预应力涨壳锚杆.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)实用新型专利 (10)授权公告号 (45)授权公告日 (21)申请号 202020819694.2 (22)申请日 2020.05.15 (73)专利权人 浙江聚能岩土锚固研究有限公司 地址 310000 浙江省杭州市余杭区良渚街 道纳贤街2号4幢101室 (72)发明人 罗士亮程良奎陶燕丽王哲 虞兴福戚玉亮董文澎 (74)专利代理机构 杭州创智卓英知识产权代理 事务所(普通合伙) 33324 代理人 唐超文 (51)Int.Cl. E21D 21/00(2006.01) E21D 20/02(2006.01) (ESM)同样的发明创造已同日申请发。

2、明专利 (54)实用新型名称 预应力涨壳锚杆 (57)摘要 本实用新型公开了一种预应力涨壳锚杆， 包 括涨壳和设置在涨壳两端的涨壳内楔、 锚杆， 所 述涨壳包括涨壳连接部和涨壳片， 涨壳片周向设 置在涨壳连接部上； 所述涨壳内楔与涨壳顶部为 滑动式接触； 所述锚杆包括锚杆体， 锚杆体一端 通过连接套固定安装有螺杆， 螺杆与涨壳内楔通 过螺纹传动连接， 连接套顶部与涨壳底部呈挤压 式接触； 转动锚杆驱动涨壳内楔向涨壳内运动推 动涨壳片向外变形直至涨壳连接部断裂， 最终使 得涨壳片扩胀至孔壁对岩体施加预应力； 同时还 提供了该预应力涨壳锚杆的施工方法。 本实用新 型具有成本低、 锚固性能好以及便于。

3、实现机械 化、 自动化作业的优点。 权利要求书1页 说明书5页 附图6页 CN 212318048 U 2021.01.08 CN 212318048 U 1.一种预应力涨壳锚杆， 包括涨壳和设置在涨壳两端的涨壳内楔、 锚杆， 其特征在于： 所述涨壳包括涨壳连接部和涨壳片， 涨壳片周向设置在涨壳连接部上； 所述涨壳内楔与涨 壳顶部为滑动式接触； 所述锚杆包括锚杆体， 锚杆体一端通过连接套固定安装有螺杆， 螺杆 与涨壳内楔通过螺纹传动连接， 连接套顶部与涨壳底部呈挤压式接触； 转动锚杆驱动涨壳 内楔向涨壳内运动推动涨壳片向外变形直至涨壳连接部断裂， 使得涨壳片扩胀至孔壁对岩 体施加预应力。 2.。

4、如权利要求1所述的预应力涨壳锚杆， 其特征在于： 所述涨壳连接部和涨壳片一体成 型， 所述涨壳片内侧上下设置有内锥面、 内环面， 所述涨壳连接部的底端内侧设置有与连接 套顶部适配的挤压面， 相邻涨壳片之间设置有缺口。 3.如权利要求1所述的预应力涨壳锚杆， 其特征在于： 所述涨壳连接部和涨壳片为分体 结构， 所述涨壳片内侧上下设置有内锥面、 内环面， 涨壳片的底端内侧设置有与连接套顶部 适配的挤压面， 所述涨壳连接部上设置有缺口。 4.如权利要求1所述的预应力涨壳锚杆， 其特征在于： 所述涨壳片外侧具有连续设置的 锯齿。 5.如权利要求1所述的预应力涨壳锚杆， 其特征在于： 所述锚杆体端部配置。

5、垫板和驱动 螺母， 所述锚杆体两端分别与驱动螺母和连接套固定安装， 所述驱动螺母设置为盲头螺母， 旋转驱动螺母使得锚杆体转动并通过连接套挤压涨壳连接部。 6.如权利要求1所述的预应力涨壳锚杆， 其特征在于： 所述连接套顶部设置有独立的挤 压头。 7.如权利要求1-6任一项所述的预应力涨壳锚杆， 其特征在于： 所述锚杆体设置为中空 锚杆， 并在连接套上设置出浆孔。 权利要求书 1/1 页 2 CN 212318048 U 2 预应力涨壳锚杆 技术领域 0001 本实用新型涉及岩土工程锚固支护技术领域， 尤其涉及一种预应力涨壳锚杆。 背景技术 0002 在地下工程、 矿上巷道、 铁路隧道、 边坡防。

