一种土钉锚索结构的制作方法

1.本发明涉及支护结构技术领域，具体涉及一种土钉锚索结构。


背景技术：

2.随着我国于1956年开始推广预应力混凝土结构；预应力结构在我国建筑史上已迈过了半个多世纪的岁月。特别是从20世纪80年代以来，预应力混凝土结构开始大量应用于大型公共建筑、高层及超高层建筑、大跨度桥梁和多层工业厂房等现代工程。经过50多年的努力探索，我国在预应力混凝土的设计理论、计算方法、构件系列、结构体系、张拉锚固体系、预应力工艺、预应力筋和混凝土材料等方面，已经形成一套独特的体系；在预应力混凝土的施工技术与施工管理方面，已经积累了丰富得经验，并取得了良好的经济效益和社会效益；复合土钉支护是在土钉支护的基础上发展起来的、用于基坑或者边坡支护来提高边坡稳定性的一种支护手段，在我国的长时间这种已有大量的工程实践；而对于一些地质情况比较差的地区，传统的复合土钉支护已将不适用：如在我国陕西榆林地区，由于其地层主要由杂填土、第四纪全新世风积粉细砂、冲洪积细砂、粉土组成，而导致其低层持力层各土层工程特性明显差异较大，压缩性不均匀，导致传统的土钉和锚杆结构并不能很好的与低层结合，在倾覆土压力下，极易发生边坡的倾覆和倒塌；而且现有的支护结构均为刚性支护结构，在发生地震或者底层运动时，由于边坡剧烈震动变形，对锚索产生瞬间巨大拉力，可能导致锚索失效，威胁边坡的稳定性和安全性；而且在地震时发生多种形式的失效：如最常用的拉力型锚索，砂浆作为几乎不能承受拉力的脆性材料，在地震动荷载作用下，极易开裂并往锚固段深处渐进破坏；因此，需要对现有的边坡预应力锚索结构进行改进，使其具有优良的抗震性能，确保边坡在地震中以及地震后的安全稳定性。


技术实现要素：

3.针对上述存在的问题，本发明旨在提供一种土钉锚索结构，本结构通过将传统的土钉和锚索结构进行结合，形成刚柔并济的支护结构，能够在边坡支护过程中很好的将支护结构与原状土体结合，对边坡进行支护，可以有效防止发生边坡滑坡或塌陷，且通过锚索的多级让压可有效防止地震等自然灾害造成的边坡不稳，本结构具有支护效果好、承受力大、抗震性能优良和稳定性好的特点。
4.为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：一种土钉锚索结构，包括土钉锚固装置和锚索固定装置，所述锚索固定装置设置在土钉锚固装置内侧，所述土钉锚固装置包括土钉钢筋笼和钢管护壁，所述钢管护壁设置在土钉钢筋笼内侧，土钉钢筋笼通过土钉支架固定在锚孔内，且在钢管护壁与锚孔孔壁之间设置有注浆钢管和水泥砂浆；所述锚索固定装置包括锚索、锚头和锚固装置，所述锚索设置在钢管护壁内侧，且锚索的锚固段末端穿过钢管护壁与锚头连接，所述锚头设置在钢管护壁的膨胀端，且通过设置在锚头内部的锁定机构将锚头固定在锚孔底部，所述锚索的自由段末端与锚固装置连接，所述锚固装置设置在锚孔外部，对锚索的自由端和钢管护壁进
行固定。
5.优选的，所述的钢管护壁由多节钢管连接形成，在锚索锚固段的钢管护壁上设置有卡台，且在所述钢管护壁的末节钢管的膨胀端还对称开设有两条开缝，所述开缝沿平行于钢管护壁中心线方向延伸，与锚头配合使用。
6.优选的，所述的锚头包括锚板、中台板、锚块和锚固体，所述锚固体为空心结构，所述中台板设置在锚固体内，所述锚板和锚块对称设置在锚固体的两端，其中所述锚板与锚索的末端连接，锚块的连接体伸入锚固体的内腔中，且与中台板连接，且在所述锚块的连接体上还设置有伸缩槽，所述伸缩槽与锁定机构配合使用。
