【技术实现步骤摘要】
本申请属于岩土工程领域，具体涉及的是一种适用于软弱地层的变截面锚杆。
技术介绍
1、锚杆技术作为一种重要的岩土工程支护手段，自20世纪初期诞生以来，已在地下工程、矿山开采、边坡防护等多个领域得到广泛应用。其主要作用是通过将杆体锚固于稳定的岩土层中，为结构提供额外的抗拉力，从而增强结构的稳定性和承载能力。随着工程技术的进步和实践经验的积累，锚杆的设计和应用不断优化，从最初的单一锚杆发展到压力型锚杆，再到预应力锚杆，每一次技术革新都显著提升了锚杆的支护效果。
2、尽管如此，传统的等截面锚杆设计在实际应用中存在一系列局限性。这些锚杆在软弱或风化程度不一的地层中常展现出以下问题。由于地层条件的复杂性，特别是在地层软弱和差异风化显著的区域，传统等截面锚杆的刚度一致性导致其在不同锚固段和环境条件下的变形量存在差异，这种非均匀变形可能引起锚杆在某些段落的承载能力未被充分利用，从而影响其整体的服役性能。标准截面的锚杆在不充分发挥功能的同时，还可能导致资源的浪费。此外，不合理的锚杆设计也可能威胁到工程项目的整体稳定性和安全性，增加工程维护成本和风险。鉴于上述问题，现有技术亟需一种新型锚杆技术，该技术能够适应地层力学指标的差异性，提高锚杆的承载力和整体发挥度，同时优化经济性和安全性。
技术实现思路
1、针对现有技术在软弱地层锚固效果及经济性方面的不足，本专利技术提供一种变截面锚杆技术，旨在通过自适应扩展的锚定装置和变截面设计，显著提高锚杆的承载力和材料使用效率。该技术通过在受力大的锚固段设
2、为实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：一种适用于软弱地层的变截面锚杆，包括钢筋锚杆、加强钢筋、若干个锚定装置和锚杆端头装置，所述加强钢筋与钢筋锚杆焊接为一体，所述锚定装置包括固定支座、固定薄铁管、旋转支座、锚片、肋板和锚片垫座，所述固定支座焊接于两钢筋锚杆之间，所述固定薄铁管焊接于固定支座与钢筋锚杆夹角处，作为旋转支座的约束构件，所述旋转支座为实心钢管，插接在所述固定薄铁管中，所述锚片两侧背板各焊接有肋板，所述锚片和肋板焊接于旋转支座构成一刚体，所述锚片垫座焊接于两钢筋锚杆之间，且设置在锚片前方，所述锚杆端头装置包括止浆塞、承压钢板、金属垫片和螺母，所述钢筋锚杆的外端头具有加工螺纹，止浆塞套入钢筋锚杆上。
3、优选地，所述钢筋锚杆采用2根或多根φ22-25mm，长5-20m的hrb400预应力螺纹钢筋锚杆，钢筋锚杆外端头螺纹加工长度为100mm-200mm。
4、优选地，还包括焊接于钢筋锚杆上的对中支架，对中支架采用φ12钢筋，前后间距设置为2m。
5、优选地，所述固定支座采用钢筋锚杆相同尺寸和型号，长度50-200mm，固定薄铁管为外径20-25mm的薄铁管，厚2-5mm，宽10-20mm。
6、优选地，所述锚片为钢板切割成的两个钝角三角形，锚片钢板厚2mm-10mm，两端呈尖角状，所述锚片上侧切割两矩形槽口，矩形槽口宽度大于固定薄铁管的厚度，长度大于固定薄铁管的宽度。
7、优选地，所述肋板采用厚10mm的钢板切割而成，所述旋转支座长度50-80mm。
8、优选地，所述锚片垫座采用比固定支座稍小尺寸的钢筋，长20-50mm。
9、优选地，所述承压钢板尺寸为厚10-20mm，长200mm，宽160mm，中间开两个圆台型钢筋锚杆孔洞，用于将力均匀传导于锚杆框架梁上，金属垫片尺寸为厚5mm，外径55mm，内径26mm，螺母采用m56的高强度大型螺母，用于紧固锚杆。