6、护和军工工程的施工过程中， 为了防止 地层变形、 坍塌、 失稳， 需要对地层进行加固， 所采用的主要措施是在地层中埋设砂浆锚杆 或含涨壳头的锚杆， 利用锚杆的拉力以及与锚杆一体化的混泥土注浆体而使地层形成整体 性加固结构， 达到控制变形的目的。 0003 与普通砂浆锚杆相比， 预应力锚杆体现出了如下优势： 1、 通过对在内外锚头之间 的岩体施加预应力， 将形成岩石压缩区； 2)在岩体中连续安装预应力锚杆， 相互重叠交叉的 压缩区， 将形成具有一定厚度的压缩承载层； 3)特别在隧道工程中， 预应力锚杆形成的压缩 区能形成岩体的承载拱， 在拱效应作用下， 不但充分调动围岩的自承能力， 且对拱外侧围。

7、岩 的抗力得到极大提升。 预应力锚杆包括快速药卷、 涨壳锚杆等种类。 其中， 涨壳锚杆通常由 涨壳、 杆体、 垫板、 螺母等基本构件组成， 必要时增加球垫、 注浆管、 排气管、 止浆塞、 居中装 置等其它部件， 属于一种可预应力的机械式锚固锚杆。 0004 与快速药卷等锚杆相比， 在钻孔深度、 杆体长度相当的情况下， 涨壳锚杆形成的岩 石压缩区范围更大， 能提供更好的锚固效果。 同时， 因为无需等待锚固体固结， 涨壳锚杆提 供预应力的即时性也更具优势。 如申请号CN201510711711.4的实用新型专利公开了一种注 浆锚杆， 包括同轴设置的锚杆本体、 楔体和钻头， 楔体的一端插入所述锚杆本。

8、体， 另一端连 接钻头； 锚杆本体、 楔体和钻头上贯通有注浆通道； 锚杆本体向钻头切削的同方向旋转时， 锚杆本体与楔体和钻头的相对位置固定， 锚杆本体带动楔体和钻头同步转动， 同时也公开 了该注浆锚杆的使用方法， 包括钻孔、 锚固、 预紧、 封孔和注浆五个步骤。 该专利功能全面， 能够在一次施工中连续完成钻进、 锚固并注浆， 但仍存在的问题有： 结构复杂， 生产成本高， 锚杆本体与杆尾螺母为贯穿设置， 依赖于人工操作， 不易实现机械化作业， 施工后锚杆本体 等构件暴露在岩体外， 因工艺要求、 安全性等因素需进行切割， 从而增加施工成本， 降低施 工效率。 实用新型内容 0005 为了克服现有技。

9、术的不足， 本实用新型的目的在于提供一种生产成本低、 锚固性 能好且便于实现机械化、 自动化操作的预应力涨壳锚杆。 0006 本实用新型的目的采用如下技术方案实现： 0007 一种预应力涨壳锚杆， 包括涨壳和设置在涨壳两端的涨壳内楔、 锚杆， 所述涨壳包 括涨壳连接部和涨壳片， 涨壳片周向设置在涨壳连接部上； 所述涨壳内楔与涨壳顶部为滑 动式接触； 所述锚杆包括锚杆体， 锚杆体一端通过连接套固定安装有螺杆， 螺杆与涨壳内楔 通过螺纹传动连接， 连接套顶部与涨壳底部呈挤压式接触； 转动锚杆驱动涨壳内楔逐渐向 涨壳内运动推动涨壳片向外变形直至涨壳连接部断裂， 使得涨壳片扩胀至孔壁对岩体施加 说明书。

10、 1/5 页 3 CN 212318048 U 3 预应力。 0008 进一步地， 所述涨壳连接部和涨壳片一体成型， 涨壳片内侧上下设置有内锥面、 内 环面， 所述涨壳连接部的底端内侧设置有与连接套顶部适配的挤压面， 相邻涨壳片之间设 置有缺口； 优选的， 挤压面为环状斜面。 0009 进一步地， 所述涨壳连接部和涨壳片为分体结构， 涨壳片内侧上下设置有内锥面、 内环面， 涨壳片的底端内侧设置有与连接套顶部适配的挤压面， 所述涨壳连接部上设置有 缺口； 优选的， 挤压面为环状斜面。 0010 进一步地， 所述涨壳片外侧具有连续设置的锯齿。 0011 进一步地， 所述锚杆体端部配置垫板和驱动螺母。