7.优选的，所述的锁定机构呈“十字”形对称设置在锚固体的内腔中，包括活动板、连轴、镰形定位刀、连杆和锁体，所述活动板设置在近锚板一端的锚固体内，且在活动板上对称设置有活动槽，所述活动槽内活动设置有推杆，所述推杆与设置在锚固体上的活动槽配合使用，所述连轴的一端与活动板连接，另一端穿过设置在中台板上的密封塞与锁体连接，所述锁体设置在伸缩槽内，且沿着伸缩槽运动，所述镰形定位刀的一侧底脚与锚块连接，另一侧底脚与连杆的一端连接，连杆的另一端与锁体连接，通过锁体带动镰形定位刀的刀体沿着设置在锚固体上的锁定槽转动。
8.优选的，所述的锚索为多级让压锚索，包括锚固段和自由端，所述锚固段包括多阶锚索结构，锚索包括锚固板、线架和预应力钢绞线，所述锚固板设置在卡台内，且在锚固板上设置有穿接锚孔和注浆管，所述穿接锚孔对称设置在锚固板上，且与预应力钢绞线配合使用；所述线架设置在相邻的两个的锚固板之间，包括大线架和小线架，所述大线架和小线架交叉布置。
9.优选的，所述的线架为“星形”支架，包括隔线板和连接板，所述隔线板均匀焊设在连接板的外侧，且在相邻的两个隔线板之间焊设有架线环，所述架线环与预应力钢绞线配合使用，且在所述连接板中心还设置有用于注浆管穿过的通孔；所述预应力钢绞线包括多根钢丝束。
10.优选的，所述的锚固装置包括封压板、盖板、二级让压锚固件、一级让压锚固件和锚固螺母，所述封压板设置在钢管护壁的外侧，且与盖板通过膨胀螺栓连接，所述二级让压锚固件和一级让压锚固件设置在封压板的两侧，在二级让压锚固件与一级让压锚固件之间形成让压间隙，所述一级让压锚固件设置在钢管护壁内，所述锚固螺母设置在二级让压锚固件的外侧，对预应力钢绞线进行固定。
11.优选的，所述的一级让压锚固件上设置有一级锚孔和注浆管穿接孔，所述一级锚孔均匀设置在注浆管穿接孔的周围；所述一级锚孔为由两块对称设置的弧形锚板形成的梯形锚孔，且在所述弧形锚板背侧填充有橡胶填充物，所述一级锚孔内还有一级锚固机构，所述一级锚固机构包括相互配合使用的锚固套和锚固筒，所述锚固套为与一级锚孔配合使用的梯形锚固套，所述锚固筒由两块相互配合使用的弧形锚片组成，套设在锚固套内，且在弧形锚片内侧设置有防滑纹与预应力钢绞线配合使用。
12.优选的，所述的二级让压锚固件上设置有二级锚孔和注浆管穿接孔，所述二级锚孔均匀设置在注浆管穿接孔的周围；所述二级锚孔为设置在第一锚固套筒内的套筒腔，且在二级锚孔内设置有二级锚固机构，所述二级锚固机构为第二锚固套筒，所述第二锚固套筒的内侧设置有防滑纹与预应力钢绞线配合使用，外侧设置有环形让压螺纹与设置在二级
锚孔内腔上的让压螺纹配合使用。
13.优选的，所述的第二锚固套筒为与二级锚孔配合使用的梯形套筒，且在第二锚固套筒上还开设有让压通槽，所述让压通槽沿平行于二级锚孔中心线方向延伸。
14.本发明的有益效果是：本发明公开了一种土钉锚索结构，与现有技术相比，本发明的改进之处在于：（1）本发明设计了一种土钉锚索结构，将传统的土钉和锚索结构进行结合，形成刚柔并济的支护结构，能够在边坡支护过程中很好的将支护结构与原状土体结合，对边坡进行支护，可有效防止发生边坡滑坡或塌陷，支护效果好、承受力大；（2）使用时，通过锚索施加预应力，在外部预应力作用下，使得锚头与钢管护壁的膨胀端相互作用，将锁定机构打开，使得镰形定位刀插入锚孔侧壁中，对锚索的锚固段末端与锚孔侧壁进行锁紧，增强了锚固结构与锚孔间的连接效果，很好的对锚索结构进行了固定；同时在锁定机构打开的同时，开缝在锚固体的压力下被撑开，使得锚头与钢管护壁连接，在预应力的作用下形成完整的支撑结构，在锚孔内对原状土体进行支撑，在外力作用下整体性