一种自锁锚固纤维锚杆及施工方法.pdf

一种自锁锚固纤维锚杆及施工方法，属岩土锚固技术领域，自锁锚固纤维锚杆由纤维袋、垫板和紧绳器构成；纤维袋内套定位架，定位架伸入纤维袋底部，金属卡子将纤维袋在圆筒处从外侧紧密夹持固定于定位架上；紧绳器为支架内套中心管，支架外侧的中心管上左右分别安装棘齿，支架上通过轴销铰接有与棘齿相配合的齿条，中心管上固定设有绳钩，支架外侧的中心管上一端开设有用于插入加力杆的圆孔；通过袖阀向纤维袋内压力注浆体，纤维袋膨胀浆体凝结固化锚固于稳定地层中；紧绳器通过螺栓固定于垫板上，绳状纤维袋捆绑在紧绳器的绳钩上；结构轻盈，抗腐蚀和耐久性强，避免传统FRP筋的张拉和锚固问题，预应力补偿方便，施工快捷。

1.  一种自锁锚固纤维锚杆，其特征在于：该锚杆由纤维袋（1）、垫板（7）和紧绳器（8）构成；纤维袋（1）内套有定位架（2），定位架（2）伸入纤维袋（1）的底部，且定位架（2）套有袖阀（6）的一端朝向纤维袋（1）的开口端，金属卡子（5）将纤维袋（1）在圆筒（4）处从外侧紧密夹持固定于定位架（2）上；紧绳器（8）包括支架（9）、中心管（10）、棘齿（11）、齿条（12）、轴销（13）、绳钩（14）、圆孔（15）、加力杆（16）， 其中支架（9）内套有中心管（10），中心管（10）能绕着支架（9）的孔自由转动，支架（9）的外侧的中心管（10）上左右分别安装棘齿（11），支架（9）上通过轴销（13）铰接有与棘齿（11）相配合的齿条（12），齿条（12）能围绕轴销（13）上下活动，棘齿（11）与齿条（12）相齿合时，中心管（10）只能向一个方向旋转，中心管（10）上固定设有绳钩（14），支架（9）外侧的中心管（10）上一端开设有用于插入加力杆（16）的圆孔（15）；通过袖阀（6）向纤维袋（1）内压力注浆，纤维袋（1）膨胀浆体（19）凝结固化锚固于稳定地层中；未注浆段的纤维袋（1）绞成绳状穿过垫板（7），紧绳器（8）通过螺栓（18）固定于垫板（7）上，绳状纤维袋（1）捆绑在紧绳器（8）的绳钩（14）上；加力杆（16）插入中心管（10）的圆孔（15）内，转动加力杆（16）使绳状纤维袋（1）缠绕在中心管（10）上，张拉纤维袋（1），棘齿（11）与齿条（12）相齿合锁定锚固。

2.  根据权利要求1所述的自锁锚固纤维锚杆，其特征在于：纤维袋（1）的材质是玻璃纤维，或者碳纤维，或者芳纶纤维。

3.  根据权利要求1所述的自锁锚固纤维锚杆，其特征在于：定位架（2）由连接筋3将圆筒（4）和钢筋环焊接而成，圆筒（4）外侧车削有螺纹。

4.  根据权利要求1所述的自锁锚固纤维锚杆，其特征在于：紧绳器（8）的支架（9）上带有连接板和螺栓孔（17），两边棘齿（11）及齿条（12）的大小相同，且左右对称布置，棘齿（11）直径小于支架（9）中部与其平行部分的宽度；中心管（10）上开设的圆孔（15）个数为四个，各自成90°布置。

5.  根据权利要求1所述的自锁锚固纤维锚杆，其特征在于：袖阀（6）为橡皮袖阀。

6.  自锁锚固纤维锚杆的施工方法，其步骤为：
（1）调查分析支护对象工程地质条件，进行工程地质勘探和设计，分析确定可能滑坡的潜在滑动面位置，确定所需锚杆的自由段和锚固段长度；
