一种光纤光栅智慧预应力钢锚管结构的制作方法

本实用新型涉及边坡锚固工程技术领域，特别是一种光纤光栅智慧预应力钢锚管结构。

背景技术：

边坡锚固工程作为隐蔽工程，其主要材料钢材及混凝土埋设在各种类型的岩土体中，锚固段在地下水较发育的地层中，长期与地下水、场地土介质接触，易导致锚固力损失甚至于失效。

往期对于钢锚管的应力监测通常采用电阻式应变片、混凝土应变计等设备，鉴于电阻式应变片附着于钢管外壁易发生断路、短路，且在复杂的外部环境下存活率低，应变计体积大，安装数量有限，下放钢锚管过程中易于孔壁摩擦损坏等问题，现急需研究一种新型的钢锚管应力监测技术，通过监测钢锚管张拉过程中及服役期间的应力变化，对后期的设计、施工、运营阶段提供参考与支持。

技术实现要素：

本实用新型的目的是解决现有的预应力钢锚管应力监测设备精度不高、存活率低、监测数量有限等问题，提供一种光纤光栅智慧预应力钢锚管结构。

一种光纤光栅智慧预应力钢锚管结构，包括设置于钻孔中的注浆预应力钢锚管、设置于注浆预应力钢锚管外壁上的光纤光栅应力监测装置，以及设置于钻孔外与注浆预应力钢锚管连接的外锚固端，所述的注浆预应力钢锚管上刻有通长的嵌槽，注浆预应力钢锚管包括锚固段和自由段，锚固段的前端固定有锥形导向头，自由段的外壁上设有护套管；所述的光纤光栅应力监测装置包括光纤和光栅应力传感器，光栅应力传感器串联于光纤上，光纤光栅传感器嵌入注浆预应力钢锚管的嵌槽中且锚固段的嵌槽顶部填充有密封胶，自由段的光纤上包裹有铠装。

进一步的，所述的外锚固端包括设置于钻孔外的混凝土梁、固定于混凝土梁外侧的楔形锚墩、固定于楔形锚墩上的支撑板、锁定螺母和封锚砼，注浆预应力钢锚管的末端依次穿过混凝土梁、楔形锚墩和支撑板并通过锁定螺母锁定于支撑板上，最后浇筑封锚砼形成外锚固端。

进一步的，所述的注浆预应力钢锚管上开有若干二次注浆孔，二次注浆孔的外侧包裹有强力胶带，注浆预应力钢锚管的上、下两侧各开有一道嵌槽。

此外，本实用新型还提供了一种光纤光栅智慧预应力钢锚管结构的施工方法，包括以下步骤：

s1、光纤光栅应力监测装置的制作：将光栅应力传感器串联至光纤上，自由段的光纤上包裹铠装，将光纤光栅应力监测装置与光纤光栅调制器连接以初步采集光纤应力传感器的数据，确认光纤光栅应力监测装置工作正常；

s2、注浆预应力钢锚管的加工：包括

车丝：自由段的末端车丝，使得其与锁定螺母螺纹连接；

钻孔：锚固段钻二次注浆孔；

封孔：二次注浆孔打入玻璃胶并在二次注浆孔外包裹强力胶带；

刻槽：注浆预应力钢锚管上、下各开一道通长的嵌槽；

嵌入：光纤光栅应力监测装置嵌入嵌槽中；

密封：锚固段的嵌槽顶部挤入密封胶以对光纤光栅应力监测装置形成密封固定，自由段的注浆预应力钢锚管上箍上钢箍以对光纤光栅形成固定；

测试：注浆预应力钢锚管的自由段上固定三次注浆管然后套上护套管，管底封闭，将一次注浆管固定于护套管和锚固段的外壁上，第二次采集光纤光栅应力监测装置的数据，确认光纤光栅应力监测装置全部存活；

