CN117888934A - 一种增速自适应膨胀锚固装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种增速自适应膨胀锚固装置，实现了在边坡变形时通过膨胀套管的增速控制对岩土体进行有效控制，进一步发挥了锚杆的锚固效果。包括置于锚孔中的抗拉杆，抗拉杆底部转动锚固于锚孔底部，所述抗拉杆上至少安装一组自适应紧固装置装置，抗拉杆上连接有被动轮，所述锚孔一侧的土体内开有安装孔，安装孔内设置有一驱动螺杆，驱动螺杆上螺纹配合有一主动轮，驱动螺杆具有当其轴向移动时可以带动主动轮转动的结构，所述主动轮和被动轮之间具有主动轮带动被动轮转动且被动轮转速高于主动轮的结构；所述驱动螺杆上端固定有一固定在岩土体外表面上的固定盘。

Description

一种增速自适应膨胀锚固装置

技术领域

本发明涉及锚杆，尤其是指一种增速自适应膨胀锚固装置。

背景技术

锚杆在岩土体加固处治工程中应用广泛，其主要作用是控制岩土体及深基坑等岩土工程以及隧道、采场等地下洞室的稳定性。

在一些围岩等级比较低如在软岩地区，岩体往往发生大变形，在地震的作用下，一些岩体常常也会产生较大变形。产生载荷及大变形现象等，而在工作中锚杆作为岩土体支护结构应用的数量较多也较为广泛。

现有技术中通用的锚杆是将锚杆的一端固定在锚孔深处，然后通过拧在锚杆上的螺母将套在锚杆上的托盘压在岩土体外侧面上，通过两点固定，阻止锚固点和托盘之间的岩土体变形。这种锚固不仅是外部受力点暴露在外界，在野外环境中，受到风吹日晒，使其一方面螺母和托盘长期使用而产生锈蚀，其力学性能受损，另外，岩土体外侧面长期受力容易开裂，导致锚杆不能达到所要求的对岩土体变形的控制，甚至失效。其这种锚固是刚性锚固，锚杆容易被拉断。

中国专利申请公开了一种“具有弹性膨胀套管的锚定装置”，公开号是：CN1898456A，其公开日是2007年1月17日，其由螺纹杆、套在螺纹杆上的膨胀套管、套在螺纹杆上且置于膨胀套管前后端的活动插入楔体和固定插入楔体。使用时，将螺纹杆绕其纵向轴线转动，膨胀套管由于摩擦抵接钻设于岩石中的孔的粗糙表面而不会转动，螺纹杆转动时，活动插入楔体朝向膨胀套管轴向移动，推动膨胀套管朝着固定插入楔体移动，最终使得活动插入楔体和固定插入楔体进入到膨胀套管内，而插入楔体的主体圆柱部分的外径大于膨胀套管，因此插入楔体向膨胀套管的内腔中的这种结合将导致膨胀套管的至少一部分被撑张和径向膨胀，并且锚头转变到工作位置，其中膨胀套管牢固地作用于钻设于开挖结构壁中的孔T的内表面，从而使得锚头被牢固锚定于岩石外接孔中。这种结构使用时，需要预先人工对螺纹杆进行转动，然后将承载板压在开挖结构壁的外表面，其不能根据开挖结构的变化而自适应调整膨胀套管对于锚孔的压力。

发明内容

本发明之目的是提供一种增速自适应膨胀锚固装置，解决了公开号是：CN1898456A的专利申请不能根据岩土体变形来自适应膨胀套管对锚孔的压力的技术问题，且该发明申请实现了岩土体变形时膨胀套管的增速锚固作用力，进一步保证了锚杆的锚固效果。

为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

本发明的技术方案是这样实现的：一种增速自适应膨胀锚固装置，包括置于锚孔中的抗拉杆，所述抗拉杆底部转动锚固于锚孔底部，所述抗拉杆上至少安装一组自适应紧固装置，所述抗拉杆上连接有被动轮，所述锚孔一侧的土体内开有安装孔，所述安装孔内设置有一驱动螺杆，所述驱动螺杆上螺纹配合有一主动轮，所述驱动螺杆具有当其轴向移动时可以带动主动轮转动的结构，所述主动轮下端转动连接有一套在驱动螺杆上的固定座，所述驱动螺杆可以在固定座内孔内竖向自由移动，所述抗拉杆上转动套有连接座，所述固定座和连接座之间经固定杆连接，所述主动轮和被动轮之间具有主动轮带动被动轮转动且被动轮转速高于主动轮的结构；