（2）制作定位架（2）：定位架（2）由连接筋（3）将圆筒（4）和钢筋环焊接而成，圆筒（4）外侧车削有螺纹；连接筋（3）的长度等于所需锚杆的锚固段长度；
（3）制作纤维袋（1）：根据步骤（1）选定所需纤维袋（1）的长度、厚度和直径，在定位架（2）的圆筒（4）上套袖阀（6），将定位架（2）伸入纤维袋（1）内，圆筒（4）的一端朝向纤维袋（1）开口端，用金属卡子（5）将纤维袋（1）在定位架（2）的圆筒（4）处外侧紧密夹住；
（4）制作紧绳器（8）：在中心管（10）上开设圆孔（15），加工带有连接板和螺栓孔（17）的支架（9），支架（9）上通过轴销（13）铰接有齿条（12），将中心管（10）套在支架（9）内，支架（9）外侧的中心管（10）上对称安装棘齿（11）；
（5）开孔洞（20）和注浆：在坡体（21）上按设计长度和角度开设孔洞（20）；注浆管伸进纤维袋（1）内，并与定位架（2）的圆筒（4）通过外螺纹连接，将注浆管和纤维袋（1）一同伸入孔洞（20）内，注浆管另一端与注浆设备连接，根据不同的地层状况确定注浆压力，进行注浆，浆体（19）依次流经注浆管、袖阀（6）进入纤维袋（1）内，纤维袋（1）膨胀，待达到注浆设计值，将注浆管从定位架（2）上卸除；浆体（19）在纤维袋（1）内凝固硬化，锚固于稳定地层中；袖阀（6）的单向作用，浆体（19）被包裹在纤维袋（1）内难以四处流动，避免自由段纤维袋（1）被浆体（19）凝固；
（6）张拉和锚固：将未注浆段的纤维袋（1）绞成绳状并穿过坡面的垫板（7）；螺栓（18）将紧绳器（8）固定于垫板（7）上，绳状纤维袋（1）捆绑在紧绳器（8）的绳钩（14）上；加力杆（16）插入紧绳器（8）的圆孔（15）内，转动加力杆（16）绳状纤维袋（1）缠绕在中心管（10）上，张拉绷紧后，棘齿（11）与齿条（12）相齿合锁定。

一种自锁锚固纤维锚杆及施工方法
技术领域
 本发明属于岩土锚固工程技术领域，具体涉及一种自锁锚固纤维锚杆及施工方法，主要适用于边坡、基坑等支护工程。
背景技术
在地下工程、基坑和边坡工程等领域中，锚杆支护是应用最广泛的岩土加固措施。锚杆通过自身锚入岩土中承受拉力来平衡岩土的滑动推力，从而提高岩土的自稳能力。目前，常见的锚杆类型主要有注浆锚杆、锚索、机械锚杆、管缝锚杆、扩体锚杆、胀壳锚杆等，这些锚杆的材质主要以钢材为主，然而钢材的易锈蚀问题日益成为影响锚固体系安全性和耐久性的突出问题，而且钢材锚杆自重大，增加施工劳动力负担。因此，在岩土锚固工程中，必须对锚杆进行防腐设计，采取适当的防腐措施。传统的防腐措施一方面会增加施工操作的复杂性，另一方面会提高工程造价。
面对钢材锚杆的上述缺陷和纤维材料具有抗拉强度高和耐腐蚀等优点，人们提出了采用纤维增强复合材料（FRP）筋代替钢材的思路。纤维增强复合材料是以纤维材料与基质材料树脂胶合，经过特制的模具挤压、拉拔成型的杆体。FRP筋的主要优点：（1）抗拉强度高，同等直径下，FRP筋的抗拉强度明显高于普通钢筋锚杆；（2）抗腐蚀性和耐久性好；（3）自重轻，运输、施工方便；（4）弹性模量小，热膨胀系数与混凝土相近，环境温度变化不影响FRP与混凝土协同工作性能；（5）FRP筋与砂浆的粘结强度约为普通钢筋与砂浆粘结强度的90%；这些优点推动FRP在实际工程中有广阔的应用前景。