CN104612150B - 一种用于岩质边坡治理的锚索及其内锚头 - Google Patents

Abstract

一种用于岩质边坡治理的锚索及其内锚头，内锚头包括本体及贯穿设于本体的若干绞线孔；本体两端分别为第一端和第二端，第一端向第二端直径递减而呈圆锥形，本体第一端外周间隔设有凹部。锚索的内锚固段包括若干内锚头，若干内锚头首尾相接排列，且各内锚头的第一端远离自由段而第二端靠近自由段；各内锚头的绞线孔中至少有一个穿设有钢绞线，钢绞线延伸至自由段和外锚固段，使得各内锚头之间通过钢绞线呈并联关系；设于各绞线孔中的钢绞线的末端裸露而设有镦头，各镦头与对应的各内锚头的第一端侧面紧贴。本发明内锚头可以均匀传递荷载，可以提高边坡锚固的安全性和长期有效性。

Description

一种用于岩质边坡治理的锚索及其内锚头

技术领域

本发明属于岩土工程技术领域，特别涉及一种用于岩质边坡治理的新型锚索及其内锚头。

背景技术

在岩土工程建设中，预应力锚固技术已经成为最常见的岩土体加固措施，预应力锚索可以主动加固岩土体，有效增大岩体稳定安全系数，保证工程建设和运行期的安全，其主要有下列几类：

1.第一代有粘结无保护预应力锚索

这一类型锚索至今仍在我国绝大多数交通、水利水电等工程中应用。如图1所示，这种锚索体系由内锚固段1’、自由段2’和外锚3’固段组成。自由段2’的钢绞线4’用油脂保护，而由于采用油保护的防锈可靠性较差，几乎所有的工程最后都会通过灌浆的方式将自由段封死。因而，此类锚索最终变为有粘结无保护型锚索，这种锚索体系存在着以下缺陷：

(1)由于锚索和内锚固段全部在裸露状态下被回填砂浆充填包裹，一旦回填砂浆体开裂，在水的浸蚀下，锚索极易锈蚀；

(2)为防止锈蚀，几乎所有工程都在施工结束后，将锚索的自由段用砂浆灌满。这样，锚索无法随岩体变形，失去了自由调整的能力，降低了对边坡加固的效果；

(3)此类锚索因需要形成一个预张拉的内锚头，故难以在向上打的钻孔中布置内锚头。同时，由于内锚头是在无压状态下形成的，难以保证注浆密实。根据调查，约有10％的锚索内锚头的质量或多或少存在注浆不密实问题。

2.第二代无粘结双层保护锚索

如图2所示，第二代锚索采用充防锈油脂的聚氯乙稀套管5’保护钢绞线4’，只将内锚固段1’的各根钢绞线去除聚氯乙稀套管，同时，内锚固段1’和自由段2’一次灌浆。此类锚索弥补了第一代锚索的缺点，自由段的钢绞线在套管内可自由移动，使整个锚索体系可以随着岩体变形，达到内力调整的目的，打上仰孔和注浆密实问题也相应获得解决。近年，我国水利水电***逐渐使用了经保护的钢绞线，如小湾、紫坪铺等工程。然而，此种锚索体系的内锚固段只能任钢绞线裸露，直接与砂浆接触，也降低了使用寿命。

3.无粘结压力分散型预应力锚索

研究表明，传统锚索的内锚固段受拉时将在某一段产生应力集中，同时内锚固段的钢绞线在向外拔出时产生的剪胀有可能导致该处砂浆固结段开裂。因此，如图3所示，无粘结压力分散型预应力锚索的内锚固段1’具有多个并联的内锚头6’，可以改善内锚固段1’的应力，提高内锚固段1’的可靠性，从而为减少内锚固段的长度创造条件。这一新型锚索，除了具备以往锚索的全部优点以外，还增加了以下重要特点：

(1)锚索内锚头受力均匀，具有极高的抗拉拔超载能力，锚索的多个内锚头是按并联原则分布在内锚固段中，不仅可大大提高了锚索体系的可靠度，而且可缩短锚固段长度，与传统锚索体系相比，经济效益显著；

