[实用新型]同轴预调节式分压锚杆

说明书

本实用新型公开了一种同轴预调节式分压锚杆。该同轴预调节式分压锚杆，包括锚索；在与土体表层连接处的锚索上穿设有锚垫板，锚垫板通过安装其上的锚头与锚索固连；位于锚孔内的锚索上间隔均匀地设有若干个分压装置；在锚孔与锚索和分压装置之间填充注浆体，分压装置的阻浆筒阻止注浆体进入分压装置内部；在未与部件固接的锚索段外包裹有保护套，锚索与保护套之间注入润滑油；在分压装置的作用下，锚索传递给各分压装置的力相同，其切应力沿剪切面均匀分布。本实用新型采用弹性分压装置将锚索所受的拉拔力分散到各点，使注浆体所受的剪切力能够均匀分布，同时也增加了剪切力的分布面积，提高了钻孔的利用效率，最大地提高了钻孔的锚固力。

技术领域

本实用新型属于土木工程技术领域，具体涉及一种同轴预调节式分压锚杆。

背景技术

锚杆(或锚索)在土木工程中得到了广泛应用，如在边坡加固、隧道围岩支护、房屋基础抗浮、风力发电机塔筒基础等方面得到了大量应用。

锚杆的作用原理如图1、图2所示。外力荷载作用于锚杆，锚杆通过切应力方式传递至水泥浆体，水泥浆体同样通过切应力方式传递至围岩(或土体)。锚杆一般分为三种形式：拉力型锚杆(或土钉)、压力型锚杆(或锚索)、压力分散型锚索。图1、图2中，2表示土体或围岩表层，1表示锚索或锚杆，101表示锚索自由段，102表示锚索锚固段，3表示锚垫板，4表示锚头，5表示锚孔，7表示切应力分布情况，8表示注浆体，9表示传压板，10表示锚头。

锚杆一般可选用抗拉强度高的材料制作而成，从经济性和实用性考虑，钢绞线、精轧螺纹钢等常规线材被较多的选用。一般而言，经过精确的计算，所选用的锚杆完全满足强度要求。但在锚杆的传力路径中，涉及到多种材料不同的力学性能，会出现局部应力过大，导致锚杆传力小，易失效等问题的发生。例如图1的拉力型锚杆，拉拔力作用于锚杆，锚杆产生伸长变形，锚杆的伸长受注浆体的约束，在连接界面处产生切应力。锚杆在外加拉拔力和注浆体的剪切力作用下处于平衡。在同一锚杆上，在锚杆上段承受注浆体剪切作用的同时，随着锚杆深度的增加，锚杆轴力逐渐减小至零，锚杆下段与注浆体无相对变形，切应力为零，即锚杆下段未参与工作。当锚杆在更大的拉拔力作用下，锚杆上端与注浆体的变形过大而出现裂纹，切应力随之下降，最大切应力位置往锚杆下端移动，但切应力大小的轮廓线保持不变。随着拉拔力的进一步增大，切应力大小的轮廓线进一步下移，上部锚杆与注浆体间的裂纹间隙进一步增大，直至切应力降低至零，此时，锚杆承受极限拉拔力，随着拉拔力的继续稍微增大或时间的延长，切应力大小的轮廓线不断向下端移动，最后导致锚杆失效。此外，在注浆体与孔壁间存在同样的失效原理。

为改善锚杆与注浆体的传力特性，在锚杆外包裹保护套，并在锚杆与保护套间注入润滑油，制成无粘结钢绞线，消除注浆体与锚杆的切应力，而在锚杆下端增加锚头和承压板，使注浆体承受压力，可以避免浆体与锚杆的剪切失效，如图2所示。但注浆体与孔壁围岩的传力机理与图1一致，仅是将切应力轮廓线改变为从锚杆下部开始，当锚杆承受极限拉拔力时，切应力轮廓线不断向上端移动，最后导致锚杆失效。

为了使切应力分布均匀，提高锚杆的锚固能力，压力分散型锚索被提出，如图3所示，图3与图1、图2中相同的标注所表示的元素相同。多根无粘结钢绞线分成多组，每组按规律采用不同的锚固位置，将拉拔力分散到不同位置传递到注浆体，切应力沿剪切面尽量均匀分布。压力分散型锚索可以大幅提高单孔锚杆的锚固能力，但在实际应用中存在一些问题，以至于影响到其锚固能力。其主要问题包括：

(1)同孔锚索的每一根钢绞线单独张拉，后张拉钢绞线的张拉会使得锚垫板产生位移，导致已张拉钢绞线内力发生变化，难以保证每一根钢绞线受力一致；

(2)在张拉过程中，每次张拉都需要对张拉力进行测量，造成大量的重复工作；另外，油压表的精度差、读数与实际压强间滞后严重，常导致不同钢绞线间张拉力差别大；

(3)由于边坡滑动等因素，导致外加拉力与锚索不同轴时，不同钢绞线的张拉力会进行重新分配，可能导致部分钢绞线张拉力过大，导致局部发生剪切滑移；