11、， 所述锚杆体两端分别与驱动螺 母和连接套固定安装， 旋转驱动螺母使得锚杆体转动并通过连接套挤压涨壳连接部； 优选 的， 所述驱动螺母设置为盲头螺母。 0012 进一步地， 所述连接套顶部设置有独立的挤压头。 0013 进一步地， 所述锚杆体设置为中空锚杆， 并在连接套上设置出浆孔。 0014 本实用新型还提供了基于该预应力涨壳锚杆的施工方法， 包括如下步骤： 0015 S1钻孔： 通过钻头在岩体上打出锚孔； 0016 S2组件安装： 向锚孔内插入预先组装好的涨壳锚杆组件， 使垫板紧贴锚孔口岩壁； 0017 S3锚固： 旋转驱动螺母， 锚杆体转动带动连接套及螺杆转动， 使得涨壳内楔向锚孔 外侧。

12、运动并推动涨壳实现在锚孔上的固定及预应力施加。 0018 所述步骤S3， 包括如下子步骤： 0019 S31初始阶段： 转动锚杆， 开始时由于连接套始终挤压在涨壳底面， 涨壳内楔向涨 壳内滑动时将推动涨壳片向外变形紧贴孔壁， 完成涨壳固定； 0020 S32中间阶段： 继续转动锚杆， 当扭矩超过一定值时， 连接套的挤压力超出涨壳连 接部的强度极限时， 涨壳连接部断裂， 让出内部空间； 0021 S33结束阶段： 继续转动锚杆， 螺杆将通过连接套带动锚杆体上端向上移动， 使锚 杆弹性伸长， 对涨壳内楔和涨壳施加轴向预紧力， 此时， 轴向预紧力通过锚杆体、 驱动螺母 和垫板传递给锚孔口岩壁， 完成。

13、涨壳锚杆预应力的施加动作。 0022 相比现有技术， 本实用新型的有益效果在于： 0023 1、 本实用新型采用独特的设置涨壳连接部的涨壳结构， 与普通涨壳相比， 该涨壳 结构部件更少， 能降低生产成本。 0024 2、 本实用新型的涨壳连接部具有连接涨壳片的第一状态， 以及断裂后使涨壳片扩 胀至对孔壁岩体施加预应力的第二状态， 在涨壳片外侧设置锯齿结构， 在涨壳打开后有效 地提高了涨壳与围岩孔壁的接触面积， 同时通过涨壳、 涨壳内楔和螺杆构成对锚孔的稳固 支撑结构， 从而大大提高了涨壳锚固力。 0025 3、 较普通涨壳锚杆， 本实用新型不但因涨壳部分的结构简单而提高组装效率， 且 无需对锚。

14、杆体外露部分进行切割， 减少施工步骤， 特别是驱动螺母采用盲孔螺母结构， 易于 实现连续、 机械化自动作业， 能显著提升工作效率。 附图说明 0026 图1为本实用新型预应力涨壳锚杆的一种涨壳的立体图； 说明书 2/5 页 4 CN 212318048 U 4 0027 图2为本实用新型预应力涨壳锚杆的锚固部分剖视图； 0028 图3为本实用新型预应力涨壳锚杆设置挤压头时的锚固部分剖视图； 0029 图4为本实用新型预应力涨壳锚杆的整体结构图； 0030 图5为本实用新型预应力涨壳锚杆设置为中空锚杆体的结构图； 0031 图6为本实用新型预应力涨壳让压锚杆的施工状态图； 0032 图7为本实用。

15、新型预应力涨壳让压抗震锚杆的施作流程图； 0033 图8为本实用新型预应力涨壳锚杆的另一种涨壳的立体图； 0034 图9为本实用新型预应力涨壳锚杆的另一种涨壳的涨壳片立体图； 0035 图10为本实用新型预应力涨壳锚杆的另一种涨壳的立体爆炸图； 0036 图中标记及对应件为： 1-涨壳片， 10-涨壳连接部， 11-环状体， 12-锯齿， 13-挤压 面， 14-内环面， 15-内锥面， 2-涨壳连接件， 21-缺口， 3-涨壳内楔， 30-锥体， 31-外锥面， 4-锚 杆， 40-出浆孔， 41-连接套， 42-螺杆， 5-挤压头， 6-锚杆体， 7-垫板， 8-驱动螺母， 9-锚孔。 具。

