CN105951825B - 一种中空自扩底锚栓及其安装方法 - Google Patents
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Abstract
一种中空自扩底锚栓，包括杆体、楔块、内衬管，杆体的中心开设有杆体内孔，杆体包括底端、中间杆、外露端，底端包括刀头与切缝，楔块的中心开设有楔块内孔，楔块包括楔头与底座，内衬管的一端的外周面与杆体内孔的内周面相连接，内衬管的另一端的外周面与楔块内孔的内周面相连接，内衬管的内部与杆体内孔、楔块内孔均相通；安装时，将上述锚栓插到直孔底，锤击或冲击安装帽，以使楔块促使刀头向孔壁扩张，刀头嵌入直孔壁而凿出碎宵，锤击或冲击安装帽的同时，利用安装帽输入压缩空气以将碎宵吹出，刀头扩底到位后，向杆体内注浆至浆液溢出，待浆液固化，锚栓安装完毕。本设计不仅扩底效果好，而且注浆质量好、耐久性高、可靠性高。
Description
技术领域
本发明属于结构工程锚固、新老结构连接锚筋及设备安装地脚锚栓等技术领域，尤其涉及一种中空自扩底锚栓及其安装方法，主要适用于提高扩底效果。
背景技术
锚栓通常有两种锚固方式：一种为机械式锚固，另一种为胶结式锚固。机械式锚固主要靠扩胀头与锚孔壁之间的挤压产生的摩擦阻力来提供锚固力。因锚头与孔壁的咬合深度有限，能提供的抗拔力不大，且孔壁的变形和扩胀头的松弛易使锚固失效，可靠性低。胶结式锚固由灌注的胶结料固结后来提供锚固力，比如植筋技术。植筋胶因强度高，能提供的锚固力大，可靠性高。但是植筋胶存在不耐温、不耐湿和老化的问题，不能满足某些特殊环境的工程需求。
针对锚栓在锚固机理和锚固材料中存在的不足，GB50367-2013《混凝土结构加固设计规范》推荐采用有锁键效应的后扩底锚栓。这类锚栓按其构造方式不同，分为自扩底、模扩底和胶粘-模扩底三种。先在混凝土结构的直孔底部采用模具刀片钻头扩底，再安装根部带扩胀头锚栓的称为模扩底锚栓。若在模具刀片钻头扩底后，还往锚孔内灌注植筋胶，再安装根部带扩胀头锚栓的则称为胶粘-模扩底锚栓。而自扩底锚栓是直接将带扩底刀头的锚杆***直孔内，通过对锚杆外露端冲击或旋转加压来实现扩底。
中国专利申请公布号为CN101691843A，申请公布日为2010年4月7日的发明公开了一种可快速安装的后扩孔自锁锚杆，包括杆体内锚端、中间杆、杆体外露端和楔块，杆体内锚端的端面上开有贯通截面的楔槽，楔块的一端设置有楔头，另一端设置有底座，楔头与底座之间为中间段，中间段的直径或截面面积小于楔头大端的直径或截面面积。虽然该发明能快速安装，但是其仍然存在以下缺陷：该后扩孔自锁锚杆的安装和扩底一次完成，杆体内锚端扩底时内锚端凿出的孔壁碎宵无法排出锚孔外，储存在锚孔内的碎宵阻碍杆体内锚端扩底，扩底效果较差。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中存在的扩底效果差的缺陷与问题，提供一种扩底效果好的中空自扩底锚栓及其安装方法。
为实现以上目的，本发明的技术解决方案是：一种中空自扩底锚栓，包括杆体、楔块，所述杆体包括依次相连接的底端、中间杆、外露端，所述楔块包括相连接的楔头与底座；
所述中空自扩底锚栓还包括内衬管；所述杆体的中心开设有杆体内孔，所述杆体内孔的一端延伸至外露端的端面上，杆体内孔的另一端延伸至底端的端面上，所述底端包括刀头与切缝，所述刀头的数量至少为两个，刀头包括上端、下端、外周面，所述切缝的数量与刀头的数量相等，切缝位于相邻两个刀头之间，切缝包括第一端、第二端、第三端、第四端，所述第一端延伸至上端的端面上，第二端延伸至下端的端面上，第三端与杆体内孔垂直相通，第四端延伸至外周面上，所述中间杆的一端与上端相连接，中间杆的另一端与外露端的一端相连接，外露端的另一端的外周面上设置有螺纹；
所述楔头包括楔顶、圆锥面或侧棱或楔面，所述楔顶与下端相接触，所述圆锥面或侧棱或楔面位于正对切缝的位置，所述楔块的中心开设有楔块内孔，所述楔块内孔的一端延伸至楔顶的端面上，楔块内孔的另一端延伸至底座的端面上；
所述内衬管的一端的外周面与杆体内孔的内周面相连接，内衬管的另一端的外周面与楔块内孔的内周面相连接，内衬管的内部与杆体内孔、楔块内孔均相通。
所述内衬管的外直径小于等于杆体内孔的内直径，内衬管的外直径大于楔块内孔的内直径，内衬管的长度大于第一端与第二端之间的距离。
所述切缝的数量为2个～8个，所述第一端与第二端之间的距离大于等于楔头的高度。
所述楔头为正圆锥体结构、正棱锥体结构或楔体结构，楔头的尖锥角度小于杆体与楔块两材料之间的摩擦角的两倍。
所述底座沿截面的径向开设有多个沟槽，所述沟槽与楔块内孔垂直相通。
一种中空自扩底锚栓的安装方法，所述安装方法依次包括以下步骤：
