一种带有伸缩手臂的预应力锚杆及使用方法

技术领域

本发明属于隧道支护的技术领域，尤其涉及一种带有伸缩手臂的预应力锚杆及使用方法。

背景技术

随着基础建设的飞速发展，锚杆作为一种快捷的锚固构件，对岩土体加固起到了关键作用，给工程施工带来了便利。施工中岩土体在开挖后原始应力场平衡被打破导致结构失稳，新的应力场形成需要借助外力达到稳定，锚杆的锚固力是作为新应力场平衡最常见的一种外力，锚杆由于自身构造简单，易施工，使用范围广泛等特点被广泛用于边坡处理、道桥、地下空间工程、隧道工程、煤炭开采巷道支护等施工现场，加快了工程进度节约了施工时间和成本。

现有的锚杆种类繁多但大多数存在着不可回收等技术问题，尤其锚杆长时间在岩土中受到腐蚀不能进行更换导致锚固性能减弱、强度降低，对工程今后的使用和检修造成一定的安全隐患，同时施加的预应力位置固定无法对具体岩体强度较弱的位置起到作用，而且大多数预应力锚杆没有针对岩体进行压实加固。

传统锚杆在生产和使用时工序较多，用材方面浪费较大，不符合绿色环保的理念。

发明内容

为了解决现有技术存在的预应力锚杆方式单一、灵活性差、无法对薄弱位置进行局部加强、不能回收利用、锚杆长期在岩土中受腐蚀导致锚固力下降、锚杆制作及操作复杂等问题，本发明提供了一种带有伸缩手臂的预应力锚杆及使用方法，可回收利用、无需注浆，通过锚固力强的锚固剂与岩土体进行接触、能够解决传统锚杆长期在岩土中腐蚀所带来的锚固力下降的问题，制作方式和操作方式简单、易施工、锚固力高、灵活性高、具有针对性。

为了解决上述技术问题，本发明通过以下技术方案来实现：本发明提供一种带有伸缩手臂的预应力锚杆，包括组合杆体、套在所述组合杆体外的套筒、与所述套筒铰接并对称设置的两个传动杆、通过铰接件与所述传动杆的自由端滑动连接的伸缩手臂；所述组合杆体远离传动杆的一端设有螺纹部，所述螺纹部与推动螺母螺纹连接，通过拧紧所述推动螺母推动所述套筒以撑开所述传动杆，带动伸缩手臂沿着所述铰接件水平运动嵌入岩土体内；所述组合杆体的底部通过锚固剂与锚孔围岩粘结；所述组合杆体的顶部外露围岩的部分套装有锚杆托盘，所述锚杆托盘的外侧设有与组合杆体螺纹配合的紧固螺母，锚杆托盘经紧固螺母锁固在锚孔围岩上。

可选的，所述组合杆体由从上到下依次连接的第一杆体、第二杆体、第三杆体三部分组成，相邻的两个杆体之间通过连接螺套连接；所述套筒套设在所述第一杆体上，所述推动螺母位于所述套筒的上方并与第一杆体螺纹连接；所述铰接件水平穿过所述第二杆体，所述伸缩手臂与所述铰接件滑动连接，所述传动杆的自由端与所述伸缩手臂铰接；所述第三杆体上锚固有锚固剂。

进一步的，所述伸缩手臂的杆体部分由锥形头钢管构成，其头部由一定厚度的弧形钢片构成，所述弧形钢片与杆体部分焊接而成且锥形头钢管穿过所述弧形钢片。

可选的，所述铰接件为销轴，该销轴穿过所述伸缩手臂的杆体部分的锥形头钢管，两根锥形头钢管分别与销轴滑动连接。

进一步的，所述套筒包括空心管和圆环，所述空心管的一端连接所述推动螺母，所述空心管的另一端与所述圆环连接。

进一步的，所述空心管与圆环通过焊接连接；所述圆环上设置有与所述传动杆铰接的铰槽。

可选的，所述第一杆体和第三杆体由螺纹钢筋构成，所述第二杆体由热轧带肋空心钢筋构成，且所述第二杆体上设有与所述伸缩手臂的杆体部分的直径相适应的孔洞；所述连接螺套为带有内螺纹的空心钢管，所述连接螺套的内径与所述第一杆体、第二杆体、第三杆体的直径相同。

进一步的，所述锚杆托盘为金属蝶形托盘，所述锚杆托盘的中部预留有与所述第一杆体的直径相对应的孔洞。

本发明还提供一种上述的带有伸缩手臂的预应力锚杆的使用方法，包括以下步骤：

步骤一、在施工工作面进行打孔，孔径大于组合杆体的直径的12-16mm，孔的深度由组合杆体的长度决定；

步骤二、将组合杆体的第一杆体、第二杆体、第三杆体组装，第一杆体上装有组装好的套筒及铰接的传动杆，第二杆体上在预先设置好的孔位安装铰接件和伸缩手臂，伸缩手臂处于收缩状态，传动杆的自由端与伸缩手臂的杆体部分铰接，第三杆体上锚固有尺寸合适的锚固剂；

