CN116254832A - 一种预应力锚索装置和使用方法 - Google Patents

Abstract

本申请实施例公开了一种预应力锚索装置及其使用方法，本申请实施例提供的预应力锚索装置包括：锚索、液压伸缩器和应力补偿系统，其中，锚索的一端固定在的边坡岩体内部，液压伸缩器接于固定锚索的另一端，当锚索应力减小时，液压伸缩器内部液压减少，应力补偿系统包括液压油和液压蓄能器，液压油设置在液压蓄能器内部，液压蓄能器与液压伸缩器相连通，液压伸缩器的液压与锚索受到的应力呈正相关。在具体应用场景中，液压伸缩器与应力补偿系统相连通，应力补偿系统与液压伸缩器的内部液压保持一致，当锚索的拉力减少时，应力补偿系统可通过液压蓄能器补充油压给液压伸缩器，使其伸长变形、增大预应力锚索的拉力。

Description

一种预应力锚索装置和使用方法

技术领域

本申请实施例涉及采矿工程技术领域，尤其涉及一种预应力锚索装置和使用方法。

背景技术

在岩土工程领域，采用预应力锚索对边坡进行加固是一种普遍且可靠的加固方式之一，预应力锚索柔性大，有良好的抗震性和延性，可以深层加固岩土体，能够主动控制岩体变形、调整土体受力状态、有利于岩体稳定性，因此，预应力锚索对岩土边坡的稳定性以及施工安全性意义重大，然而，传统的预应力锚索在岩体变形、温度变化及爆破振动等外部条件的长期影响下，其锚固力会出现一定程度的降低，严重影响锚固效果；

特别对于我国高寒地区的露天矿边坡，常年处于冻融循环与爆破振动耦合作用条件下，采用预应力锚索锚固的边坡岩体，受高寒地区岩石内部节理冻胀作用、施工过程爆破动荷载还有长期锚固下岩石蠕变作用等，会导致锚索预应力降低、甚至造成锚固失效，从而诱发滑坡等灾害，目前，由于钢绞线松弛造成锚索预应力损失的问题，现有的解决方法大致分为两类：即通过超张拉或增加弹簧等储存弹性能的方式与二次做功的方式对锚索预应力损失进行弥补，但这两种方式均存在固有缺陷：一方面，弹性储能装置的储能能力有限，例如受限于锚头处第二锚盘弹簧行程，锚固力在长时间后依然存在应力损失，且很难再进行能量补充；另一方面，二次张拉一般不能做到及时的应力补偿，会增加施工成本，且在锚固位置陡峭、人员抵达困难的区域对锚索进行二次张拉存在一定程度危险性。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。