a、组装：先将内衬管的一端***楔顶的楔块内孔内，以使内衬管的一端的外周面与楔块内孔的内周面相连接，再将内衬管的另一端***底端的杆体内孔内，当圆锥面或侧棱或楔面位于正对切缝的位置、楔顶与下端相接触，且内衬管的另一端的外周面与杆体内孔的内周面相连接时停止***，此时，杆体、内衬管、楔块组装为一体结构，从而完成中空自扩底锚栓的组装；
b、安装：先在岩石或混凝土上钻直孔，以使直孔的内直径大于杆体的外直径、楔块的外直径，再将组装好的中空自扩底锚栓***直孔内，***时，楔块位于杆体的下方，当底座与直孔的孔底相接触时，停止***并在外露端上连接安装帽，然后锤击或冲击安装帽，以使杆体沿直孔向下移动，刀头在楔头的约束下向外扩张，刀头凿出直孔的孔壁的岩石或混凝土以形成孔扩底并产生碎宵，锤击或冲击安装帽的同时，压缩空气依次经安装帽、杆体内孔、内衬管、楔块内孔后输送至孔底后，压缩空气再沿中空自扩底锚栓与直孔之间的缝隙向外折返将碎宵吹出，当刀头与孔扩底形成锁键效应时，停止锤击或冲击安装帽、停止输送压缩空气，再去掉安装帽，然后将注浆材料依次通过杆体内孔、内衬管、楔块内孔后注入孔底，当注浆材料沿中空自扩底锚栓与直孔之间的缝隙溢出后停止注浆，待注浆材料固化，此时，中空自扩底锚栓安装完毕。
步骤a中：
所述内衬管的一端的外周面与楔块内孔的内周面相连接是指：内衬管的一端的外周面与楔块内孔的内周面卡紧连接；或者将内衬管的一端的表面攻丝、楔顶的楔块内孔内套丝，以使内衬管的一端的外周面与楔块内孔的内周面螺纹连接；
所述内衬管的另一端的外周面与杆体内孔的内周面相连接是指：内衬管的另一端的外周面与杆体内孔的内周面卡紧连接；或者将内衬管的另一端表面涂抹粘接材料后***底端的杆体内孔内，待粘接材料固化后，内衬管的另一端的外周面与杆体内孔的内周面相连接。
步骤b中，当所述安装帽为一号安装帽时：
所述一号安装帽包括一号安装帽本体及其内部设置的第一内孔、第二内孔、第三内孔，所述第一内孔的一端延伸至一号安装帽本体的一号端的端面上，第一内孔的另一端与第二内孔的一端相通，第二内孔的另一端与第三内孔的一端垂直相通，第三内孔的另一端延伸至一号安装帽本体的侧面上；
所述在外露端上连接安装帽是指：先在第一内孔内套丝，再将外露端与第一内孔螺纹连接，以使外露端上连接一号安装帽；
所述锤击或冲击安装帽是指：利用锤击工具对一号安装帽的二号端进行锤击；
所述压缩空气依次经安装帽、杆体内孔、内衬管、楔块内孔后输送至孔底是指：通过第三内孔外接压缩空气，使压缩空气依次经第三内孔、第二内孔、第一内孔、杆体内孔、内衬管、楔块内孔后输送至孔底。
步骤b中，当所述安装帽为二号安装帽时：
所述二号安装帽包括二号安装帽本体及其内部设置的一号内孔、二号内孔、三号内孔，所述一号内孔的一端延伸至二号安装帽本体的三号端的端面上，一号内孔的另一端与二号内孔的一端相通，二号内孔的另一端与三号内孔的一端相通，三号内孔的另一端延伸至二号安装帽本体的四号端的端面上；
所述在外露端上连接安装帽是指：先在一号内孔内套丝，再将外露端与一号内孔螺纹连接，以使外露端上连接二号安装帽；
所述锤击或冲击安装帽是指：先将空压冲击排渣设备的排气孔与三号内孔气路连接，再利用空压冲击排渣设备对二号安装帽进行冲击；
所述压缩空气依次经安装帽、杆体内孔、内衬管、楔块内孔后输送至孔底是指：空压冲击排渣设备经排气孔排出的压缩空气依次经三号内孔、二号内孔、一号内孔、杆体内孔、内衬管、楔块内孔后输送至孔底。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1、由于本发明一种中空自扩底锚栓及其安装方法中杆体的中心开设有杆体内孔，楔块的中心开设有楔块内孔，内衬管的一端的外周面与杆体内孔的内周面相连接，内衬管的另一端的外周面与楔块内孔的内周面相连接，内衬管的内部与杆体内孔、楔块内孔均相通，这样的设计将自扩底锚栓设计成中空的形式，通过中空通道输入压缩空气至孔底，将自扩底锚栓刀头扩底过程中凿出的碎宵从直孔壁与锚栓杆体之间的缝隙排出锚孔外，利于刀头继续扩底，提高了自扩底锚栓的扩底功效。因此，本发明扩底效果好。
2、由于本发明一种中空自扩底锚栓及其安装方法中楔头的尖锥角度小于杆体与楔块两材料之间的摩擦角的两倍，在锚栓受拉拔力时，锚栓的刀头将受到扩底孔壁的挤压作用，因摩擦自锁力的缘故，底部的楔块不会从夹紧的刀头之间滑脱，锚栓扩张头保持自锁状态，为锚栓提供可靠的锁键效应锚固力。因此，本发明可靠性高。
3、由于本发明一种中空自扩底锚栓及其安装方法中自扩底锚栓有了中空通道，可以在完成锚栓自扩底工作后利用中空通道进行注浆，将注浆材料注至孔底，再由孔底通过直孔壁与锚栓杆体之间的缝隙折返形成回路，缝隙易被灌注密实，确保浆液灌注质量，为锚栓提供粘接锚固力，同时对锚栓杆体起防护作用，从而提高了锚栓的耐久性能和可靠性能。因此，本发明不仅注浆质量好，而且耐久性高、可靠性高。