将伸缩手臂预应力锚杆结构放入所打的孔中，通过拧紧推动螺母推动套筒从而撑开传动杆和伸缩手臂，使伸缩手臂的头部充分嵌入岩土体内，头部的弧形钢片与孔壁紧密接触，在孔内锚固完成；

步骤三、将组合杆体顶部露出围岩的部分套装锚杆托盘，锚杆托盘外侧设有与组合杆体螺纹配合的紧固螺母，锚杆托盘经所述紧固螺母锁固在锚孔围岩上；

步骤四、回收或者更换带有伸缩手臂的预应力锚杆时，首先通过旋松紧固螺母，拆卸锚杆托盘，进一步通过旋松推动螺母，轻推组合杆体，使伸缩手臂从土体中移出，借助周围土体的挤压力，使传动杆和伸缩手臂自然合拢，旋松连接螺套，进而对各个部分移出土体进行回收或者更换。

由上，本发明的带有伸缩手臂的预应力锚杆采用组合锚杆的形式，首先通过底部锚固剂进行初步锚固，其次锚杆的中上部分采用拧紧推动螺母撑开传动杆带动伸缩手臂进行锚固，伸缩手臂伸展后与岩土体进行挤压形成挤压阻力，并嵌入岩土体内防止脱落，同时伸缩手臂头部的弧形片起到手掌的作用能进一步起到对周围土体压实的作用，根据岩土体性质通过推动螺母控制伸缩手臂伸展程度来改变锚固力，根据推动螺母拧紧程度来改变锚杆与土体的挤压力，通过这种施加预应力的方式，进一步使带有伸缩手臂的预应力锚杆的锚固性能达到最大化，提高了锚固效果，增强了土体的稳定性；本发明的带有伸缩手臂的预应力锚杆基于收缩的特点解决了传统锚杆长期在岩土中腐蚀锚固力下降的问题，通过伸缩手臂顶端锥形头嵌入岩土体内解决了锚杆一定程度的脱落问题；通过收缩伸缩手臂拆卸组合锚杆进行锚杆的更换；伸缩手臂式预应力锚杆结构易施工、锚固力强，灵活性高，具有针对性，不仅适用于硬岩，同时在松散岩体或者软岩体中也有很好的效果。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下结合优选实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍。

图1为本发明的带有伸缩手臂的预应力锚杆的立体结构示意图；

图2为本发明的第二杆体的结构示意图

图3为本发明的伸缩手臂的结构示意图；

图4为本发明的带有伸缩手臂的预应力锚杆的立面示意图；

图5为本发明的带有伸缩手臂的预应力锚杆锚固前或者回收后的立面图。

图中，1-组合杆体；2-紧固螺母；3-锚杆托盘；4-推动螺母；5-套筒；6-圆环；7-铰槽；8-传动杆；9-连接螺套；10-伸缩手臂；11-铰接件；12-锚固剂。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的具体实施方式，其作为本说明书的一部分，通过实施例来说明本发明的原理，本发明的其他方面、特征及其优点通过该详细说明将会变得一目了然。在所参照的附图中，不同的图中相同或相似的部件使用相同的附图标号来表示。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“内”、“外”“两端”、“一端”、“另一端”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。术语“设置有”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，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。

如图1至图5所示，本发明提供了一种带有伸缩手臂的预应力锚杆，包括组合杆体1、套筒5和对称设置的两个传动杆8和伸缩手臂10，组合杆体1由第一杆体1-1、第二杆体1-2、第三杆体1-3三部分组成，第一杆体1-1的一端设有螺纹部，该螺纹部与推动螺母4螺纹连接，第一杆体1-1的另一端套有圆环6，组合杆体1穿过套筒5。杆体1-1、1-2、1-3的端部设置有外螺纹，且三者间两两通过连接螺套9相互连接。

套筒5包括空心管和圆环6，空心管与圆环6通过焊接连接。空心管的一端与推动螺母4相连，空心管的另一端与圆环6连接，圆环6设置于第一杆体1-1与第二杆体1-2之间的连接螺套9之上一定距离。

传动杆8的一端与圆环6铰接，铰接件11插入第二杆体1-2上的导向孔且导向孔的直径与铰接件11的直径相匹配，伸缩手臂10通过铰接件11与传动杆8的底部(自由端)滑动连接。