好，能够较好的与原状土体进行结合，对锚头和锚索的锚固段末端进行固定；（3）锚索设计为多级让压锚索，包括锚固段和自由端，所述锚固段包括多阶锚索结构，在使用时，分阶的对对应深度的土体进行分级锚固，可以有效防止二级锚索由于伸长量过程而断裂，以及外部压力过大而拔出的情况，且通过分级锚固，能够实现分级锚固，锚固效果好，可以有效的对边坡进行支护，防止边坡滑坡和塌陷，可以有效保证边坡的稳定性；（4）通过锚固装置的设计，在使用时，能够利用一级让压锚固件和二级让压锚固件对预应力钢绞线进行锚固，对预应力钢绞线进行分级锚固，既能支撑高应力下的静态荷载，又可以抵抗开挖、爆破、地震等诱发的应力波动态荷载，避免锚固位置由于高度集中的静应力大变形和动态冲击荷载的破坏而导致围岩损伤破裂和支护结构失稳等灾害，具有具有支护效果好、承受力大、抗震性能优良和稳定性好的优点。
附图说明
15.图1为本发明土钉锚索结构在边坡支护中使用时的主视图。
16.图2为本发明土钉锚索结构在边坡支护中使用时的剖视图。
17.图3为本发明土钉锚索结构在边坡支护中使用时的局部放大图。
18.图4为本发明土钉锚索结构的结构示意图。
19.图5为本发明土钉锚索结构的剖视图。
20.图6为本发明锚头未张开使用时的剖视图。
21.图7为本发明锚头张开使用时的剖视图。
22.图8为本发明活动板的结构示意图。
23.图9为本发明土钉锚索结构a
‑
a处的剖视图。
24.图10为本发明土钉锚索结构b
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b处的剖视图。
25.图11为本发明土钉锚索结构c
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c处的剖视图。
26.图12为本发明锚板的侧视图。
27.图13为本发明线架的结构示意图。
28.图14为本发明锚固装置的剖视图。
29.图15为本发明一级让压锚固件的剖视图。
30.图16为本发明一级让压锚固件的左视图。
31.图17为本发明一级锚固机构的左视图。
32.图18为本发明二级让压锚固件的剖视图。
33.图19为本发明二级让压锚固件的左视图。
34.图20为本发明二级锚固机构的左视图。
35.其中：1.钢管护壁，11.开缝，12.卡台，2.锚索，21.锚固板，211.穿接锚孔，22.线架，221.隔线板，222.连接板，223.架线环，23.注浆管，24.预应力钢绞线，3.锚头，31.锚板，32.活动槽，33.锁定槽，34.中台板，35.锚块，351.伸缩槽，36.密封塞，37.锚固体，4.锁定机构，41.推板，42.活动板，421.活动槽，43.连轴，44.镰形定位刀，45.连杆，46.锁体，5.锚固装置，51.封压板，52.盖板，53.膨胀螺栓，54.二级让压锚固件，541.第一锚固套筒，542.二级锚孔，55.一级让压锚固件，551.一级锚孔，552.橡胶填充物，553.弧形锚板，56.锚固套，57.第二锚固套筒，571.让压通槽，58.锚固螺母，59.锚固筒。
具体实施方式
36.为了使本领域的普通技术人员能更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的描述。
37.参照附图1
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20所示的一种土钉锚索结构，包括土钉锚固装置和锚索固定装置，所述锚索固定装置设置在土钉锚固装置内侧，形成刚柔并济的土钉
