一种适用于破碎围岩体的水力膨胀锚杆及其使用方法

技术领域

本申请涉及岩土体锚固技术领域，尤其涉及一种适用于破碎围岩体的水力膨胀锚杆及其使用方法。

背景技术

岩体工程建设过程中，经常遇到破碎围岩段的施工安全问题。现场实践表明，为保障工程施工安全，最有效手段就是采用合适的支护措施确保破碎围岩段的岩体稳定。锚杆支护作为一种施工方便、经济有效的手段被广泛应用于岩体工程的建设中。然而，现有的锚杆结构在破碎围岩体中的支护效果很不理想，如破碎岩体中裂隙、空隙大，锚固浆液损伤严重，锚固端与破碎围岩的锚固效果差，且锚固区间的岩体与锚杆本身的摩擦力很小，导致锚杆在破碎岩体中很难达到预期效果。因此，现有的锚杆结构无法满足岩体工程破碎围岩段的支护要求。

发明内容

本申请实施例提供了一种适用于破碎围岩体的水力膨胀锚杆及其使用方法，用于解决岩土工程中破碎围岩段现有锚杆结构无法满足工程支护要求的问题，所述技术方案如下：

本申请第一方面提供一种适用于破碎围岩体的水力膨胀锚杆，包括锚杆本体及注水囊袋，所述锚杆本体的一端伸入钻孔周围破碎围岩体进行锚固并形成锚固段，所述锚杆本体的另一端为自由端且伸出围岩体外并通过施加张拉应力以对围岩体进行锚固；所述注水囊袋套设于所述锚杆本体上并与所述锚杆本体密封贴合，且所述注水囊袋位于所述锚固段和所述自由端之间；其中，所述注水囊袋注水后分别沿所述锚杆本体的轴向及径向扩张，并分别对所述锚固段和所述自由端施加轴向挤压、对环绕所述注水囊袋四周的破碎围岩体施加径向挤压并充分接触，以为钻孔周围破碎围岩体提供三相应力。

例如，在一个实施例提供的适用于破碎围岩体的水力膨胀锚杆中，在所述注水囊袋上沿所述锚杆本体轴向设置有伸缩褶皱带，并通过所述伸缩褶皱带在所述注水囊袋注水后沿所述锚杆本体轴向扩张。

例如，在一个实施例提供的适用于破碎围岩体的水力膨胀锚杆中，在所述注水囊袋朝向所述自由端的端部设有注水管，且所述注水管伸出围岩体外。

例如，在一个实施例提供的适用于破碎围岩体的水力膨胀锚杆中，在所述锚杆本体的所述自由端设有外锚具托盘，并通过所述外锚具托盘对所述锚杆本体施加张拉应力。

例如，在一个实施例提供的适用于破碎围岩体的水力膨胀锚杆中，所述注水管穿过所述外锚具托盘并伸出所述外锚具托盘外，以在所述外锚具托盘对所述锚杆本体施加张拉应力后通过所述注水管向所述注水囊袋注水

例如，在一个实施例提供的适用于破碎围岩体的水力膨胀锚杆中，在所述锚杆本体与所述注水囊袋相接触的外壁面涂设有防锈层。

例如，在一个实施例提供的适用于破碎围岩体的水力膨胀锚杆中，在所述注水囊袋上沿所述锚杆本体轴向间隔设置有两伸缩褶皱带，其中一所述伸缩褶皱带注水后朝向所述自由端扩张，另一所述伸缩褶皱带注水后朝向所述锚固段扩张。

例如，在一个实施例提供的适用于破碎围岩体的水力膨胀锚杆中，所述注水囊袋注水后通过两所述伸缩褶皱带沿所述锚杆本体的轴向扩张，且所述注水囊袋的两端分别与所述锚固段和所述外锚具托盘抵接，并对所述锚固段和所述外锚具托盘施加轴向挤压。

本申请第二方面提供一种上述适用于破碎围岩体的水力膨胀锚杆的使用方法，包括以下步骤：S1将锚杆本体的锚固段头部伸入钻孔进行锚固；S2通过外锚具托盘进行张拉对锚杆杆体施加应力；S3通过注水管对注水囊袋注水，撑开皱褶的注水囊袋使注水囊袋沿所述锚杆本体的径向扩张以与环绕所述注水囊袋四周的破碎围岩体充分接触并施加径向挤压，并使注水囊袋上的伸缩褶皱带撑开沿所述锚杆本体的轴向扩张并对所述锚固段和所述外锚具托盘施加轴向挤压。