本实施例中，如图1所示，杆体1-1、1-3为热轧螺纹钢筋，第二杆体1-2为热轧带肋空心钢筋，且第一杆体1-1的底部连接部分、第三杆体1-3的顶端部分、且与二者相连的第二杆体1-2两端均加工有与连接螺套9上的内螺纹相对应配合的外螺纹。推动螺母4位于套筒5的上方，推动螺母4为高强度螺母，通过拧紧推动螺母4带动组合杆体1向外拉伸，在套筒5的阻挡下给传动杆8和伸缩手臂10一向内的推力，传动杆8和伸缩手臂10在这一推力作用下被撑开，也就是说，通过拧紧推动螺母4推动套筒5从而撑开传动杆8和伸缩手臂10。

传动杆8和伸缩手臂10的杆体部分均由钢管构成，伸缩手臂10的杆体部分由锥形头钢管构成，头部由一定厚度的弧形钢片构成，弧形钢片与杆体部分焊接而成且锥形头钢管穿过弧形钢片，两根锥形头钢管通过铰接件11连接。铰接件11为销轴，两根锥形头钢管分别与销轴滑动连接，传动杆8与圆环6和伸缩手臂10均铰链连接。

锚孔底部的锚固剂12采用聚酯薄膜分割呈双组分包装药卷状的树脂锚固剂。在组合锚杆插入锚孔之前应密实包裹于第三杆体1-3之上，且锚固之后的锚固剂外径与孔的直径相符。

锚杆托盘3为金属蝶形托盘，锚杆托盘3中部预留有与第一杆体1-1直径相对应的孔洞。连接螺套9为带有内螺纹的空心钢管，连接螺套9的内径与杆状构件的直径相同。

本实施例中，伸缩手臂10的头部带有弧形钢片与锥形头，增大了接触面积，在施加预应力的基础上，增加了杆体的稳定性，同时对周遭局部围岩起到压实的作用，进一步提升了预应力效果，圆环6和伸缩手臂10的杆体部分上均设置有铰槽7，使传动杆8与圆环6和伸缩手臂10的杆体部分更好地彼此铰接。

上述的带有伸缩手臂的预应力锚杆的使用方法，包括以下步骤：

步骤一、在施工工作面进行打孔，孔径大于组合杆体的直径的12-16mm，孔的深度由组合杆体1的长度决定；

步骤二、将组合杆体1的第一杆体1-1、第二杆体1-2、第三杆体1-3组装，第一杆体1-1上装有组装好的套筒5及铰接的传动杆8，第二杆体1-2上在预先设置好的孔位安装铰接件11和伸缩手臂10，伸缩手臂10处于收缩状态，传动杆8的自由端与伸缩手臂10的杆体部分铰接，第三杆体1-3上锚固有尺寸合适的锚固剂12；

将伸缩手臂预应力锚杆结构放入所打的孔中，通过拧紧推动螺母4推动套筒5从而撑开传动杆8和伸缩手臂10，使伸缩手臂10的头部充分嵌入岩土体内，头部的弧形钢片与孔壁紧密接触，在孔内锚固完成；

步骤三、将组合杆体顶部露出围岩的部分套装锚杆托盘3，锚杆托盘3外侧设有与组合杆体螺纹配合的紧固螺母2，锚杆托盘3经所述紧固螺母2锁固在锚孔围岩上；

步骤四、回收或者更换带有伸缩手臂的预应力锚杆时，首先通过旋松紧固螺母2，拆卸锚杆托盘，进一步通过旋松推动螺母4，轻推组合杆体，使伸缩手臂10从土体中移出，借助周围土体的挤压力，使传动杆8和伸缩手臂10自然合拢，旋松连接螺套9，进而对各个部分移出土体进行回收或者更换。

在本发明的使用方法中，将带有伸缩手臂的预应力结构放入所打的孔中，调整杆件位置使杆底锚固剂与围岩充分接触，然后通过拧紧螺母4推动套筒5从而撑开传动杆8带动伸缩手臂10水平运动，使伸缩手臂10的圆锥部分充分嵌入岩土体，同时使弧形片紧密接触孔壁，锚固完成。针对某部分强度差松散度高的围岩，可通过在相对应的锚杆部位进行打孔，并将伸缩手臂10安置于相应位置，并按上述方法使伸缩手臂到达预期位置，完成定位支护。

本发明的带有伸缩手臂的预应力锚杆结构及其使用方法，便于拆卸安装、可回收使用，可通过调整伸缩手臂的位置对围岩相对薄弱的孔壁进行压固支撑，同时通过施加预应力的方式加强了锚杆与岩土体的接触，可减少不良扰动导致锚杆脱落的情况，具有较强的锚固力和稳定性，同时组合杆底部采用锚固剂包裹比以往水泥注浆具有更好的锚固效果。

以上所述是本发明的优选实施方式而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和变动，这些改进和变动也视为本发明的保护范围。