一种渐变直径钢筋笼扩大头锚杆

本发明涉及岩土工程支护结构，尤其是涉及一种渐变直径钢筋笼扩大头锚杆。

背景技术：

1、变直径钢筋笼结构锚杆作为地下工程支护领域的新型锚固技术，广泛应用于地下室抗浮、边坡支护等各类对锚固性能要求严苛的工程项目，尤其适配复杂地质条件下的锚固施工场景。经大量工程实践验证，相较于传统普通锚杆，变直径钢筋笼结构锚杆成型后的整体结构稳定性与极限抗拔承载能力优势显著，综合锚固性能更佳。

2、目前，现有变直径钢筋笼锚杆大多依靠释放结构解锁弹簧箍筋，借助弹簧自身弹力驱动钢筋笼由收拢状态向外扩张成型，实现锚杆变径。但该类弹力驱动的扩径方式受施工现场地质、空间、环境等外界因素干扰较大，驱动力稳定性差，无法精准控制钢筋笼的扩张幅度与成型状态。在复杂狭小的钻孔内部施工时，极易出现钢筋笼扩径控制精度不足的问题，进而导致钢筋笼扩张不充分、扩大头成型尺寸偏差过大、成型规整度差等缺陷。该类缺陷会使锚杆锚固结构受力不均，在长期荷载作用及外部动态扰动工况下，锚固结构易发生持续塑性变形，大幅降低锚杆的抗拔承载力与结构稳定性，最终引发锚固失效问题，严重影响整体地下工程的支护安全与使用寿命。因此，精准控制锚杆的扩径变形过程、保证扩大头成型质量，是现阶段变直径钢筋笼锚杆技术优化升级的核心研究方向。

技术实现思路

1、本发明旨在克服现有技术中的不足，提供一种渐变直径钢筋笼扩大头锚杆，旨在实现更高的抗拔承载力、更精准的变形控制以及更可靠的整体结构，以解决现有变直径钢筋笼锚杆中，钢筋笼扩大过程难以精准控制，易导致锚固失效的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种渐变直径钢筋笼扩大头锚杆，其特征在于，包括：锚杆、锚杆套筒、竖筋、多个变直径箍筋、多个支撑架和温控装置；所述锚杆外套设有所述锚杆套筒，所述锚杆套筒头端圆周阵列安装有所述竖筋，多个所述变直径箍筋沿所述竖筋轴向间隔布设并与所述竖筋连接，共同形成钢筋笼；所述支撑架设置在所述锚杆和所述竖筋之间，且所述支撑架两端分别与所述锚杆、所述竖筋连接；所述锚杆、所述锚杆套筒、所述竖筋、多个所述变直径箍筋、多个所述支撑架共同构成径向扩径式钢筋笼锚头；锚头采用径向扩径结构，能够显著增大与土体、混凝土的接触面积，提升界面握裹力，有效增强整体抗拔锚固性能；所述温控装置通过温控导线与所述变直径箍筋电性连接；

4、所述竖筋沿自身轴向间隔布设有多个固定节点，所述竖筋通过所述固定节点与所述变直径箍筋固定连接；固定节点为支撑架、变直径箍筋提供精准安装点位，统一各部件装配位置，提升结构装配精度与整体稳定性；

5、所述变直径箍筋包括箍筋套筒和安装在所述箍筋套筒内的形状记忆合金环形弹簧；所述温控装置通过温控导线与所述形状记忆合金环形弹簧电性连接；形状记忆合金环形弹簧具有升温收缩、冷却膨胀的形变特性；每条形状记忆合金环形弹簧的最大直径变化量按照对应竖筋固定节点扩径后的极限位置进行匹配设计；钢筋笼未扩大时呈圆柱形状，温控装置通电使形状记忆合金环形弹簧升温至高于形状变化温度，保持收缩状态（奥氏体相）；钢筋笼扩径作业时，温控装置断电，形状记忆合金环形弹簧冷却发生膨胀，结构形态由环形弹簧状变形为环形圆柱状；所述变直径箍筋内侧设有多个接头，所述接头一端与所述箍筋套筒固定连接，另一端在所述竖筋的固定节点处通过螺栓与所述支撑架铰接。

6、进一步地，所述锚杆头端部外表面开设有凹槽，所述凹槽的内壁开设有沿凹槽长度方向延伸的滑槽，所述支撑架与所述滑槽滑动连接；滑槽为支撑架提供滑动导向，使支撑架可随钢筋笼扩径动作沿锚杆轴向在滑槽内灵活滑动，适配扩径行程，保证扩径过程顺畅，同时限制支撑架的运动轨迹，防止卡滞。