s3、钻孔：钻孔的流程为定孔位→搭设钻机平台→复合孔位→钻机精确定位→钻孔→检验；

s4、置管：将加工完成的注浆预应力钢锚管伸入到钻孔内要求位置，再次采集光纤光栅传感器数据，确认传感器的存活数量；

s5、一次注浆：通过一次注浆管从钻孔底自下而上反向压入一次注浆体，且持续到钻孔口溢出净水泥浆，一次注浆结束后，如果发现孔口浆液回缩，在现场要及时补一次注浆体；

s6、二次注浆：通过注浆预应力钢锚管口向钢锚管内注入高压的二次注浆体，将锚固段上的二次注浆孔及一次注浆体劈开，向四周扩散，充填裂隙发育、岩层软弱地层及土层中间隙，提高锚固力；

s7、注浆预应力钢锚管的张拉锁定：待一次注浆体和二次劈裂注浆体的强度达到设计要求，对注浆预应力钢锚管进行张拉，张拉到设计锚固力，拧入锁定螺母锁定以将自由段末端锁定于支撑板上，张拉过程中持续采集光纤光栅应力监测装置的数据；

s8、封锚：持续监测注浆预应力钢锚管应力变化，待锚固力稳定后，通过三次注浆管向自由段与护套管之间的间隙采用常压注入三次注浆体，注满自由段与护套管之间的间隙为止，用封锚砼封闭锚头，定期采集数据，监测注浆预应力钢锚管应力变化。

本实用新型的有益效果是：

1、节省空间

传统钢锚管应力监测设备如应变片，尤其是应变计体积较大，需要占用较多的洞内空间，上述设备均为单点引出，无法串联，在进行多点监测时常因引线过致钢锚管下放困难。本实用新型采用的光纤光栅嵌入段直接嵌入到钢管外壁内，非嵌入段体积极小，基本可忽略不计，尤其是光纤光栅传感器可实现多点串联，故基本不会占用孔内空间。

2、存活率高

传统钢锚管应力监测设备均采用附着于钢管外壁实现对钢管的应力监测，在钢管下放过程中极易摩擦孔壁导致设备损坏，本实用新型采用嵌入到钢管内，下放过程中仍由钢管来承受摩擦力，不会损坏设备。另洞内地下环境莫测，亦可导致监测设备损坏，本实用新型嵌入段由特制胶水封闭，自由段的光纤铠装保护，基本能隔绝外部坏境对设备的影响。

3、提高了测量精度和设备使用寿命

由于光纤的外围密封有密封胶，减少了外部环境的影响，通过物理隔离的方式剔除了外界的信号影响，减少混凝土对设备的酸碱影响，既可以提高设备的使用寿命，又可提高应力监测的精度。

综述，本实用新型的一种光纤光栅智慧预应力钢锚管结构充分的发挥了光纤光栅的体积小、易于安装、测量精度高等优点，是一种新型的边坡加固监测技术。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是光纤光栅智慧预应力钢锚管结构的剖面结构示意图；

图2是注浆预应力钢锚管的锚固段的剖面结构示意图；

图3是注浆预应力钢锚管的自由段的剖面结构示意图；

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1-锚索，2-注浆预应力钢锚管，3-光栅应力传感器，4-光纤，5-二次注浆体，6-密封胶，7-一次注浆体，8-钻孔，9-铠装，10-锚固段，11-自由段，12-护套管，13-二次注浆孔，14-一次注浆管，15-围岩。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1-3所示，一种光纤光栅智慧预应力钢锚管结构，包括设置于钻孔中的注浆预应力钢锚管2、设置于注浆预应力钢锚管外壁上的光纤光栅应力监测装置，以及设置于钻孔外与注浆预应力钢锚管连接的外锚固端，所述的注浆预应力钢锚管上刻有通长的嵌槽，注浆预应力钢锚管包括锚固段10和自由段11，锚固段10的前端固定有锥形导向头，自由段11的外壁上设有护套管12；所述的光纤光栅应力监测装置包括光纤4和光栅应力传感器3，光栅应力传感器3串联于光纤4上，光纤光栅传感器嵌入注浆预应力钢锚管的嵌槽中且锚固段10的嵌槽顶部填充有密封胶，自由段11的光纤上包裹有铠装9。

