锚杆、边坡加固装置及方法

技术领域

本发明属于边坡加固装置技术领域，特别涉及一种锚杆、边坡加固装置及方法。

背景技术

岩土工程是研究岩石和土壤在工程中的力学性质和工程应用的学科。其中，边坡工程作为岩土工程的一个分支主要研究山体、高边坡等地质灾害的防治和治理，以确保交通运输和人民生命财产的安全。

边坡加固是指提高边坡侧壁稳定性的方法，它通过在边坡破碎带的坡角下设置坡角护墙、在局部破碎带或边坡上设置抗滑桩和向有开口节理和裂隙的岩层注浆的办法，提高边坡稳固性。既有利于安全，减少修坡土石方工程量。

主动防护网作为边坡加固的常用装置，其是以钢丝绳网为主的各类柔性网覆盖包裹在所需防护斜坡或岩石上，限制坡面岩石土体的风化剥落或破坏以及危岩崩塌，将落石控制于一定运动范围内以保护行人和车辆安全通过的防护工具。而现有技术中的主动防护网在对边坡进行加固使用时，由于钢丝绳和防护网的张拉处于紧绷状态，当有落石或地质滑坡时，巨大的冲击力会随紧拉的钢丝绳和防护网造成瞬时冲击，导致钢丝绳和防护网的损坏，进而导致安全性能较低。

如公开号为CN106193070B的中国发明专利提出一种锚索群与主动防护网组合整体承载结构，其便是利用锚索群和主动防护网构建边坡防护机构，在实际使用时便是将主动防护网紧贴边坡坡面设置在锚墩上。但是当有落石或地质滑坡时，会在瞬时对主动防护网造成巨大冲击力，而锚墩上并没有对冲击力进行缓冲或消减的机构，因此，冲击力极易对主动防护网或锚墩造成损坏，导致安全性能较低。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明的目的是提供一种锚杆、边坡加固装置及方法，能够在落石或地质滑坡发生时，对形成的冲击力进行有效的缓冲消能处理。

本发明的技术方案是：一种锚杆，包括杆体，设置在所述杆体一端的锚头，设置在所述杆体上的承载组件，所述承载组件包括：

第一管体，套设在所述杆体上，且能够沿杆体的杆长方向移动。所述第一管体远离锚头的一端具有翻边接头。

第二管体，套设在所述第一管体上，且与所述第一管体同轴设置。所述第二管体内侧壁与所述第一管体外侧壁之间构成泄力环腔。

辐条，有多个，且以第二管体的管轴为轴心周向设置在所述泄力环腔。所述辐条一端设置在所述第一管体外侧壁，且另一端设置在所述第二管体内侧壁。

阻尼机构，一端垂直所述第一管体的轴线设置在所述翻边接头上。所述阻尼机构用于连接外部连接件。

进一步地，所述辐条倾斜设置在所述泄力环腔内，且与所述第一管体构成夹角θ，所述θ的取值范围为30°≤θ≤60°。

进一步地，所述阻尼机构有多组，多组阻尼机构以第二管体的管轴为轴心周向设置在所述第二管体上。

更进一步地，所述阻尼机构包括：

安装杆，一端设置在所述翻边接头上，且另一端设置有卡块。

移动块，内部设置有第一空腔，且套设在所述安装杆设置有所述卡块的一端上。所述卡块滑动设置在所述第一空腔内，且能够在第一空腔内滑动。

阻尼弹簧，一端卡设在所述第一空腔内，且一端卡设在移动块上。

连接件，设置在所述移动块外侧壁上，且用于连接外部连接件。

更进一步地，所述安装杆包括：

连接杆，一端用于设置所述卡块。

安装接头，为V型结构，且设置在所述连接杆另一端。所述安装接头上设置有第一安装孔，所述翻边接头上设置有与所述第一安装孔对应的第二安装孔。所述第一安装孔与所述第二安装孔通过螺栓、螺母连接。

更进一步地，所述连接杆上设置有第二空腔，所述第二空腔内卡设有滑块，所述滑块能够在所述第二空腔内滑动。

所述第一空腔内设置有牵引绳，所述牵引绳与所述滑块连接。所述牵引绳的长度较所述移动块的可移动距离长。

更进一步地，所述第二管体外侧套设有第三管体，所述第三管体的侧壁设置有第三空腔，所述第三空腔内放置有扭力弹簧，所述扭力弹簧的一端设置在第三空腔内，且另一端贯穿所述第三空腔设置在所述移动块靠近所述第二管体的侧面上。