4、由于本发明一种中空自扩底锚栓及其安装方法中注浆是在锚栓自扩底后完成，注浆不影响自扩底工作，有了中空自扩底锚栓，在国家规范GB50367-2013推荐的三种后扩底锚栓基础上又新增了一种形式——胶粘-自扩底锚栓，中空自扩底锚栓安装便捷，可靠性高，可以代替膨胀锚栓和化学植筋。因此，本发明安装便捷，可靠性高，可以代替膨胀锚栓和化学植筋。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是图1中杆体的结构示意图。
图3是图2中底端的主视图。
图4是图3的仰视图。
图5是本发明中正圆锥体楔块的结构示意图。
图6是本发明中正棱锥体楔块的结构示意图。
图7是本发明中楔体楔块的主视图。
图8是图7的左视图。
图9是图1中内衬管的结构示意图。
图10是本发明中一号安装帽的结构示意图。
图11是本发明中二号安装帽的结构示意图。
图12是本发明组装后的状态示意图。
图13是本发明组装后放入直孔内的状态示意图。
图14是本发明安装后的状态示意图。
图中：中空自扩底锚栓1、杆体2、底端21、刀头211、切缝212、上端213、下端214、外周面215、第一端216、第二端217、第三端218、第四端219、中间杆22、外露端23、杆体内孔24、螺纹25、楔块3、楔头31、底座32、楔块内孔33、沟槽34、楔顶35、尖锥角度36、圆锥面37、侧棱38、楔面39、内衬管4、一号安装帽5、一号安装帽本体51、第一内孔52、第二内孔53、第三内孔54、一号端55、二号端56、侧面57、二号安装帽6、二号安装帽本体61、一号内孔62、二号内孔63、三号内孔64、三号端65、四号端66、岩石或混凝土7、直孔71、孔底72、孔扩底73、注浆材料74、安装帽8。
具体实施方式
以下结合附图说明和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
参见图1至图14，一种中空自扩底锚栓，包括杆体2、楔块3，所述杆体2包括依次相连接的底端21、中间杆22、外露端23，所述楔块3包括相连接的楔头31与底座32；
所述中空自扩底锚栓还包括内衬管4；所述杆体2的中心开设有杆体内孔24，所述杆体内孔24的一端延伸至外露端23的端面上，杆体内孔24的另一端延伸至底端21的端面上，所述底端21包括刀头211与切缝212，所述刀头211的数量至少为两个，刀头211包括上端213、下端214、外周面215，所述切缝212的数量与刀头211的数量相等，切缝212位于相邻两个刀头211之间，切缝212包括第一端216、第二端217、第三端218、第四端219，所述第一端216延伸至上端213的端面上，第二端217延伸至下端214的端面上，第三端218与杆体内孔24垂直相通，第四端219延伸至外周面215上，所述中间杆22的一端与上端213相连接，中间杆22的另一端与外露端23的一端相连接，外露端23的另一端的外周面上设置有螺纹25；
所述楔头31包括楔顶35、圆锥面37或侧棱38或楔面39，所述楔顶35与下端214相接触，所述圆锥面37或侧棱38或楔面39位于正对切缝212的位置，所述楔块3的中心开设有楔块内孔33，所述楔块内孔33的一端延伸至楔顶35的端面上，楔块内孔33的另一端延伸至底座32的端面上；
所述内衬管4的一端的外周面与杆体内孔24的内周面相连接，内衬管4的另一端的外周面与楔块内孔33的内周面相连接，内衬管4的内部与杆体内孔24、楔块内孔33均相通。
所述内衬管4的外直径小于等于杆体内孔24的内直径，内衬管4的外直径大于楔块内孔33的内直径，内衬管4的长度大于第一端216与第二端217之间的距离。
所述切缝212的数量为2个～8个，所述第一端216与第二端217之间的距离大于等于楔头31的高度。
所述楔头31为正圆锥体结构、正棱锥体结构或楔体结构，楔头31的尖锥角度36小于杆体2与楔块3两材料之间的摩擦角的两倍。
所述底座32沿截面的径向开设有多个沟槽34，所述沟槽34与楔块内孔33垂直相通。
一种中空自扩底锚栓的安装方法，所述安装方法依次包括以下步骤：
a、组装：先将内衬管4的一端***楔顶35的楔块内孔33内，以使内衬管4的一端的外周面与楔块内孔33的内周面相连接，再将内衬管4的另一端***底端21的杆体内孔24内，当圆锥面37或侧棱38或楔面39位于正对切缝212的位置、楔顶35与下端214相接触，且内衬管4的另一端的外周面与杆体内孔24的内周面相连接时停止***，此时，杆体2、内衬管4、楔块3组装为一体结构，从而完成中空自扩底锚栓1的组装；