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锚索支护结构；所述土钉锚固装置包括土钉钢筋笼和钢管护壁1，所述钢管护壁1设置在土钉钢筋笼内侧，土钉钢筋笼通过土钉支架固定在锚孔内，且在钢管护壁1与锚孔孔壁之间设置有注浆钢管和水泥砂浆；所述锚索固定装置包括锚索2、锚头3和锚固装置5，所述锚索2设置在钢管护壁1内侧，且锚索2的锚固段末端穿过钢管护壁1与锚头3连接，所述锚头3设置在钢管护壁1的膨胀端，通过施加预应力与钢管护壁1连接，使用时，通过设置在锚头内部的锁定机构4将锚头3固定在锚孔底部，实现锚索2的锚固段末端在锚孔内的固定，所述锚索2的自由段末端与锚固装置5连接，所述锚固装置5设置在锚孔外部，通过施加预应力形成自身拉拔锁定，对锚索2的自由端和钢管护壁1进行固定，且在锚索2的锚固段与钢管护壁1之间设置有水泥砂浆。
38.优选的，施工时，所述钢管护壁1由多节钢管连接形成，主要采用套管焊接形式，在锚索2锚固段外侧的钢管护壁1上设置有卡台12，且在所述钢管护壁1的末节钢管的膨胀端还对称开设有两条开缝11，所述开缝11沿平行于钢管护壁1中心线方向延伸，与锚头3配合使用，使用时，在给锚索施加预应力的作用下，使得开缝11在锚头3的作用下被撑开，实现在锚孔中对钢管护壁1的固定，同时通过钢管护壁1的开缝11恢复形变的力的作用下，对锚头3进行固定，使其在预应力作用下连接，形成一体支护结构，保证结构的整体性。
39.优选的，所述的锚头3包括锚板31、中台板34、锚块35和锚固体37，所述锚固体37为空心结构，所述中台板34设置在锚固体37内，所述锚板31和锚块35对称设置在锚固体37的两端，其中所述锚板31与锚索2的末端连接，锚块35的连接体伸入锚固体37的内腔中，且与中台板34连接，且在所述锚块35的连接体上还设置有伸缩槽351，所述伸缩槽351与锁定机构4配合使用；所述锁定机构4呈“十字”形对称设置在锚固体37的内腔中，包括活动板42、连轴
43、镰形定位刀44、连杆45和锁体46，所述活动板42设置在近锚板31一端的锚固体37内，且在活动板42上对称设置有活动槽421，所述活动槽421内活动设置有推杆41，所述推杆41与设置在锚固体37上的活动槽32配合使用，在通过锚索2施加预应力时，使得锚头3沿着钢管护壁1的轴向方向运动，使得开缝11在锚固体37施加的张力作用下被撑开，对钢管护壁1进行定位，同时在开缝11在锚固体37施加的张力作用下被撑开的同时，由于钢管护壁1管壁作用在推杆41上，推动推杆41沿着锚头3运动的相反方向运动，因此使得活动板42与推杆41同步运动，所述连轴43的一端与活动板42连接，另一端穿过设置在中台板34上的密封塞36与锁体46连接，所述锁体46设置在伸缩槽351内，因此带动锁体46沿着伸缩槽351运动，所述镰形定位刀44的一侧底脚与锚块35连接，另一侧底脚与连杆45的一端连接，连杆45的另一端与锁体46连接，通过锁体46带动镰形定位刀44的刀体沿着设置在锚固体37上的锁定槽33转动，使得镰形定位刀44插在锚孔侧壁的原状土中，与原状土体进行结合，对锚头3和锚索2的锚固段末端进行固定。
