CN109267571A - 一种坡体中存在空腔条件下的锚固装置及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种坡体中存在空腔条件下的锚固装置及其施工方法，该锚固装置包括伞状锚固头（7）、锚索（4）和衔接两者的可咬合链条（6）；伞状锚固头（7）中防水伞面（19）用于在空腔（2）内被伞骨架撑开后注入砂浆，以在其包裹范围内形成砂浆扩大头；可咬合链条（6）在压缩条件下能够咬合为直线且整体具有一定抗弯刚度，在受到拉伸作用后能够伸长为普通链条状。本发明有效解决了锚索在弯折点位置内弯点与外弯点受力不均匀导致锚索易断裂的问题；纵使空腔体积很大、形状很怪也不影响该扩大头的施工，可实施性强，而且当锚索进入工作状态时能够为锚索提供足够的锚固力；只需少量砂浆就能够为锚索提供足够的锚固力，节约资源。

Description

一种坡体中存在空腔条件下的锚固装置及其施工方法

技术领域

本发明涉及边坡支护中岩土锚固技术领域，尤其涉及一种坡体中存在空腔条件下的锚固装置及其施工方法。

背景技术

在边坡支护工程中，预应力锚索常与多种支护结构联合使用，例如框架预应力锚索支护结构、锚拉式桩板墙支护结构、预应力锚索复合土钉墙支护结构。预应力锚索能够将边坡土体对坡面支护结构的背侧土压力传递至边坡深层土体，从而利用深层土体的锚固作用力，以此对边坡进行加固。

通常，锚固作用提供的锚固力大小与锚固体直径及锚固体长度有关，若锚索锚固段范围内的山体中存在空腔，锚索锚固长度往往无法满足设计要求。现阶段遇到该种地质条件时往往采取以下措施：

（1）扩大锚孔孔径，使用低标号素混凝土将空腔填满，待混凝土强度达到80%时再次钻孔，该种措施往往耗费大量的人力物力，极大的浪费资源。

（2）依已有锚孔穿入PVC管道，将PVC管道穿过空腔区，触底至空腔边缘，再次钻孔直至满足设计锚固长度，该种措施可实施性较差，若空腔体积较大时，基本没有实施的可能性。

（3）变更设计或改变锚索角度，空腔体积及相对位置无法准确确定，支护工程施工至一半变更设计浪费大量的人力物力。

可见，上述几种措施均没有很好的解决锚索锚固段无法提供足够锚固力的问题，而且耗费大量的人力物力，可实施性较差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种坡体中存在空腔条件下的锚固装置，其能够提供足够的锚固力，同时其可实施性强，节省人力物力等资源。此外，本发明还相应提供了该锚固装置的施工方法。

为解决上述问题，本发明所述的一种坡体中存在空腔条件下的锚固装置，该锚固装置包括：伞状锚固头、锚索和衔接两者的可咬合链条；所述伞状锚固头包括中心撑杆、设在所述中心撑杆上的伞骨架以及设在所述伞骨架上的防水伞面，所述中心撑杆远离所述防水伞面的一端与所述可咬合链条连接；所述伞状锚固头具有当其从坡体锚孔进入空腔后能够使所述伞骨架撑开的触发部件；所述防水伞面用于在空腔内被所述伞骨架撑开、锁定位置后注入砂浆，以在其包裹范围内形成砂浆扩大头；所述可咬合链条在压缩条件下能够咬合为直线且整体具有一定抗弯刚度，在受到拉伸作用后能够伸长为普通链条状。

优选的，所述可咬合链条由多个子链条首尾咬合连接形成；每个子链条首尾两端均具有两个突出且相对的咬齿，首尾两端的两组咬齿方向相互垂直；每个子链条首端具有容纳前一子链条尾端咬齿的凹陷空间，尾端具有容纳后一子链条首端咬齿的凹陷空间；前后两个子链条通过设在各自咬齿间的销钉实现连接。

优选的，所述伞骨架包括设在所述中心撑杆前端的定子撑板，套设于所述所述中心撑杆后端的动子撑板，设在两者之间用于形成伞架的内外撑杆，以及设在所述中心撑杆上用于限制所述动子撑板继续往前移动的限位部件；所述触发部件为套设于所述中心撑杆且位于所述动子撑板后方的弹簧。