16、体实施方式 0037 以下将结合附图， 对本实用新型进行更为详细的描述， 需要说明的是， 下参照附图 对本实用新型进行的描述仅是示意性的， 而非限制性的。 各个不同实施例之间可以进行相 互组合， 以构成未在以下描述中示出的其他实施例。 0038 本实用新型提供的一种预应力涨壳锚杆， 在结构简单、 降低成本的同时， 还能达到 良好的锚固效果， 以及通过机械化操作实现更高的工作效率， 从而使得性价比得到明显提 升。 0039 该涨壳锚杆具有如图1所示的一种涨壳， 该涨壳包括一体成型的涨壳连接部10和 涨壳片1， 涨壳片1在涨壳连接部10上呈环形设置， 涨壳片1数量为两个以上， 各个涨壳片1形 状相。

17、同且均匀设置， 相邻涨壳片1之间形成有缺口， 涨壳连接部10会在外力超出其强度极限 下自缺口处断裂， 使得涨壳片1能向外扩张； 在本实施例中， 涨壳片1数量为四片， 以有效提 高与围岩孔壁的接触面积， 提高涨壳锚固力； 0040 如图2所示， 该涨壳锚杆包括涨壳和设置在涨壳两端的涨壳内楔3、 锚杆4， 各个部 件采用合金钢、 铸铁等材料， 涨壳内楔3活动嵌入至涨壳顶部， 锚杆4包括锚杆体6， 锚杆体6 一端通过连接套41紧固安装有螺杆42， 螺杆42与涨壳内楔3通过螺纹传动连接， 连接套41顶 部与涨壳底部呈挤压式接触； 0041 涨壳内楔3为锥形螺母结构， 其包括锥体30， 锥体30内设置有。

18、带内螺纹的通孔， 锥 体30的外锥面31与涨壳的内锥面15为滑动式接触， 涨壳片1内侧上下设置有内锥面15、 内环 面14， 涨壳连接部10的底端内侧设置有与连接套41顶部适配的挤压面13， 挤压面13为环状 斜面， 以增强挤压效果， 涨壳片1外侧具有连续设置的锯齿12， 能有效增加与孔壁之间的摩 擦力； 0042 相对于现有涨壳锚杆， 本实用新型所提供的预应力涨壳锚杆的涨壳结构部件少， 设计更简单， 易于实现标准化生产， 成本低， 组装方便， 涨壳连接部10具有连接涨壳片1的第 一状态， 以及断裂后使涨壳片1扩胀至对孔壁岩体施加预应力的第二状态， 涨壳外部的锯齿 12结构与孔壁附着力好， 同。

19、时通过涨壳、 涨壳内楔和螺杆构成对锚孔的稳固支撑结构， 不但 运行稳定、 可靠性好， 还大大提升了涨壳的锚固效果。 说明书 3/5 页 5 CN 212318048 U 5 0043 如图3和图4所示， 连接套41顶部可不带挤压面13， 而设置为独立的挤压头5， 该挤 压头5顶部与涨壳底部的挤压面13实现活动接触且具有构造简单、 制作成本低的优点， 锚杆 体6另一端配置垫板7和驱动螺母8构成一套固定在锚孔9中的可预应力涨壳锚杆； 0044 通过旋转驱动螺母8， 锚杆体6转动带动连接套41及螺杆42转动， 连接套41顶部或 挤压头5压紧涨壳连接部10的底部， 螺杆42则带动涨壳内楔3向涨壳片1内。

20、侧运动及施加压 紧力给涨壳片1， 涨壳在上下两端的力作用下发生形变， 继续旋转将使得涨壳连接部10因超 过强度极限而断裂从而使得涨壳更紧密的贴紧孔壁， 实现对锚孔9的预应力施加动作及岩 层压缩效果； 0045 在本实施例中， 将驱动螺母8设置为盲头螺母， 在锚杆体6上设置外螺纹， 在连接套 41上设置内螺纹， 锚杆体6与驱动螺母8和连接套41均为紧固安装而构成一体结构， 在盲头 螺母驱动下， 涨壳内楔3与锚杆体6为相向运动， 即： 旋转驱动螺母8， 涨壳内楔3沿螺杆42向 涨壳内(锚孔9外)运动， 锚杆体6向锚孔9内运动， 确保锚杆体6不外露； 0046 进一步地， 如图5所示， 锚杆体6可设。