所述驱动螺杆上端固定有一固定在岩土体表面上的固定盘；

所述自适应紧固装置包括摩擦配合在锚孔壁上的膨胀套管，膨胀套管间隔的套在抗拉杆上，所述膨胀套管前后端分别配合有螺纹配合在抗拉杆上的插入楔体，两插入楔体内螺纹旋向相反，所述插入楔体由面朝膨胀套管的截头圆锥部和截头圆锥部一体连接的且同轴的圆柱体构成，该截头圆锥部的由小圆端开始直逐渐增大直到与圆柱体相接，该截头圆锥部的小圆端直径小于膨胀套管内孔直径且该截头圆锥部的大圆端直径大于膨胀套管的内孔直径。

优选的，所述主动轮和被动轮均为同步轮，所述主动轮的同步齿数多于被动轮，所述主动轮和被动轮之间经同步带连接。

优选的，所述主动轮和被动轮均为齿轮，所述主动轮的齿数多于被动轮的齿数，所述主动轮和被动轮啮合在一起。

优选的，所述抗拉杆上轴向间隔设置有多个自适应紧固装置。设置多个自适应紧固装置，使得在岩土体进行变形时，可以分段控制，当岩土体某一层发生变形时，其变形处上方的自适应紧固装置为上端紧固点，变形处下方的紧固头和底部锚固点为下部紧固点，上下紧固点之间形成抗拉力，共同紧固来阻止岩土体的变形。由于下端多点锚固，上端多点紧固，改善了岩土体的受力状态，从而提升了岩土体的稳定性。

优选的，所述锚孔周围开有多个安装孔，每个安装孔内均设置有一个驱动螺杆，所述驱动螺杆上均螺纹配合有主动轮，所述主动轮和被动轮均为齿轮，所述主动轮的齿数大于被动轮，围绕主动轮一周的多个被动轮均与主动轮啮合。在锚孔周围设置多个安装孔，每个安装孔内均有驱动螺杆和主动轮，则当岩土体变形时，多个主动轮同时旋转，被动轮多点受力，增加了被动轮的受力，进而使得膨胀套管对锚孔的压力更大，保证了锚杆的锚固效果。

优选的，所述膨胀套管两端的插入楔体的截头圆锥部部分置于膨胀套管的内孔内，所述插入楔体与膨胀套管内孔摩擦配合，使得当抗拉杆转动时，插入楔体不转动，当插入楔体逐渐朝着膨胀套管内移动时，可以逐渐扩充膨胀套管，使得膨胀套管外径扩大。

优选的，所述自适应紧固装置至少有两个，一个置于锚孔底部，一个置于锚孔顶部。

优选的，所述插入楔体的圆柱体尾部同轴连接有直径大于圆柱体的止挡环。

优选的，所述抗拉杆上套有盖在岩土体表面的托盘，所述托盘上方的抗拉杆上螺纹配合有螺母。这种设置，使得万一锚孔内部的自适应紧固装置部分失效后，还可以最后通过螺母和托盘的配合来和锚孔底部的锚固点配合进行锚固。

优选的，所述插入楔体上至少有一条自截头圆锥部的小圆端延伸到圆柱体尾部的卡条，所述膨胀套管内开有与卡条配合的且轴向贯穿膨胀套管的卡槽。卡条卡入到卡槽内，且卡条可以沿着卡槽长度方向移动，当抗拉杆转动时，此时卡条卡在卡槽内，使得插入楔体不能跟随抗拉杆转动。

本发明的有益效果是：本发明设置自适应加速膨胀机构，即在抗拉杆一侧设置至少一个安装孔，在安装孔内设置可以随着岩土体表面移动的驱动螺杆，当被加固的岩土体表面因内部产生变形而移动时(此时岩土体的表面向外移动，而驱动螺杆的上端经固定盘固定在岩土体表面上，因而可以带动驱动螺杆移动)，带动驱动螺杆做轴向移动，驱动螺杆轴向移动带动主动轮转动，主动轮带动被动轮转动，被动轮转动带动抗拉杆转动，由于插入楔体和膨胀套管内孔之间摩擦配合，因此当抗拉杆转动时，不能带动插入楔体转动，两个插入楔体分别按照相反的旋向与抗拉杆螺纹配合，因此此时两个插入楔体分别朝着膨胀套管移动，进而使得膨胀套管的外表面不断的膨胀，使得膨胀套管外表面和锚孔壁之间的压力增加，进而使得其摩擦力增大，使其牢牢的紧固在当前位置。进而使得两个自适应固定头之间或者自适应固定头和底部锚固点之间形成锚固，阻止之间的岩土体发生变形。而当岩土体发生变形时，其表面向外移动的过程中，由于主动轮带动从动轮起到了增速的效果，因此该膨胀套管的膨胀速度可以倍增，达到快速进行锚固的效果，且快速增加膨胀套管与锚孔之间的挤压力，使得锚固更加牢固。