优选的，所述限位部件为套设于所述中心撑杆的套管，其一端与所述定子撑板连接，另一端用于挡住往前移动的所述动子撑板。

优选的，所述定子撑板与所述中心撑杆之间为螺纹连接，所述中心撑杆上具有一段用于与所述定子撑板螺纹连接的外螺纹。

优选的，所述中心撑杆与所述可咬合链条之间通过定板实现连接，所述定板与所述中心撑杆之间螺纹连接。

优选的，所述锚索与所述可咬合链条之间通过齿面双向锚板实现连接，所述齿面双向锚板具有用于安装所述锚索的贯通型安装孔，安装孔前后两个方向上均能***夹片。

相应地，本发明还提供了一种坡体中存在空腔条件下的锚固装置的施工方法，包括：

锚固装置入孔前的准备：将可咬合链条收缩咬合，把伞状锚固头上的伞骨架收缩；

锚固装置入孔：将锚固装置推入坡体上的锚孔，直至所述伞状锚固头上的伞骨架在触发部件作用下在空腔（2）内将防水伞面撑开；

锚固装置安装就位：对锚索进行预张拉，使所述可咬合链条解除咬合，在保证所述伞状锚固头卡在所述空腔内壁的锚孔处进入正常工作状态后，对其位置进行锁定；

注浆：向所述锚孔分批次注入砂浆，使砂浆在所述伞状锚固头上防水伞面包裹的范围内形成砂浆扩大头；

张拉锁定：待所述锚孔内砂浆强度达到设计要求时，对所述锚索进行张拉以施加预应力，并用锚具将其锁定即可。

优选地，在所述注浆步骤中，注浆伊始注入稠度较低的砂浆以冲洗所述防水伞面的内表面，然后注入稠度较高的砂浆形成所述砂浆扩大头，最后注入稠度较低的砂浆使得所述伞状锚固头内的砂浆密实，直至浆液从锚孔口溢出。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明中，锚固装置包括伞状锚固头、锚索以及衔接两者的可咬合链条；可咬合链条在咬合状态下具有一定抗弯刚度，当解除咬合状态后又成为普通的链条，能够将锚索上的张拉力传递至伞状锚固头。基于此，伞状锚固头、中心撑杆与锚索之间能够成任意角度使用，有效解决了锚索在弯折点位置内弯点与外弯点受力不均匀导致锚索易断裂的问题。

2、本发明锚固装置能够在坡体中存在空腔的条件下使用，通过锚孔将伞状锚固头置入坡体空腔内，并通过注浆的方式在伞状锚固头包裹的空间内形成具有较高强度的扩大头，这样的话，纵使空腔体积很大、形状很怪也不影响该扩大头的施工，可实施性强，而且当锚索进入工作状态时能够为锚索提供足够的锚固力，使得锚索正常工作，保证边坡的稳定性。

3、相对于现有技术中使用混凝土等材料灌注山体空腔的措施，本发明锚固装置只需少量砂浆就能够为锚索提供足够的锚固力，节约资源，降低成本。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

图1为本发明实施例提供的锚固装置的整体结构应用示意图。

图2为本发明实施例提供的锚固装置中主要部件的连接示意图。

图3为本发明实施例提供的锚固装置中伞状锚固头的结构示意图。

图4为本发明实施例提供的锚固装置中动子撑板和内撑杆之间的连接示意图。

图5为本发明实施例提供的锚固装置中定子撑板、外撑杆和防水伞面之间的连接示意图。

图6为本发明实施例提供的锚固装置中可咬合链条中子链条的结构示意图。

图7为本发明实施例提供的锚固装置中齿面双向锚板的结构示意图。

图8为本发明实施例提供的锚固装置中定板的结构示意图。

图中：1—坡体，2—空腔，3—锚固装置，4—锚索，5—齿面双向锚板，6—可咬合链条，7—伞状锚固头，8—夹片，9—咬齿，10—销钉，11—中心撑杆，12—定板，13—弹簧，14—动子撑板，15—定子撑板，16—套管，17—内撑杆，18—外撑杆，19—防水伞面，20—外螺纹，21—Ⅰ型铰链支座，22—Ⅱ型铰链支座。

