一种具有扩张式锚头的可回收FRP锚杆及施工方法

一种具有扩张式锚头的可回收frp锚杆及施工方法
技术领域
1.本发明涉及土木工程技术领域，尤其涉及到一种具有扩张式锚头的可回收frp锚杆及施工方法。


背景技术：

2.在深基坑、边坡支护、煤矿、隧道等施工中，通常需要使用大量锚杆来加固岩土体。这些锚杆属于临时结构，其设计使用期不超过24个月。然而，由于传统锚杆回收成本较高，大多数锚杆都被遗留在岩土体内，造成了成本浪费。此外，未被回收的钢质锚杆还会对周围后续工程的开展造成干扰，长时间的钢筋锈蚀也会造成土壤污染。
3.纤维增强聚合物(fiber reinforced polymer,frp)材料已被广泛应用作为钢筋锚杆的替代品。frp作为一种高性能的非金属复合材料，由纤维材料与基体材料按照一定比例混合，并用一定工艺复合形成的一种高性能新型材料。frp材料可以有效解决钢材腐蚀问题，但其传统机械锚固和粘结锚固手段无法充分发挥其强度。此外，frp材料的市场价格较高，因此需要寻找有效的回收方法降低整体成本。


技术实现要素：

4.针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种具有扩张式锚头的可回收frp锚杆及施工方法，解决现有技术中注浆体龄期较长、锚杆不可回收、材料浪费严重、污染地下空间的问题。
5.本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
6.一种可回收缠绕式frp锚杆结构，包括可扩大锚头、缠绕式frp杆体和锚具；所述缠绕式frp杆体一端设置在可扩大锚头内，另一端设置在锚具内；
7.所述可扩大锚头包括内套筒、附支、第一弹簧、外套筒和锁扣；所述内套筒设置在外套筒内，内套筒底面连接有第一弹簧的一端，第一弹簧的另一端连接在外套筒底部；
8.所述内套筒上设置有套管，套管与缠绕式frp杆体配合，所述内套筒上还通过转轴连接有数个附支，所述附支以套管为中心向四周辐射；所述附支上开设有通孔；
9.所述锁扣通过销轴与外套筒连接，锁扣中间段通过第二弹簧与外套筒侧壁连接；锁扣与附支一一对应设置，缠绕式frp杆体插入过程中，锁扣末端与附支接触，缠绕式frp杆体回收过程中，锁扣末端插入通孔内。
10.上述方案中，所述内套筒上还设置有橡胶块，所述橡胶块设置在附支和套管之间；缠绕式frp杆体插入过程中，橡胶块被附支压缩。
11.上述方案中，无外力状态下，附支接触橡胶块与套管轴线形成30
°
夹角。
12.上述方案中，所述锁扣为杆状结构，且在锁扣末端设置有可伸缩凸块。
13.上述方案中，所述锚具包括固定台、扩体榫块和反力台；所述扩体榫块与缠绕式frp杆体配合，所述扩体榫块一端置于反力台内，另一端通过固定台固定；约束块设置在反力台内且置于扩体榫块外侧。
14.上述方案中，所述套管和扩体榫块的内侧壁均设置有内螺纹，内螺纹与缠绕式frp杆体上的外螺纹配合。
15.上述方案中，所述缠绕式frp杆体外侧壁涂抹润滑油或者套有塑料薄膜。
16.上述方案中，所述第一弹簧有四个，且均匀分布。
17.上述方案中，所述橡胶块为椭圆形结构。
18.可回收缠绕式frp锚杆结构的施工方法，包括如下步骤：
19.可扩大锚头的施工：缠绕式frp杆体与可扩大锚头组合，插入钻孔内，附支受到土体挤压而缩小旋转角度，到达预定位置后，拉拔缠绕式frp杆体，附支受到橡胶块推力进行扩张，并逐渐咬合土体，为缠绕式frp杆体提供锚固力；
20.回收缠绕式frp杆体：将外部锚具去除，继而将缠绕式frp杆体继续插入钻孔，在内套筒压缩第一弹簧的过程中通孔到达锁扣所在位置，所述锁扣在第二弹簧(8的回复力作用下锁扣插入通孔，附支被限制向外扩张，从而缠绕式frp杆体被拉出钻孔，实现回收。
21.有益效果：本发明结构简单，可在多种复杂工况中正常使用。杆体采用缠绕式frp杆，具有高强度和耐腐蚀等优良性能。锚头附带四根附支，附支在使用过程中扩张并与土体咬合，为锚杆提供锚固力。在解除外部锚具后将杆体向钻孔按压，此时弹簧被压缩，附支收拢在杆件边，继而锁扣锁死附支，从而完成锚杆的整体回收锚杆。使用过程中无需灌浆，因此可缩短施工工期。锚杆回收后可重复使用，降低了施工成本。
附图说明