b、安装：先在岩石或混凝土7上钻直孔71，以使直孔71的内直径大于杆体2的外直径、楔块3的外直径，再将组装好的中空自扩底锚栓1***直孔71内，***时，楔块3位于杆体2的下方，当底座32与直孔71的孔底72相接触时，停止***并在外露端23上连接安装帽8，然后锤击或冲击安装帽8，以使杆体2沿直孔71向下移动，刀头211在楔头31的约束下向外扩张，刀头211凿出直孔71的孔壁的岩石或混凝土7以形成孔扩底73并产生碎宵，锤击或冲击安装帽8的同时，压缩空气依次经安装帽8、杆体内孔24、内衬管4、楔块内孔33后输送至孔底72后，压缩空气再沿中空自扩底锚栓1与直孔71之间的缝隙向外折返将碎宵吹出，当刀头211与孔扩底73形成锁键效应时，停止锤击或冲击安装帽8、停止输送压缩空气，再去掉安装帽8，然后将注浆材料74依次通过杆体内孔24、内衬管4、楔块内孔33后注入孔底72，当注浆材料74沿中空自扩底锚栓1与直孔71之间的缝隙溢出后停止注浆，待注浆材料74固化，此时，中空自扩底锚栓1安装完毕。
步骤a中：
所述内衬管4的一端的外周面与楔块内孔33的内周面相连接是指：内衬管4的一端的外周面与楔块内孔33的内周面卡紧连接；或者将内衬管4的一端的表面攻丝、楔顶35的楔块内孔33内套丝，以使内衬管4的一端的外周面与楔块内孔33的内周面螺纹连接；
所述内衬管4的另一端的外周面与杆体内孔24的内周面相连接是指：内衬管4的另一端的外周面与杆体内孔24的内周面卡紧连接；或者将内衬管4的另一端表面涂抹粘接材料后***底端21的杆体内孔24内，待粘接材料固化后，内衬管4的另一端的外周面与杆体内孔24的内周面相连接。
步骤b中，当所述安装帽8为一号安装帽5时：
所述一号安装帽5包括一号安装帽本体51及其内部设置的第一内孔52、第二内孔53、第三内孔54，所述第一内孔52的一端延伸至一号安装帽本体51的一号端55的端面上，第一内孔52的另一端与第二内孔53的一端相通，第二内孔53的另一端与第三内孔54的一端垂直相通，第三内孔54的另一端延伸至一号安装帽本体51的侧面57上；
所述在外露端23上连接安装帽8是指：先在第一内孔52内套丝，再将外露端23与第一内孔52螺纹连接，以使外露端23上连接一号安装帽5；
所述锤击或冲击安装帽8是指：利用锤击工具对一号安装帽5的二号端56进行锤击；
所述压缩空气依次经安装帽8、杆体内孔24、内衬管4、楔块内孔33后输送至孔底72是指：通过第三内孔54外接压缩空气，使压缩空气依次经第三内孔54、第二内孔53、第一内孔52、杆体内孔24、内衬管4、楔块内孔33后输送至孔底72。
步骤b中，当所述安装帽8为二号安装帽6时：
所述二号安装帽6包括二号安装帽本体61及其内部设置的一号内孔62、二号内孔63、三号内孔64，所述一号内孔62的一端延伸至二号安装帽本体61的三号端65的端面上，一号内孔62的另一端与二号内孔63的一端相通，二号内孔63的另一端与三号内孔64的一端相通，三号内孔64的另一端延伸至二号安装帽本体61的四号端66的端面上；
所述在外露端23上连接安装帽8是指：先在一号内孔62内套丝，再将外露端23与一号内孔62螺纹连接，以使外露端23上连接二号安装帽6；
所述锤击或冲击安装帽8是指：先将空压冲击排渣设备的排气孔与三号内孔64气路连接，再利用空压冲击排渣设备对二号安装帽6进行冲击；
所述压缩空气依次经安装帽8、杆体内孔24、内衬管4、楔块内孔33后输送至孔底72是指：空压冲击排渣设备经排气孔排出的压缩空气依次经三号内孔64、二号内孔63、一号内孔62、杆体内孔24、内衬管4、楔块内孔33后输送至孔底72。
本发明的原理说明如下：
自扩底锚栓的扩底、安装一次完成，省掉了模扩底锚栓要求采用模具扩底钻头扩孔的工序和时间，安装快捷，便于工程推广使用。但自扩底锚栓相对于模扩底锚栓存在以下不足：一是自扩底锚栓的安装和扩底一次完成，杆体刀头扩底时刀头凿出的孔壁碎宵无法排出锚孔外，储存在锚孔内的碎宵阻碍扩底刀头扩底，扩底效果不佳；二是安装的锚栓没有注浆影响耐久性和可靠性。这种锚栓安装后注浆，因孔壁与锚栓杆体之间的缝隙小，不易保证注浆质量。如果在锚栓安装前注浆，则影响后续刀头自扩底效果。在对此类工程实践中，本技术发明人发现：如果将自扩底锚栓设计成中空锚杆，上述问题便迎刃而解。