21、置为中空锚杆4， 并在连接套41上设置出浆孔 40， 方便锚杆4注浆， 从而增强锚固性能。 0047 如图8和图10所示， 本实用新型提供的预应力涨壳锚杆的涨壳， 另一种形式为采用 分体式结构(采用独立的涨壳连接件2)， 即： 涨壳包括涨壳连接件2和呈环状嵌入在涨壳连 接件2内的涨壳片1， 涨壳片1数量为两个以上， 各个涨壳片1形状相同且均匀设置， 涨壳连接 件2呈环形且上部设置有若干个用于断裂的缺口21； 0048 优选的， 缺口21数量为两个以上， 各个缺口21形状相同且呈对称设置， 缺口21的形 状为U形、 V形等结构。 0049 如图9所示， 涨壳片1内侧具有上下设置的内锥面15、 内。

22、环面14及挤压面13， 其中挤 压面13为环状斜面且设置在涨壳片1的底端内侧， 挤压面13与连接套41顶部或挤压头5相适 配， 涨壳片1外侧具有拥有增加摩擦力、 呈连续设置的锯齿12， 涨壳片1底部为具有外环面的 环状体11。 0050 如图6所示， 本实用新型的施工过程分为如下步骤： 1)钻孔： 通过钻头在岩体上打 出锚孔9； 2)组件安装： 向锚孔9内插入预先组装好的涨壳锚杆组件， 使垫板7紧贴锚孔9口岩 壁； 3)锚固： 旋转驱动螺母8， 锚杆体6转动带动连接套41及螺杆42转动， 使得涨壳内楔3向锚 孔9外侧运动并推动涨壳实现在锚孔9上的固定及预应力施加； 0051 如图7所示， 锚固。

23、步骤可具体分为如下子步骤： 0052 a)初始阶段： 由于连接套41始终挤压在涨壳底面， 涨壳内楔3向涨壳内滑动时将推 动涨壳片1向外变形紧贴孔壁， 完成涨壳固定； 0053 b)中间阶段： 继续转动锚杆4， 当扭矩超过一定值时， 连接套41的挤压力超出涨壳 连接部10的强度极限时， 涨壳连接部10断裂， 让出内部空间； 0054 c)结束阶段： 继续转动锚杆4， 螺杆42将通过连接套41带动锚杆体6上端向上移动， 使锚杆4弹性伸长， 对涨壳内楔3和涨壳施加轴向预紧力， 此时， 轴向预紧力通过锚杆体6、 驱 动螺母8和垫板7传递给锚孔9口岩壁， 完成锚杆4预应力的施加动作； 0055 现 有 。

24、涨 壳 锚 杆 的 施 工 方 法 ， 如申 请 号 C N 2 0 1 5 1 0 7 1 1 7 1 1 .4 、 申 请 号 CN201910265475.6的专利， 其施作过程中锚杆体需向锚孔外运动， 导致作业完成后锚杆体 外端向锚孔外侧的岩体上伸出。 基于安全性和工艺要求等因素， 需要将外露端的多余锚杆 说明书 4/5 页 6 CN 212318048 U 6 体切割掉， 目前这一切割步骤依赖于人工操作， 不但增加作业步骤， 降低施工效率， 而且造 成工程成本增加、 材质浪费等问题。 0056 以本实用新型所提供的预应力涨壳锚杆的施工方法， 通过驱动涨壳内楔3沿锚杆 体6的螺杆移动使。

25、得涨壳扩胀至岩壁， 其施作流程中锚杆体6始终停留在锚孔9内， 因此其施 工方法无需切割步骤， 施工步骤简单， 便于实现机械自动化作业， 大幅提高工作效率。 0057 上述实施方式仅为本实用新型的优选实施方式， 不能以此来限定本实用新型保护 的范围， 本领域的技术人员在本实用新型的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属 于本实用新型所要求保护的范围。 说明书 5/5 页 7 CN 212318048 U 7 图1 图2 说明书附图 1/6 页 8 CN 212318048 U 8 图3 说明书附图 2/6 页 9 CN 212318048 U 9 图4 说明书附图 3/6 页 10 CN 212318048 U 10 图5 图6 说明书附图 4/6 页 11 CN 212318048 U 11 图7 图8 说明书附图 5/6 页 12 CN 212318048 U 12 图9 图10 说明书附图 6/6 页 13 CN 212318048 U 13 。