具体实施方式

参考图1~图3，本发明实施例提供了一种坡体中存在空腔条件下的锚固装置，其包括伞状锚固头7、锚索4和衔接两者的可咬合链条6；安装完成后可咬合链条6占据空腔2内壁上锚孔前后一段距离，使锚索4不发生弯折，一般可取0.5-1.0m。

具体地，上述伞状锚固头7包括中心撑杆11、设在中心撑杆11上的伞骨架以及设在伞骨架上的防水伞面19，中心撑杆11远离防水伞面19的一端与可咬合链条6连接。

上述伞状锚固头7具有能够使伞骨架撑开的触发部件，具体而言，在使用过程中，伞骨架在锚孔狭窄空间中呈收缩状态，当其从坡体1锚孔进入空腔2内开阔空间后，该触发部件能够使伞骨架撑开，进而撑开防水伞面19。

上述防水伞面19用于在空腔2内被伞骨架撑开和在锁定位置后注入砂浆，以在其包裹范围内形成砂浆扩大头。可以理解的是，制作防水伞面19所用的材料应该不易破裂，以兜住砂浆形成扩大头；实际应用中，可以采用PVC涂塑帆布。

上述可咬合链条6在压缩条件下能够咬合为直线且整体具有一定抗弯刚度，能够当做一根杆来使用，在受到拉伸作用后能够伸长为普通链条状。

基于上述实施例公开的锚固装置，在本发明另一实施例中，对上述可咬合链条6的具体结构进行阐述。

参考图2和图6，上述可咬合链条6由多个子链条首尾咬合连接形成；每个子链条首尾两端均具有两个突出且相对的咬齿9，首尾两端的两组咬齿9方向相互垂直；前后两个子链条通过设在各自咬齿间的销钉10实现连接。每个子链条首端具有容纳前一子链条尾端咬齿的凹陷空间，尾端具有容纳后一子链条首端咬齿的凹陷空间；由于这些凹陷空间的存在，使得可咬合链条6在压缩条件下能够咬合为直线且整体具有一定抗弯刚度。

参考图2和图7，锚索4与可咬合链条6之间通过齿面双向锚板5实现连接，普通锚板只能在一个方向***夹片8，而本发明中齿面双向锚板5为能够双向***夹片8的锚板，其具有用于安装锚索4的贯通型安装孔，安装孔前后两个方向上均能***夹片8，实际制作过程中，条件允许时可用工程胶固定夹片8。基于上述可咬合链条6的具体结构，齿面双向锚板5与可咬合链条6连接的一侧具有与末端子链条相适应的咬齿、销钉和凹陷空间。

参考图2、图3和图8，中心撑杆11与可咬合链条6之间通过定板12实现连接，定板12与中心撑杆11之间螺纹连接，具体地，中心撑杆11后端具有外螺纹，顶板12中部具有配合使用的内螺纹。基于上述可咬合链条6的具体结构，定板12与可咬合链条6连接的一侧具有与前端子链条相适应的咬齿、销钉和凹陷空间。

基于上述各实施例公开的的锚固装置，在本发明再一实施例中，对上述伞状锚固头7中伞骨架和相应触发部件的具体结构进行阐述。

参考图2和图3，上述伞骨架包括设在中心撑杆11前端的定子撑板15，套设于中心撑杆11后端的动子撑板14，通过铰接方式设在两者之间用于形成伞架的内外撑杆，以及设在中心撑杆11上的限位部件。

基于上述伞骨架的具体结构，使其撑开的触发部件为套设于中心撑杆11且位于动子撑板14后方的弹簧13，具体可以采用圆柱螺旋压缩弹簧。基于上述实施例公开的衔接中心撑杆11与可咬合链条6的定板12，弹簧13后端抵在定板12前端面上。进一步地，定子撑板15与中心撑杆11之间为螺纹连接，中心撑杆11上具有一段用于与定子撑板15螺纹连接的外螺纹20；这样的话，当弹簧13无法积蓄足够的能量时，能够精确向后调节定子撑板15在中心撑杆11前端的位置，以使弹簧13积蓄足够能量。