22.图1为本发明实施例涉及到的具有扩张式锚头的可回收frp锚杆的结构示意图；
23.图2为图1中涉及到的可扩大锚头和缠绕式frp杆体配合示意图；
24.图3为图1中涉及到的缠绕式frp杆体和锚具配合示意图。
25.附图标记：
26.1-内套筒；2-附支；3-橡胶块；4-缠绕式frp杆体；5-第一弹簧；6-外套筒；7-锁扣；8-第二弹簧；9-通孔；10-套管；11-固定台；12-扩体榫块；13-约束块；14-反力台。
具体实施方式
27.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
28.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“轴向”、“径向”、“竖直”、“水平”、“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发明和简化描述，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发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
29.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等
术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
30.一种可回收缠绕式frp锚杆结构，包括可扩大锚头、缠绕式frp杆体4和锚具；所述缠绕式frp杆体4一端设置在可扩大锚头内，另一端设置在锚具内；
31.所述可扩大锚头包括内套筒1、附支2、第一弹簧5、外套筒6和锁扣7；所述内套筒1设置在外套筒6内，内套筒1底面连接有第一弹簧5的一端，第一弹簧5的另一端连接在外套筒6底部；
32.所述内套筒1上设置有套管10，套管10与缠绕式frp杆体4配合，所述内套筒1上还通过转轴连接有数个附支2，所述附支2以套管10为中心向四周辐射；所述附支2上开设有通孔9；
33.所述锁扣7通过销轴与外套筒6连接，锁扣7中间段通过第二弹簧8与外套筒6侧壁连接；锁扣7与附支2一一对应设置，缠绕式frp杆体4插入过程中，锁扣7末端与附支2接触，缠绕式frp杆体4回收过程中，锁扣7末端插入通孔9内。
34.上述方案中，所述内套筒1上还设置有橡胶块3，所述橡胶块3设置在附支2和套管10之间；缠绕式frp杆体4插入过程中，橡胶块3被附支2压缩。
35.上述方案中，无外力状态下，附支2接触橡胶块3与套管10轴线形成30
°
夹角。
36.上述方案中，所述锁扣7为杆状结构，且在锁扣7末端设置有可伸缩凸块。
37.上述方案中，所述锚具包括固定台11、扩体榫块12和反力台14；所述扩体榫块12与缠绕式frp杆体4配合，所述扩体榫块12一端置于反力台14内，另一端通过固定台11固定；约束块13设置在反力台14内且置于扩体榫块12外侧。
38.上述方案中，所述套管10和扩体榫块12的内侧壁均设置有内螺纹，内螺纹与缠绕式frp杆体4上的外螺纹配合。
39.上述方案中，所述缠绕式frp杆体4外侧壁涂抹润滑油或者套有塑料薄膜。
40.上述方案中，所述第一弹簧5有四个，且均匀分布。
41.上述方案中，所述橡胶块3为椭圆形结构。
42.可回收缠绕式frp锚杆结构的施工方法，包括如下步骤：
43.可扩大锚头的施工：缠绕式frp杆体4与可扩大锚头组合，插入钻孔内，附支2受到土体挤压而缩小旋转角度，到达预定位置后，拉拔缠绕式frp杆体4，附支4受到橡胶块3推力进行扩张，并逐渐咬合土体，为缠绕式frp杆体4提供锚固力；
44.回收缠绕式frp杆体4：将外部锚具去除，继而将缠绕式frp杆体4继续插入钻孔，在内套筒1压缩第一弹簧5的过程中通孔9到达锁扣7所在位置，所述锁扣7在第二弹簧8的回复力作用下锁扣7插入通孔9，附支2被限制向外扩张，从而缠绕式frp杆体4被拉出钻孔，实现回收。
45.一种具有扩张式锚头的可回收frp锚杆，包括可扩大锚头、缠绕式frp杆体4和锚具三部分。所述锚头上设置有附支2，附支2在缠绕式frp杆体4插进钻孔时受岩土体压力呈收拢状态。达到预定位置时向后拉伸缠绕式frp杆体4，附支2此时受到橡胶块3作用而进行扩张，与岩土体咬合，提供锚固力。