10、优选地，所述锚杆端头装置还包括用于定位和放置孔口坍塌的铁管，外径为90-100mm。
11、本专利技术还公开了基于上述适用于软弱地层的变截面锚杆的施工方法，包括如下步骤：
12、s1：根据稳定性计算边坡可能滑移面或变形最大位，确定加强钢筋位置及锚定装置数；
13、s2：钢筋锚杆加工布设，锚定装置加工布设，钢筋锚杆与锚定装置焊接；
14、s3：钻孔；
15、s4：钢筋锚杆整体插入钻孔；
16、s5：将止浆塞、承压钢板、垫片和螺母安装到位；
17、s6：同时拧旋螺母，使锚杆向外运动，同时锚片刺入岩土体，达到一定作用距离或作用力；
18、s7：灌注水泥砂浆；
19、s8：封头，浇筑混凝土锚头。
20、本专利技术有益效果如下：
21、（1）提高锚杆承载能力：通过设置锚定装置，特别是在锚片结构中，利用其自重及外加拉力使锚片嵌入软弱地层，显著提升锚杆的承载力。此设计使得锚杆在不同地质条件下能自动调整插入深度和角度，以最大化其承载效果。锚定装置的设计优化，包括锚片的形状和肋板的配置，进一步增强了锚杆在地层中的稳定性和抗拉性能，特别是在遇到不连续或非均质地层时。
22、（2）增加锚杆发挥度：在软弱地层锚固段或局部锚杆受拉力较大的锚固段，通过设置加强钢筋，增强了锚杆的整体结构强度。这种设计不仅提高了锚杆的局部承载力，也优化了力的分布，使整个锚杆结构能更有效地发挥其材料性能。加强钢筋与锚杆主体的焊接一体化，确保了力的连续传递和分布，减少了因锚杆力学性能不均而导致的失效风险。
23、（3）经济性提高：与传统的等截面锚杆相比，该技术在保证结构安全的前提下，能够减少所需的锚杆数量和布置孔数，从而直接降低了材料和施工的成本。优化的锚杆设计不仅在初期施工中节约成本，也在长期运维中展现出较低的维护需求和更长的服务周期，进一步提高经济效益。
24、（4）适用性强：特别适用于边坡和其他斜坡面工程的防护，能有效防止土壤侵蚀和地层滑移，增强工程结构的整体稳定性。设计允许在多种地质条件下应用，包括软弱地层、风化严重地区及其他特殊地质环境，展现出其广泛的适应性和灵活性。
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1.一种适用于软弱地层的变截面锚杆，其特征在于，包括钢筋锚杆（1）、加强钢筋（2）、若干个锚定装置和锚杆端头装置，所述加强钢筋（2）与钢筋锚杆（1）焊接为一体，所述锚定装置包括固定支座（3）、固定薄铁管（4）、旋转支座（5）、锚片（6）、肋板（7）和锚片垫座（8），所述固定支座（3）焊接于两钢筋锚杆（1）之间，所述固定薄铁管（4）焊接于固定支座（3）与钢筋锚杆（1）夹角处，作为旋转支座（5）的约束构件，所述旋转支座（5）为实心钢管，插接在所述固定薄铁管（4）中，所述锚片（6）两侧背板各焊接有肋板（7），所述锚片（6）和肋板（7）焊接于旋转支座（5）构成一刚体，所述锚片垫座（8）焊接于两钢筋锚杆（1）之间，且设置在锚片（6）前方，所述锚杆端头装置包括止浆塞（9）、承压钢板（10）、金属垫片（11）和螺母（12），所述钢筋锚杆（1）的外端头具有加工螺纹（13），止浆塞套入钢筋锚杆（1）上。
2.根据权利要求1所述的适用于软弱地层的变截面锚杆，其特征在于：所述钢筋锚杆（1）采用2根或多根φ22-25mm，长5-20m的HRB400预应力螺纹钢筋锚杆（1），钢筋锚杆（1）外端
3.根据权利要求1所述的适用于软弱地层的变截面锚杆，其特征在于：还包括焊接于钢筋锚杆（1）上的对中支架（14），对中支架（14）采用φ12钢筋，前后间距设置为2m。