(2)采用一次性注浆回填工艺，通过加压注浆改良钻孔周围岩体，并确保内锚头注浆密实，可以安装上仰和垂直向上的锚索。

显然，该种锚索体系将会有效地提高边坡锚固的安全性和长期有效性，为我国岩土工程预应力锚固技术进步发挥重要作用。

如图3所示，目前，岩土工程中常用的预应力锚索类型是无粘结压力分散型预应力锚索，这种锚索相对于第一代有粘结型锚索来说，由于钢绞线4’外套了PVC塑料胶套5’，可以很好地满足预应力防腐的要求，另外由于其外套PVC塑料胶套，在工程运行过程中，可以适应岩体变形进行预应力调整，保证岩体变形与锚索应力的相互协调。但是其较第二代无粘结锚索多了一个重要的结构元件——内锚头6’及7’，其主要用来将锚索中的预应力通过锚孔中的砂浆体传输到岩体中。但是在现有无粘结压力分散型预应力锚索的内锚头6’及7’的设计上，主要是采用一块较厚的平板进行预应力荷载传递，由于这块荷载传递平板面积很小，而加在平板中的预应力很大，平板下所灌注的水泥砂浆将会被压坏，影响预应力锚索加固后的边坡在工程运行阶段的可靠性。在较大的地震或降雨工况下，可能发生边坡失稳，造成边坡崩塌、滑移等重要地质灾害。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于岩质边坡治理的锚索的内锚头，其设计合理，结构强度大，可以均匀传递荷载。

本发明的另一目的是提供一种用于岩质边坡治理的锚索，其可以有效地提高边坡锚固的安全性和长期有效性。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种用于岩质边坡治理的锚索的内锚头，它包括本体及贯穿设于该本体的若干绞线孔；该本体两端分别为第一端和第二端，该第一端向第二端直径递减而呈圆锥形，该本体第一端外周间隔设有凹部。

所述第一端侧面沿轴向向外凸设有连接部，所述绞线孔位于该连接部内部；该连接部连接一罩体，该罩体将所述绞线孔密封在该连接部内。

所述第二端侧面沿轴向向外凸设有支撑部，所述绞线孔位于该支撑部外缘。

一种用于岩质边坡治理的锚索，它包括通过钢绞线依次连接的内锚固段、自由段和外锚固段；该钢绞线套设有充填防锈油脂的套管，所述内锚固段包括若干内锚头；该内锚头包括本体及贯穿设于该本体的若干绞线孔；该本体两端分别为第一端和第二端，该第一端向第二端直径递减而呈圆锥形，该本体第一端外周间隔设有凹部；该若干内锚头首尾相接排列，且各该内锚头的第一端远离该自由段而第二端靠近该自由段；

各该内锚头的绞线孔中至少有一个穿设有该钢绞线，该钢绞线延伸至该自由段和外锚固段，使得各该内锚头之间通过钢绞线呈并联关系；设于各该绞线孔中的钢绞线的末端不设有该套管而设有镦头，各该镦头与对应的各内锚头的第一端侧面紧贴。

所述内锚头的第一端侧面沿轴向向外凸设有连接部，所述绞线孔位于该连接部内部；所述连接部连接一保护罩，该保护罩将穿过所述绞线孔的钢绞线末端密封在该连接部与该保护罩围构的空腔内。

距离所述自由段最远的内锚头的连接部的保护罩呈圆锥形。

所述各内锚头的第二端侧面沿轴向向外凸设有支撑部，所述绞线孔位于该支撑部外缘。

所述各绞线孔均设有所述钢绞线，远离所述自由段的内锚头的钢绞线穿过靠近所述自由段的内锚头的凹部。

所述各内锚头的第二端与相邻内锚头第一端之间的钢绞线均连接至一对中架，该对中架呈圆盘状，外周间隔设有若干缺口，所述钢绞线设于该缺口内部。

所述各绞线孔排列为圆形，所述连接部及支撑部也为圆形。

本发明的有益效果是：本发明解决了现有内锚头对注浆体的压裂问题，提高了锚索长期可靠性。本发明的内锚头，结构合理，可以改变预应力荷载对砂浆体的压裂作用，更加直接有效地将预应力荷载传递到岩体中，更容易在岩体中形成保证岩体稳定分反力拱，保证锚固岩体在工程建设以及运行阶段的稳定。该发明可以较快地转化为实际产品，在岩土工程中进行推广利用，具有重要的经济效益与社会效益。

