自反馈地层信息及多次修复的锚固结构及锚固、修复方法技术

本发明专利技术公开了一种自反馈地层信息及多次修复的锚固结构及锚固、修复方法，包括空心的锚杆，锚杆的锚固段底部与圆形垫板固定连接，锚杆杆体间隔套设有多个圆环形的固定环，固定环上设有多个第三圆孔，锚杆的自由段贯穿多孔拱形垫板，多孔拱形垫板固定于岩壁面，同一轴线的第三圆孔、第二圆孔内分别贯穿有管，每个管内均安装有橡胶薄膜柱，橡胶薄膜柱内填充有气体；通过锚杆注入的浆液充满锚孔且凝固，管抽出后橡胶薄膜柱的外壁与凝固浆体紧密接触；压力传感器安装于橡胶薄膜柱内部，压力传感器与控制器信号连接。本发明专利技术使得锚固结构与地层产生联动，能够自动反馈地层变形信息，便于通过锚固结构对地层进行后期修复，结构简单，可多次修复。

【技术实现步骤摘要】
自反馈地层信息及多次修复的锚固结构及锚固、修复方法
本专利技术属于岩土工程锚固支护
，涉及一种自反馈地层信息及多次修复的锚固结构及锚固、修复方法。
技术介绍
近年来岩土锚固技术广泛应用于围岩破碎的矿山、隧道、基坑、边坡等岩土工程中，支护效果良好，经济效益显著。在岩土工程涉及的地下工程、基坑与边坡施工使用过程中，为防止地层变形坍塌或失稳而危及安全，锚杆成为应用最广泛的支护方式。当前的锚杆支护主要采用钢筋作为杆体，采用杆体外部注浆的方式使浆液充满钢筋杆体与钻孔之间的间隙，并让浆液渗入孔壁周围岩体一定的范围，待浆液凝固后，注浆体与钢筋杆体连为一个整体。现有的注浆锚杆主要分为：普通中空注浆锚杆、自进式中空注浆锚杆、涨壳式中空注浆锚杆和组合式中空注浆锚杆。它们能最大限度地保持围岩的完整性、稳定性，能有效地控制岩体变形、位移的发展，充分发挥围岩自身的支撑作用。然而，实际工程所面临的施工及运行环境十分复杂，如果地层发生变形导致内部产生大裂隙，会使得锚杆等结构受到空气或地下水的腐蚀，从而导致锚固能力丧失。因此，要求锚杆本身的结构尽可能简单易操作，且具有良好的适应环境能力和耐久性，尽可能方便后期维护。在实现本专利技术的过程中，专利技术人发现现有技术中至少存在以下问题：1、钢筋杆体与注浆体之间以及注浆体与地层结合处之间因受到岩土体长期蠕变、开挖卸荷以及温度、湿度循环的影响，会不断产生裂隙，进而出现钢筋锈蚀、杆体松动甚至脱落的情形，影响锚杆固定的强度并大大缩短了锚杆使用寿命；锚固结构对环境变化的适应及反馈能力依然未得到很好的解决。2、目前锚杆改进大多都是基于锚杆自身结构以及混凝土成分的事前改进，施工完成后不能对锚杆内部进行检测，且很少有人会针对锚杆注浆后的后期维护以及后期的加固进行改进。3、现虽有利用微生物生理特性，从而填充裂缝的自修复注浆锚杆，但微生物培养技术要求高、操作复杂、成本高，且修复效果无法得到反馈和评价。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提供一种自反馈地层信息及多次修复的锚固结构，使得锚固结构与地层产生联动，能够自动反馈地层变形信息，便于通过锚固结构对地层进行后期修复，结构简单，可多次修复，从而延长锚杆的使用寿命并达到长期加固的技术效果，解决了现有技术中存在的问题。本专利技术的另一目的是，提供一种自反馈地层信息及多次修复的锚固结构的锚固方法。本专利技术所采用的技术方案是，一种自反馈地层信息及多次修复的锚固结构，包括锚固系统和压力反馈系统，所述锚固系统包括空心的锚杆，锚杆的锚固段底部与圆形垫板固定连接，圆形垫板紧贴锚孔底端，锚杆杆体间隔套设有多个圆环形的固定环，固定环与锚杆同轴线，固定环上设有多个第三圆孔，锚杆的自由段贯穿多孔拱形垫板，多孔拱形垫板固定于岩壁面，多孔拱形垫板上设有多个环绕锚杆的第二圆孔，第三圆孔与第二圆孔同轴线且直径相同，同一轴线的第三圆孔、第二圆孔内分别贯穿有管，每个管内均安装有橡胶薄膜柱，橡胶薄膜柱内填充有气体；通过锚杆注入的浆液充满锚孔且凝固，管抽出后橡胶薄膜柱的外壁与凝固浆体紧密接触；所述压力反馈系统包括压力传感器，压力传感器安装于橡胶薄膜柱内部，压力传感器与控制器信号连接。进一步的，所述橡胶薄膜柱靠近多孔拱形垫板的一端设有用于充气的小孔，气嘴的出气口伸入橡胶薄膜柱且与小孔密封连接，气嘴的嘴体与第二圆孔活动密封连接且上端穿过第二圆孔，气嘴内部安装有气门芯，气嘴的进气口安装有气嘴帽；所述压力传感器设于伸入橡胶薄膜柱内部的气嘴外壁。进一步的，所述锚杆的外壁设有螺纹，圆形垫板中心处设有圆孔并与锚杆的外壁螺纹连接；固定环中心处的圆孔也是与锚杆的外壁螺纹连接；锚杆与多孔拱形垫板的第一圆孔螺纹连接，多孔拱形垫板的顶部设有半球形钢制垫圈，半球形钢制垫圈往岩体内侧凸，多孔拱形垫板往岩体外侧凸，半球形钢制垫圈顶部设有垫板螺母，垫板螺母与锚杆螺纹连接。进一步的，所述多孔拱形垫板的尺寸与锚杆直径的比例取1.1:1~1.2：1。进一步的，所述橡胶薄膜柱的单位面积能承受2×105N～4×105N压力，橡胶薄膜柱的薄膜厚度为1~2mm。进一步的，所述橡胶薄膜柱的数量为4个，分布于锚杆周围的四个方向。