使用时，动子撑板14能在中心撑杆11上自由移动，向后移动收缩伞骨架同时能够压缩弹簧13积蓄能量，这时处于收缩状态的伞骨架一旦处于没有空间限制的自由状态，弹簧13将弹开推动动子撑板14向前移动，进而撑开整个伞骨架，最后使得整个防水伞面19被撑开。

在上述过程中，限位部件用于限制动子撑板14继续往前移动，保证防水伞面19最终停留在有包裹空间的伞状而不是平面，就像常规伞一样。具体而言，限位部件可以为套设于中心撑杆11的套管16，其一端与定子撑板15连接，另一端用于挡住往前移动的动子撑板14。

对于伞骨架中设在定子撑板15和动子撑板14之间用于形成伞架的内外撑杆，其具体实现方式参考现有技术中伞的相关结构即可。不过，这里还是简单说一下。参考图3~图5，上述内外撑杆具体包括内撑杆17和外撑杆18，数根外撑杆18呈放射状均匀设在定子撑板15上，外撑杆18外侧具有固定防水伞面19的六角螺栓；相应数量的内撑杆17一端设在动子撑板14上，另一端与外撑杆17内侧连接。

外撑杆18与定子撑板15之间，内撑杆17与动子撑板14、外撑杆18之间为铰接，具体而言，动子撑板14外周均布有I型铰链支座21，定子撑板15外周均布有II型铰链支座22，外撑杆18内侧设有配合使用的铰支座，内撑杆17和外撑杆18在相应位置具有安装孔，安装孔与各支座之间通过六角螺栓固定。

基于上述各实施例公开的锚固装置，本发明相应地提供一种锚固装置的施工方法，具体包括以下步骤。

（1）锚固装置入孔前的准备：将可咬合链条6收缩咬合，把伞状锚固头7上的伞骨架收缩。

结合具体实例进行阐述，首先，按上述结构内容完成锚固装置的制作，其次将可咬合链条6收缩咬合，最后把伞状锚固头7上的外撑杆18收缩，使动子撑板14压缩弹簧13。当弹簧13无法积蓄足够的能量时，调节定子撑板15在中心撑杆11的位置，使弹簧13积蓄足够能量。

（2）锚固装置入孔：将锚固装置推入坡体1上的锚孔，直至伞状锚固头7上的伞骨架在触发部件作用下在空腔2内将防水伞面19撑开。

（3）锚固装置安装就位：对锚索4进行预张拉，使可咬合链条6解除咬合，在保证伞状锚固头7卡在空腔2内壁的锚孔处进入正常工作状态后，对其位置进行锁定。

在可咬合链条6解除咬合后，伞状锚固头7、中心撑杆11与锚索4之间能够成任意角度使用，有效解决了锚索在弯折点位置内弯点与外弯点受力不均匀导致锚索易断裂的问题。

（4）注浆：向锚孔分批次注入砂浆，使砂浆在伞状锚固头7上高强度防水伞面19包裹的范围内形成砂浆扩大头。

具体地，通过一次注浆管将砂浆分批次的注入锚孔，注浆伊始，注入稠度较低的砂浆以冲洗防水伞面19的内表面，以将伞状锚固头7所包裹空间中在入孔过程中带入的孔渣冲洗干净，保证注浆形成的砂浆扩大头不掺杂杂物，保证其强度；然后，注入稠度较高的砂浆形成砂浆扩大头，最后注入稠度较低的砂浆使得伞状锚固头7内的砂浆密实，直至浆液从锚孔口溢出。

在实际操作过程中，在一次注浆结束后的一定时间内，还可以通过二次注浆管补浆。

（5）张拉锁定：待锚孔内砂浆强度达到设计要求时，对锚索4进行张拉以施加预应力，并用锚具将其锁定即可。

以上对本发明所提供的技术方案进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的结构及其核心思想。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，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (9)