进一步地，所述泄力环腔的两端分别设置有环板，所述环板内环侧壁与所述第一管体外侧壁连接，环板外环侧壁与第二管体内侧壁连接，且环板、第一管体、第二管体构成止浆塞。

一种边坡加固装置，包括钢丝绳，以及设置在所述钢丝绳上的防护网组，还包括所述的锚杆，所述锚杆有多组，且均匀间隔设置在待加固边坡上。所述钢丝绳依次悬挂在多组所述锚杆的阻尼机构上，且构成一个过多个封闭结构。所述防护网组设置在所述封闭结构上。

一种边坡加固方法，利用所述边坡加固装置进行加固，具体步骤为：在待加固的边坡上造孔，并安装所述锚杆，安装完毕后。将所述钢丝绳依次悬挂在所述锚杆上并围绕成封闭结构，然后将防护网组固定在钢丝绳上。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明基于承载组件，可在加固的边坡发生落石或滑坡时，对瞬时产生的巨大冲击力进行双重消减处理，进而减弱其对锚杆的冲击，有效的避免瞬时产生的巨大冲击力对锚杆造成损伤造成安全性能较低的问题。

其中，在受到冲击力时，利用阻尼机构对冲击力进行消减处理，并且冲击力会由阻尼机构传递至第一管体，第一管体和第二管体之间的辐条会依靠自身结构以及形变对冲击力进行再次消减处理，进而实现对瞬时产生的巨大冲击力进行双重消减处理。

并且，边坡加固装置基于具备承载组件的锚杆，在实际使用时，将钢丝绳设置在锚杆的阻尼机构上，当发生落石或滑坡时，冲击力会冲击防护网组，进而传至钢丝绳上，钢丝绳通过承载组件的缓冲消能，极大的对冲击力进行泄力处理，从而有效的提高了边坡加固装置整体的安全性能。

附图说明

图1为本发明实施例1锚杆的结构示意图。

图2是本发明实施例1承载组件的侧视剖视图；

图3是本发明实施例1承载组件的正视剖视图；

图4为本发明实施例2锚杆的结构示意图。

图5是本发明实施例2承载组件的侧视剖视图；

图6是本发明实施例2承载组件的正视剖视图；

图7是本发明边坡加固装置的局部侧视剖视图；

图8是本发明边坡加固装置的局部正视剖视图；

图9是本发明边坡加固装置的侧视剖视图；

图10是本发明第一防护网的结构示意图；

图11是本发明第二防护网的结构示意图。

其中，1-杆体、10-锚头、100-环板、2-承载组件、21-第一管体、210-翻边接头、22-第二管体、23-辐条23、24-阻尼机构、241-安装杆、2410-卡块、2411-连接杆、2412-安装接头、2413-第三空腔、2414-滑块、242-移动块、2420-第一空腔、2421-牵引绳、243-阻尼弹簧、25-第三管体、250-第三空腔、251-扭力弹簧、3-钢丝绳、4-防护网组、41-第一防护网、42-第二防护网、43-绳索。

具体实施方式

下面结合附图1到附图11，对本发明的具体实施方式进行详细描述。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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。

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该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

实施例1

如图1、图2所示的一种锚杆，包括杆体1，设置在杆体1一端的锚头10，设置在杆体1上的承载组件2，承载组件2包括第一管体21、第二管体22、辐条23和阻尼机构24。

第一管体21套设在杆体1上，且能够沿杆体1的杆长方向移动。第一管体21远离锚头10的一端具有翻边接头210。需要说明的是：翻边接头210与第一管体21为一体结构。

第二管体22套设在第一管体21上，且与第一管体21同轴设置。第二管体22内侧壁与第一管体21外侧壁之间构成泄力环腔。

辐条23有多个，且以第二管体22的管轴为轴心周向设置在泄力环腔。辐条23一端设置在第一管体21外侧壁，且另一端设置在第二管体22内侧壁。

阻尼机构24一端垂直第一管体21的轴线设置在翻边接头210上。阻尼机构24用于连接外部连接件。

使用本实施例提出的锚杆时，当发生落石或地质滑坡时：

一方面，产生的外部冲击力冲击外部连接件，外部连接件通过阻尼机构24对冲击力进行第一次消减处理，并将冲击力传递至第一管体21上，进而设置在第一管体21和第二管体22之间的辐条会依靠自身结构以及形变对冲击力进行再次消减处理，从而实现对瞬时产生的巨大冲击力进行双重消减处理。其中，产生的外部冲击力具体由发生落石或地质滑坡对外部连接件的碰撞而造成。