本设计一种中空自扩底锚栓及其安装方法，该锚栓由带刀头的杆体、楔块和内衬管组成。在岩石或混凝土上钻直孔后，将该锚栓插到直孔底，锚栓外露端连接锤击或冲击设备，对锚栓杆体加压冲击，杆体底端的刀头与楔块之间产生相对滑动，楔块促使刀头向孔壁扩张，刀头嵌入直孔壁而凿出碎宵，对杆体加压冲击的同时，利用安装帽往杆体内输入压缩空气，压缩空气被导至孔底，由孔底向外沿孔壁折返，吹出刀头凿出的孔壁碎宵(锚栓安装过程中采用专用的安装帽与锤击、冲击设备连接，通过锚栓的中空管道吹入空气清孔以便于扩底除渣)，利于刀头继续扩底，锚栓刀头扩底到位后，向杆体内注浆至浆液从直孔壁与杆体之间的缝隙溢出，待浆液固化，自扩底锚栓安装完毕(锚栓安装后再利用锚栓的中空管道灌浆保证岩石或混凝土孔壁与锚栓侧壁之间缝隙的灌浆质量)。因锚栓设计成中空，很好地解决了自扩底锚栓的扩底排渣问题和安装后的灌浆问题，由于刀头与直孔底部的扩孔之间形成锁键咬合提供锚固力，锚栓与孔壁之间可以灌注粘接强度较植筋胶低的水泥基灌注材料，以代替膨胀锚栓和化学植筋，安装方便快捷，可靠性高，耐温、耐湿，无老化问题。
杆体：杆体是一外直径小于直孔内径的弹塑性金属圆管，杆体长度大于直孔的深度，杆体的制造材料具有一定的塑形，比如Q235、Q345钢材，这样材质的杆体能满足安装过程中塑形变形的要求，从而使得中间杆与底端不会出现断裂；杆体的一端作为底端，在底端一定长度范围内沿圆管截面的径向切n道深缝，n可取2～8，为方便加工一般是偶数个，图4是图3的仰视图，图4中n＝4，切缝的长度不小于楔块的高度，通过切缝使底端形成n个等大小的刀头，杆体的另一端作为外露端，在外露端一定范围的圆管表面攻丝，与螺母配合成锚栓。
楔块：楔块是一外直径小于直孔内径的金属圆管，将该金属圆管的一端加工成截顶正圆锥体或截顶正棱锥体或楔体的楔头；当切缝的数量等于2时，则杆体与楔体楔块搭配；当切缝的数量大于2时，则杆体与正圆锥体楔块或同数目的正棱锥体楔块搭配；切缝的长度不小于楔头的高度；参见图5～图8，其中，图5为正圆锥体楔块，图6为n＝4时的正棱锥体楔块的正视图(若楔头为正棱锥体结构，该楔头侧面数量同刀头的数量也为n)，四棱锥体楔块的侧视图与其正视图相同，图7为楔体楔块，图8为图7的侧视图，楔块的长度大于加工后的锥头的高度；在金属圆管的另一端沿圆截面的径向设若干沟槽，沟槽与楔块内孔连通；尖锥角度小于杆体金属与楔块金属两材料之间的摩擦角的两倍，是为了在锚栓受拉拔力时，锚栓的刀头将受到扩底孔壁的挤压作用，因摩擦自锁力的缘故，底部的楔块不会从夹紧的刀头之间滑脱，锚栓扩张头保持自锁状态，为锚栓提供可靠的锁键效应锚固力。
内衬管：内衬管为一段塑料管或金属管，内衬管的外径略大于楔块的楔块内孔的内径，内衬管的外径略小于等于杆体的杆体内孔的内径，内衬管长度大于杆体的切缝的长度；通过内衬管封闭底端沿径向切槽切出的缝隙，在安装锚栓的过程中，刀头在楔块的作用下会张开，使得切缝变大，只有通过内衬管才能将杆体内孔内的压缩空气导至楔块内孔，从而使压缩空气输送至孔底后向外吹出，带出刀头凿出的碎宵。
注浆材料：自扩底锚栓有锁键效应的锚固力，注浆材料可以采用粘接强度较植筋胶低的水泥基注浆材料，由于水泥基注浆材料耐温、耐湿、无老化问题，很好地解决了化学植筋锚栓的植筋胶存在不耐温、不耐湿和易老化的问题，因此，水泥基注浆材料可以代替工程化学植筋。
为了配合中空自扩底锚栓的安装，需制作一安装帽。安装帽为一段金属圆管，圆管的外径大于杆体的外径，将金属圆管与锚栓连接一端的孔径套丝，以便与锚栓外露端的螺纹连接；金属圆管根据安装设备的不同，设计成两种类型：1、使用锤击工具安装时，将金属圆管设计成一号安装帽，见图10；2、使用空压冲击排渣设备安装时，将金属圆管设计成二号安装帽，见图11。
实施例1：
参见图1至图9，一种中空自扩底锚栓，包括杆体2、楔块3、内衬管4；所述杆体2包括依次相连接的底端21、中间杆22、外露端23，杆体2的中心开设有杆体内孔24，所述杆体内孔24的一端延伸至外露端23的端面上，杆体内孔24的另一端延伸至底端21的端面上，所述底端21包括刀头211与切缝212，所述刀头211的数量至少为两个，刀头211包括上端213、下端214、外周面215，所述切缝212的数量与刀头211的数量相等，切缝212位于相邻两个刀头211之间，切缝212包括第一端216、第二端217、第三端218、第四端219，所述第一端216延伸至上端213的端面上，第二端217延伸至下端214的端面上，第三端218与杆体内孔24垂直相通，第四端219延伸至外周面215上，所述中间杆22的一端与上端213相连接，中间杆22的另一端与外露端23的一端相连接，外露端23的另一端的外周面上设置有螺纹25；所述楔块3包括相连接的楔头31与底座32，所述楔头31为正圆锥体结构，楔头31包括楔顶35、圆锥面37，所述楔顶35与下端214相接触，所述圆锥面37位于正对切缝212的位置，所述楔头31的尖锥角度36小于杆体2与楔块3两材料之间的摩擦角的两倍；所述楔块3的中心开设有楔块内孔33，所述楔块内孔33的一端延伸至楔顶35的端面上，楔块内孔33的另一端延伸至底座32的端面上，所述底座32沿截面的径向开设有多个沟槽34，所述沟槽34与楔块内孔33垂直相通；所述内衬管4的一端的外周面与杆体内孔24的内周面相连接，内衬管4的另一端的外周面与楔块内孔33的内周面相连接，内衬管4的内部与杆体内孔24、楔块内孔33均相通。
