一种可回收型气囊触发式土钉结构
阅读说明：本技术 一种可回收型气囊触发式土钉结构 (Recoverable air bag trigger type soil nail structure ) 是由 曹海莹 李朝阳 于 2021-08-04 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种可回收型气囊触发式土钉结构,包括土钉主体、气囊触发系统、链接系统和扩大端系统；所述土钉主体包括圆管和圆柱体；所述圆柱体设置在圆管内的下部区域,所述圆管与圆柱体为一固定整体；所述扩大端系统对称设置在圆柱体底部的两侧,所述扩大端系统的顶部和圆柱体的底部之间通过链接系统铰接；所述气囊触发系统上部位于圆柱体和圆管内,下部位于对称设置的两扩大端系统之间。本发明采用活瓣式土钉扩大端,利用气囊膨胀在土钉端部形成扩大端,较传统土钉相比无需注浆,打破了现有土钉全场范围内都是摩擦型形式,增强了土钉的受力和边坡的稳定性,使用后,可使得端部失去阻力,实现可回收,结构简单,土质适应性强,操作难度低。(The invention relates to a recyclable air bag triggering type soil nail structure which comprises a soil nail main body, an air bag triggering system, a linking system and an expanding end system, wherein the air bag triggering system is connected with the linking system; the soil nail main body comprises a circular tube and a cylinder; the cylinder is arranged in the lower area in the circular tube, and the circular tube and the cylinder are a fixed whole; the expansion end systems are symmetrically arranged on two sides of the bottom of the cylinder, and the top of each expansion end system is hinged with the bottom of the cylinder through a linking system; the upper part of the air bag triggering system is positioned in the cylinder and the round pipe, and the lower part of the air bag triggering system is positioned between the two symmetrically arranged expanding end systems. The invention adopts the valve type soil nail expanded end, and utilizes the expansion of the air bag to form the expanded end at the end part of the soil nail, compared with the traditional soil nail, the invention does not need grouting, breaks through the friction type form of the existing soil nail in the whole field, enhances the stress of the soil nail and the stability of the side slope, can make the end part lose resistance after being used, realizes the recovery, has simple structure, strong soil quality adaptability and low operation difficulty.)
技术领域
本发明涉及土木工程基坑和边坡支护加固技术领域，尤其涉及一种可回收型气囊触发式土钉结构。
背景技术
