[发明专利]一种土遗址加固锚杆及其设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及古代土遗址保护领域，具体的说是一种土遗址加固锚杆及其设计方法。

背景技术

我国西北地区遗存许多古代土建筑遗址，如陕西西安唐皇城墙含光门土遗址、甘肃秦安县的大地湾人类居住遗址、西夏王陵土遗址等。这些土建筑遗址历史悠久，有些已被列入世界文化遗产，具有很高的考古学和历史价值。由于年代久远，古代土遗址土体松散、强度低、孔隙率大，大部分都产生严重的开裂，最终导致坍塌破坏。土由于自身物理、力学性质和建造工艺决定了土遗址的脆弱性，因而针对土遗址的加固保护需要综合考虑较多因素。锚杆锚固技术是加固土遗址的重要方法，可以有效地提高土遗址的稳定性。

在土遗址保护领域现有常用的锚杆材料有木棒、碳纤维楠竹、碳纤维布复合材料、楠竹加筋复合材料等，现有的锚杆都采用棒状设计。如孙满利在岩土工程学报，2006，28(12)，2156—2159的文章中研究的木质锚杆，在干旱地区使用不易腐烂，经历几千年后仍然有较好的强度和支护作用。但是木质锚杆的含水量高，木锚杆的收缩必然大，会直接影响锚固质量和锚固效果。

王道勇在其硕士论文—锚杆技术在土遗址保护中的应用与研究中报道的碳纤维楠竹，是在楠竹表面粘贴碳纤维布，以提高锚杆与锚固体之间的表面摩擦系数，增强锚固力。但是与其他非木质锚杆材料相比，其强度较低，只能应用于小体量的土遗址加固，锚杆长度一般采用100cm或70cm，且仍然是在干旱地区应用。

CN202090343U中报道了一种碳纤维布复合锚杆，锚杆材质为UPUC管，体积适中，耐久性好，但强度相对较低，适用于1.5—4m长度遗址土体的锚固。CN2793196中报道了一种楠竹加筋复合锚杆，其体积大、耐久性好、强度较高，适用于大体量的土遗址加固。但是楠竹仍然是木质的，其在半干旱或潮湿地区，其耐久性仍然难以满足要求。

发明内容

为了克服现有锚杆在土遗址加固使用过程中，耐久性差、强度较低，不适用于各种长度遗址土体的锚固以及不适用于半干旱地区的土遗址环境加固等缺陷，本发明目的在于提供一种土遗址加固锚杆及其设计方法。

本发明所述土遗址加固锚杆包括多个连接螺杆、多节胶木杆、多个阻力棒和胶木螺母；其中：所述土遗址加固锚杆是由多节胶木杆根据所需长度，通过连接螺杆连接而成；在各胶木杆的圆周表面均布有2组阻力棒；所述胶木螺母套装在所述加固锚杆上，当所述加固锚杆装入土遗址内，该胶木螺母4的端面与土遗址的表面贴合。

所述位于各胶木杆的圆周表面的各组阻力棒沿胶木杆的轴向交错90°排列；所述各阻力棒的中心线与胶木杆的中心线之间的夹角为90°。

在所述各胶木杆、阻力棒、连接螺杆和胶木螺母的外表面均涂覆有厚度为2mm的植筋胶层。

所述土遗址加固锚杆的设计方法的具体过程是：

步骤1，确定锚杆材质：

步骤2，确定的锚杆直径；

根据被加固土遗址的土质条件确定锚杆的直径；根据式(1)和式(2)分别确定锚杆预应力筋的截面面积A和锚杆直径D：

A≥K·Ntfptk---(1)]]>

A＝(πD²)/4   (2)

式(1)和式(2)中：A是锚杆预应力筋的横截面积；N_t为锚杆的轴向拉力设计值，单位为N；f_ptk为预应力筋材料强度标准值，单位为N/mm²；K为安全系数；D为锚杆直径；

步骤3：确定的锚杆中锚固段长度；根据式(3)确定遗址土体中圆柱形锚杆锚固段长度：