4.根据权利要求1所述的适用于软弱地层的变截面锚杆，其特征在于：所述固定支座（3）采用钢筋锚杆（1）相同尺寸和型号，长度50-200mm，固定薄铁管（4）为外径20-25mm的薄铁管，厚2-5mm，宽10-20mm。
5.根据权利要求1所述的适用于软弱地层的变截面锚杆，其特征在于：所述锚片（6）为钢板切割成的两个钝角三角形，锚片（6）钢板厚2mm-10mm，两端呈尖角状，所述锚片（6）上侧切割两矩形槽口，矩形槽口宽度大于固定薄铁管（4）的厚度，长度大于固定薄铁管（4）的宽度。
6.根据权利要求5所述的适用于软弱地层的变截面锚杆，其特征在于：所述肋板（7）采用厚10mm的钢板切割而成，所述旋转支座（5）长度50-80mm。
7.根据权利要求6所述的适用于软弱地层的变截面锚杆，其特征在于：所述锚片垫座（8）采用比固定支座（3）稍小尺寸的钢筋，长20-50mm。
8.根据权利要求1所述的适用于软弱地层的变截面锚杆，其特征在于：所述承压钢板（10）尺寸为厚10-20mm，长200mm，宽160mm，中间开两个圆台型钢筋锚杆孔洞，用于将力均匀传导于锚杆框架梁上，金属垫片（11）尺寸为厚5mm，外径55mm，内径26mm，螺母（12）采用M56的高强度大型螺母，用于紧固锚杆。
9.根据权利要求1所述的适用于软弱地层的变截面锚杆，其特征在于：所述锚杆端头装置还包括用于定位和放置孔口坍塌的铁管（15），外径为90-100mm。
10.根据权利要求1所述的适用于软弱地层的变截面锚杆的施工方法，其特征在于，包括如下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种适用于软弱地层的变截面锚杆，其特征在于，包括钢筋锚杆（1）、加强钢筋（2）、若干个锚定装置和锚杆端头装置，所述加强钢筋（2）与钢筋锚杆（1）焊接为一体，所述锚定装置包括固定支座（3）、固定薄铁管（4）、旋转支座（5）、锚片（6）、肋板（7）和锚片垫座（8），所述固定支座（3）焊接于两钢筋锚杆（1）之间，所述固定薄铁管（4）焊接于固定支座（3）与钢筋锚杆（1）夹角处，作为旋转支座（5）的约束构件，所述旋转支座（5）为实心钢管，插接在所述固定薄铁管（4）中，所述锚片（6）两侧背板各焊接有肋板（7），所述锚片（6）和肋板（7）焊接于旋转支座（5）构成一刚体，所述锚片垫座（8）焊接于两钢筋锚杆（1）之间，且设置在锚片（6）前方，所述锚杆端头装置包括止浆塞（9）、承压钢板（10）、金属垫片（11）和螺母（12），所述钢筋锚杆（1）的外端头具有加工螺纹（13），止浆塞套入钢筋锚杆（1）上。
2.根据权利要求1所述的适用于软弱地层的变截面锚杆，其特征在于：所述钢筋锚杆（1）采用2根或多根φ22-25mm，长5-20m的hrb400预应力螺纹钢筋锚杆（1），钢筋锚杆（1）外端头螺纹加工长度为100mm-200mm。
3.根据权利要求1所述的适用于软弱地层的变截面锚杆，其特征在于：还包括焊接于钢筋锚杆（1）上的对中支架（14），对中支架（14）采用φ12钢筋，前后间距设置为2m。
4.根据权利要求1所述的适用于软弱地层的变截面锚杆，其特征在于：所述固定支座（3）采...
【专利技术属性】
技术研发人员：王祥，周革，徐锐，李时亮，姚成志，王亚飞，王欢，李立，王亚威，
申请(专利权)人：中铁第四勘察设计院集团有限公司，
类型：发明
国别省市：
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