为此，本发明的第一方面提供了一种预应力锚索装置。

本发明的第二方面提供了一种使用方法。

有鉴于此，根据本申请实施例的第一方面提出了一种预应力锚索装置，包括：

锚索，所述锚索的一端用于固定在边坡岩体内部；

液压伸缩器，所述液压伸缩器连接于固定所述锚索的另一端；

应力补偿系统，所述应力补偿系统包括液压油和液压蓄能器，所述液压油设置在液压蓄能器内部，所述液压蓄能器与所述液压伸缩器相连通；

其中，所述液压伸缩器的液压与所述锚索受到的应力呈正相关。

在一种可行的实施方式中，所述液压伸缩器包括：

固定部，所述固定部的一侧用于紧贴边坡岩体，所述固定部采用单侧开口的管状结构；

移动部，所述移动部内部中空，所述移动部设置在固定部的内部且所述移动部滑动连接于所述固定部；

所述移动部的一侧通过固定部上的开口伸出固定部；

所述移动部伸出固定部的一端设有锚索孔；

所述固定部靠近边坡岩体的一端设有锚索孔。

在一种可行的实施方式中，所述液压伸缩器包括：

注油腔，所述固定部和所述移动部围合形成所述注油腔；

所述注油腔连通于应力补偿系统。

在一种可行的实施方式中，所述锚索包括一根或多根锚索，每个单元的所述锚索包括若干根无粘结的钢绞线。

在一种可行的实施方式中，所述液压伸缩器还包括：

第一锚盘，所述第一锚盘设置在所述移动部伸出所述固定部内部的一侧，所述第一锚盘上开设有若干可供锚索穿过的孔；

固定件，所述固定件固定连接于所述锚索穿过所述第一锚盘的一端。

在一种可行的实施方式中，液压伸缩器还包括：

第二锚盘，所述第二锚盘设置在所述固定部与边坡岩体之间，所述第二锚盘上设有若干可供锚索穿过的孔。

在一种可行的实施方式中，所述应力补偿系统还包括：

液压伺服阀，所述液压伺服阀与所述液压伸缩器相连通；

导管，所述导管的一端与所述液压阀向连通，所述导管的另一端与所述液压储能器向连通；

供油阀，所述供油阀设置在所述液压储能器上。

在一种可行的实施方式中，所述应力补偿系统还包括：

压力监测组件，所述压力监测组件用于监测液压储能器和液压伸缩器内部的压力。

根据本申请实施例的第二方面提出了一种使用方法，包括

所述锚索设置于待固定的边岩坡体；

连通所述液压伸缩器与所述应力补偿系统；

所述液压伸缩器与所述应力补偿系统的压力达到平衡；

基于所述锚索拉力变化，控制液压伸缩器与应力补偿系统进行油压变化。

在一种可行的实施方式中，所述预应力锚索设置于待固定的边岩坡体，包括：

开凿锚固孔，所述锚固孔穿过边岩坡体的滑移面并延伸入稳定岩体；

使所述锚索一端伸入锚固孔，另一端穿过液压伸缩器并从液压伸缩器穿出；

对锚固孔进行注浆加固；

对锚索施加预应力。

相比现有技术，本发明至少包括以下有益效果：本申请实施例提供的预应力锚索装置包括：锚索、液压伸缩器和应力补偿系统，其中，锚索的一端用于伸入待固定的边坡岩体，并浇筑混凝土形成锚固段、与岩体固定在一起。液压伸缩器接于固定锚索的另一端，当锚索应力减小时，液压伸缩器内部液压减少，应力补偿系统包括液压油和液压蓄能器，液压油设置在液压蓄能器内部，液压蓄能器与液压伸缩器相连通，液压伸缩器的液压与锚索受到的应力呈正相关。在具体应用场景中，将该预应力锚索装置安装在需要锚固的岩土边坡上，对锚索施加预应力，在工程中位于高寒地区的露天矿边坡，常年处于冻融循环与爆破振动耦合作用，由于岩体变形、温度变化及爆破振动等外部条件的长期影响下会对锚索的预应力带来损失。为了弥补这些因素造成的锚索预应力损失，首先，对边坡进行地质勘测与力学计算或数值模拟研究，设计边坡锚固方案，包括锚索加固深度、锚固段长度、布设网度与数量以及选择锚索型号、确定单孔锚索根数、单孔锚固力等。其次，锚索安装过程，根据设计要求在每个锚索安装孔内安装锚索，确保锚固长度并对锚固段进行注浆，并且，对锚索孔孔口处岩体表面进行平整，或者施工混凝土基座为后续安装与施加预应力做准备。再次，当锚固段强度达到设计要求后，进行边坡外安装与施加预应力，将锚索依次穿过锚盘、液压伸缩器并从锚头穿出。然后，用千斤顶对多根锚索依次施加拉拔力，使其预应力均达目标值，接着对锚索施加所需的预应力之后对其伸入液压伸缩器的一端进行锁定，确保张拉锁定后装置气密性良好，此时，液压伸缩器位移量压缩至最低，随后液压伸缩器与应力补偿系统相连通，应力补偿系统与液压伸缩器的内部液压保持一致，当锚索的拉力减少时，液压伸缩器受到的抵挡力减少，内部液压降低，则应力补偿系统可通过液压蓄能器补充油压给液压伸缩器，使其伸长变形、增大预应力锚索的拉力，该申请实施例通过液压伸缩器及应力补偿系统实现了应力补偿功能，以及温度变化下根据热胀冷缩效应的自适应效果。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本申请的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1为本申请提供的一种实施例的预应力锚索装置的结构框图；

图2为本申请提供的一种实施例的预应力锚索装置的应用场景示意图；

图3为本申请提供的一种实施例的预应力锚索装置的局部放大示意图；

图4为本申请提供的一种实施例的预应力锚索装置的控制方法的示意性步骤流程图；

图5为本申请提供的一种实施例的预应力锚索设置于待固定的边岩坡体的示意性步骤流程图。

其中，图1中附图标记与部件名称之间的对应关系为：

100、锚索；200、液压伸缩器；300、应力补偿系统；

210、固定部；220、移动部；230、注油腔；240、第一锚盘；250、固定件；260、第二锚盘；

310、液压油；320、液压蓄能器；330、液压伺服阀；340、导管；350、供油阀。

具体实施方式

为了更好的理解上述技术方案，下面通过附图以及具体实施例对本申请实施例的技术方案做详细的说明，应当理解本申请实施例以及实施例中的具体特征是对本申请实施例技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本申请实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。