40.优选的，所述的锚索2为多级让压锚索，包括锚固段和自由端，所述锚固段包括多阶锚索结构，在使用时，能够分级对对应深度的土体进行分级锚固，可以有效防止锚索由于伸长量过程而断裂，以及外部压力过大而拔出的情况，且通过分级锚固，能够实现分级锚固，锚固效果好，可以有效的对边坡进行支护，防止边坡滑坡和塌陷；所述锚索2包括锚固板21、线架22和预应力钢绞线24，所述锚固板21设置在卡台12内，利用卡台12对锚固板21进行固定，且在锚固板21上设置有穿接锚孔211和注浆管23，所述穿接锚孔211对称设置在锚固板21上，且与预应力钢绞线24配合使用，即使用时预应力钢绞线24穿过穿接锚孔211；所述线架22设置在相邻的两个的锚固板21之间，包括大线架和小线架，所述大线架和小线架交叉布置，使得经大线架和小线架架设的预应力钢绞线24形成波浪形结构，在注浆后，可以有效提高其固定效果；所述的线架22为“星形”支架，包括隔线板221和连接板222，所述隔线板221均匀焊设在连接板222的外侧，且在相邻的两个隔线板221之间焊设有架线环223，所述架线环223与预应力钢绞线24配合使用，利用架线环223对预应力钢绞线24进行搭设和固定，防止其在布设时发生缠绕，影响受力效果，同时还通过对应位置的大线架和小线架上的架线环223的架设作用，使得预应力钢绞线24形成波浪形结构，在注浆后，可以有效提高其固定效果，在所述连接板222中心还设置有用于注浆管23穿过的通孔，便于进行锚固段的注浆。
41.优选的，为保证预应力钢绞线24的强度，所述预应力钢绞线24由多根钢丝束组成。
42.优选的，为对预应力钢绞线24末端进行分级固定，所述的锚固装置5包括封压板51、盖板52、二级让压锚固件54、一级让压锚固件55和锚固螺母58，所述封压板51设置在钢管护壁1的外侧，且与盖板52通过膨胀螺栓53连接，利用膨胀螺栓53对二级让压锚固件54和一级让压锚固件55进行保护，所述二级让压锚固件54和一级让压锚固件55设置在封压板51的两侧，在二级让压锚固件54与一级让压锚固件55之间形成让压间隙，让压间隙内的预应力钢绞线24为非拉紧状态，起让压作用，所述一级让压锚固件55设置在钢管护壁1内侧，所述锚固螺母58设置在二级让压锚固件54的外侧，利用锚固螺母58对预应力钢绞线24末端进行固定。
43.优选的，所述的一级让压锚固件55上设置有一级锚孔551和注浆管穿接孔，所述一级锚孔551均匀设置在注浆管穿接孔的周围，对预应力钢绞线24进行固定；所述一级锚孔
551为由两块对称设置的弧形锚板553形成的梯形锚孔，且在所述弧形锚板553背侧填充有橡胶填充物552，所述一级锚孔551内还有一级锚固机构，所述一级锚固机构包括相互配合使用的锚固套56和锚固筒59，所述锚固套56为与一级锚孔551配合使用的梯形锚固套，所述锚固筒59由两块相互配合使用的弧形锚片组成，套设在锚固套56内，且在弧形锚片内侧设置有防滑纹与预应力钢绞线24配合使用，记载使用时，首先对穿过一级锚孔551的预应力钢绞线24施加预应力，将预应力钢绞线24拉紧，在预应力钢绞线24上套上锚固套56，并在锚固套56内插入一组锚固筒59，使其与预应力钢绞线24夹紧，将其卡在一级锚孔551内，在失去预应力时，由于预应力钢绞线24恢复形变或者内部结构发生变形时，使得预应力钢绞线24沿着锚固段运动，使得锚固筒59在预应力钢绞线24的作用下向锚固段运动而使的锚固筒59与锚固套56相互套紧，使得锚固套56沿着锚固段运动，锚固套56与两侧的弧形锚板553逐渐挤紧，利用弧形锚板553对锚固套56的运动进行阻止，形成一级多阶的锚固效果，来保证预应力钢绞线24始终处于预应力状态，避免预应力钢绞线24松弛；当一级让压锚固件55的锚固效果失去作用，或者一级让压锚固件55的锚固效果不足以适应外力作用下预应力钢绞线24的变形作用时，使得让压间隙内的预应力钢绞线24变形和拉紧，属于二级锚固，当二级锚固失效时，预应力钢绞线24作用在二级让压锚固件54上。
