一种用于边坡支护的预应力可恢复型抗震锚杆

1.本实用新型属于边坡加固技术领域，涉及一种用于边坡支护的预应力可恢复型抗震锚杆。


背景技术：

2.锚杆与边坡挡墙结构(格构梁、混凝土面层等)组成的复合型支护体系是边坡加固的常用技术。锚杆可为支护体系提供所需锚固力，它能有效提高边坡抗滑阻力，增大边坡稳定性安全系数，保证边坡的安全稳定。
3.地震是滑坡的主要诱因之一，传统的锚杆无任何抗震措施，这往往会造成地震作用下边坡支护体系破坏、失效，从而导致滑坡，造成严重的后果。传统锚杆主要存在以下问题：1.地震作用下，锚杆应力激增，锚杆杆体被拉断、锚固体被拔出，或锚杆沿坡面抖动而发生剪切损伤；2.锚杆预应力张拉不当使得不同杆体受力不均，地震作用下，某一杆体应力突增，发生拉断或与锚固体脱黏，降低锚杆极限承载能力；3.受锚杆蠕变或地震作用影响，锚杆预应力会发生损失且无法恢复，从而降低边坡稳定性安全系数，增大滑坡风险。


技术实现要素：

4.针对上述技术问题，本实用新型旨在提供一种抗震性能优异，杆体应力可自动调节、锚杆预应力可无损恢复的用于边坡支护的抗震锚杆。
5.本实用新型采用的技术方案是：
6.一种用于边坡支护的预应力可恢复型抗震锚杆，包括锚固段、自由段和锚头；所述锚头包括垫板、位于垫板上的抗震装置、预应力施加装置和锚具；所述抗震装置包括调心滚子轴承a、弧形肢爪和球面型底座，调心滚子轴承a外沿均匀分布数条弧形肢爪，弧形肢爪的内侧与调心滚子轴承a固定连接，球面型底座由数条弧形钢板条构成，每条弧形钢板条的顶部与一条弧形肢爪的外侧固定连接；所述预应力施加装置包括调心滚子轴承b、预应力施加螺栓、螺母和十字椭圆承压环，预应力施加螺栓与调心滚子轴承b的内沿固定连接，螺母位于十字椭圆承压环顶部且与十字椭圆承压环固定连接，十字椭圆承压环底部与球面型底座底部固定连接；所述锚具为环状体，环状体内沿与调心滚子轴承b外沿固定连接，环状体外沿与调心滚子轴承a内沿固定连接。
7.抗震装置的工作原理是，当地震来临之际，沿抗震锚杆轴线方向，通过抗震装置(弧形肢爪、球面型底座)轴向挤压变形，调节锚杆轴向应力，避免应力激增；沿边坡坡面方向，通过球面型底座的摇摆作用，抵御剪力对锚杆杆体的损伤，从而达到锚杆抗震的作用。
8.所述调心滚子轴承a和调心滚子轴承b均为可承受轴向荷载的高强调心滚子轴承。
9.所述抗震装置的球面型底座底部与垫板相切。
10.所述锚具环向均匀设有数个圆形贯通孔洞，圆形贯通孔洞的个数、直径、分布应根据锚杆杆体的根数、直径、分布确定；圆形贯通孔洞配有配套使用的锚杆杆体夹片。
11.所述锚杆杆体为预应力螺纹钢筋或钢绞线。
12.所述数条弧形钢板条的底部固定连接形成球面型底座底部。
13.所述十字椭圆承压环为两个相互垂直的同心椭圆环。
14.支护完成后，预应力施加螺栓置于螺母底部。
15.所述预应力可恢复型抗震锚杆的锚头还包括保护壳。
16.预应力恢复后，预应力施加装置中预应力施加螺栓置于螺母上部。
17.所述可恢复型抗震锚杆的边坡支护方法包括以下步骤：
18.步骤一：锚杆钻孔；
19.步骤二：安放锚杆杆体；
20.步骤三：锚杆灌浆养护；
21.步骤四：边坡挡墙结构施工；
22.步骤五：安装锚头；
23.步骤六：预应力张拉锁定。
24.所述步骤六中，同一根锚杆的多根杆体同步分级张拉，同步锁定。
25.当同一根锚杆的多根杆体同步分级张拉,同步锁定后,各杆体预应力相同时，抗震装置、预应力施加装置、锚具的轴心位于同一直线上；当同步分级张拉,同步锁定后,各杆体预应力存在较小差异时，优选同一根锚杆杆体的根数为2根或不小于3的奇数根，这样，锚杆可以实现各个杆体的受力均匀。例如，锚杆的杆体在同步分级张拉后同步锁定时，由于施工工艺或施工质量的影响，各杆体预应力损失会存在较小差异，导致各个锚杆杆体受力不均匀，预应力可恢复型抗震锚杆通过锚具轻微翻转，实现各个杆体受力均衡。