另一方面，如图1所示，第一管体21、第二管体22、辐条23位于锚杆放置的钻孔内，因此，产生的内部冲击力会对第二管体22造成挤压，进而通过设置在第一管体21和第二管体22之间的辐条会依靠自身结构以及形变对冲击力进行消减处理。其中，产生的内部冲击力具体由发生落石或地质滑坡时地质内部的挤压造成的。

此外，由于承载组件2的设置，能够有效的阻隔内部冲击力和外部冲击力的传播。当外部冲击力通过锚杆向地质内部传导时，会通过承载组件2进行消减，进而避免了外部冲击力直接传导至地质内部后对地质内部造成二次冲击。而当内部冲击力通过锚杆向地质外部传导时，也会通过承载组件2进行消减，进而避免了内部冲击力直接传导至地质外部后，对锚杆外露部以及外部连接件造成冲击导致损坏的情况。

并且，在未发生落石或地质滑坡时，第一管体21、第二管体22、辐条23能够有效地传递作用在锚杆上的内部的压力，并使其均匀地分布在锚杆上，从而提高了锚杆的承载能力和稳定性。

并且，落石或地质滑坡的发生均是由于地质振动造成，而利用承载组件也能够有效的对地质振动进行缓解，为此，有效的提高了锚杆设置区域的抗震效果。

另外，泄力环腔的设计能够有效地控制锚杆的泄力效果，使其能够在承受内部压力的同时，不会过度挤压锚杆，从而避免了锚杆的破坏和失效，有效的提高了锚杆使用寿命。

优选的，辐条23倾斜设置在泄力环腔内，且与第一管体21构成夹角θ，θ的取值范围为30°≤θ≤60°，其中，本实施例θ优选30°。倾斜设置的辐条23能够增加锚杆的稳定性和承载能力。由于辐条23的倾斜设置，其能够在泄力环腔内形成一定的张力，从而使得第一管体21、第二管体22之间能够承受更大的冲击力，使进而使得锚杆更加稳定。

需要说明的是：夹角θ的取值范围为30°≤θ≤60°，这种设计能够使锚杆在承受压力时，能够更好地适应不同的地质条件。当夹角θ较小时，锚杆的承载能力会更强，适合于地质较硬的地质条件；而当夹角θ较大时，锚杆的承载能力会相对较弱，适合于地质较松软的地质条件。并且在实际装配设置时，还需要考虑制造难度，因此，30～60°的取值范围不仅能够适用不同的地质条件区域，具备较佳的抗冲击能力，还能够在制造时具备较为简单的安装工序。

优选的，阻尼机构24有多组，多组阻尼机构24以第二管体22的管轴为轴心周向设置在第二管体22上，本实施例阻尼机构24有4组。周向规则的布设，一方面在实际使用中能够便于进行安装，另一方面在应对外部冲击力时能够更好地吸收和缓解受到的压力时产生的振动和冲击，提高了锚杆的稳定性和安全性。并且，多组阻尼机构24的设置能够有效地提高锚杆的适应性。由于阻尼机构24的设置能够在第二管体22上形成多个阻尼点，从而能够更好地适应不同的地质条件和地质压力大小，提高了锚杆的适用范围和使用寿命。多个阻尼点能够更好地分散和吸收地质压力，减少了锚杆在受到地质压力时的损伤和故障，提高了锚杆的可靠性和耐久性。

优选的，如图3所示，阻尼机构24包括安装杆241、移动块242、阻尼弹簧243和连接件。安装杆241一端设置在翻边接头210上，且另一端设置有卡块2410。移动块242内部设置有第一空腔2420，且套设在安装杆241设置有卡块2410的一端上。卡块2410滑动设置在第一空腔2420内，且能够在第一空腔2420内滑动。阻尼弹簧243一端卡设在第一空腔2420内，且一端卡设在移动块242上。连接件设置在移动块242外侧壁上，且用于连接外部连接件。

在实际使用中，当外部连接件受到冲击后，会将冲击力传递至连接件后，再传递至移动块242，此时外部连接件会拉扯移动块242向远离安装杆241的方向移动，进而对阻尼弹簧243形成压缩，此时，阻尼弹簧243通过自身形变能够有效地吸收冲击力时产生的振动和位移差，进而实现了对冲击力的消减，减弱了其持续传导，进而提高了承载组件的稳定性和锚杆的安全性。通过第一空腔2420为阻尼弹簧243的形变提供了合理的形变空间，使其能够通过压缩去迎合外部连接件受到冲击力进行拉扯而产生的位移差，使得外部连接件并非持续紧绷状态，而是具备一定的位移能力，进而避免了紧绷状态下的外部连接件遭受较大冲击力时发生崩断的问题。