如图1-3所示，根据本申请实施例的第一方面提出了一种预应力锚索装置，包括：锚索100，所述锚索100的一端用于固定在边坡岩体内部；液压伸缩器200，所述液压伸缩器200连接于固定所述锚索100的另一端；应力补偿系统300，所述应力补偿系统300包括液压油310和液压蓄能器320，所述液压油310设置在液压蓄能器320内部，所述液压蓄能器320与所述液压伸缩器200相连通；其中，所述液压伸缩器200的液压与所述锚索100受到的应力呈正相关。

本申请实施例提供的预应力锚索装置包括：锚索100、液压伸缩器200和应力补偿系统300，其中，锚索100的一端用于伸入待固定的边坡岩体，液压伸缩器200接于固定锚索100的另一端，当锚索100应力减小时，液压伸缩器200内部液压减少，应力补偿系统300包括液压油310和液压蓄能器320，液压油310设置在液压蓄能器320内部，液压蓄能器320与液压伸缩器200相连通，液压伸缩器200的液压与锚索100受到的应力呈正相关，在具体应用场景中，将该预应力锚索装置安装在需要锚固的岩土边坡上，对锚索100施加预应力，在工程中位于高寒地区的露天矿边坡，常年处于冻融循环与爆破振动耦合作用，由于岩体变形、温度变化及爆破振动等外部条件的长期影响下会对锚索100的预应力带来损失，为了弥补这些因素造成的锚索100预应力损失，首先，对边坡地质勘测计算出需要锚固的位置及其深度，随后，采用人工缓缓将锚索100体放入孔内，用钢尺量出孔外露出的钢绞线长度，计算孔内锚索100长度(误差控制在50mm范围内)，确保锚固长度，深入完成后将锚索100穿过液压伸缩器200并从液压伸缩器200穿出，采用混凝土将液压伸缩器200与边坡连接固定，遂对锚固段进行注浆，完成安装连接工作之后用千斤顶对锚索100施加拉拔力，使其预应力均达目标值，接着对锚索100施加所需的预应力之后对其伸入液压伸缩器200的一端进行锁定，确保张拉锁定后装置气密性良好，此时，液压伸缩器200位移量压缩至最低，随后液压伸缩器200与应力补偿系统300相连通，应力补偿系统300与液压伸缩器200的内部液压保持一致，当锚索100的拉力减少时，液压伸缩器200受到的抵挡力减少，内部液压降低，则应力补偿系统300可通过液压蓄能器320补充油压给液压伸缩器200，使其伸长变形、增大预应力锚索的拉力，可在各类工程问题下造成锚索100预应力损失时对锚索100预应力进行自动补偿，特别适用于高寒地区冻融岩土边坡加固，解决了传统的通过人员进行锚索100二次张拉的问题，减少了人员在施工过程中的安全隐患。

如图1-3所示，在一些示例中，所述液压伸缩器200包括：固定部210，所述固定部210的一侧用于紧贴边坡岩体，所述固定部210采用单侧开口的管状结构；移动部220，所述移动部220内部中空，所述移动部220设置在固定部210的内部且所述移动部220滑动连接于所述固定部210；所述移动部220的一侧通过固定部210上的开口伸出固定部210；所述移动部220伸出固定部210的一端设有锚索100孔；所述固定部210靠近边坡岩体的一端设有锚索100孔。

在该技术方案中，液压伸缩器200包括固定部210和移动部220，所述固定部210的一侧用于紧贴边岩坡体，所述移动部220滑动连接于固定部210，在进行锚索100固定时，锚索100的一端穿过固定部210的锚索100孔并与锚索100进行活动连接，锚索100的一端穿过固定部210后穿过移动部220的锚索100孔并与移动部220进行固定连接，在该预应力锚索装置投入使用时，移动部220相对于固定部210的移动量压缩至最小，锚索100的预应力抵抗液压伸缩器200的液压，当锚索100上的拉力减小时，锚索100对移动部220的抵抗力减小，液压伸缩器200内部液压作用于移动部220，移动部220相对于固定部210的移动量增加，重新为锚索100施加拉力，保持锚索100所受的应力不低于要求值。

如图1-3所示，在一些示例中，所述液压伸缩器200包括：注油腔230，所述固定部210和所述移动部220围合形成所述注油腔230，所述注油腔230连通于应力补偿系统300。