7、进一步地，所述锚杆为中空结构，所述锚杆的头端开设有注浆孔，所述注浆孔与所述锚杆的中空内腔连通；锚杆中空内腔与注浆孔组成注浆通道，施工时可向锚头周边注浆，浆液填充间隙并与锚头结合，提升锚固体整体性与锚固强度。

8、进一步地，所述锚杆沿轴线依次设有用于轴向限位止挡所述锚杆套筒的第一止挡件和用于轴向限位止挡所述变直径箍筋的第二止挡件；所述第一止挡件靠近所述锚杆套筒头端设置，所述第二止挡件靠近所述支撑架设置；第一止挡件阻挡锚杆套筒向支撑架一侧移动，第二止挡件限定支撑架沿滑槽滑动的最大行程；

9、进一步地，所述锚杆套筒的头端开设有螺纹孔，所述竖筋的一端设有外螺纹段，所述竖筋通过所述外螺纹段与所述锚杆套筒螺纹连接；采用螺纹连接方式装配竖筋与锚杆套筒，连接牢固、拆装便捷，同时可保证竖筋圆周分布精度，确保钢筋笼整体受力均匀。

10、进一步地，所述锚杆尾端设有外螺纹段，所述锚杆尾端通过所述外螺纹段转动连接有转动螺母，所述转动螺母靠近所述锚杆套筒尾端；通过向转动螺母施加外部扭矩力，使转动螺母旋转并带动锚杆做轴向移动，随着锚杆轴向运动，与锚杆连接的支撑架则顺势顶推竖筋，促使竖筋向外弯曲变形，以此完成钢筋笼的扩张作业。

11、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

12、本发明通过外力驱动支撑架推动竖筋节点，使竖筋发生弯曲形变，并配合温控装置调控变直径箍筋实现直径变化，令扩径后的钢筋笼形成预设函数曲线形态。相较于传统锚杆，本产品结构稳定性更佳，极限抗拔承载力显著提升。本发明对钢筋笼式扩大头锚杆做出优化创新，将函数曲线形态应用于钢筋笼结构，并改进了锚杆扩径变形方式，有效提升了变形控制精度、使整体结构稳定性更强、抗拔承载能力更强与锚固效果更好。

1.一种渐变直径钢筋笼扩大头锚杆，其特征在于，包括：锚杆（1）、锚杆套筒（2）、竖筋（3）、多个变直径箍筋（4）、多个支撑架（5）和温控装置（7）；所述锚杆（1）外套设有所述锚杆套筒（2），所述锚杆套筒（2）头端圆周阵列安装有所述竖筋（3），多个所述变直径箍筋（4）沿所述竖筋（3）轴向间隔布设并与所述竖筋（3）连接，共同形成钢筋笼；所述支撑架（5）设置在所述锚杆（1）和所述竖筋（3）之间，且所述支撑架（5）两端分别与所述锚杆（1）、所述竖筋（3）连接；所述锚杆（1）、所述锚杆套筒（2）、所述竖筋（3）、多个所述变直径箍筋（4）、多个所述支撑架（5）共同构成径向扩径式钢筋笼锚头；所述温控装置通过温控导线与所述变直径箍筋电性连接；

2.根据权利要求 1 所述的渐变直径钢筋笼扩大头锚杆，其特征在于，所述锚杆（1）头端部外表面开设有凹槽（13），所述凹槽（13）的内壁开设有沿凹槽（13）长度方向延伸的滑槽（14），所述支撑架（5）与所述滑槽（14）滑动连接。

3.根据权利要求 1 所述的渐变直径钢筋笼扩大头锚杆，其特征在于，所述锚杆（1）为中空结构，所述锚杆（1）的头端开设有注浆孔（15），所述注浆孔（15）与所述锚杆（1）的中空内腔连通。

4.根据权利要求 1 所述的渐变直径钢筋笼扩大头锚杆，其特征在于，所述锚杆（1）沿轴线依次设有用于轴向限位止挡所述锚杆套筒（2）的第一止挡件（11）和用于轴向限位止挡所述变直径箍筋的第二止挡件（12）；所述第一止挡件（11）靠近所述锚杆套筒（2）头端设置，所述第二止挡件（12）靠近所述支撑架（5）设置。

5.根据权利要求 1 所述的渐变直径钢筋笼扩大头锚杆，其特征在于，所述锚杆套筒（2）的头端开设有螺纹孔（21），所述竖筋（3）的一端设有外螺纹段，所述竖筋（3）通过所述外螺纹段与所述锚杆套筒（2）螺纹连接。

6.根据权利要求 1 所述的渐变直径钢筋笼扩大头锚杆，其特征在于，所述锚杆（1）尾端设有外螺纹段，所述锚杆（1）尾端通过所述外螺纹段转动连接有转动螺母（6），所述转动螺母（6）靠近所述锚杆套筒（2）尾端。