附图说明

图1是现有的第一代有粘结无保护预应力锚索的结构示意图。

图2是现有的第二代无粘结双层保护锚索的结构示意图。

图3是现有的无粘结压力分散型预应力锚索的结构示意图。

图4是本发明的内锚头的结构示意图。

图5是本发明的内锚头的右视图。

图6是本发明的内锚头的左视图。

图7是图5中A-A方向的剖视图。

图8是本发明用于岩质边坡治理的锚索的结构示意图。

图9是图8中B处的放大示意图。

图10是本发明用于岩质边坡治理的锚索的对中架的结构示意图。

图11是本发明用于岩质边坡治理的锚索的装配图。

图12是本发明用于岩质边坡治理的锚索的内锚头的受力分析图。

具体实施方式

以下配合附图对本发明进行进一步的说明，然而并非用以限制本发明的实施范围。

如图4-图7所示，本发明首先提供一种用于岩质边坡治理的锚索的内锚头1，它包括本体11及贯穿设于该本体11的若干绞线孔12，供钢绞线穿设。该本体11两端分别为第一端111和第二端112，该第一端111向第二端112直径递减而呈圆锥形，该本体11第一端111外周间隔设有凹部13。进一步的，该第一端111侧面沿轴向向外凸设有连接部14，该绞线孔12位于该连接部14内部。该连接部14用于连接一具有导向作用或保护作用或两种作用都有的罩体2，例如通过螺纹，或者通过其他现有的连接方式，使得该罩体2将该绞线孔12密封在该连接部14内。另外，该第二端112侧面可以沿轴向向外凸设有支撑部15，该绞线孔12位于该支撑部15外缘，这样当绞线孔12中穿设钢绞线时，该支撑部15起到支撑分隔各钢绞线的作用。

如图8-图9所示，本发明另提供一种用于岩质边坡治理的锚索，它包括通过钢绞线3依次连接的内锚固段4、自由段5和外锚固段6。该钢绞线3套设有充填防锈油脂的套管7，例如PVC管，使其在充填砂浆后，内部钢绞线可以自由移动。内锚固段4、自由段5和外锚固段6的划分和连接与现有技术相同，故在此不再赘述。与现有技术不同的是，本发明的内锚固段4包括若干内锚头1，该内锚头为本发明提供的上述内锚头1，这些内锚头首尾相接排列，且各该内锚头1的第一端111远离该自由段5而第二端112靠近该自由段5。

各该内锚头1的绞线孔12中至少有一个穿设有该钢绞线3，该钢绞线3延伸至沿着坡面打钻的锚孔的外部，而依次形成该自由段5和外锚固段6。各该内锚头之间通过钢绞线呈并联关系，设于各该绞线孔12中的钢绞线3的末端不设该套管而为裸露的钢绞线，在裸露的钢绞线上设有镦头31，各该镦头31与对应的各内锚头1的第一端111侧面紧贴。

相应的，各该内锚头1的第一端111侧面沿轴向向外凸设有连接部14，该绞线孔12位于该连接部14内部。该连接部14连接一罩体2，该罩体2将穿过该绞线孔12的钢绞线3末端密封在该连接部14与该罩体2围构的空腔内，对内部裸露的钢绞线进行保护。其中距离该自由段最远的内锚头的连接部的罩体为圆锥形，因而具有保护和导向双重作用。

该各内锚头1的第二端112侧面沿轴向向外凸设有支撑部15，该绞线孔12位于该支撑部15外缘，通过该支撑部15对各钢绞线进行支撑和分隔。

优选的，每个内锚头1的各绞线孔12均设有通向外部的钢绞线3，远离该自由段5的内锚头的钢绞线穿过靠近该自由段5的内锚头的凹部13，形成良好定位。另外，该凹部13还可以通过进浆管，用于加压注浆。

为了防止同一内锚头的钢绞线交叉，各内锚头的第二端112与相邻内锚头第一端111之间的钢绞线3均连接至一对中架8，如图10所示，该对中架8呈圆盘状，外周间隔设有若干缺口81，该钢绞线3设于该缺口81内部。

优选的，该各绞线孔12排列为圆形，该连接部14及支撑部15也为圆形。

本发明锚索在安装时与普通的无粘结压力型预应力锚索是一样的，没有特殊的地方，如图11所示，钢绞线3通过绞线孔12穿过，并在第一端111侧面处用挤压方式将钢绞线3上的镦头31固定好，在第一端111的连接部14安装具有保护钢绞线镦头不被锈蚀并且有导向作用的导向罩2，然后按照常规压力型预应力锚索施工过程开展编索、安装、锚孔下索、注浆以及张拉各工序。