然而FRP是一种典型的各向异性材料，其轴向抗拉强度较高，而侧向抗剪强度较低，如果像金属锚杆一样将FRP筋直接用锚具夹持，会由于抗剪强度不足发生局部剪切劈裂破坏，FRP筋的抗拉强度得不到充分利用，故FRP筋的端部张拉和锚固问题日益突出，FRP筋的锚具设置显得尤为重要。FRP筋材与砂浆的粘结强度低于普通光圆钢筋与砂浆之间的粘结强度，且平均粘结强度随着FRP筋材直径的增大而减小，这明显限制了FRP筋在锚固工程中的应用。虽然对FRP筋表面进行异性处理可获得与混凝土之间较好的粘结性能，但这种处理工艺复杂，费用高昂。
针对钢筋锚杆和FRP筋的上述缺陷，如何避免FRP筋锚固、张拉和粘结问题，而利用纤维材料的优点设计出一种纤维锚杆，解决现有岩土锚固面临的困难，推动锚固工程向前发展是当今亟需解决的一个难题。
发明内容
本发明的目的是解决现有技术所存在的上述不足，提供一种自锁锚固纤维锚杆及施工方法，解决当前钢筋锚杆锈蚀、FRP筋的张拉、锚固问题。
本发明是一种自锁锚固纤维锚杆及施工方法，自锁锚固纤维锚杆，由纤维袋1、垫板7和紧绳器8构成；纤维袋1内套有定位架2，定位架2伸入纤维袋1的底部，且定位架2套有袖阀6的一端朝向纤维袋1的开口端，金属卡子5将纤维袋1在圆筒4处从外侧紧密夹持固定于定位架2上；紧绳器8包括支架9、中心管10、棘齿11、齿条12、轴销13、绳钩14、圆孔15、加力杆16， 其中支架9内套有中心管10，中心管10能绕着支架9的孔自由转动，支架9的外侧的中心管10上左右分别安装棘齿11，支架9上通过轴销13铰接有与棘齿11相配合的齿条12，齿条12能围绕轴销13上下活动，棘齿11与齿条12相齿合时，中心管10只能向一个方向旋转，中心管10上固定设有绳钩14，支架9外侧的中心管10上一端开设有用于插入加力杆16的圆孔15；通过袖阀6向纤维袋1内压力注浆，纤维袋1膨胀浆体19凝结固化锚固于稳定地层中；未注浆段的纤维袋1绞成绳状穿过垫板7，紧绳器8通过螺栓18固定于垫板7上，绳状纤维袋1捆绑在紧绳器8的绳钩14上；加力杆16插入中心管10的圆孔15内，转动加力杆16使绳状纤维袋1缠绕在中心管10上，张拉纤维袋1，棘齿11与齿条12相齿合锁定锚固。
本发明的一种自锁锚固纤维锚杆的施工方法，其步骤为：
（1）调查分析支护对象工程地质条件，进行工程地质勘探和设计，分析确定可能滑坡的潜在滑动面位置，确定所需锚杆的自由段和锚固段长度；
（2）制作定位架2：定位架2由连接筋3将圆筒4和钢筋环焊接而成，圆筒4外侧车削有螺纹；连接筋3的长度等于所需锚杆的锚固段长度；
（3）制作纤维袋1：根据步骤（1）选定所需纤维袋1的长度、厚度和直径，在定位架2的圆筒4上套袖阀6，将定位架2伸入纤维袋1内，圆筒4的一端朝向纤维袋1开口端，用金属卡子5将纤维袋1在定位架2的圆筒4处外侧紧密夹住；
（4）制作紧绳器8：在中心管10上开设圆孔15，加工带有连接板和螺栓孔17的支架9， 支架9上通过轴销13铰接有齿条12，将中心管10套在支架9内，支架9外侧的中心管10上对称安装棘齿11；
