一种加固软弱岩体的爆扩内锚头预应力锚索及其锚固方法

技术领域

本发明属于岩土加固工程技术领域，特别涉及一种加固软弱岩体的爆扩内锚头预应力锚索及其锚固方法。

背景技术

在岩土加固工程中，预应力锚索是常用的支护型式。现有预应力锚索结构通常由钻机成孔，在圆柱状钻孔底部通过水泥砂浆等材料将锚索末端胶结在岩体中，通过张拉孔内锚索的自由段，使锚索中出现张拉预应力，使锚索孔周围一定范围内的岩体处于受压状态，提高其强度，从而达到加固岩体的目的。目前，对岩性较软、卸荷风化较为严重的边坡或基础工程进行加固时，通常采用普通锚索、预应力锚索或扩大头锚索，然而由于岩体本身的软弱特征，使现有的锚索加固措施难以达到工程设计的要求。

（专利公开号：CN 101538856A）公开了一种扩大头锚杆的施工方法，钻机钻孔到待设置扩大头位置后，将钻头更换为偏心钻头进行冲击钻孔，利用偏心钻头的横向冲击作用实现扩孔钻进形成扩大头。这种方法进行扩大头锚杆施工时，扩孔直径有限，锚杆的锚固力提高幅度不大。

（专利公开号：CN 101205719A）公开了一种深厚土石混合体棘爪式爆破锚固装置，其特征是将控制爆破，棘爪装置和锚索有机的结合起来，通过钻孔孔底控制爆破，压密孔底土石混合体，形成相对稳固的岩土体，同时在孔底形成空腔，作为锚索的锚固段，锚索端部安装棘爪，钻孔注浆后，这种棘爪式爆破锚固装置既可以防止锚固段注浆体沿土石混合体界面破坏，也防止锚索注浆体界面破坏，又在锚固段形成相对稳固的岩土体，使深厚土石混合体得到加固。这种锚固装置主要适用于土体或土石混合体，要求土石体必须具有良好的可压缩性，且棘爪需工厂加工制作。

（专利公开号：CN 2423318Y）公开了一种爆扩锚杆，杆体内锚头采用特制的钢套管。在钢套管上开六道槽，施工时，先将注浆管与钢套管连接好，将钢绞线穿入注浆管，并从钢套管中伸出一段，将伸出的钢绞线解开、拉直，用它将炸药和雷管围成与钢套管内径大小适当的圆柱体，反拉钢绞线，该圆柱体进入钢套管中的合适位置，并封住钢套管管口，爆扩后锚固段形成纺锤扩大头。这种爆扩锚杆一方面主要适用于土体或土石混合体，且要求土体或土石混合体必须具有良好的可压缩性，另一方面，爆扩头内钢绞线与炸药间无缓冲结构，钢绞线易断裂或破坏，且钢绞线在炸药爆炸后会恢复到原来位置，钢绞线也未在末端收束，受拉时易从灌浆体中脱出，扩大头作用难以发挥其效果。

工程实践表明，现有的普通锚索、预应力锚索或扩大头锚索主要存在以下不足：

（1）采用压力型锚索时，当锚索张拉荷载过大，则灌浆体可能被压碎而使锚索被拔出；采用拉力型锚索时，灌浆体则易发生拉裂剪切破坏。

（2）机械钻孔方式一般仅能形成圆柱状钻孔，当岩体较软弱时（如强风化花岗岩），锚索内锚固段的灌浆体与岩体结合面易发生剪切破坏，在锚索张拉时无法达到预应力设计吨位。

（3）为提供更大的锚固力，锚索内锚固段长度较长，甚至达到锚索总长度的一半，从而导致锚索自由张拉段长度较小，实际锚固的岩体范围有限，锚固结构不合理。

（4）在岩体加固中，采用机械扩孔方式进行扩大头锚索施工时，扩孔直径有限，因而锚固力增大幅度也有限。

发明内容

本发明目的就是针对现有预应力锚索的不足，提供一种加固软弱岩体的爆扩内锚头预应力锚索及其锚固方法。

本发明提出的一种加固软弱岩体的爆扩内锚头预应力锚索，包括扩大头锚索孔、外锚墩和具有爆扩内锚头的锚索体。其中爆扩内锚头由灯笼状钢骨架和灌浆体所构成，灯笼状钢骨架包括自内而外分层分布的切缝钢管、钢丝网和拆散钢铰线。

本发明的锚固方法主要有下列步骤：

1)用钻机在岩体中钻设锚索孔，成孔后将炸药放入孔底并引爆，清孔后使钻孔底部形成球形空腔扩大头；

2)在钢管中段沿轴线方向在管壁上均匀切缝，并将炸药及电雷管通过缓冲材料置于钢管横断面的中心位置，炸药两侧用炮泥封堵，电雷管引线由钢管尾部引出、与穿在注浆管中的导线连接；

