14内沿锚杯内径逐渐变小的方向移动时，内锥形锚杯14的内壁将对楔形块17逐渐形成挤压，从而会逐渐加强对碳纤维束3的锚固效果。

本实例中基于相互配合的楔形块17与垫块18能够提高锚固效率，在碳纤维束3受拉时增加摩擦力，并且随着拉力增大，基于碳纤维束3与楔形块17之间的摩擦力，楔形块17将受拉，楔形块17在受力后将与内锥形锚杯14配合，内锥形锚杯14将对楔形块17形成挤压，从而达到越拉越紧的效果。

进一步参见图3，本实例中的夹片式锚具2主要由锚杯20、盖板21、锚板22、以及夹片式锚具24配合构成。

具体的，本夹片式锚具2中的锚杯20构成整个夹片式锚具2的主体。

在锚杯20的顶部，顶盖25采用螺栓23与锚杯20固定；在锚杯20的设置有相互配合的锚板22与夹片式锚具24，这里的锚板22容钢绞线束4穿过，而夹片式锚具24对穿过锚板的钢绞线束形成锚固，这样使得锚杯20内钢绞线束4穿过锚板22采用夹片式锚具24实现锚固。

在此基础上，本实例进一步在锚杯20内设置有相应的盖板21，该盖板21相对于锚板22设置，用于对锚板外钢绞线束4形成保护。

作为举例，该盖板21整体采用圆盖，并直接压入锚杯20内，由此能够有效覆盖住锚板外钢绞线束4，以对锚板外钢绞线束4形成保护。如此结构的盖板21操作便捷，并能够很好的贴合锚杯20内壁设置，从而对锚板外钢绞线束4形成罩设，在不影响锚板外钢绞线束4分布的情况下，从周边以及顶部同时对锚板外钢绞线束4形成保护。

在此此处上，本实例通过采用冷铸锚具1和夹片式锚具2进行组合来构成的组合式锚具，以用于自由段碳纤维索束3与地下锚固段钢绞线束4之间的连接(如图4所示)。

参见图4与图5，在构建组合式锚具时，在冷铸锚具1的外侧刻印外螺纹，同时在夹片式锚具2的锚杯内刻印相配合的内螺纹，如此冷铸锚具1即可沿螺纹拧入夹片式锚具2锚杯内，拧紧联接形成组合式锚具。

这里组合式锚具中的冷铸锚具在组成结构上，同前述，内锥形锚杯内部填充高温改性环氧树脂、钢砂和添加剂，内锥形锚杯内在碳纤维束与填充料之间增加楔形块与和垫块，由此来锚固碳纤维索束3。

这里组合式锚具中的夹片式锚具2在组成结构上，同前述。该夹片式锚具2内用于锚固钢绞线束4的区域内，钢绞线4束穿过锚板23采用夹片式锚具24进行锚固，同时对锚板外钢绞线束采用盖板21进行保护。

在此基础上，本实例在组合式锚具中的冷铸锚具1与夹片式锚具2之间设有橡胶垫片26，该橡胶垫片26在冷铸锚具1与夹片式锚具2之间形成密封结构，提高两者之间配合的可靠性；同时基于自身的弹性同步在冷铸锚具1与夹片式锚具2之间形成缓冲层，避免两者之间硬接触，造成损伤。

进一步结合图1所示，本实例中的自由段碳纤维锚索索体3通过安装PVC硬套管9和热缩管8形成无粘结段。

具体的，本实例在碳纤维锚索索体3的本体外侧安装PVC硬套管9，同时在两端设置热缩管8形成无粘结段。

这里通过在碳纤维锚索索体3的本体外侧安装PVC硬套管9，可有效防止锁体与注浆液粘结在一起，保证自由端锁体可以自由拉伸；同时在两端设置的热塑管，能够起到密封作用，防止注浆液流入PVC硬套管9内，造成结构损坏。

本实例中针对钢绞线锚索索体4，进一步在其外侧安装塑料护套和涂抹油脂10形成无粘结段，由此防止锁体与注浆液粘结，可以自由拉伸。

以下具体说明一下，基于本实例给出的压力型碳纤维锚索装置进行锚固的实施过程。

参见图1，本实例所形成的压力型碳纤维锚索装置整体分为由无粘结钢绞线束构成的锚固段，由无粘结碳纤维束构成的自由段与张拉段三部分。

据此，基于本压力型碳纤维锚索装置进行锚固的过程如下：

首先，将地下锚固段钢绞线束采用承压板锚固于岩土体中；自由段无粘结碳纤维束与地下锚固段的无粘结钢绞线束通过组合式组件连接；与此同时，地上张拉段碳纤维锚索采用锚固组件锚固。

具体的，锚固段钢绞线束4采用承压板5锚固于岩土体中，钢绞线束4穿过承压板5采用挤压锚12锚固。

为提高锚固段抗压剪能力，防止锚固段受压剪破坏，本实例进一步在锚固段钢绞线束4外设有螺旋钢筋11。

同时，针对锚固段钢绞线束4进一步在其外侧安装塑料护套和涂抹油脂10形成无粘结段。

接着，将自由段中的碳纤维索束3通过组合式锚具与锚固段钢绞线束4进行连接。

该过程中采用组合式锚具中夹片式锚具来锚固钢绞线束4。具体的，钢绞线束4穿过夹片式锚具中承压板并采用挤压锚锚固。

针对自由段的碳纤维索束3，其两端分别采用刻有外螺纹的冷铸锚具进行锚固。

这里针对碳纤维索束3，本实例还在其外侧通过安装PVC硬套管和热缩管形成无粘结段。

接着，将碳纤维索束3一端锚固的冷铸锚具沿螺纹拧入夹片锚具锚杯内，拧紧联接完成将自由段中的碳纤维索束3与锚固段钢绞线束4进行连接。

接着，在碳纤维索束3另一端锚固的冷铸锚具上依次螺接相应的锚垫板7与锁定螺母6，形成相应的张拉段。

据此进行锚索张拉时，将锚垫板7沿螺纹拧入张拉段冷铸锚具1并贴紧混凝土面板；完成预张拉时，将锁定螺母6沿螺纹拧入锚具1紧贴锚垫板7，拧紧螺母后完成张拉锁定。

通过上述实例可知，本发明给出的压力型碳纤维锚索装置方案，利用碳纤维束代替钢绞线束解决现有的钢绞线锚索耐腐蚀性差、耐久性低的缺点；同时通过优化锚索结构，解决了碳纤维束不适用于压力型锚索结构的问题；从而提高了锚索的耐久性和锚固效果。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。