（5）开孔洞20和注浆：在坡体21上按设计长度和角度开设孔洞20；注浆管伸进纤维袋1内，并与定位架2的圆筒4通过外螺纹连接，将注浆管和纤维袋1一同伸入孔洞20内，注浆管另一端与注浆设备连接，根据不同的地层状况确定注浆压力，进行注浆，浆体19依次流经注浆管、袖阀6进入纤维袋1内，纤维袋1膨胀，待达到注浆设计值，将注浆管从定位架2上卸除；浆体19在纤维袋1内凝固硬化，锚固于稳定地层中；袖阀6的单向作用，浆体19被包裹在纤维袋1内难以四处流动，避免自由段纤维袋1被浆体19凝固；
（6）张拉和锚固：将未注浆段的纤维袋1绞成绳状并穿过坡面的垫板7；螺栓18将紧绳器8固定于垫板7上，绳状纤维袋1捆绑在紧绳器8的绳钩14上；加力杆16插入紧绳器8的圆孔15内，转动加力杆16绳状纤维袋1缠绕在中心管10上，张拉绷紧后，棘齿11与齿条12相齿合锁定。
本发明的有益效果是：本发明结构简单，设计巧妙，形式合理，抗腐蚀和耐久性强，充分利用了纤维材料的优点，避免了钢材锚杆长期锈蚀严重的现象。采用紧绳器自锁锚固，纤维锚杆的任何部位处于受拉状态能够充分发挥性能，解决了传统锚具夹持使纤维局部受剪而提前破坏的问题。纤维袋内压力注浆能够达到高压状态，挤密周围土层，纤维袋包裹浆体与土层形成良好的锚固段，解决了传统纤维材料与浆体粘结强度低，影响锚固和纤维表面处理的复杂工艺，避免了浆液四处流动造成用浆量大的问题。定位架起向导作用实现纤维锚杆进洞和定位，橡皮袖阀的单向作用，浆液被包裹在纤维袋内不能四处流动，自由段纤维不被浆体凝固便于凝结成绳状；紧绳器张拉锚固，施工方便，预应力损失后，通过加力杆转动紧绳器补偿预应力非常方便；结构轻盈，劳动力负担轻，施工速度快捷，适应性强，造价低廉，其市场前景十分广阔。
附图说明
 图1是本发明自锁锚固纤维锚杆的示意图，图2是图1中紧绳器的示意图，图3是定位架的示意图，图4是本发明在边坡支护工程中实施的示意图。
  附图标记说明：纤维袋1、定位架2、连接筋3、圆筒4、金属卡子5、袖阀6、垫板7、紧绳器8，支架9、中心管10、棘齿11、齿条12、轴销13、绳钩14、圆孔15、加力杆16、螺栓孔17、螺栓18、浆体19、孔洞20、坡体21。
具体实施方式
  下面结合附图和具体实例对本发明特征作更进一步的描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限制本发明的范围。在阅读本发明后，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换和改进均应包含于本发明的保护范围以内。
如图1、2、3、4所示，本发明是一种自锁锚固纤维锚杆及施工方法，自锁锚固纤维锚杆，由纤维袋1、垫板7和紧绳器8构成；纤维袋1内套有定位架2，定位架2伸入纤维袋1的底部，且定位架2套有袖阀6的一端朝向纤维袋1的开口端，金属卡子5将纤维袋1在圆筒4处从外侧紧密夹持固定于定位架2上；紧绳器8包括支架9、中心管10、棘齿11、齿条12、轴销13、绳钩14、圆孔15、加力杆16， 