46.附支2可以通过再次向钻孔内部移动而收拢，锁扣7将滑移至附支2的通孔9内，从而锁死附支状态。
47.与缠绕式frp杆体4直接接触的扩体榫卯12和套管10内部具有螺纹，此螺纹可使得缠绕式frp杆体4与形成机械锚固，同时可向螺纹内缝隙注胶从而增大其锚固强度。
48.一种可回收拉伸扩大头锚杆结构的施工方法，包括如下步骤：
49.可扩大锚头的施工：将缠绕式frp杆体4与可扩大锚头组合，插入钻孔内。附支2受到土体挤压而缩小旋转角度。到达预定位置后，拉拔缠绕式frp杆体4，附支2受到橡胶块3推力进行扩张，并逐渐也土体咬合，为锚杆提供锚固力；
50.回收缠绕式frp杆体4：将外部锚具去除，继而将缠绕式frp杆体4继续插入钻孔，在内套筒1压缩第一弹簧5的过程中通孔9到达锁扣7所在位置，所述锁扣7在第二弹簧8的回复力作用下锁扣7插入通孔9，附支2被限制向外扩张，从而缠绕式frp杆体4被拉出钻孔，实现回收。
51.实施例
52.本发明提供一种扩张式锚头的可回收缠绕式frp锚杆，解决现有技术中注浆体龄期较长、锚杆不可回收、材料浪费严重、污染地下空间等问题。
53.本发明可拆分为两部分。第一部分为可通过拉伸扩大的锚头，包括内套筒1、附支2和橡胶3、外套筒6、锁扣7、第一弹簧5、第二弹簧8、套管10；第二部分为杆体与锚具，包括缠绕式frp杆体4、固定台11、扩体卯榫12、约束块13和反力台14。
54.附支2与内套筒1相连，在不考虑橡胶块2的情况下可在5
°‑
80
°
之间转动。橡胶块3通过黏结附着在内套筒1上。在无外力状态下，附支2接触橡胶块3与中心轴形成30
°
夹角。
55.第一弹簧5为四个独立元件，呈中心对称分布。与内套筒1和外套筒5连接。
56.锁扣7可自由转动，在使用过程中受第二弹簧8限制。
57.附支2与橡胶块3均为四个独立元件，呈中心对称均匀分布。
58.套管10和扩体卯榫12内部具有特殊螺纹，此螺纹形状与缠绕式frp杆体4表面形态较为贴合，可与之形成特殊的机械锚固。根据工程需求可向螺纹与杆体之间注胶从而增大其锚固强度。
59.反力台14为混凝土现场浇筑而成，与固定台11通过螺母相连接。扩体卯榫12和约束块13可沿钻孔方向反向滑动接触约束。
60.杆体4通过螺纹顺时针旋转与锚头组合，并通过注胶增强粘结强度。
61.将杆体4与套管10组合，插入钻孔内，此时附支2受到土体挤压而缩小旋转角度，同时橡胶块3也被压缩。
62.到达指定深度后再将缠绕式frp杆体4向外拉拔，附支2因为橡胶块3的向外作用力而具有扩大旋转角度的趋势，从而插入周围土体，并随着拉拔距离的增加而逐渐扩大旋转角度。
63.橡胶块3只与内套筒1连接，因此对于附支2只有向外作用力，在附支2旋转角度大于30
°
后橡胶块3将与附支2分离而不再发挥作用。
64.内套筒1的外部形状对于附支2具有旋转角度的限制，当附支2达到80
°
时将触碰到内套筒1上边缘从而无法继续扩大角度。最优最大角度可根据实验及实际工况决定，从而进行相应调整。
65.在使用前需要在整体缠绕式frp杆体4上涂抹润滑油或是套一层塑料薄膜，以便在回收杆体时减小与岩土体的摩擦力。
66.在固定好锚头和缠绕式frp杆体4位置后再进行外部锚具的布置。反力台14由混凝土浇筑而成，内部埋置内螺纹管，具体形状及大小由实际工程需求进行确定。先将扩体榫卯12与杆体4相连接，并进行注胶加固。然后插入约束块13，最后将固定台11通过螺母与反力台14相固定。
67.回收时需要通过旋转螺丝先将固定台11移除，然后拔出约束块13。而后将缠绕式frp杆体4继续插入钻孔，此时第二弹簧8被压缩，锁扣9插入孔10内，限制附支2向外扩张，随后整体缠绕式frp杆体4可被拉出钻孔，实现回收。
68.附支2与土体咬合所提供的力可达到《规范》中所要求的力，因而无需灌浆，但可以根据实际情况决定是否灌注泥浆填充缝隙。
69.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
70.尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