参见图1至图14，一种中空自扩底锚栓的安装方法，所述安装方法依次包括以下步骤：
a、组装：先将内衬管4的一端***楔顶35的楔块内孔33内，以使内衬管4的一端的外周面与楔块内孔33的内周面相连接，再将内衬管4的另一端***底端21的杆体内孔24内，当圆锥面37位于正对切缝212的位置、楔顶35与下端214相接触，且内衬管4的另一端的外周面与杆体内孔24的内周面相连接时停止***，此时，杆体2、内衬管4、楔块3组装为一体结构，从而完成中空自扩底锚栓1的组装；
b、安装：先在岩石或混凝土7上钻直孔71，以使直孔71的内直径大于杆体2的外直径、楔块3的外直径(直孔71的深度根据具体设计安排)，再将组装好的中空自扩底锚栓1***直孔71内，***时，楔块3位于杆体2的下方，当底座32与直孔71的孔底72相接触时，停止***并在外露端23上连接安装帽8，然后锤击或冲击安装帽8，以使杆体2沿直孔71向下移动，刀头211在楔头31的约束下向外扩张，刀头211凿出直孔71的孔壁的岩石或混凝土7以形成孔扩底73并产生碎宵，锤击或冲击安装帽8的同时，压缩空气依次经安装帽8、杆体内孔24、内衬管4、楔块内孔33后输送至孔底72后，压缩空气再沿中空自扩底锚栓1与直孔71之间的缝隙向外折返将碎宵吹出，当刀头211与孔扩底73形成锁键效应时，停止锤击或冲击安装帽8、停止输送压缩空气，再去掉安装帽8，然后将注浆材料74依次通过杆体内孔24、内衬管4、楔块内孔33后注入孔底72，当注浆材料74沿中空自扩底锚栓1与直孔71之间的缝隙溢出后停止注浆，待注浆材料74固化，此时，中空自扩底锚栓1安装完毕。
实施例2：
基本内容同实施例1，不同之处在于：
在结构上：所述楔头31为正棱锥体结构，楔头31包括楔顶35、侧棱38，所述楔顶35与下端214相接触，所述侧棱38位于正对切缝212的位置，所述楔头31的尖锥角度36小于杆体2与楔块3两材料之间的摩擦角的两倍；
步骤a中：当侧棱38位于正对切缝212的位置、楔顶35与下端214相接触，且内衬管4的另一端的外周面与杆体内孔24的内周面相连接时停止***。
实施例3：
基本内容同实施例1，不同之处在于：
在结构上：所述楔头31为楔体结构，楔头31包括楔顶35、楔面39，所述楔顶35与下端214相接触，所述楔面39位于正对切缝212的位置，所述楔头31的尖锥角度36小于杆体2与楔块3两材料之间的摩擦角的两倍；
步骤a中：当楔面39位于正对切缝212的位置、楔顶35与下端214相接触，且内衬管4的另一端的外周面与杆体内孔24的内周面相连接时停止***。
实施例4：
基本内容同实施例1，不同之处在于：
所述内衬管4的外直径小于等于杆体内孔24的内直径，内衬管4的外直径大于楔块内孔33的内直径，内衬管4的长度大于第一端216与第二端217之间的距离；所述切缝212的数量为2个～8个，所述第一端216与第二端217之间的距离大于等于楔头31的高度。
实施例5：
基本内容同实施例1，不同之处在于：
步骤a中：所述内衬管4的一端的外周面与楔块内孔33的内周面相连接是指：内衬管4的一端的外周面与楔块内孔33的内周面卡紧连接；或者将内衬管4的一端的表面攻丝、楔顶35的楔块内孔33内套丝，以使内衬管4的一端的外周面与楔块内孔33的内周面螺纹连接(内衬管4与楔块3连接后，内衬管4外露于楔块3部分的长度大于切缝212的长度)；所述内衬管4的另一端的外周面与杆体内孔24的内周面相连接是指：内衬管4的另一端的外周面与杆体内孔24的内周面卡紧连接(通过孔径匹配使两者之间产生摩擦阻力保持连接)；或者将内衬管4的另一端表面涂抹粘接材料后***底端21的杆体内孔24内，待粘接材料固化后，内衬管4的另一端的外周面与杆体内孔24的内周面相连接。
实施例6：
基本内容同实施例1，不同之处在于：当所述安装帽8为一号安装帽5时：
在结构上：所述一号安装帽5包括一号安装帽本体51及其内部设置的第一内孔52、第二内孔53、第三内孔54，所述第一内孔52的一端延伸至一号安装帽本体51的一号端55的端面上，第一内孔52的另一端与第二内孔53的一端相通，第二内孔53的另一端与第三内孔54的一端垂直相通，第三内孔54的另一端延伸至一号安装帽本体51的侧面57上；
步骤b中：所述在外露端23上连接安装帽8是指：先在第一内孔52内套丝，再将外露端23与第一内孔52螺纹连接，以使外露端23上连接一号安装帽5；所述锤击或冲击安装帽8是指：利用锤击工具对一号安装帽5的二号端56进行锤击；所述压缩空气依次经安装帽8、杆体内孔24、内衬管4、楔块内孔33后输送至孔底72是指：通过第三内孔54外接压缩空气，使压缩空气依次经第三内孔54、第二内孔53、第一内孔52、杆体内孔24、内衬管4、楔块内孔33后输送至孔底72。