外锚固端包括设置于钻孔外的混凝土梁、固定于混凝土梁外侧的楔形锚墩、固定于楔形锚墩上的支撑板、锁定螺母和封锚砼，注浆预应力钢锚管的末端依次穿过混凝土梁、楔形锚墩和支撑板并通过锁定螺母锁定于支撑板上，最后浇筑封锚砼形成外锚固端。

注浆预应力钢锚管2上开有若干二次注浆孔13，二次注浆孔13的外侧包裹有强力胶带，注浆预应力钢锚管2的上、下两侧各开有一道嵌槽。

本实用新型提供的一种光纤光栅智慧预应力钢锚管结构的施工方法，包括以下步骤：

第一步、光纤光栅应力监测装置的制作：将光栅应力传感器3串联至光纤4上，自由段11的光纤上包裹铠装9，将光纤光栅应力监测装置与光纤光栅调制器连接以初步采集光栅应力传感器3的数据，确认光纤光栅应力监测装置工作正常；

第二步、注浆预应力钢锚管2的加工：包括

车丝：自由段11的末端车丝，使得其与锁定螺母螺纹连接；

钻孔：锚固段10钻二次注浆孔13；

封孔：二次注浆孔13打入玻璃胶并在二次注浆孔13外包裹强力胶带；

刻槽：注浆预应力钢锚管2上、下各开一道通长的嵌槽；

嵌入：光纤光栅应力监测装置嵌入嵌槽中；

密封：锚固段10的嵌槽顶部挤入密封胶以对光纤光栅应力监测装置形成密封固定，自由段11的注浆预应力钢锚管2上箍上钢箍以对光纤光栅形成固定；

测试：注浆预应力钢锚管2的自由段11固定三次注浆管然后套上护套管12，管底封闭，将一次注浆管固定于护套管12和锚固段10的外壁上，第二次采集光纤光栅应力监测装置的数据，确认光纤光栅应力监测装置全部存活；

第三步、钻孔：钻孔的流程为定孔位→搭设钻机平台→复合孔位→钻机精确定位→钻孔→检验；

第四步、置管：将加工完成的注浆预应力钢锚管2伸入到钻孔内要求位置，再次采集光纤光栅传感器数据，确认光栅应力传感器3的存活数量；

第五步、一次注浆：通过一次注浆管14从钻孔底自下而上反向压入一次注浆体7，且持续到钻孔8口溢出净水泥浆，一次注浆结束后，如果发现孔口浆液回缩，在现场要及时补一次注浆体；

第六步、二次注浆：通过注浆预应力钢锚管2口向钢锚管内注入高压的二次注浆体5，将锚固段上的二次注浆孔13及一次注浆体7劈开，向四周扩散，充填裂隙发育、岩层软弱地层及土层中间隙，提高锚固力；

第七步、注浆预应力钢锚管2的张拉锁定：待一次注浆体7和二次注浆体5的强度达到设计要求，对注浆预应力钢锚管2进行张拉，张拉到设计锚固力，拧入锁定螺母锁定以将自由段11末端锁定于支撑板上，张拉过程中持续采集光纤光栅应力监测装置的数据；

第八步、封锚：持续监测注浆预应力钢锚管2应力变化，待锚固力稳定后，通过三次注浆管向自由段与护套管之间的间隙采用常压注入三次注浆体，注满自由段与护套管之间的间隙为止，用封锚砼封闭锚头，定期采集数据，监测注浆预应力钢锚管应力变化。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”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实用新型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。

以上公开的本实用新型优选实施例只是用于帮助阐述本实用新型。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该实用新型仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本实用新型的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本实用新型。本实用新型仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

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