本申请一些实施例提供的一种适用于破碎围岩体的水力膨胀锚杆带来的有益效果为：本申请通过在锚杆本体上设置柔性材质的注水囊袋，通过注水撑开皱褶的注水囊袋，使得注水囊袋膨胀发生径向大变形，压密周围破碎围岩体，增加破碎围岩体的整体性，以及锚杆结构与破碎围岩体间的摩擦力，保证锚杆结构在破碎围岩体中的支护效果。本申请操作简便，成本低廉，能够极大提高锚杆结构在破碎围岩体中的支护效果，有效保障岩体工程在破碎围岩段的施工安全。

附图说明

为了更清楚地说明本说明书实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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是本申请的水力膨胀锚杆未注水状态结构示意图；

图2是本申请的水力膨胀锚杆未注水状态截面示意图；

图3是本申请的水力膨胀锚杆注水状态结构示意图；

图4是本申请的水力膨胀锚杆注水状态截面示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

除非另外定义，本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

本申请第一方面提供一种适用于破碎围岩体的水力膨胀锚杆，如图1-4所示，包括锚杆本体10及注水囊袋20，所述锚杆本体10的一端伸入钻孔周围破碎围岩体30进行锚固并形成锚固段11，所述锚杆本体10的另一端为自由端12且伸出围岩体30外并通过施加张拉应力以对围岩体30进行锚固；所述注水囊袋20套设于所述锚杆本体10上并与所述锚杆本体10密封贴合，且所述注水囊袋20位于所述锚固段11和所述自由端12之间；其中，所述注水囊袋20注水后分别沿所述锚杆本体10的轴向及径向扩张，并分别对所述锚固段11和所述自由端12施加轴向挤压、对环绕所述注水囊袋20四周的破碎围岩体30施加径向挤压并充分接触，以为钻孔周围破碎围岩体30提供三相应力。

根据上述实施例，本申请通过在锚杆本体10上设置柔性材质的注水囊袋20，通过注水撑开皱褶的注水囊袋20，使得注水囊袋20膨胀发生径向大变形，压密周围破碎围岩体，增加破碎围岩体的整体性，以及锚杆结构与破碎围岩体间的摩擦力，保证锚杆结构在破碎围岩体中的支护效果。本申请操作简便，成本低廉，能够极大提高锚杆结构在破碎围岩体中的支护效果，有效保障岩体工程在破碎围岩段的施工安全。

相较于传统的水力膨胀锚杆采用硬质膨胀壳体，只能提供一定限度的径向力，不能对钻孔周围破碎围岩体提供充分的挤压力，无法达到压密破碎围岩体的目的，本申请采用柔性材质的注水囊袋20能够实现径向及轴向的双重大变形，使得注水囊袋20外表面与破碎围岩体实现充分接触，挤密钻孔周围破碎围岩体，结合锚杆本体10自由端12施加的张拉应力可对钻孔周围围岩提供三向应力。

此外，本申请通过将注水囊袋20固定在锚杆本体10中段，注水囊袋20在注水膨胀时，以整根锚杆为中心，均匀向四周扩张，可以有效避免锚杆出现应力集中，相较于传统的采用硬质膨胀壳体的水力膨胀锚杆，由于水力膨胀壳体与锚杆分开，通过壳体膨胀挤压锚杆使锚杆与围岩贴合，受钻孔壁围岩凹凸不同的影响，锚杆容易出现应力集中，导致锚杆容易受损或破坏。

本申请的具有注水囊袋20的水力膨胀锚杆可用于破碎围岩体的支护，传统的锚杆无法适应破碎围岩体的支护，且本申请无需锚固剂，通过注水囊袋20外表面与钻孔壁的摩擦提供支护阻力。