土钉支护加固技术是对边坡或者基坑等易失稳的土体进行原位加固的技术，由于一般土体的抗剪强度很低，抗拉强度几乎可以忽略。传统土钉加固方式简单来说就是一根杆件插入土体，来提高土体的整体稳定性和自身强度，但是传统的加固方式的摩阻力很小且不可回收，对土体自身强度的增强有很大局限。当土钉的植入方法为钻孔灌浆法的时候需要先用钻机在土体上钻孔，放入钢筋再在全长范围内灌入混凝土，钻孔灌浆法施工周期长，无法回收利用土钉主体以及注浆结石体，对周围空间的开发利用造成无法挽回的影响，在临时支护结构中性价比极低，导致工程造价高。传统土钉直接击入时通常为钢管或角钢的击入，但是此种方法的抗拔力仅仅靠土钉与土体的摩擦力还是会偏小，当土质不好时安全性更会大大降低。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提供一种可回收型气囊触发式土钉结构，该土钉结构施工方便、土质适应性强，并可有效提升对土体的加固效果。
本发明采用的技术方案如下：
本发明所提出的一种可回收型气囊触发式土钉结构，包括土钉主体、气囊触发系统、链接系统和扩大端系统；所述土钉主体包括圆管和圆柱体；所述圆柱体设置在圆管内的下部区域，所述圆管与圆柱体为一固定整体；所述扩大端系统对称设置在圆柱体底部的两侧，所述扩大端系统的顶部和圆柱体的底部之间通过链接系统铰接；所述气囊触发系统上部位于圆柱体和圆管内，下部位于对称设置的两扩大端系统之间，用于充气膨胀触发扩大端系统。
进一步的，所述气囊触发系统包括通气孔、气囊和通气管；所述通气孔设置在圆柱体的轴心处，所述通气管设置在圆管轴心处；所述通气管一端与通气孔连通，另一端延伸至圆管外部；所述气囊设置在两扩大端系统之间，且其开口端与通气孔连通。
进一步的，所述气囊为球形或柱形或葫芦串状，且所述气囊由高强度橡胶材料制成；所述气囊膨胀后，其径向尺寸越往钻孔内部越大。
进一步的，所述通气管由橡胶材料软管或无缝金属硬管制成；且所述通气管延伸至圆管外部的长度为150-500mm。
进一步的，所述链接系统包括铰座、铰轴和插销；所述圆柱体底面固定连接四个铰座，所述铰座中心开有圆形铰孔，所述扩大端系统顶部均设置与铰座中心圆形铰孔相同直径的铰孔，两扩大端系统顶部分别通过铰轴插入铰孔与铰座铰接；所述铰轴一端预留小孔供插销插入，另一端部分长度的直径大于铰孔的直径，当所述铰轴通过插销固定时防止铰轴两端从铰孔中脱落。
进一步的，所述扩大端系统包括活瓣、滑槽、滑盖、弹簧、销钉和销钉冒；所述活瓣顶部均设置与铰座中心铰孔相同直径的铰孔，所述活瓣通过铰轴插入铰孔与铰座铰接，所述活瓣的顶部和底部外侧均固定连接滑槽，且所述活瓣的外侧表面均匀设置有若干销钉冒，每个所述销钉冒上均外伸销钉；所述滑盖上下两端分别卡接于顶部和底部的滑槽内；所述弹簧分别套在各销钉上，且预压缩设置于滑盖与活瓣之间。
进一步的，所述滑盖上预留有与销钉对应的销钉孔，供气囊触发系统充气膨胀推动活瓣时使销钉穿过。
进一步的，所述活瓣上端铰孔至顶部滑槽之间的部分向外弯折一定角度，且该部分厚度为上宽下窄式渐变，用于增加气囊触发系统的膨胀空间以及活瓣的链接与旋转。
进一步的，所述滑盖由上下两个对称部件通过滑盖连接板拼接而成，拼接方式为利用至少两组螺栓、螺母的可拆卸式螺栓连接，拼接好的整体滑盖两端置于滑槽内不脱落并可沿滑槽滑动。
进一步的，所述销钉的形状为锥状或圆柱状或单刀片状或十字刀片状。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
1、打破了原有土钉为全场范围内都是摩擦型形式，改进为端部可提供阻力的类摩擦型土钉结构，增强了土钉的受力大小，加大了边坡的稳定性；
2、在利用完土钉时，可依靠精妙的结构，使得端部失去阻力，土钉顺利被拔出，实现可回收的目的；
3、较传统土钉相比，土质适应性更强，不需要注浆，且所需材料易获得，显著降低工程成本，对环境友好，整体结构简单，操作难度较低。
附图说明
图1是本发明所提出的一种可回收型气囊触发式土钉结构的整体剖面结构示意图；
图2是图1中气囊触发后的剖面结构示意图；
图3是图1中链接系统的立体结构示意图；
图4是图1中气囊和滑槽的立体结构示意图；
图5是图1中扩大端系统的立体结构示意图；
图6是图5中滑盖的拼接结构示意图；
图7是不同销钉的剖面、截面结构示意图。
其中，附图标记：1-土钉主体；2-气囊触发系统；3-链接系统；4-扩大端系统；5-圆管；6-土体；7-通气孔；8-铰座；9-铰轴；10-插销；11-圆柱体；12-活瓣；13-气囊；14-滑槽；15-滑盖；16-弹簧；17-销钉；18-销钉冒；19-销钉孔；20-滑盖连接板；21-螺栓；22-螺母；23-通气管。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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。