3)以上步为基础，在钢管外周套一筒状钢丝网，并将其一端固定在钢管头部；

4)以上步为基础，将锚索头部的钢绞线拆散，并用细铁丝捆扎于钢管和筒状钢丝网外，使钢绞线均匀的分布于钢管外壁；

5)以上步为基础，在钢管头部采用锚板和夹片将钢绞线收束，切除多余钢绞线，将锚索导向帽安装于收束后的钢绞线上，使其形成爆扩内锚头锚索初样；

6)将爆扩内锚头锚索初样安装于锚索孔内，并保证锚索的爆扩内锚头段位于孔底球形空腔内；

7)通过导线起爆爆扩内锚头初样中的雷管和炸药，使切缝钢管、筒状钢丝网、拆散的钢绞线在爆炸作用下膨胀形成一“灯笼状”骨架；

8)在锚索孔内灌注锚固剂，在底部形成以钢管、钢丝网和钢绞线为骨架的灯笼状内锚头结构；

9)在灌浆体达到设计强度后，在外锚墩处进行锚索的张拉锁定，并进行封锚保护。

在实际应用中：本发明的爆扩内锚头预应力锚索的锚索体由普通段和爆扩内锚头段构成。普通段由钢绞线捆扎而成，可以进行自由张拉。爆扩内锚头的初样自内而外由电雷管、炸药、缓冲层（湿砂、岩粉或锯末）、切缝钢管、钢丝网、拆散钢绞线等组成。其中，所述切缝钢管具有较好的可塑性和延展性，在钢管中段沿轴线方向在管壁上切缝，且切缝间隔10mm左右；所述电雷管、炸药位于钢管切缝段中部，用湿砂、岩粉、锯末等柔性缓冲材料使其固定在钢管横断面的中心位置，电雷管引线由钢管尾部引出，与穿在注浆管中的导线连接；所述钢丝网制成筒状，且网眼较大，可通过网眼形状的改变而扩大直径，钢丝网一端固定在钢管头部，另一端自由；所述钢绞线是将锚索体头部的钢绞线拆散，并用细铁丝捆扎于钢管和钢丝网外，使拆散钢绞线均匀的分布于钢管外壁，捆扎不宜过紧，保证钢丝网沿钢管壁滑动自如，且采用锚板和夹片等将钢绞线牢固收束在钢管前端。锚索导向帽安装于收束后的钢绞线上。

在锚索孔底部进行爆破扩孔时，孔内填塞的炸药总药量由下式计算：

式中：Q——扩孔爆破总药量（kg）；ρ——炸药密度（kg/m³）；D——扩大头直径（m）；P——岩石炸胀指数。

扩孔次数应根据岩石特性确定。每次扩孔后，采用高压空气或高压水进行清孔，将爆破产生的岩渣排出孔外。

爆扩内锚头锚索初样安装在锚索孔内后，通过导线起爆其间的雷管和炸药，使切缝钢管中段在爆炸作用下膨胀为灯笼状，钢丝网随钢管膨胀。膨胀后的钢管、钢丝网和钢绞线形成一“灯笼状”骨架。锚索注浆后，在底部形成以钢管、钢绞线和钢丝网为骨架的内锚头结构。

相对于现有技术，本发明具有如下优点：

（1）本发明提出的爆扩内锚头锚索及锚固方法，可适用于软弱岩体，也适用于土体或土石混合体，适用范围广泛。

（2）相对于机械扩孔技术，本发明提供的爆破扩孔技术可在锚索孔底部形成直径较大的球形空腔扩大头，有效扩大了锚索内锚固段的受力作用范围。

（3）相对于已有的锚索技术，本发明通过扩大头内收束钢绞线的锚板使孔底灌浆体承受压应力，使钢绞线与灌浆体间发生拉脱滑移时仍有很大的安全储备。

（4）相对于已有的技术，本发明可形成以膨胀钢管、钢丝网和钢绞线为主体的“灯笼状”内锚固段灌浆体骨架，使扩大头处的钢绞线与灌浆体形成具有良好力学特性的整体结构，提高内锚头灌浆体的抗压、抗剪强度和承载能力，从而可以施加更大的锚索张拉荷载，有效解决了软弱岩质边坡加固中锚索预应力难以达到设计吨位的缺陷。

（5）本发明提出的爆扩内锚头结构，可缩短内锚固段长度，提高岩体锚固的有效范围，节约工程投资。

附图说明

附图1为本发明的加固软弱岩质边坡的爆扩内锚头预应力锚索示意图。 

附图2为本发明的爆扩内锚头大样图。 

附图3为本发明的爆扩内锚头大样A-A断面图。

附图4为本发明的爆扩内锚头大样B-B断面图。

附图5为本发明的爆扩内锚头大样C-C断面图。

附图6为本发明的爆扩内锚头切缝钢管示意图。

附图7为本发明的爆扩内锚头钢丝网示意图。

附图中：1——锚索自由段，2——锚索止浆段，3——锚索内锚固段，4——锚具，5——定向钢套管，6——隔离架，7——钢绞线，8——钻孔，9——止浆袋，10——收缩结，11——岩体，12——导向帽，13——外锚墩混凝土，14——灌浆体，15——拆散钢绞线，16——铁丝，17——带切缝的钢管，18——炸药，19——电雷管，20——钢丝网，21——钢锚板，22——夹片，23——切缝，24——铁丝捆扎，25——湿砂、岩粉或锯末、26——炮泥。