进一步的，所述管的内径为0.02~0.03米，锚杆的外径为0.3~0.7米。进一步的，所述橡胶薄膜柱的外表面涂抹有润滑油层，管的外表面涂抹有润滑油层。一种自反馈地层信息及多次修复的锚固结构的锚固方法，采用上述一种自反馈地层信息及多次修复的锚固结构，具体按照以下步骤进行：S1：在破碎岩体上确定开孔位置，钻设并彻底清空锚孔；S2：在锚孔中心安装锚杆，将圆形垫板穿过锚杆固定至锚孔底部，将固定环穿过锚杆间隔固定至锚杆外部；橡胶薄膜柱的外表面涂抹润滑油，填充于管内部，然后在管的外表面涂抹润滑油，将管安装于固定环的同一轴线第三圆孔、第二圆孔内，管底端与圆形垫板接触，多孔拱形垫板套设于锚杆、管的外部，对锚杆施加初始张拉力，使多孔拱形垫板与岩壁充分接触；S3：向橡胶薄膜柱内注入气体，当压力传感器监测的压力达到1.3×105Pa~1.4×105Pa时停止注气；将注浆快速接头与锚杆的顶端旋紧，浆液沿锚杆进入，从锚杆的底部开口进入锚孔，待浆液从多孔拱形垫板与岩面的接触处溢出，停止注浆，拆除快速接头，并封堵锚杆的顶端，待浆液凝固后，将管取出；一种自反馈地层信息及多次修复的锚固结构的修复方法，具体按照以下步骤进行：S31：通过控制器定期观察压力传感器测量的橡胶薄膜柱内部气压，当注浆体内产生裂缝时，橡胶薄膜柱的体积会沿裂缝不断增大，从而橡胶薄膜柱内的气压值会不断地减小；当气压值降低值大于等于预设值时，进行步骤S32；S32：修复注浆：先向其中一个橡胶薄膜柱内充气，使得橡胶薄膜柱涨破，撤离充气装置，连同破损的橡胶薄膜柱一起取出，从多孔拱形垫板的第二圆孔向橡胶薄膜柱所在腔体内高压注浆，当浆液溢出时，停止注浆，浆液流入裂缝，从而修复裂缝；S33：检测剩余橡胶薄膜柱内的气压，如果控制器显示的剩余压力传感器示数达到正常范围并维持稳定时，此次修复完成；若仍有橡胶薄膜柱内气压降低值大于等于预设值，重复步骤S32，直至控制器显示的剩余压力传感器示数达到正常范围并维持稳定时，即可。本专利技术的有益效果是：1、本专利技术有压力反馈系统，在施工完成后，该压力反馈系统能够对锚杆内部的情况进行检测。当锚杆注浆体内产生裂缝时，橡胶薄膜柱的体积会沿裂缝增大，从而橡胶薄膜柱内的气压值会不断地减小。可通过压力传感器测量橡胶薄膜柱内的气压强度来判断注浆液实体后期的开裂情况，使得锚固结构与地层产生联动，从而自动反馈地层变形信息。2、本专利技术通过压力反馈系统，可以实时准确获取地层的变形信息，及时对锚杆进行修复注浆，提高修复效果，避免了裂缝的进一步扩大和裂缝之间的相互连接，使混凝土岩体更好的保持一个完整的岩体，防止锚固结构能力的丧失，使得锚杆结构拥有良好的后期修复能力；防止钢筋与土体内的空气和水分接触而产生锈蚀，增加了锚杆对岩体的锚本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种自反馈地层信息及多次修复的锚固结构，其特征在于，包括锚固系统和压力反馈系统，/n所述锚固系统包括空心的锚杆（1），锚杆（1）的锚固段底部与圆形垫板（5）固定连接，圆形垫板（5）紧贴锚孔底端，锚杆（1）杆体间隔套设有多个圆环形的固定环（7），固定环（7）与锚杆（1）同轴线，固定环（7）上设有多个第三圆孔（17），锚杆（1）的自由段贯穿多孔拱形垫板（2），多孔拱形垫板（2）固定于岩壁面，多孔拱形垫板（2）上设有多个环绕锚杆（1）的第二圆孔（16），第三圆孔（17）与第二圆孔（16）同轴线且直径相同，同一轴线的第三圆孔（17）、第二圆孔（16）内分别贯穿有管（10），每个管（10）内均安装有橡胶薄膜柱（3），橡胶薄膜柱（3）内填充有气体；通过锚杆（1）注入的浆液充满锚孔且凝固，管（10）抽出后橡胶薄膜柱（3）的外壁与凝固浆体紧密接触；/n所述压力反馈系统包括压力传感器（9），压力传感器（9）安装于橡胶薄膜柱（3）内部，压力传感器（9）与控制器信号连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种自反馈地层信息及多次修复的锚固结构，其特征在于，包括锚固系统和压力反馈系统，
所述锚固系统包括空心的锚杆（1），锚杆（1）的锚固段底部与圆形垫板（5）固定连接，圆形垫板（5）紧贴锚孔底端，锚杆（1）杆体间隔套设有多个圆环形的固定环（7），固定环（7）与锚杆（1）同轴线，固定环（7）上设有多个第三圆孔（17），锚杆（1）的自由段贯穿多孔拱形垫板（2），多孔拱形垫板（2）固定于岩壁面，多孔拱形垫板（2）上设有多个环绕锚杆（1）的第二圆孔（16），第三圆孔（17）与第二圆孔（16）同轴线且直径相同，同一轴线的第三圆孔（17）、第二圆孔（16）内分别贯穿有管（10），每个管（10）内均安装有橡胶薄膜柱（3），橡胶薄膜柱（3）内填充有气体；通过锚杆（1）注入的浆液充满锚孔且凝固，管（10）抽出后橡胶薄膜柱（3）的外壁与凝固浆体紧密接触；
所述压力反馈系统包括压力传感器（9），压力传感器（9）安装于橡胶薄膜柱（3）内部，压力传感器（9）与控制器信号连接。


