自锚型应急锚杆及其安设方法
技术领域
本发明涉及一种危岩应急处治技术，尤其涉及一种自锚型应急锚杆及其安设方法。
背景技术
我国是一个多山的国家，山地丘陵占国土总面积的2/3以上，是世界上危岩崩塌灾害最发育的国家之一，尤其是西藏、四川、甘肃、新疆、云南、重庆等西部地区，公路沿线、矿山及城镇区域内存在上亿个具有严重安全隐患的危岩体，其突发性失稳崩落是我国崩塌灾害极其严重的根本原因。随着我国西部大开发的蓬勃兴起，交通、矿山及城镇基础设施得到迅猛发展，危岩应急处治、病害土木工程结构加固是我国西部地区公路建设及养护、矿山及城镇防灾减灾、病害工程结构加固、国防战备洞库道路防灾中的重大关键技术问题，受到政府、军队与工程技术部门的高度关注，属于国家层面需求。
目前，危岩应急处治技术是危岩崩塌灾害防治最薄弱的环节。迄今已研发的支撑、锚固、支撑-锚固联合、清除、拦石网、拦石墙、拦石栅栏、排水等危岩防治技术均属于永久性处治技术，需要遵循勘察、可行性分析、初步设计、施工图设计和施工等复杂的建设程序，处治准备时间长达3个月以上，施工工期更可长达1年以上；此外，按照传统的施工方法，治理危岩需要搭建数十米至近百米高的脚手架，传统的锚杆需要高强混凝土砂浆作为锚杆与围岩之间的锚固材料，存在砂浆及混凝土高空输送困难。因此，高位危岩治理一直是一项技术难度较大的工程行为，治理工程施工难度大、工期长，不满足应急减灾需求；在土木工程病害结构加固处理中，强调结构的永久加固，应急加固技术则十分落后。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明提出了一种自锚型应急锚杆，其结构为：它由中心杆、限位环、锚固螺帽、带中心孔的移动承载板、固定承载板、锚固钢片和连接钢片组成；
中心杆的一端与固定承载板固定连接，中心杆的另一端与锚固螺帽螺纹连接，移动承载板套接在锚固螺帽与固定承载板之间的中心杆杆体上；
偶数块连接钢片的端头依次铰接形成一条条状施力带；在移动承载板与固定承载板之间设置有多条施力带，多条施力带按中心杆周向均匀设置；单条施力带两端的连接钢片的外端分别与移动承载板、固定承载板铰接；
施力带与移动承载板、固定承载板的铰接处设置有限位环，施力带上其余位置处每间隔两块连接钢片的铰接处设置有限位环；限位环将铰接处包裹；
所述锚固钢片的平面中心设置有凸起，相邻两个限位环之间的施力带上裸露的连接钢片铰接处的转动轴与锚固钢片的凸起连接，锚固钢片所在平面与中心杆的中轴线平行，且锚固钢片所在平面处于连接钢片的外侧。
所述的移动承载板上还设置有空心钢管，空心钢管上端与移动承载板下端面固定，空心钢管套接在中心杆外，空心钢管下端与施力带上端的连接钢片的端头铰接，限位环将铰接处包裹。
所述施力带数量为3个、4个或5个。
所述锚固钢片外表面具有突起波纹，突出高度0.5cm。
所述中心杆长度为330cm或430cm。
所述中心杆与锚固螺帽螺纹连接，从中心杆端头起算，沿中心杆轴向30cm范围内的中心杆杆体上设置螺纹。
本发明还提出了一种前述自锚型应急锚杆的安设方法，其安设步骤为：
1)按要求预制自锚型应急锚杆；
2)确定治理对象所需锚杆数量n：
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式中，[…]为取整符号，n为自锚型应急锚杆数量；P为治理对象应急加固处治所需锚固力(kN)；N0为单根自锚型应急锚杆的设计承载力；
3)按照梅花桩布设自锚型应急锚杆；
4)在自锚型应急锚杆设置位置钻孔，钻孔深度比中心杆长度短30cm；
5)在钻孔内设置自锚型应急锚杆，旋进锚固螺帽，使锚固钢片与锚孔壁紧密、高压接触，治理完成。
所述的自锚型应急锚杆参数为：单根330cm型自锚型应急锚杆承载力为80kN，单根430cm型自锚型应急锚杆承载力100kN。
步骤3)中，按照梅花桩布设自锚型应急锚杆时，自锚型应急锚杆间距从0.5m×0.5m、08m×0.8m或1m×1m三种规格中选用。
步骤4)中，钻孔深度为300cm或400cm，分别对应长度为330cm和430cm的自锚型应急锚杆。
本发明与现有技术相比，有益效果在于：本发明能够使锚杆与锚孔壁紧密、高压接触，发挥自锚型应急锚杆与锚孔壁之间的抗剪强度，进而实现对治理对象的应急加固和快速处理。