优选的，安装杆241包括连接杆2411和安装接头2412。连接杆2411一端用于设置卡块2410。安装接头2412为V型结构，且设置在连接杆2411另一端。安装接头2412上设置有第一安装孔，翻边接头210上设置有与第一安装孔对应的第二安装孔。第一安装孔与第二安装孔通过螺栓、螺母连接。

通过连接杆2411和安装接头2412的设计，能够实现安装杆241与翻边接头210之间的活动连接，一方面能够有效的保证链接的稳定性，另一方面，在实际使用中可根据实际情况对安装杆241进行数量的选配，例如：若外部连接件为钢绳时，且为一字型的钢绳，利用阻尼机构24设置一字型的钢绳，则只需对应安装两个且相对构成一字型的阻尼机构24，通过安装杆241与翻边接头210的活动连接方式进行组装，有利于对加固成本的控制。

优选的，连接杆2411上设置有第二空腔2413，第二空腔2413内卡设有滑块2414，滑块2414能够在第二空腔2413内滑动。第一空腔2420内设置有牵引绳2421，牵引绳2421与滑块2414连接。牵引绳2421的长度较移动块242的可移动距离长。在实际使用中，利用牵引绳2421对安装杆241与移动块242的连接进行进一步的保证。正常使用时，由于牵引绳2421的长度较移动块242的可移动距离长，因此牵引绳2421不会受力，即安装杆241与移动块242之间通过阻尼弹簧243的弹力支撑，通过连接杆2411设置卡块2410的一端套设在第一空腔2420中进行连接。当移动块242受到外部连接件的拉力后，移动块242向远离安装杆241的方向移动，进而挤压阻尼弹簧243，若拉力持续增加，则会造成卡块2410的损坏，致使移动块242从安装杆241上脱落，此时，牵引绳2421作用于移动块242、安装杆241之间，维持移动块242与安装杆241之间的连接。需要说明的是：此时，由于移动块242从安装杆241上滑动的相对位移变大，即对外部连接件进行了足够的松弛，使其不处于紧绷状态，能够有效的避免其发生崩断的问题。

优选的，泄力环腔的两端分别设置有环板100，环板100内环侧壁与第一管体21外侧壁连接，环板100外环侧壁与第二管体22内侧壁连接，且环板100、第一管体21、第二管体22构成止浆塞。

在实际使用中，本实施例的锚杆是按照混凝土锚杆进行设计，因此需要设计相关的止浆塞的结构。

需要说明的是：本实施例的承载组件还适用于其他种类的锚杆或锚索，在实际设计时进行适应性的变化，在此不进行赘述。

实施例2

与实施例1不同的是：

优选的，如图4、图5、图6所示，第二管体22外侧套设有第三管体25，第三管体25的侧壁设置有第三空腔250，第三空腔250内放置有扭力弹簧251，扭力弹簧251的一端设置在第三空腔250内，且另一端贯穿第三空腔250设置在移动块242靠近第二管体22的侧面上。

进一步的，通过设置的扭力弹簧251，能够有效的对阻尼机构24在垂直于杆体1的平面上受到的冲击力进行消减。当阻尼机构24受到垂直于杆体1的平面上的冲击力时，会存在冲击力非平行于阻尼机构24阻尼方向的情况，即冲击力由外部连接件传递至阻尼机构24上时，不仅沿移动块移动的方向向外拉扯或压缩，还会以其他方向拉扯或压缩移动块，此时，由于承载组件的结构特性，会使得阻尼机构24在第一管体上以第一管体管轴为轴心进行旋转方向的力，因此，利用扭力弹簧251实现对造成旋转方向上的力进行有效的消减处理。

实施例3

如图7、图8所示的一种边坡加固装置，包括钢丝绳3，以及设置在钢丝绳3上的防护网组4，还包括实施例1提出的锚杆，锚杆有多组，且均匀间隔设置在待加固边坡上。钢丝绳3依次悬挂在多组锚杆的阻尼机构24上，且构成一个过多个封闭结构。防护网组设置在封闭结构上。其中，连接件采用金属绳扣，且钢丝绳3设置在连接件上。

其中，如图8、图10、图11所示，防护网组4包括第一防护网41和第二防护网42，第一防护网41通过卡扣直接设置在钢丝绳3上，第二防护网42外边缘设置有绳索43，绳索43挂设在钢丝绳3上。第一防护网41的网孔孔径小于第二防护网42的网孔孔径。