本发明当岩土体变形时，其受力点是被作用的底部锚固和膨胀套筒，其受力点均在锚孔内进行，锚孔内不会收到长期外部环境的侵蚀，增加了锚固装置的寿命和提高了锚固效果。其托盘和抗拉杆之间可以竖向滑动配合，托盘经密封垫固定在岩土体表面，且托盘和抗拉杆之间设置固定在托盘内孔的密封圈，抗拉杆可以相对密封圈轴向移动，这样对锚孔内部起到了一定程度上的密封，更加保证了锚固的效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的主视结构图；

图2为本发明设置有多个安装孔和驱动螺杆结构的结构图；

图3为本发明抗拉杆由中心杆和旋转杆构成的结构图；

图中，其中：锚孔1，抗拉杆2，被动轮3，安装孔4，驱动螺杆5，主动轮6，固定座7，连接座8，固定杆9，固定盘10，膨胀套管11，插入楔体12，同步带13，止挡环14，托盘15，螺母16，卡条17，卡槽18，压力轴承19，中心杆20，旋转管21，转动槽22，转动环23，抗拉杆底部锚固端24。

具体实施例

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明通过在锚孔1内的底部预先设置锚固点，抗拉杆2底部通过压力轴承19转动连接在该锚固点上，之所以使用压力轴承19，使得当岩土体变形时，此时压力轴承可以承担岩土体变形时的压力，且抗拉杆2又能相对锚固点转动。

或者该抗拉杆2和锚固点之间也可以这样设置，抗拉杆2由中心杆20和转动套在中心杆20上的旋转管21构成，将中心杆20底部锚固在锚孔1底部形成锚固点，然后在中心杆20上轴向间隔设置多个环形的转动槽22，在旋转管21内圆周设置多个转动安装在转动槽22内的转动环23，转动环23和转动槽22一一对应。为了便于装配，可以将旋转管21做成两个半圆形管，在装配的时候将两个半圆形管对接在一起，通过焊接或者螺栓连接固定即可形成旋转管21。这样使得旋转管21可以自由在中心杆20上转动且两者之间不能轴向移动，而膨胀套管11套在旋转管21上，且插入楔体12螺纹配合在旋转管21上。被动轮3固定在旋转管21上。连接座8可以转动连接在旋转管21上，也可以连接在中心杆20上，该旋转管21不伸出锚孔1，中心杆20伸出锚孔1，中心杆20上套有盖在岩土体表面的托盘15，所述托盘15上方的中心杆上螺纹配合有螺母16，此时螺母16可以距离托盘15一定的距离，来使得托盘15具有跟随岩土体进行移动的余量。而螺母16的位置作为最后的安全防护。

本发明中的膨胀套管11具有膨胀功效，其管状内腔的周面围绕着抗拉杆2并且非常自由的与抗拉杆2结合，而不会抱紧抗拉杆2。膨胀套管11和其所处的锚孔1侧壁之间构成摩擦配合，使得当抗拉杆2转动时，膨胀套管11不会跟随转动。

本发明中的插入楔体12和抗拉杆2之间螺纹配合，插入楔体12一部分进入到膨胀套管11的内腔内，形成摩擦配合，使得当抗拉杆2转动时，插入楔体12不能跟随转动，则使得插入楔体12和抗拉杆2之间构成螺纹旋拧，使得膨胀套管11两端的插入楔体12朝着膨胀套管11内部移动，而由于插入楔体12是截头圆锥体，呈圆台状，因此在插入楔体12朝着膨胀套管11移动的过程中，膨胀套管11不断的膨胀，使得膨胀套管11和锚孔1的孔壁之间挤压力增大，增加锚固效果。