附图说明
图1、自锚型应急锚杆结构图；
图2、图1的A-A剖面图；
图3、自锚型应急锚杆的锚固钢片竖剖面图；
图4、自锚型应急锚杆工作状态示意图。
其中：中心杆1、锚固螺帽2、移动承载板3、空心钢管4、锚孔壁5、限位环6、锁销孔7、连接钢片8、锚固钢片9、固定承载板10。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
参见图1，该自锚型应急锚杆由中心杆1、限位环6、锚固螺帽2、带中心孔的移动承载板3、固定承载板10、锚固钢片9和连接钢片8组成；其具体连接为：
中心杆1的一端与固定承载板10固定连接，中心杆1的另一端与锚固螺帽2螺纹连接，移动承载板3套接在锚固螺帽2与固定承载板10之间的中心杆1杆体上；偶数块连接钢片8的端头依次铰接形成一条条状施力带；在移动承载板3与固定承载板10之间设置有多条施力带，多条施力带按中心杆1周向均匀设置；单条施力带两端的连接钢片8的外端分别与移动承载板3、固定承载板10铰接；施力带与移动承载板3、固定承载板10的铰接处设置有限位环6，施力带上其余位置处每间隔两块连接钢片8的铰接处设置有限位环6；限位环6将铰接处包裹；所述锚固钢片9的平面中心设置有凸起，相邻两个限位环6之间的施力带上裸露的连接钢片8铰接处的转动轴与锚固钢片9的凸起连接，锚固钢片9所在平面与中心杆1的中轴线平行，且锚固钢片9所在平面处于连接钢片8的外侧。
参见图4，该结构的工作原理为：将自锚型应急锚杆放入锚孔中，向孔底方向旋进锚固螺帽2，锚固螺帽2推动移动承载板3，移动承载板3挤压施力带，由于限位环6的限制作用，限位环6所在处的连接钢片8铰接处无法向外凸起，无限位环6的连接钢片8的铰接处向外凸起，铰接处向外凸起的同时将锚固钢片9顶起，锚固钢片9与锚孔壁5紧密、高压接触，增大锚固钢片9与锚孔壁5之间的法向荷载，发挥自锚型应急锚杆与锚孔壁5之间的抗剪强度，进而实现对治理对象的应急加固处理。在对危岩进行永久加固处理后，反向旋转锚固螺帽2，即可使锚固钢片9与锚孔壁5脱离，取出自锚型应急锚杆，从而实现了自锚型应急锚杆的可重复使用。
为了保证在旋进锚固螺帽2时，各条施力带的受力均匀以及避免移动承载板3受力不均，发明人还提出了如下改进：所述的移动承载板3上还设置有空心钢管4，空心钢管4上端与移动承载板3下端面固定，空心钢管4套接在中心杆1外，空心钢管4下端与施力带上端的连接钢片8的端头铰接，限位环6将铰接处包裹。
所述施力带数量的优选数量为3个、4个或5个。
为了增加自锚型应急锚杆与锚孔壁5之间的锚固强度，在锚固钢片9外表面设置有突起波纹，突出高度0.5cm。锚固钢片9选用泊松比不大于0.1，杨氏模量30～40GPa的材料制作。
所述中心杆1设计有330cm和430cm两种长度规格，分别可提供80kN和100kN的承载力。
连接钢片8可为瓦片型，也可为直板型；沿中心杆1轴向，同一横截面处的施力带上的连接钢片8，所围的内切圆的直径为“中心杆1直径+0.5cm”。
所述中心杆1与锚固螺帽2螺纹连接，从中心杆1端头起算，沿中心杆1轴向30cm范围内的中心杆1杆体上设置螺纹，30cm的螺纹范围已经可以满足需求了。
本发明还提出了一种基于前述自锚型应急锚杆的自锚型应急锚杆安设方法，具体步骤为：
1)按要求预制自锚型应急锚杆；
2)确定治理对象所需锚杆数量n：
n=1+[PN0]]]>
式中，[…]为取整符号，n为自锚型应急锚杆数量；P为治理对象应急加固处治所需锚固力(kN)；N0为单根自锚型应急锚杆的设计承载力；
3)按照梅花桩布设自锚型应急锚杆；
4)在自锚型应急锚杆设置位置钻孔，钻孔深度比中心杆1长度短30cm；
5)在钻孔内设置自锚型应急锚杆，旋进锚固螺帽2，使锚固钢片9与锚孔壁5紧密、高压接触，治理完成。
所述的自锚型应急锚杆参数为：单根330cm型自锚型应急锚杆承载力为80kN，单根430cm型自锚型应急锚杆承载力100kN。
步骤3)中，按照梅花桩布设自锚型应急锚杆时，自锚型应急锚杆间距从0.5m×0.5m、08m×08m或1m×1m三种规格中选用。
步骤4)中，钻孔深度为300cm或400cm，分别对应长度为330cm和430cm的自锚型应急锚杆。