[发明专利]一种胀壳式内锚头预应力锚杆及其安装使用方法

说明书

技术领域

本发明涉及岩土锚固工程技术领域，具体涉及一种胀壳式内锚头预应力锚杆及其安装使用方法。

背景技术

预应力锚杆支护是边坡、岩土深基坑等地面工程及隧道、采场等地下硐室施工中常见的一种围岩加固支护方式。通过施加主动的预应力，预应力锚杆能及时控制锚固区围岩的离层、滑动、裂隙张开，使围岩处于受压状态，抑制围岩的变形与破坏。目前，我国资源开发正逐步向深部岩体发展，深部岩体具有埋深大、地应力高的特点，岩体开挖卸荷后容易出现围岩片帮、板裂化破坏严重的现象，有时甚至发生岩爆等破坏力极强的灾害。工程实践表明，现有普通的预应力锚杆在高地应力条件下，难以抑制围岩裂隙的扩展、控制岩体变形效果差，不能满足高地应力条件下岩体开挖支护的要求。

中国专利公开号CN201802429U，公告日期2011年4月20日，发明名称“胀壳式中孔排气注浆预应力锚杆”，该申请案公开了一种胀壳式中孔排气注浆预应力锚杆，该锚杆的前端是内锚固段，后端是外锚固段，锚杆体的中心开有灌浆孔，在灌浆孔壁上设有排气孔，在内锚固段的外壁粘贴有胀壳，在锚杆体上位于胀壳的后端套装弹簧和托环。这种预应力锚杆内锚固段上的胀壳与钻孔内壁有效接触面积小，可施加的预应力小，并且当岩体受到震动冲击时，锚杆锚固力稳定性不足。

中国专利公开号CN102094421A，公开日期2011年6月15日，发明名称“一种预应力锚杆和使用该预应力锚杆的施工方法”，该申请案公开了一种预应力锚杆和使用该预应力锚杆的施工方法，该预应力锚杆包括一端具有圆锥状的扩大头的圆柱状圆管，以及沿该圆管轴向扩展的杆体，该杆体在圆管被灌入水泥浆之后插入到圆管中，杆体分为自由段和非自由段，杆体非自由锻与水泥浆直接接触以形成所述杆体的锚固段，而杆体自由段不与水泥浆直接接触以便通过杆体进行张拉来施加预应力。这种预应力锚杆的杆体自由段长度为杆体总长度的1/3到1/2，锚杆内锚固段长度过大，锚固结构设计不合理。

中国专利公开号CN100370081C，公开日期2008年2月20日，发明名称“一种胀壳锚固头及锚杆”，该申请案公开了一种胀壳锚固头及锚杆，由胀壳内楔和胀壳外楔组成，外楔套在内楔上，胀壳内楔为底面大而顶面小的、带空腔的中空圆台体，空腔与顶面、底面连通；胀壳外楔为带空腔的中空圆柱体，空腔与顶面、底面连通，胀壳外楔上的开口槽在外楔表面上相互垂直，方向相反的将外楔分为若干个瓣片。利用这种胀壳锚固头及锚杆进行锚固支护时，不能根据实际支护要求进行内锚固段的锚固设计，容易给锚固工程造成浪费或产生潜在的危险。

工程实践表明，现有普通的预应力锚杆难以满足高地应力条件下，岩体开挖支护的要求，主要存在以下不足：

(1)现有普通的预应力锚杆可提供的锚固力不足，可施加的预应力值偏低，锚杆杆体强度不能得到有效利用；在低预应力条件下，预应力锚杆支护产生的围岩内部有效压应力区范围小，而且孤立分布，没有连成整体，预应力锚杆的主动支护作用不能充分体现。

(2)采用粘结式内锚头预应力锚杆(如：树脂内锚头锚杆，水泥砂浆内锚头锚杆等)进行锚固支护时，锚杆内锚固段长度过大，锚杆内锚固段长度占锚杆杆体总长比例过大，因而锚杆可施加预应力的自由段长度较小，造成锚杆实际有效锚固的岩体范围较小，锚固结构不合理。

(3)采用机械式内锚头预应力锚杆(如：楔头式锚杆，楔缝式锚杆，胀壳式锚杆等)进行锚固支护时，锚杆内锚固段尺寸设计过多依赖于经验或者工程类比的方法，锚固设计方法不完善，容易给锚固工程造成浪费或产生潜在的危险。

发明内容

针对上述问题，本发明目的是提供一种高预应力、锚固结构合理、安装方便的胀壳式内锚头预应力锚杆。

为实现上述目的，本发明的技术解决方案为：一种胀壳式内锚头预应力锚杆，包括锚杆的内锚头、杆体和活动安装在杆体尾端的垫板及锁紧螺母，所述的内锚头由胀壳和锥芯构成，所述的胀壳的轴向方向开有通孔，通孔的下段呈上小下大的锥形状，锥角为θ₂，胀壳的锥形段壁面上对称开有四个或六个通槽，胀壳的锥形段外壁面呈浅凹花纹状，胀壳上端的外壁上开有圆环状凹槽，所述的锥芯的上段为上小下大的锥形状，锥角为θ₁，锥芯下端呈环形锯齿状，锥芯的内壁面设置有内螺纹，锥芯活动的插入在胀壳的锥形孔中，所述的杆体内锚固端上设置外螺纹，杆体内锚固段下端与锥芯螺纹连接，杆体内锚固段上端旋装安装螺母。

所述的锥角θ₂等于锥角θ₁，锥角θ₂、锥角θ₁的角度为3°～5°。