实施例7：
基本内容同实施例1，不同之处在于：当所述安装帽8为二号安装帽6时：
在结构上：所述二号安装帽6包括二号安装帽本体61及其内部设置的一号内孔62、二号内孔63、三号内孔64，所述一号内孔62的一端延伸至二号安装帽本体61的三号端65的端面上，一号内孔62的另一端与二号内孔63的一端相通，二号内孔63的另一端与三号内孔64的一端相通，三号内孔64的另一端延伸至二号安装帽本体61的四号端66的端面上；
步骤b中：所述在外露端23上连接安装帽8是指：先在一号内孔62内套丝，再将外露端23与一号内孔62螺纹连接，以使外露端23上连接二号安装帽6；所述锤击或冲击安装帽8是指：先将空压冲击排渣设备的排气孔与三号内孔64气路连接，再利用空压冲击排渣设备对二号安装帽6进行冲击；所述压缩空气依次经安装帽8、杆体内孔24、内衬管4、楔块内孔33后输送至孔底72是指：空压冲击排渣设备经排气孔排出的压缩空气依次经三号内孔64、二号内孔63、一号内孔62、杆体内孔24、内衬管4、楔块内孔33后输送至孔底72。
Claims (9)
1.一种中空自扩底锚栓，包括杆体(2)、楔块(3)，所述杆体(2)包括依次相连接的底端(21)、中间杆(22)、外露端(23)，所述楔块(3)包括相连接的楔头(31)与底座(32)，其特征在于：
所述中空自扩底锚栓还包括内衬管(4)；所述杆体(2)的中心开设有杆体内孔(24)，所述杆体内孔(24)的一端延伸至外露端(23)的端面上，杆体内孔(24)的另一端延伸至底端(21)的端面上，所述底端(21)包括刀头(211)与切缝(212)，所述刀头(211)的数量至少为两个，刀头(211)包括上端(213)、下端(214)、外周面(215)，所述切缝(212)的数量与刀头(211)的数量相等，切缝(212)位于相邻两个刀头(211)之间，切缝(212)包括第一端(216)、第二端(217)、第三端(218)、第四端(219)，所述第一端(216)延伸至上端(213)的端面上，第二端(217)延伸至下端(214)的端面上，第三端(218)与杆体内孔(24)垂直相通，第四端(219)延伸至外周面(215)上，所述中间杆(22)的一端与上端(213)相连接，中间杆(22)的另一端与外露端(23)的一端相连接，外露端(23)的另一端的外周面上设置有螺纹(25)；
所述楔头(31)包括楔顶(35)、圆锥面(37)或侧棱(38)或楔面(39)，所述楔顶(35)与下端(214)相接触，所述圆锥面(37)或侧棱(38)或楔面(39)位于正对切缝(212)的位置，所述楔块(3)的中心开设有楔块内孔(33)，所述楔块内孔(33)的一端延伸至楔顶(35)的端面上，楔块内孔(33)的另一端延伸至底座(32)的端面上；
所述内衬管(4)的一端的外周面与杆体内孔(24)的内周面相连接，内衬管(4)的另一端的外周面与楔块内孔(33)的内周面相连接，内衬管(4)的内部与杆体内孔(24)、楔块内孔(33)均相通。
2.根据权利要求1所述的一种中空自扩底锚栓，其特征在于：所述内衬管(4)的外直径小于等于杆体内孔(24)的内直径，内衬管(4)的外直径大于楔块内孔(33)的内直径，内衬管(4)的长度大于第一端(216)与第二端(217)之间的距离。
3.根据权利要求1所述的一种中空自扩底锚栓，其特征在于：所述切缝(212)的数量为2个～8个，所述第一端(216)与第二端(217)之间的距离大于等于楔头(31)的高度。
4.根据权利要求1所述的一种中空自扩底锚栓，其特征在于：所述楔头(31)为正圆锥体结构、正棱锥体结构或楔体结构，楔头(31)的尖锥角度(36)小于杆体(2)与楔块(3)两材料之间的摩擦角的两倍。
5.根据权利要求1所述的一种中空自扩底锚栓，其特征在于：所述底座(32)沿截面的径向开设有多个沟槽(34)，所述沟槽(34)与楔块内孔(33)垂直相通。
6.一种权利要求1所述的中空自扩底锚栓的安装方法，其特征在于：所述安装方法依次包括以下步骤：
a、组装：先将内衬管(4)的一端***楔顶(35)的楔块内孔(33)内，以使内衬管(4)的一端的外周面与楔块内孔(33)的内周面相连接，再将内衬管(4)的另一端***底端(21)的杆体内孔(24)内，当圆锥面(37)或侧棱(38)或楔面(39)位于正对切缝(212)的位置、楔顶(35)与下端(214)相接触，且内衬管(4)的另一端的外周面与杆体内孔(24)的内周面相连接时停止***，此时，杆体(2)、内衬管(4)、楔块(3)组装为一体结构，从而完成中空自扩底锚栓(1)的组装；