本发明中的驱动螺杆5是大螺距螺杆，当驱动螺杆5沿着轴向移动时，可以带动与其配合的主动轮6转动。因为驱动螺杆5的上端固定在岩土体表面上，因此当岩土体表面发生位移时，可以带动驱动螺杆5向外移动，而主动轮6通过固定座7、固定杆9和连接座8连接再抗拉杆2上，而抗拉杆2是下端锚固在锚孔1内，因此岩土体表面向外移动并不会导致主动轮6的轴向移动。主动轮6和被动轮3之间可以是齿轮连接、链条连接或者同步带13轮连接，无论哪种连接，都是主动轮6的转速低于被动轮3的转速，例如当主动轮6和被动轮3都是同步带13轮，两轮之间通过同步带13连接，则被动轮3的齿数小于同步轮的齿数。当主动轮6被驱动螺杆5驱动转动时，主动轮6带动被动轮3倍速转动，被动轮3固定在抗拉杆2上，而抗拉杆2转动连接在锚孔1内，因此被动轮3可以带动抗拉杆2转动，抗拉杆2的转动可以带动插入楔体12轴向移动，此时膨胀套管11两端的插入楔体12朝着膨胀套管11内部移动，使得膨胀套管11扩大。我们的被动轮3和主动轮6的转速比可以是2倍、3倍数甚至是10倍等。倍速的目的是，当岩土体有轻微变形，就可以导致被动轮3倍速转动，使得膨胀套管11快速的挤压锚孔1侧壁，增强锚固效果。作为另一个实施例，在锚孔1周围可以设置多个安装孔4，每个安装孔4内均设置驱动螺杆5，驱动螺杆5上配合主动轮6，而多个主动轮6均和被动轮3啮合，此时主动轮6和被动轮3可以都是齿轮，只是主动轮6的齿数多于被动轮3的齿数，周围多个主动轮6均啮合在被动轮3上，使得当岩土体移动时，多个主动轮6共同驱动被动轮3转动，增加抗拉杆2的转动力，进而增加膨胀套管11施加给锚孔1侧壁的挤压力。

另外，该锚杆中的自适应紧固装置可以至少在锚孔1底部设置一个，至少在锚孔1上部设置一个，这样使得当膨胀套管11挤压锚孔1侧壁后，上下两个膨胀套管11可以紧固两膨胀套管11之间的土层断裂位置的移位。此时下端的膨胀套管11相当于锚固点。作为另外一个实施例，自适应紧固装置可以有多个，呈轴向排布在抗拉杆2上，当抗拉杆2转动后，可以使得抗拉杆2上的多个膨胀套管11同时挤压锚孔1侧壁，拉力是这样的，锚孔1侧壁和膨胀套管11之间的挤压力构成摩擦力阻止锚孔1侧壁移动，膨胀套管11和插入楔体12的摩擦力阻止膨胀套管11移动，而插入楔体12和抗拉杆2之间是螺纹配合，使得抗拉杆2阻止插入楔体12的移动，而抗拉杆2下端锚固在锚孔1底部，锚孔1底部的锚固端阻止抗拉杆2的移动。当岩土体的潜在移动面发生在多个膨胀套管11之间时，此时潜在移动面下部的锚孔1侧壁不会移动，则此时潜在移动面下部的膨胀套管11和锚孔1之间的挤压力和摩擦力形成了锚固点。设置多个自适应锚固头使得锚孔1内部多点紧固，无论岩土体断裂发生在哪两个自适应锚固装置之间，则岩土体潜在移动点下部的多个膨胀套管11和锚孔1之间的挤压均形成锚固点，使得多点锚固且潜在移动面上部多点紧固。进一步增加了锚固的效果。

在插入楔体12背向膨胀套管11的尾部设置直径较大的止挡环14，止挡环14的直径大于插入楔体12的圆柱部分的直径，使得阻止插入楔体12完全插入到膨胀套管11内。

插入楔体12上至少有一条自截头圆锥部的小圆端延伸到圆柱体尾部的卡条17，所述膨胀套管11内开有与卡条17配合的且轴向贯穿膨胀套管11的卡槽18。这样设置，使得插入楔体12可以正常轴向位移，但是卡槽18和卡条17的配合阻止了插入楔体12的转动，使得抗拉杆2的转动不能带动插入楔体12的转动，则插入楔体12只能在螺纹的作用下做轴向移动。卡条17可以完全插入到卡槽18内。

Claims (10)