本发明锚索与普通的无粘结压力型预应力锚索主要的区别在于内锚头的结构不同，主要的不同主要体现在内锚头荷载传递机理上。如图12所示，本发明的内锚头1结构大体上为一个锥台体，这样通过钢绞线作用，内锚头1上所受的预应力荷载F，分解成了F1’与F2’两个部分，其中：常规的内锚头锚索中预应力荷载主要作用在图中所示的AA’平面上，AA’面积很小，因此，在较大的预应力荷载作用下可能将水泥砂浆体压裂。而本发明内锚头中，F1’作用在锥台的外表面，F2’作用在BB’面，这样荷载传递面积大大增大，这样作用在锚孔中灌注的水泥砂浆体上的应力较小，保证了水泥砂浆体的完整性。因此，预应力荷载能够较均匀地传递在岩体中，保证预应力锚索能够可靠地运行。

本发明专利，主要优化了无粘结压缩性锚索内锚头的受力结构，将内锚头的平板受力结构改成了楔形的受力结构，使锚索中预应力的荷载传递面积增加数倍，并且直接将预应力较为均匀地传递到了岩体中，减少压坏水泥注浆体的情况，从而提高锚固边坡的整体可靠性，保证工程建设与运行安全。

本发明所开发的预应力锚索内锚头，将在很大程度上提高预应力锚固的可靠性，有力地推动预应力锚固技术与设备方面的研究发展。发明的设备推广应用，将产生较好的经济与社会效益。利用本发明的内锚头在某水利工程施工现场进行了现场试验，现场试验结果显示本发明内锚头的极限承载力大大提高，预应力锚索实际工程运行可靠度得到了保障。

需要指出的是，上述实施方式仅仅是可能的实施例，是为了清楚地理解本发明的原理而提出的。可以在不背离本发明原理和范围的情况下对上述本发明的实施方式进行许多变化和修改。所有这些修改和变化都包括在本发明揭示的范围中，并且受到所附权利要求的保护。

Claims (8)

1.一种用于岩质边坡治理的锚索的内锚头，其特征在于，它包括本体及贯穿设于该本体的若干绞线孔；该本体两端分别为第一端和第二端，该第一端向第二端直径递减而呈圆锥形，该本体第一端外周间隔设有凹部；

所述第一端侧面沿轴向向外凸设有连接部，所述绞线孔位于该连接部内部；该连接部连接一罩体，该罩体将所述绞线孔密封在该连接部内。

2.根据权利要求1所述的用于岩质边坡治理的锚索的内锚头，其特征在于：所述第二端侧面沿轴向向外凸设有支撑部，所述绞线孔位于该支撑部外缘。

3.一种用于岩质边坡治理的锚索，它包括通过钢绞线依次连接的内锚固段、自由段和外锚固段；该钢绞线套设有充填防锈油脂的套管，其特征在于：所述内锚固段包括若干内锚头；该内锚头包括本体及贯穿设于该本体的若干绞线孔；该本体两端分别为第一端和第二端，该第一端向第二端直径递减而呈圆锥形，该本体第一端外周间隔设有凹部；该若干内锚头首尾相接排列，且各该内锚头的第一端远离该自由段而第二端靠近该自由段；

该钢绞线延伸至该自由段和外锚固段，使得各该内锚头之间通过钢绞线呈并联关系；设于各该绞线孔中的钢绞线的末端不设有该套管而设有镦头，各该镦头与对应的各内锚头的第一端侧面紧贴；

所述各绞线孔均设有所述钢绞线，远离所述自由段的内锚头的钢绞线穿过靠近所述自由段的内锚头的凹部。

4.根据权利要求3所述的用于岩质边坡治理的锚索，其特征在于：所述内锚头的第一端侧面沿轴向向外凸设有连接部，所述绞线孔位于该连接部内部；所述连接部连接一保护罩，该保护罩将穿过所述绞线孔的钢绞线末端密封在该连接部与该保护罩围构的空腔内。

5.根据权利要求4所述的用于岩质边坡治理的锚索，其特征在于：距离所述自由段最远的内锚头的连接部的保护罩呈圆锥形。

6.根据权利要求4或5所述的用于岩质边坡治理的锚索，其特征在于：所述各内锚头的第二端侧面沿轴向向外凸设有支撑部，所述绞线孔位于该支撑部外缘。

7.根据权利要求6所述的用于岩质边坡治理的锚索，其特征在于：所述各内锚头的第二端与相邻内锚头第一端之间的钢绞线均连接至一对中架，该对中架呈圆盘状，外周间隔设有若干缺口，所述钢绞线设于该缺口内部。

8.根据权利要求7所述的用于岩质边坡治理的锚索，其特征在于：所述各绞线孔排列为圆形，所述连接部及支撑部也为圆形。