44.优选的，所述的二级让压锚固件54上设置有二级锚孔542和注浆管穿接孔，所述二级锚孔542均匀设置在注浆管穿接孔的周围，对预应力钢绞线24进行固定；所述二级锚孔542为设置在第一锚固套筒541内的套筒腔，且在二级锚孔542内设置有二级锚固机构，所述二级锚固机构为第二锚固套筒57，所述第二锚固套筒57的内侧设置有防滑纹与预应力钢绞线24配合使用，使用时与预应力钢绞线24卡紧，第二锚固套筒57的外侧设置有环形让压螺纹，所述环形让压螺纹与设置在二级锚孔542内腔上的让压螺纹配合使用，所述第二锚固套筒57为与二级锚孔542配合使用的梯形套筒，且在第二锚固套筒57上还开设有让压通槽571，所述让压通槽571沿平行于二级锚孔542中心线方向延伸，即在使用时，所述预应力钢绞线24的拉力首先作用在锚固螺母58上，在预应力钢绞线24变形或者缩紧力的作用下，使得锚固螺母58对第二锚固套筒57进行挤压，使得第二锚固套筒57沿着二级锚孔542运动，使得其在二级锚孔542内壁的压力作用下，使得第二锚固套筒57变形，让压通槽571变小，对预应力钢绞线24进行固定；同时由于第二锚固套筒57的外壁上设置有环形让压螺纹与二级锚孔542上的让压螺纹相互咬合，因此在预应力钢绞线24的作用下，所述环形让压螺纹会发生逐级破坏、压通槽571逐级变小，来实现对预应力钢绞线24末端的锚固效果，实现三级多阶锚固。
45.上述锚固装置5的三级锚固机构来对预应力钢绞线24的末端进行锚固，既能支撑高应力下的静态荷载，又可以抵抗开挖、爆破、地震等诱发的应力波动态荷载，避免锚固位置由于高度集中的静应力大变形和动态冲击荷载的破坏而导致围岩损伤破裂和支护结构失稳等灾害，锚固效果好。
46.本发明所述土钉锚索结构在使用时具有以下优点：1.本发明设计了一种土钉锚索结构，将传统的土钉和锚索结构进行结合，形成刚柔并济的支护结构，能够在边坡支护过程中很好的将支护结构与原状土体结合，对边坡进行支护，可有效防止发生边坡滑坡或塌陷，支护效果好、承受力大；
2.使用时，通过锚索施加预应力，在外部预应力作用下，使得锚头与钢管护壁的膨胀端相互作用，将锁定机构打开，使得镰形定位刀插入锚孔侧壁中，对锚索的锚固段末端与锚孔侧壁进行锁紧，增强了锚固结构与锚孔间的连接效果，很好的对锚索结构进行了固定；同时在锁定机构打开的同时，开缝在锚固体的压力下被撑开，使得锚头与钢管护壁连接，在预应力的作用下形成完整的支撑结构，在锚孔内对原状土体进行支撑，在外力作用下整体性好，能够较好的与原状土体进行结合，对锚头和锚索的锚固段末端进行固定；3.锚索设计为多级让压锚索，包括锚固段和自由端，所述锚固段包括多阶锚索结构，在使用时，分阶的对对应深度的土体进行分级锚固，可以有效防止二级锚索由于伸长量过程而断裂，以及外部压力过大而拔出的情况，且通过分级锚固，能够实现分级锚固，锚固效果好，可以有效的对边坡进行支护，防止边坡滑坡和塌陷，可以有效保证边坡的稳定性；4.通过锚固装置的设计，在使用时，能够利用一级让压锚固件和二级让压锚固件对预应力钢绞线进行锚固，对预应力钢绞线进行分级锚固，既能支撑高应力下的静态荷载，又可以抵抗开挖、爆破、地震等诱发的应力波动态荷载，避免锚固位置由于高度集中的静应力大变形和动态冲击荷载的破坏而导致围岩损伤破裂和支护结构失稳等灾害，具有具有支护效果好、承受力大、抗震性能优良和稳定性好的优点。
47.以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。