b、安装：先在岩石或混凝土(7)上钻直孔(71)，以使直孔(71)的内直径大于杆体(2)的外直径、楔块(3)的外直径，再将组装好的中空自扩底锚栓(1)***直孔(71)内，***时，楔块(3)位于杆体(2)的下方，当底座(32)与直孔(71)的孔底(72)相接触时，停止***并在外露端(23)上连接安装帽(8)，然后锤击或冲击安装帽(8)，以使杆体(2)沿直孔(71)向下移动，刀头(211)在楔头(31)的约束下向外扩张，刀头(211)凿出直孔(71)的孔壁的岩石或混凝土(7)以形成孔扩底(73)并产生碎宵，锤击或冲击安装帽(8)的同时，压缩空气依次经安装帽(8)、杆体内孔(24)、内衬管(4)、楔块内孔(33)后输送至孔底(72)后，压缩空气再沿中空自扩底锚栓(1)与直孔(71)之间的缝隙向外折返将碎宵吹出，当刀头(211)与孔扩底(73)形成锁键效应时，停止锤击或冲击安装帽(8)、停止输送压缩空气，再去掉安装帽(8)，然后将注浆材料(74)依次通过杆体内孔(24)、内衬管(4)、楔块内孔(33)后注入孔底(72)，当注浆材料(74)沿中空自扩底锚栓(1)与直孔(71)之间的缝隙溢出后停止注浆，待注浆材料(74)固化，此时，中空自扩底锚栓(1)安装完毕。
7.根据权利要求6所述的一种中空自扩底锚栓的安装方法，其特征在于：
步骤a中：
所述内衬管(4)的一端的外周面与楔块内孔(33)的内周面相连接是指：内衬管(4)的一端的外周面与楔块内孔(33)的内周面卡紧连接；或者将内衬管(4)的一端的表面攻丝、楔顶(35)的楔块内孔(33)内套丝，以使内衬管(4)的一端的外周面与楔块内孔(33)的内周面螺纹连接；
所述内衬管(4)的另一端的外周面与杆体内孔(24)的内周面相连接是指：内衬管(4)的另一端的外周面与杆体内孔(24)的内周面卡紧连接；或者将内衬管(4)的另一端表面涂抹粘接材料后***底端(21)的杆体内孔(24)内，待粘接材料固化后，内衬管(4)的另一端的外周面与杆体内孔(24)的内周面相连接。
8.根据权利要求6所述的一种中空自扩底锚栓的安装方法，其特征在于：
步骤b中，当所述安装帽(8)为一号安装帽(5)时：
所述一号安装帽(5)包括一号安装帽本体(51)及其内部设置的第一内孔(52)、第二内孔(53)、第三内孔(54)，所述第一内孔(52)的一端延伸至一号安装帽本体(51)的一号端(55)的端面上，第一内孔(52)的另一端与第二内孔(53)的一端相通，第二内孔(53)的另一端与第三内孔(54)的一端垂直相通，第三内孔(54)的另一端延伸至一号安装帽本体(51)的侧面(57)上；
所述在外露端(23)上连接安装帽(8)是指：先在第一内孔(52)内套丝，再将外露端(23)与第一内孔(52)螺纹连接，以使外露端(23)上连接一号安装帽(5)；
所述锤击或冲击安装帽(8)是指：利用锤击工具对一号安装帽(5)的二号端(56)进行锤击；
所述压缩空气依次经安装帽(8)、杆体内孔(24)、内衬管(4)、楔块内孔(33)后输送至孔底(72)是指：通过第三内孔(54)外接压缩空气，使压缩空气依次经第三内孔(54)、第二内孔(53)、第一内孔(52)、杆体内孔(24)、内衬管(4)、楔块内孔(33)后输送至孔底(72)。
9.根据权利要求6所述的一种中空自扩底锚栓的安装方法，其特征在于：
步骤b中，当所述安装帽(8)为二号安装帽(6)时：
所述二号安装帽(6)包括二号安装帽本体(61)及其内部设置的一号内孔(62)、二号内孔(63)、三号内孔(64)，所述一号内孔(62)的一端延伸至二号安装帽本体(61)的三号端(65)的端面上，一号内孔(62)的另一端与二号内孔(63)的一端相通，二号内孔(63)的另一端与三号内孔(64)的一端相通，三号内孔(64)的另一端延伸至二号安装帽本体(61)的四号端(66)的端面上；
所述在外露端(23)上连接安装帽(8)是指：先在一号内孔(62)内套丝，再将外露端(23)与一号内孔(62)螺纹连接，以使外露端(23)上连接二号安装帽(6)；
所述锤击或冲击安装帽(8)是指：先将空压冲击排渣设备的排气孔与三号内孔(64)气路连接，再利用空压冲击排渣设备对二号安装帽(6)进行冲击；
所述压缩空气依次经安装帽(8)、杆体内孔(24)、内衬管(4)、楔块内孔(33)后输送至孔底(72)是指：空压冲击排渣设备经排气孔排出的压缩空气依次经三号内孔(64)、二号内孔(63)、一号内孔(62)、杆体内孔(24)、内衬管(4)、楔块内孔(33)后输送至孔底(72)。
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