技术特征：
1.一种可回收缠绕式frp锚杆结构，其特征在于，包括可扩大锚头、缠绕式frp杆体(4)和锚具；所述缠绕式frp杆体(4)一端设置在可扩大锚头内，另一端设置在锚具内；所述可扩大锚头包括内套筒(1)、附支(2)、第一弹簧(5)、外套筒(6)和锁扣(7)；所述内套筒(1)设置在外套筒(6)内，内套筒(1)底面连接有第一弹簧(5)的一端，第一弹簧(5)的另一端连接在外套筒(6)底部；所述内套筒(1)上设置有套管(10)，套管(10)与缠绕式frp杆体(4)配合，所述内套筒(1)上还通过转轴连接有数个附支(2)，所述附支(2)以套管(10)为中心向四周辐射；所述附支(2)上开设有通孔(9)；所述锁扣(7)通过销轴与外套筒(6)连接，锁扣(7)中间段通过第二弹簧(8)与外套筒(6)侧壁连接；锁扣(7)与附支(2)一一对应设置，缠绕式frp杆体(4)插入过程中，锁扣(7)末端与附支(2)接触，缠绕式frp杆体(4)回收过程中，锁扣(7)末端插入通孔(9)内。2.根据权利要求1所述的可回收缠绕式frp锚杆结构，其特征在于，所述内套筒(1)上还设置有橡胶块(3)，所述橡胶块(3)设置在附支(2)和套管(10)之间；缠绕式frp杆体(4)插入过程中，橡胶块(3)被附支(2)压缩。3.根据权利要求2所述的可回收缠绕式frp锚杆结构，其特征在于，无外力状态下，附支(2)接触橡胶块(3)与套管(10)轴线形成30
°
夹角。4.根据权利要求1所述的可回收缠绕式frp锚杆结构，其特征在于，所述锁扣(7)为杆状结构，且在锁扣(7)末端设置有可伸缩凸块。5.根据权利要求1所述的可回收缠绕式frp锚杆结构，其特征在于，所述锚具包括固定台(11)、扩体榫块(12)和反力台(14)；所述扩体榫块(12)与缠绕式frp杆体(4)配合，所述扩体榫块(12)一端置于反力台(14)内，另一端通过固定台(11)固定；约束块(13)设置在反力台(14)内且置于扩体榫块(12)外侧。6.根据权利要求5所述的可回收缠绕式frp锚杆结构，其特征在于，所述套管(10)和扩体榫块(12)的内侧壁均设置有内螺纹，内螺纹与缠绕式frp杆体(4)上的外螺纹配合。7.根据权利要求1所述的可回收缠绕式frp锚杆结构，其特征在于，所述缠绕式frp杆体(4)外侧壁涂抹润滑油或者套有塑料薄膜。8.根据权利要求1所述的可回收缠绕式frp锚杆结构，其特征在于，所述第一弹簧(5)有四个，且均匀分布。9.根据权利要求2所述的可回收缠绕式frp锚杆结构，其特征在于，所述橡胶块(3)为椭圆形结构。10.根据权利要求1至9任一项所述的可回收缠绕式frp锚杆结构的施工方法，其特征在于，包括如下步骤：可扩大锚头的施工：缠绕式frp杆体(4)与可扩大锚头组合，插入钻孔内，附支(2)受到土体挤压而缩小旋转角度，到达预定位置后，拉拔缠绕式frp杆体(4)，附支(4)受到橡胶块(3)推力进行扩张，并逐渐咬合土体，为缠绕式frp杆体(4)提供锚固力；回收缠绕式frp杆体(4)：将外部锚具去除，继而将缠绕式frp杆体(4)继续插入钻孔，在内套筒(1)压缩第一弹簧(5)的过程中通孔(9)到达锁扣(7)所在位置，所述锁扣(7)在第二弹簧(8的回复力作用下锁扣(7)插入通孔(9)，附支(2)被限制向外扩张，从而缠绕式frp杆体(4)被拉出钻孔，实现回收。

技术总结
本发明公开了一种具有扩张式锚头的可回收FRP锚杆及施工方法，涉及土木工程技术领域，包括可扩大锚头、缠绕式FRP杆体和锚具；所述缠绕式FRP杆体一端设置在可扩大锚头内，另一端设置在锚具内。本发明解决了现有技术中注浆体龄期较长、锚杆不可回收、材料浪费严重、污染地下空间等问题。本发明在使用过程中无需灌浆，因此可缩短施工工期。锚杆回收后可重复使用，降低了施工成本。降低了施工成本。降低了施工成本。


技术研发人员：殷杰 朱孟传
受保护的技术使用者：江苏大学
技术研发日：2023.07.27
技术公布日：2023/9/23