26.步骤五中，锚头安装时，预应力施加装置中预应力施加螺栓应旋转至螺母底部。
27.步骤六中预应力张拉锁定后安装保护壳并对锚头进行密封处理。同时，也可采用砂浆或树脂进行封锚保护，但不得妨碍后续启封。
28.所述预应力可恢复型抗震锚杆的预应力恢复方法，例如震灾后对锚杆进行预应力恢复，包括锚头启封；施加预应力。所述施加预应力通过向上旋转预应力施加螺栓完成。其工作原理是，当锚杆出现预应力损失时，通过旋转预应力施加螺栓，使得预应力施加螺栓相对螺母向上运动，实现预应力施加装置带动锚具向上运动，从而达到锚杆杆体二次张拉的效果。由于预应力施加装置设置十字椭圆承压环，十字椭圆承压环同样具备挤压变形的性能，所以预应力施加装置对锚杆预应力二次施加不会影响锚杆的抗震效果。
29.预应力恢复方法还包括封锚。
30.本实用新型的有益效果：
31.1抗震性能优异。本锚杆的抗震装置为机械型摇摆式抗震装置，具有轴向和切向双向抗震效果。地震作用下，锚杆沿轴向震荡，抗震装置通过底座的挤压变形来避免应力突增，实现轴向抗震。地震时，锚杆沿坡面方向会发生剧烈抖动，抗震装置通过机械摇摆的方式释放切向应力，从而避免锚杆发生剪力损伤，达到保护锚杆的目的。
32.2杆体应力自动调节，各个杆体均衡受力。本专利中的锚具为非固定式锚具，可通过锚具自身的调整，平衡各个杆体所受应力，实现各个杆体受力均衡。由此可避免某一应力较大的杆体在地震作用下被拉断或拔出，而引发同一锚杆其他杆体应力过大被拉断或拔出，造成锚固失效。
33.3锚杆预应力无损恢复。锚杆受施工工艺、蠕变特性及地震作用影响，会出现预应
力损失，降低边坡的抗滑阻力，存在滑坡隐患。本实用新型锚杆具备预应力无损恢复性能，通过预应力施加螺栓和十字椭圆承压环对锚杆施加预应力。同时，十字椭圆承压环具备挤压变形的轴向抗震特性和随抗震装置同步摇摆的切向抗震功能。
附图说明
34.图1为本实用新型边坡支护整体示意图；
35.图2为本实用新型预应力可恢复型抗震锚杆示意图；
36.图3为本实用新型锚头示意图；
37.图4为图3a-a剖视图；
38.图5为震灾时锚头抗震状态示意图；
39.图6为震灾后锚头预应力恢复状态示意图；
40.图7为锚头自动调节杆体应力示意图；
41.图8为调心滚子轴承示意图；
42.图9为图8b-b剖视图；
43.图10为调心滚子轴承90
°
翻转状态示意图；
44.其中，1、锚固段；2、自由段；3、锚头；4、垫板；5、抗震装置；51、调心滚子轴承a；52、弧形肢爪；53、球面型底座；531、弧形钢板条；6、预应力施加装置；61、调心滚子轴承b；62、预应力施加螺栓；63、螺母；64、十字椭圆承压环；7、锚具；8、保护壳；9、杆体；10、边坡挡墙结构。
具体实施方式
45.需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖向”、“纵向”、“横向”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
46.实施例1
47.如图1-6、8-10所示，一种用于边坡支护的预应力可恢复型抗震锚杆包括锚固段1、自由段2和锚头3。所述锚头3包括垫板4、位于垫板4上的抗震装置5、预应力施加装置6、锚具7和保护壳8。
48.所述抗震装置5包括调心滚子轴承a51、弧形肢爪52和球面型底座53，调心滚子轴承a51外沿均匀分布数条弧形肢爪52，弧形肢爪52的内侧与调心滚子轴承a51固定连接，球面型底座53由数条弧形钢板条531构成，每条弧形钢板条531的顶部与一条弧形肢爪52的外侧固定连接。调心滚子轴承a51为可承受轴向荷载的高强调心滚子轴承。抗震装置5的球面型底座53底部与垫板4相切，数条弧形钢板条531的底部固定连接形成球面型底座53底部。其工作原理是，当地震来临之际，沿抗震锚杆轴线方向，通过抗震装置5(弧形肢爪52、球面型底座53)轴向挤压变形，调节锚杆轴向应力，避免应力激增；沿边坡坡面方向，通过球面型底座53的摇摆作用，抵御剪力对锚杆杆体9的损伤，从而达到锚杆抗震的作用。