1.一种坡体中存在空腔条件下的锚固装置，其特征在于，该锚固装置包括：

伞状锚固头（7）、锚索（4）和衔接两者的可咬合链条（6）；

所述伞状锚固头（7）包括中心撑杆（11）、设在所述中心撑杆（11）上的伞骨架以及设在所述伞骨架上的防水伞面（19），所述中心撑杆（11）远离所述防水伞面（19）的一端与所述可咬合链条（6）连接；

所述伞状锚固头（7）具有当其从坡体（1）锚孔进入空腔（2）后能够使所述伞骨架撑开的触发部件；

所述防水伞面（19）用于在空腔（2）内被所述伞骨架撑开、锁定位置后注入砂浆，以在其包裹范围内形成砂浆扩大头；

所述可咬合链条（6）在压缩条件下能够咬合为直线且整体具有一定抗弯刚度，在受到拉伸作用后能够伸长为普通链条状。

2.如权利要求1所述的锚固装置，其特征在于，所述可咬合链条（6）由多个子链条首尾咬合连接形成；每个子链条首尾两端均具有两个突出且相对的咬齿（9），首尾两端的两组咬齿（9）方向相互垂直；每个子链条首端具有容纳前一子链条尾端咬齿的凹陷空间，尾端具有容纳后一子链条首端咬齿的凹陷空间；前后两个子链条通过设在各自咬齿间的销钉（10）实现连接。

3.如权利要求1或2所述的锚固装置，其特征在于，所述伞骨架包括设在所述中心撑杆（11）前端的定子撑板（15），套设于所述所述中心撑杆（11）后端的动子撑板（14），设在两者之间用于形成伞架的内外撑杆，以及设在所述中心撑杆（11）上用于限制所述动子撑板（14）继续往前移动的限位部件；所述触发部件为套设于所述中心撑杆（11）且位于所述动子撑板（14）后方的弹簧（13）。

4.如权利要求3所述的锚固装置，其特征在于，所述限位部件为套设于所述中心撑杆（11）的套管（16），其一端与所述定子撑板（15）连接，另一端用于挡住往前移动的所述动子撑板（14）。

5.如权利要求3所述的锚固装置，其特征在于，所述定子撑板（15）与所述中心撑杆（11）之间为螺纹连接，所述中心撑杆（11）上具有一段用于与所述定子撑板（15）螺纹连接的外螺纹。

6.如权利要求1所述的锚固装置，其特征在于，所述中心撑杆（11）与所述可咬合链条（6）之间通过定板（12）实现连接，所述定板（12）与所述中心撑杆（11）之间螺纹连接。

7.如权利要求1所述的锚固装置，其特征在于，所述锚索（4）与所述可咬合链条（6）之间通过齿面双向锚板（5）实现连接，所述齿面双向锚板（5）具有用于安装所述锚索（4）的贯通型安装孔，安装孔前后两个方向上均能***夹片（8）。

8.一种如权利要求1所述的锚固装置的施工方法，包括：

锚固装置入孔前的准备：将可咬合链条（6）收缩咬合，把伞状锚固头（7）上的伞骨架收缩；

锚固装置入孔：将锚固装置推入坡体（1）上的锚孔，直至所述伞状锚固头（7）上的伞骨架在触发部件作用下在空腔（2）内将防水伞面（19）撑开；

锚固装置安装就位：对锚索（4）进行预张拉，使所述可咬合链条（6）解除咬合，在保证所述伞状锚固头（7）卡在所述空腔（2）内壁的锚孔处进入正常工作状态后，对其位置进行锁定；

注浆：向所述锚孔分批次注入砂浆，使砂浆在所述伞状锚固头（7）上防水伞面（19）包裹的范围内形成砂浆扩大头；

张拉锁定：待所述锚孔内砂浆强度达到设计要求时，对所述锚索（4）进行张拉以施加预应力，并用锚具将其锁定即可。

9.如权利要求8所述的施工方法，其特征在于，在所述注浆步骤中，注浆伊始注入稠度较低的砂浆以冲洗所述防水伞面（19）的内表面，然后注入稠度较高的砂浆形成所述砂浆扩大头，最后注入稠度较低的砂浆使得所述伞状锚固头（7）内的砂浆密实，直至浆液从锚孔口溢出。