1.一种增速自适应膨胀锚固装置，包括置于锚孔(1)中的抗拉杆(2)，所述抗拉杆(2)底部转动锚固于锚孔(1)底部，所述抗拉杆(2)上至少安装一组自适应紧固装置，所述抗拉杆(2)上连接有被动轮(3)，所述锚孔(1)一侧的土体内开有安装孔(4)，所述安装孔(4)内设置有一驱动螺杆(5)，所述驱动螺杆(5)上螺纹配合有一主动轮(6)，所述驱动螺杆(5)具有当其轴向移动时可以带动主动轮(6)转动的结构，所述主动轮(6)下端转动连接有一套在驱动螺杆(5)上的固定座(7)，所述驱动螺杆(5)可以在固定座(7)内孔内竖向自由移动，所述抗拉杆(2)上转动套有连接座(8)，所述固定座(7)和连接座(8)之间经固定杆(9)连接，所述主动轮(6)和被动轮(3)之间具有主动轮(6)带动被动轮(3)转动且被动轮(3)转速高于主动轮(6)的结构；

所述驱动螺杆(5)上端固定有一固定在岩土体表面上的固定盘(10)；

所述自适应紧固装置包括摩擦配合在锚孔(1)侧壁上的膨胀套管(11)，膨胀套管(11)间隔的套在抗拉杆(2)上，所述膨胀套管(11)前后端分别配合有螺纹配合在抗拉杆(2)上的插入楔体(12)，两插入楔体(12)内螺纹旋向相反，所述插入楔体(12)由面朝膨胀套管(11)的截头圆锥部和截头圆锥部一体连接的且同轴的圆柱体构成，该截头圆锥部的由小圆端开始直逐渐增大直到与圆柱体相接，该截头圆锥部的小圆端直径小于膨胀套管(11)内孔直径且该截头圆锥部的大圆端直径大于膨胀套管(11)的内孔直径。

2.根据权利要求1所述的一种增速自适应膨胀锚固装置，其特征在于，所述主动轮(6)和被动轮(3)均为同步轮，所述主动轮(6)的同步齿数多于被动轮(3)，所述主动轮(6)和被动轮(3)之间经同步带(13)连接。

3.根据权利要求1所述的一种增速自适应膨胀锚固装置，其特征在于，所述主动轮(6)和被动轮(3)均为齿轮，所述主动轮(6)的齿数多于被动轮(3)的齿数，所述主动轮(6)和被动轮(3)啮合在一起。

4.根据权利要求1所述的一种增速自适应膨胀锚固装置，其特征在于，所述抗拉杆(2)上轴向间隔设置有多个自适应紧固装置。

5.根据权利要求1所述的一种增速自适应膨胀锚固装置，其特征在于，所述锚孔(1)周围开有多个安装孔(4)，每个安装孔(4)内均设置有一个驱动螺杆(5)，所述驱动螺杆(5)上均螺纹配合有主动轮(6)，所述主动轮(6)和被动轮(3)均为齿轮，所述主动轮(6)的齿数大于被动轮(3)，围绕主动轮(6)一周的多个被动轮(3)均与主动轮(6)啮合。

6.根据权利要求1所述的一种增速自适应膨胀锚固装置，其特征在于，所述膨胀套管(11)两端的插入楔体(12)的截头圆锥部部分置于膨胀套管(11)的内孔内，所述插入楔体(12)与膨胀套管(11)内孔摩擦配合，使得当抗拉杆(2)转动时，插入楔体(12)不转动，当插入楔体(12)逐渐朝着膨胀套管(11)内移动时，可以逐渐扩充膨胀套管(11)，使得膨胀套管(11)外径扩大。

7.根据权利要求1所述的一种增速自适应膨胀锚固装置，其特征在于，所述自适应紧固装置至少有两个，至少一个置于锚孔(1)底部，至少一个置于锚孔(1)顶部。

8.根据权利要求1所述的一种增速自适应膨胀锚固装置，其特征在于，所述插入楔体(12)的圆柱体尾部同轴连接有直径大于圆柱体的止挡环(14)。

9.根据权利要求1所述的一种增速自适应膨胀锚固装置，其特征在于，所述抗拉杆(2)上套有盖在岩土体表面的托盘(15)，所述托盘(15)上方的抗拉杆(2)上螺纹配合有螺母(16)。

10.根据权利要求1所述的一种增速自适应膨胀锚固装置，其特征在于，所述插入楔体(12)上至少有一条自截头圆锥部的小圆端延伸到圆柱体尾部的卡条(17)，所述膨胀套管(11)内开有与卡条(17)配合的且轴向贯穿膨胀套管(11)的卡槽(18)。