在该技术方案中，液压伸缩器200还包括注油腔230，该注油腔230由固定部210和移动部220围合而成，该注油腔230连通于应力补偿系统300，在实际使用过程中，锚索100固定完毕后向注油腔230内部注入液压油310，由液压油310及液压腔实现液压伸缩器200的内部液压，当锚索100应力减少至低于液压时，液压油310提供的液压作用于移动部220，同时应力补偿系统300向注油腔230补充液压油310，维持注油腔230内液压恒定。

如图1-3所示，在一些示例中，所述锚索包括一根或多根锚索，每个单元的所述锚索包括若干根无粘结的钢绞线。

在该技术方案中，采用压力分散型锚索100，由一根或多根锚索100组成，每个单元锚索100分别由若干根无粘结钢绞线组成，钢绞线采用φj15.24mm和φj12.7mm高强度低松弛无粘结预应力钢绞线，钢绞线沿锚索100轴线方向每1.0～1.5m设置一架线环，保证锚索100保护层厚度不小于20mm。

如图1-3所示，在一些示例中，所述液压伸缩器200还包括：第一锚盘240，所述第一锚盘240设置在所述移动部220伸出所述固定部210内部的一侧，所述第一锚盘240上开设有若干可供锚索穿过的孔；固定件250，所述固定件210固定连接于所述锚索100穿过所述第一锚盘240的一端。

在该技术方案中，液压伸缩器200还包括第一锚盘240与固定件250，其中锚索100串联固定部210与移动部220后，锚索100穿过第一锚盘240，对锚索100施加预应力后，通过固定件250将锚索100伸出第一锚盘240的一端锁紧，固定件250的设置可保证预应力施加后锚索100的稳定性，能够避免锚索100发生回缩，第一锚盘240设置在移动部220和固定件250之间，扩大移动部220的受力面积，避免应力过于造成移动部220的损坏，同时能够进一步保持每一单元锚索100的无粘结纲绞线能够紧密绞合，避免发生松散，进一步提升该实施例的稳定性。

如图1-3所示，在一些示例中，所述液压伸缩器200还包括：第二锚盘260，所述第二锚盘260设置在所述固定部210与边坡岩体之间，所述第二锚盘260上设有若干可供锚索穿过的孔。

在该技术方案中，在边坡岩体与固定部210之间增设第二锚盘260，增加受力面积，分散边坡岩体所受压力，避免边坡岩体受到应力过于集中造成崩落，进一步提升该实施例的使用寿命。

如图1-3所示，在一些示例中，所述应力补偿系统300还包括：液压伺服阀330，所述液压伺服阀330与所述液压伸缩器200相连通；导管340，所述导管340的一端与所述液压阀向连通，所述导管340的另一端与所述液压储能器相连通；供油阀350，所述供油阀350设置在所述液压储能器上。

在该技术方案中，应力补偿系统300包括液压伺服阀330、导管340、供油阀350，还包括液压油310和液压蓄能器320，其中，应力补偿系统300通过液压伺服阀330连通于所述液压伸缩器200，当液压伸缩器200内液压降低时，液压伺服阀330启动，将液压蓄能器320中的液压油310通过导管340输送至液压伸缩器200中，为液压伸缩器200补充液压，同时液压蓄能器320尾部设用供油阀350，用以向液压蓄能器320内部供给液压油310。

如图1-3所示，在一些示例中，所述应力补偿系统300还包括：压力监测组件，所述压力监测组件用于监测液压储能器和液压伸缩器200内部的压力。

在该技术方案中，增设压力监测组件，对液压伸缩器200与蓄能器进行油压监测，通过大数据连接将油压监测信号数据联网传输至云端及数据中心，实现对装置的远程在线监控，这一技术的应用确保油压数值变化可以进行二次补充，使得装置在长期使用过程中始终保持较高应力承载能力，不仅如此，当监测发现液压伸缩器200内部油压异常升高时，有可能是预应力锚索被节理岩体的变形而拉长，此时及时的对异常数据处的边坡进行灾害预防观测，避免造成财产以及人员安全损失。

如图4所示，根据本申请实施例的第二方面提出了一种使用方法，应用于上述任一项预应力锚索装置，包括：

步骤110：所述预应力锚索设置于待固定的边岩坡体；

步骤120：连通所述液压伸缩器与所述应力补偿系统；

步骤130：所述液压伸缩器与所述应力补偿系统的压力达到平衡；

步骤140：基于所述锚索拉力变化，控制液压伸缩器与应力补偿系统进行油压变化。

可以理解的是，在步骤120的过程中，用千斤顶对锚索依次施加拉拔力，使其达均到目标值，随后固定连接锚索与液压伸缩器，此时，液压伸缩器位移量压缩至最低，内部油压与其抵抗锚索的拉力达到平衡，当锚索拉力降低时，则应力补偿装置会补充油压给液压伸缩器，使其伸长变形、增大预应力锚索的拉力。