其中，注水囊袋20与锚杆本体10密封贴合，以便达到注水囊袋20注水后不漏水的效果。

例如，在一个实施例提供的适用于破碎围岩体的水力膨胀锚杆中，如图1所示，在所述注水囊袋20上沿所述锚杆本体10轴向设置有伸缩褶皱带21，并通过所述伸缩褶皱带21在所述注水囊袋20注水后沿所述锚杆本体10轴向扩张。

例如，在一个实施例提供的适用于破碎围岩体的水力膨胀锚杆中，如图1、图3所示，在所述注水囊袋20朝向所述自由端12的端部设有注水管22，且所述注水管22伸出围岩体30外。

例如，在一个实施例提供的适用于破碎围岩体的水力膨胀锚杆中，如图1、图3所示，在所述锚杆本体10的所述自由端12设有外锚具托盘13，并通过所述外锚具托盘13对所述锚杆本体10施加张拉应力。

根据上述实施例，通过在锚杆本体10的自由端12设置外锚具托盘13，由外锚具托盘13进行张拉对锚杆杆体10施加应力从而对围岩体30达到锚固作用。

例如，在一个实施例提供的适用于破碎围岩体的水力膨胀锚杆中，如图1、图3所示，所述注水管22穿过所述外锚具托盘13并伸出所述外锚具托盘13外，以在所述外锚具托盘13对所述锚杆本体10施加张拉应力后通过所述注水管22向所述注水囊袋20注水

根据上述实施例，通过将注水囊袋20的注水管22外置，并伸出外锚具托盘13外，以便在外锚具托盘13张拉结束后向注水囊袋20注水。

例如，在一个实施例提供的适用于破碎围岩体的水力膨胀锚杆中，如图2、图4所示，在所述锚杆本体10与所述注水囊袋20相接触的外壁面涂设有防锈层14。

根据上述实施例，通过在锚杆杆体10与注水囊袋20接触区涂刷防锈层14，防止锚杆杆体10在长期使用过程中与水发生锈蚀反应进而影响锚杆杆体10的强度。

例如，在一个实施例提供的适用于破碎围岩体的水力膨胀锚杆中，如图1所示，在所述注水囊袋20上沿所述锚杆本体10轴向间隔设置有两伸缩褶皱带21，其中一所述伸缩褶皱带21注水后朝向所述自由端12扩张，另一所述伸缩褶皱带21注水后朝向所述锚固段11扩张。

例如，在一个实施例提供的适用于破碎围岩体的水力膨胀锚杆中，如图1所示，所述注水囊袋20注水后通过两所述伸缩褶皱带21沿所述锚杆本体10的轴向扩张，且所述注水囊袋20的两端分别与所述锚固段11和所述外锚具托盘13抵接，并对所述锚固段11和所述外锚具托盘13施加轴向挤压。

通过注水管22对注水囊袋20注水后形成扩张后的注水囊袋形态，如图3所示，此时注水囊袋20由于注水扩张作用与注水囊袋20四周的围岩体13紧密贴合，并且注水囊袋20也通过伸缩褶皱带21发生轴向扩张，与锚固段11和外锚具托盘13接触。由于注水囊袋20的扩张作用，注水囊袋20对围岩体30的挤压作用和与围岩体30间的摩擦力可以有效作为锚固力，进而防止锚杆本体10在长期使用过程中张拉应力松弛导致的锚固作用减弱现象；同时注水囊袋20的两端对锚固段11和外锚具托盘13的挤压作用与注水囊袋20对围岩体30间的径向挤压作用可以有效形成三相应力状态，有助于岩体的锚固与稳定。

本申请第二方面提供一种上述适用于破碎围岩体的水力膨胀锚杆的使用方法，包括以下步骤：

S1将锚杆本体10的锚固段11头部伸入钻孔进行锚固；

S2通过外锚具托盘13进行张拉对锚杆杆体10施加应力；

S3通过注水管22对注水囊袋20注水，撑开皱褶的注水囊袋20使注水囊袋20沿所述锚杆本体10的径向扩张以与环绕所述注水囊袋20四周的破碎围岩体30充分接触并施加径向挤压，并使注水囊袋20上的伸缩褶皱带21撑开沿所述锚杆本体10的轴向扩张并对所述锚固段11和所述外锚具托盘13施加轴向挤压。

尽管本申请的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本申请的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本申请并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。