49.所述预应力施加装置6包括调心滚子轴承b61、预应力施加螺栓62、螺母63和十字
椭圆承压环64。十字椭圆承压环64为两个相互垂直的同心椭圆环。预应力施加螺栓62与调心滚子轴承b61的内沿固定连接，螺母63位于十字椭圆承压环64顶部且与十字椭圆承压环64固定连接，十字椭圆承压环64底部与球面型底座53底部固定连接。所述调心滚子轴承b61为可承受轴向荷载的高强调心滚子轴承。
50.所述锚具7为环状体，锚具7环向均匀设有数个圆形贯通孔洞，圆形贯通孔洞的个数、直径、分布应根据锚杆杆体9的根数、直径、分布确定；圆形贯通孔洞配有配套使用的锚杆杆体9夹片。圆形贯通孔洞均匀设置主要是锚杆杆体9预应力均匀施加后，锚具7可保持平衡状态。
51.所述锚具7内沿与调心滚子轴承b61外沿固定连接，所述锚具7外沿与调心滚子轴承a51内沿固定连接。
52.所述锚杆杆体9为钢绞线。
53.支护完成后，预应力施加螺栓置于螺母底部。
54.所述边坡支护方法包括以下步骤：
55.步骤一：锚杆钻孔；
56.步骤二：安放锚杆杆体9；
57.步骤三：锚杆灌浆养护；
58.步骤四：边坡挡墙结构10施工；
59.步骤五：安装锚头3；
60.步骤六：预应力张拉锁定；
61.步骤七：封锚。
62.所述步骤五中，锚头3安装时，预应力施加装置6中预应力施加螺栓62应旋转至螺母63底部。
63.所述步骤六中，同一根锚杆的多根杆体9应同步分级张拉，同步锁定，各杆体9预应力相同，抗震装置5、预应力施加装置6、锚具7的轴心位于同一直线上。
64.所述步骤七中，预应力张拉锁定后安装保护壳8并对锚头3进行密封处理。同时，也可采用砂浆或树脂进行封锚保护，但不得妨碍二次启封。
65.震灾后，锚杆预应力损失，应继续如下步骤进行恢复：
66.步骤八：锚头3启封；
67.步骤九：施加预应力；
68.步骤十：二次封锚。
69.所述步骤九中，施加预应力通过向上旋转预应力施加螺栓62完成。其工作原理是，当锚杆出现预应力损失时，通过旋转预应力施加螺栓62，使得预应力施加螺栓62相对螺母63向上运动，实现预应力施加装置6带动锚具7向上运动，从而达到锚杆杆体9二次张拉的效果。由于预应力施加装置6设置十字椭圆承压环64，十字椭圆承压环64同样具备挤压变形的性能，所以预应力施加装置6对锚杆预应力二次施加不会影响锚杆的抗震效果。
70.预应力恢复后，预应力施加装置中预应力施加螺栓62置于螺母63上部。
71.实施例2
72.预应力可恢复型抗震锚杆的施工方法同实施例1，进一步地，所述杆体9的数量为3，但是步骤六中，在锚杆同步张拉锁定时，由于施工工艺或施工质量的影响，各杆体9预应
力张拉值或锁定时预应力损失存在较小差异，导致各杆体9所受预应力不均衡，如图7所示，当杆体9所受预应力不均衡时，锚具7发生微小翻转，较大预应力杆体9一端下沉，实现部分预应力释放，而较小预应力杆体9一端抬升，相当于施加了部分预应力，当各个杆体9预应力相同时，锚具7不再翻转，达到新的力学平衡状态。因为锚具7内沿与调心滚子轴承b61外沿固定连接，锚具7外沿与调心滚子轴承a51内沿固定连接，所以锚具7翻转时，抗震装置5和预应力施加装置6不受影响，依然保持原来位置且具备原有功能。
73.本实用新型有效解决了边坡支护中，传统锚杆无抗震性能，地震作用下锚杆易发生破坏，锚杆杆体受力不均，预应力损失无法恢复等难题，本实用新型提供了一种抗震性能优异，杆体应力可自动调节、锚杆预应力可无损恢复的用于边坡支护的抗震锚杆，具有广泛的应用前景和显著的经济、社会效益。