可以理解的是，在步骤130过程中完成预应力锚索安装之后，操作人员可通过应力补偿系统的自动伺服系统向液压伸缩装置注入一定量液压油，使其产生少量伸长变形，以测试该应力补偿机构的可靠性与稳定性。

如图5所示，在一些示例中，所述预应力锚索设置于待固定的边岩坡体包括：

步骤111：开凿锚固孔，所述锚固孔穿过边岩坡体的滑移面并延伸入稳定岩体；

步骤112：使所述锚索一端伸入锚固孔；

步骤113：对锚固孔进行注浆加固；

步骤114：另一端穿过液压伸缩器并从液压伸缩器穿出。

在该技术方案中，采用混凝土将液压伸缩器与边坡连接固定，遂对锚固段进行注浆，注浆采用水泥砂浆，经试验比选后确定施工配合比，实际注浆量一般要大于理论的注浆量，或以锚具排气孔不再排气且孔口浆液溢出浓浆作为注浆结束的标准。

在本发明中，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；术语“多个”则指两个或两个以上，除非另有明确的限定。术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；“相连”可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。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。

本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”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单元必须具有特定的方向、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。

在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”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实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或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。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种预应力锚索装置，其特征在于，包括：

锚索，所述锚索的一端用于固定在边坡岩体内部；

液压伸缩器，所述液压伸缩器连接于固定所述锚索的另一端；

应力补偿系统，所述应力补偿系统包括液压油和液压蓄能器，所述液压油设置在液压蓄能器内部，所述液压蓄能器与所述液压伸缩器相连通；

其中，所述液压伸缩器的液压与所述锚索受到的应力呈正相关。

2.根据权利要求1所述的预应力锚索装置，其特征在于，所述液压伸缩器包括：

固定部，所述固定部的一侧用于紧贴边坡岩体，所述固定部采用单侧开口的管状结构；

移动部，所述移动部内部中空，所述移动部设置在固定部的内部且所述移动部滑动连接于所述固定部；

所述移动部的一侧通过固定部上的开口伸出固定部；

所述移动部伸出固定部的一端设有锚索孔；

所述固定部靠近边坡岩体的一端设有锚索孔。

3.根据权利要求2所述的预应力锚索装置，其特征在于，所述液压伸缩器包括：

注油腔，所述固定部和所述移动部围合形成所述注油腔；

所述注油腔连通于应力补偿系统。

4.根据权利要求1所述的预应力锚索装置，其特征在于：

所述锚索包括一根或多根锚索，每个单元的所述锚索包括若干根无粘结的钢绞线。

5.根据权利要求2所述的预应力锚索装置，其特征在于，所述液压伸缩器还包括：

第一锚盘，所述第一锚盘设置在所述移动部伸出所述固定部内部的一侧，所述第一锚盘上开设有若干可供锚索穿过的孔；

固定件，所述固定件固定连接于所述锚索穿过所述第一锚盘的一端。

6.根据权利要求5所述的预应力锚索装置，其特征在于，所述液压伸缩器还包括：

第二锚盘，所述第二锚盘设置在所述固定部与边坡岩体之间，所述第二锚盘上设有若干可供锚索穿过的孔。

7.根据权利要求1所述的预应力锚索装置，其特征在于，所述应力补偿系统还包括：

液压伺服阀，所述液压伺服阀与所述液压伸缩器相连通；

导管，所述导管的一端与所述液压阀向连通，所述导管的另一端与所述液压储能器向连通；

供油阀，所述供油阀设置在所述液压储能器上。

8.根据权利要求7所述的预应力锚索装置，其特征在于，所述应力补偿系统还包括：

压力监测组件，所述压力监测组件用于监测液压储能器和液压伸缩器内部的压力。

9.一种使用方法，应用于权利要求1至8中任一项所述的预应力锚索装置，其特征在于，包括：

将所述预应力锚索设置于待固定的边岩坡体；

连通所述液压伸缩器与所述应力补偿系统；

所述液压伸缩器与所述应力补偿系统的压力达到平衡；

基于所述锚索拉力变化，控制液压伸缩器与应力补偿系统进行油压变化。

10.根据权利要求9所述的使用方法，其特征在于，所述预应力锚索设置于待固定的边岩坡体，包括：

开凿锚固孔，所述锚固孔穿过边岩坡体的滑移面并延伸入稳定岩体；

使所述锚索一端伸入锚固孔，另一端穿过液压伸缩器并从液压伸缩器穿出；

对锚固孔进行注浆加固。

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