2.根据权利要求1所述的一种自反馈地层信息及多次修复的锚固结构，其特征在于，所述橡胶薄膜柱（3）靠近多孔拱形垫板（2）的一端设有用于充气的小孔，气嘴（4）的出气口伸入橡胶薄膜柱（3）且与小孔密封连接，气嘴（4）的嘴体与第二圆孔（16）活动密封连接且上端穿过第二圆孔（16），气嘴（4）内部安装有气门芯，气嘴（4）的进气口安装有气嘴帽；所述压力传感器（9）设于伸入橡胶薄膜柱（3）内部的气嘴（4）外壁。


3.根据权利要求1所述的一种自反馈地层信息及多次修复的锚固结构，其特征在于，所述锚杆（1）的外壁设有螺纹，圆形垫板（5）中心处设有圆孔并与锚杆（1）的外壁螺纹连接；固定环（7）中心处的圆孔也是与锚杆（1）的外壁螺纹连接；锚杆（1）与多孔拱形垫板（2）的第一圆孔（15）螺纹连接，多孔拱形垫板（2）的顶部设有半球形钢制垫圈（8），半球形钢制垫圈（8）往岩体内侧凸，多孔拱形垫板（2）往岩体外侧凸，半球形钢制垫圈（8）顶部设有垫板螺母（6），垫板螺母（6）与锚杆（1）螺纹连接。


4.根据权利要求1所述的一种自反馈地层信息及多次修复的锚固结构，其特征在于，所述多孔拱形垫板（2）的尺寸与锚杆（1）直径的比例取1.1:1~1.2：1。


5.根据权利要求1所述的一种自反馈地层信息及多次修复的锚固结构，其特征在于，所述橡胶薄膜柱（3）的单位面积能承受2×105N～4×105N压力，橡胶薄膜柱（3）的薄膜厚度为1~2mm。


6.根据权利要求1所述的一种自反馈地层信息及多次修复的锚固结构，其特征在于，所述橡胶薄膜柱（3）的数量为4个，分布于锚杆（...

【专利技术属性】
技术研发人员：邱祥，伍民，蒋煌斌，付宏渊，陈长睿，刘忠伟，
申请(专利权)人：长沙理工大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43