其中支架9内套有中心管10，中心管10能绕着支架9的孔自由转动，支架9的外侧的中心管10上左右分别安装棘齿11，支架9上通过轴销13铰接有与棘齿11相配合的齿条12，齿条12能围绕轴销13上下活动，棘齿11与齿条12相齿合时，中心管10只能向一个方向旋转，中心管10上固定设有绳钩14，支架9外侧的中心管10上一端开设有用于插入加力杆16的圆孔15；通过袖阀6向纤维袋1内压力注浆，纤维袋1膨胀浆体19凝结固化锚固于稳定地层中；未注浆段的纤维袋1绞成绳状穿过垫板7，紧绳器8通过螺栓18固定于垫板7上，绳状纤维袋1捆绑在紧绳器8的绳钩14上；加力杆16插入中心管10的圆孔15内，转动加力杆16使绳状纤维袋1缠绕在中心管10上，张拉纤维袋1，棘齿11与齿条12相齿合锁定锚固。
如图1、4所示，纤维袋1的材质是玻璃纤维，或者碳纤维，或者芳纶纤维。
如图1、3、4所示，定位架2由连接筋3将圆筒4和钢筋环焊接而成，圆筒4外侧车削有螺纹；纤维袋1放入孔洞20的过程中定位架2起导向作用，并将纤维袋1对中于孔洞20内。
如图1、2所示，紧绳器8的支架9上带有连接板和螺栓孔17，两边棘齿11及齿条12的大小相同，且左右对称布置，棘齿11直径小于支架9中部与其平行部分的宽度；中心管10上开设的圆孔15个数为四个，各自成90°布置；中心管10与支架9之间不焊接，确保中心管10能够绕着支架9的孔自由旋转。
如图1所示，袖阀6为橡皮袖阀。
如图1、2、3、4所示，本发明的一种自锁锚固纤维锚杆的施工方法，其步骤为：
（1）调查分析支护对象工程地质条件，进行工程地质勘探和设计，分析确定可能滑坡的潜在滑动面位置，确定所需锚杆的自由段和锚固段长度；
（2）制作定位架2：定位架2由连接筋3将圆筒4和钢筋环焊接而成，圆筒4外侧车削有螺纹；连接筋3的长度等于所需锚杆的锚固段长度；
（3）制作纤维袋1：根据步骤（1）选定所需纤维袋1的长度、厚度和直径，在定位架2的圆筒4上套袖阀6，将定位架2伸入纤维袋1内，圆筒4的一端朝向纤维袋1开口端，用金属卡子5将纤维袋1在定位架2的圆筒4处外侧紧密夹住；
（4）制作紧绳器8：在中心管10上开设圆孔15，加工带有连接板和螺栓孔17的支架9， 支架9上通过轴销13铰接有齿条12，将中心管10套在支架9内，支架9外侧的中心管10上对称安装棘齿11；
（5）开孔洞20和注浆：在坡体21上按设计长度和角度开设孔洞20；注浆管伸进纤维袋1内，并与定位架2的圆筒4通过外螺纹连接，将注浆管和纤维袋1一同伸入孔洞20内，注浆管另一端与注浆设备连接，根据不同的地层状况确定注浆压力，进行注浆，浆体19依次流经注浆管、袖阀6进入纤维袋1内，纤维袋1膨胀，待达到注浆设计值，将注浆管从定位架2上卸除；浆体19在纤维袋1内凝固硬化，锚固于稳定地层中；袖阀6的单向作用，浆体19被包裹在纤维袋1内难以四处流动，避免自由段纤维袋1被浆体19凝固；
（6）张拉和锚固：将未注浆段的纤维袋1绞成绳状并穿过坡面的垫板7；螺栓18将紧绳器8固定于垫板7上，绳状纤维袋1捆绑在紧绳器8的绳钩14上；加力杆16插入紧绳器8的圆孔15内，转动加力杆16绳状纤维袋1缠绕在中心管10上，张拉绷紧后，棘齿11与齿条12相齿合锁定。