一种边坡加固方法，如图9所示，利用边坡加固装置进行加固，具体步骤为：

在待加固的边坡上造孔：根据设计要求和地质条件，使用钻机在预定位置钻孔。钻孔深度应超过杆体1长度的2/3，以保证锚杆的稳定性。

安装锚杆：将锚杆放入钻孔中，并用钢筋夹固定。

压力注浆：在杆体1周围注入水泥浆或聚合物浆，形成一个与锚杆紧密连接的浆体。注浆时应注意控制压力和流量，避免浆体渗漏或过度充填。

张拉锚固：在浆体硬化后，使用张拉设备将锚杆拉紧，使其与土体或岩体牢固连接。张拉时应注意控制张力和速度，避免锚杆断裂或变形。

然后将钢丝绳3依次悬挂在锚杆上并围绕成封闭结构，然后将防护网组4固定在钢丝绳3上。

使用时，当加固区域发生外部冲击力，如地震冲击时，地质内部发生振动，振动传递至第二管体22，由于第一管体21、第二管体22之间设置辐条23，则辐条23通过自身性变抵消第二管体22带来的内部冲击，有效的避免了内部冲击力直接传导至地质外部。而外部冲击力向内部传递冲击力产生的能量时，也会通过辐条23进行有效的消减。

使用时，当发生落石或地质滑坡时，防护网组4会受到掉落物的冲击，第一防护网41直接冲击钢丝绳3、第二防护网42通过绳索43冲击钢丝绳3。钢丝绳3受力后会对阻尼机构24形成拉力，此时钢丝绳3通过连接件拉扯移动块242向远离安装杆241的方向移动，进而对阻尼弹簧243形成压缩，此时，阻尼弹簧243通过自身形变能够有效地吸收冲击力时产生的振动和位移差，进而实现了对冲击力的消减。并且，拉力会随阻尼弹簧243传递至安装杆241，再由安装杆241传递至翻边接头210上，进而导致翻边接头210带动第一管体21有旋转的趋势，此时第一管体21和第二管体22之间的辐条会依靠自身结构以及形变对冲击力进行再次消减处理。

实施例4

如图7、图8所示的一种边坡加固装置，包括钢丝绳3，以及设置在钢丝绳3上的防护网组4，还包括实施例2提出的锚杆，锚杆有多组，且均匀间隔设置在待加固边坡上。钢丝绳3依次悬挂在多组锚杆的阻尼机构24上，且构成一个过多个封闭结构。防护网组设置在封闭结构上。

一种边坡加固方法，如图9所示，利用边坡加固装置进行加固，具体步骤为：在待加固的边坡上造孔：根据设计要求和地质条件，使用钻机在预定位置钻孔。钻孔深度应超过杆体1长度的2/3，以保证锚杆的稳定性。

安装锚杆：将锚杆放入钻孔中，并用钢筋夹固定。

压力注浆：在杆体1周围注入水泥浆或聚合物浆，形成一个与锚杆紧密连接的浆体。注浆时应注意控制压力和流量，避免浆体渗漏或过度充填。

张拉锚固：在浆体硬化后，使用张拉设备将锚杆拉紧，使其与土体或岩体牢固连接。张拉时应注意控制张力和速度，避免锚杆断裂或变形。

然后将钢丝绳3依次悬挂在锚杆上并围绕成封闭结构，然后将防护网组4固定在钢丝绳3上。

使用时，当加固区域发生外部冲击力，如地震冲击时，地质内部发生振动，振动传递至第二管体22，由于第一管体21、第二管体22之间设置辐条23，则辐条23通过自身性变抵消第二管体22带来的内部冲击，有效的避免了内部冲击力直接传导至地质外部。而外部冲击力向内部传递冲击力产生的能量时，也会通过辐条23进行有效的消减。

使用时，当发生落石或地质滑坡时，防护网组4会受到掉落物的冲击，第一防护网41直接冲击钢丝绳3、第二防护网42通过绳索43冲击钢丝绳3。钢丝绳3受力后会对阻尼机构24形成拉力，此时钢丝绳3通过连接件拉扯移动块242向远离安装杆241的方向移动，进而对阻尼弹簧243形成压缩，此时，阻尼弹簧243通过自身形变能够有效地吸收冲击力时产生的振动和位移差，进而实现了对冲击力的消减。并且，拉力会随阻尼弹簧243传递至安装杆241，再由安装杆241传递至翻边接头210上，进而导致翻边接头210带动第一管体21有旋转的趋势，此时第一管体21和第二管体22之间的辐条会依靠自身结构以及形变对冲击力进行再次消减处理。并且，在安装杆241的旋转趋势会通过设置的扭力弹簧251进行消减处理，扭力弹簧251受到挤压或拉扯后，通过自身形变抵消这一部分冲击力。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围之内。