需要说明的是，在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“顶部”、“底部”、“一侧”、“另一侧”、“左”、“右”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。
参见附图1至7所示，给出了本发明所提出的一种可回收型气囊触发式土钉结构一个实施例的具体结构。所述土钉结构包括土钉主体1、气囊触发系统2、链接系统3和扩大端系统4。
其中，所述土钉主体1包括圆管5和圆柱体11；所述圆柱体11设置在圆管5内的下部区域，本实施例中，所述圆管5的长度为3-18cm，所述圆柱体11的长度为100-250mm；所述圆管5与圆柱体11为一固定整体，且整体材料为金属或者PVC材料，直径在70mm到280mm之间；所述扩大端系统4对称设置在圆柱体11底部的两侧，所述扩大端系统4的顶部和圆柱体11的底部之间通过链接系统3铰接；所述气囊触发系统2上部位于圆柱体11和圆管5内，下部位于对称设置的两扩大端系统4之间，用于充气膨胀触发扩大端系统4。
所述气囊触发系统2包括通气孔7、气囊13和通气管23；所述通气孔7设置在圆柱体11的轴心处，所述通气管23设置在圆管5的轴心处；所述通气管23一端与通气孔7连通，另一端延伸至圆管5外部；所述气囊13设置在两扩大端系统4之间，且其开口端与通气孔7连通；所述气囊13为球形或柱形或葫芦串状，绑扎于通气管23上以便充气使气囊13膨胀；本实施例中，所述气囊13为葫芦串状，且所述气囊13由高强度橡胶材料制成；且所述通气孔7与通气管23的直径为10mm到20mm，高压充气气体为不限于能使气囊13膨胀的空气、氮气、氧气或者各种稀有气体；所述气囊13膨胀后，其径向尺寸越往钻孔内部越大；所述通气管23由橡胶材料软管或无缝金属硬管制成，且所述通气管23延伸至圆管5外部的长度为150-500mm，以便充气和后续锚固。
所述链接系统3包括铰座8、铰轴9和插销10；所述圆柱体11底面两两对称的固定连接四个铰座8，所述铰座8中心开有圆形铰孔，所述扩大端系统4顶部均设置与铰座8中心圆形铰孔相同直径的铰孔，两扩大端系统4顶部分别通过铰轴9插入铰孔与铰座8铰接；所述铰轴9一端预留小孔供插销10插入，另一端部分长度的直径大于铰孔的直径，当所述铰轴9通过插销10固定时，可防止铰轴9两端从铰孔中脱落；所述插销10也可由铁丝或钢丝绑扎替代，所述铰座8和铰轴9均为金属材质。
所述扩大端系统4包括活瓣12、滑槽14、滑盖15、弹簧16、销钉17和销钉冒18；所述活瓣12对称设置在圆柱体11底部两侧，且所述活瓣12顶部均设置与铰座8中心铰孔相同直径的铰孔，所述活瓣12分别通过铰轴9插入铰孔与铰座8铰接；所述活瓣12的顶部和底部的外侧均固定连接滑槽14，且所述活瓣12的外侧表面均匀固定有若干销钉冒18，每个所述销钉冒18上均外伸焊接有销钉17，所述销钉17的形状为锥状或圆柱状或单刀片状或十字刀片状，所述销钉17的长度为20-140mm，且同一个活瓣上的销钉长度可不相同；所述滑盖15由上下两个对称部件通过滑盖连接板20拼接而成，拼接方式为利用至少两组螺栓21、螺母22的可拆卸式螺栓连接，拼接好的整体滑盖15上下两端分别卡接于顶部和底部的滑槽14内不脱落并可沿滑槽14横向滑动；所述活瓣12的长度至少为1500mm，厚度为10-20mm，所述活瓣12、滑槽14和滑盖15的宽度为50-250mm，每个所述活瓣12上顶部和底部的两个滑槽14的间距在400mm以上，所述滑槽14的厚度至少为5mm，所述滑盖15的厚度为5-10mm；所述滑盖15上预留有与各个销钉17对应的销钉孔19，供气囊13充气膨胀推动活瓣12时使销钉17穿过；所述弹簧16分别对应套在各销钉17上，且轻微预压缩设置于滑盖15内侧与活瓣12外侧之间；整个扩大端系统4的部件均为金属材质。
所述活瓣12上端铰孔至顶部滑槽14之间的部分向外弯折一定角度，且该部分厚度为上宽下窄式渐变，用于增加气囊13的膨胀空间以及活瓣12的链接与旋转。
本发明在使用时先将弹簧16分别套入在活瓣12外侧的销钉17上，再将滑盖15上下两端分别卡入顶部和底部的滑槽14内，用螺栓21、螺母22和滑盖连接板20将其连接成为一个整体，使预留的销钉孔19恰好能和销钉17位置对应，便于工作时销钉17的穿出，此时形成一个扩大头结构；所述圆柱体11为固定在圆管5内端的结构，所述气囊13用铁丝或钢丝等绑扎连接通气管23，所述通气管23从圆柱体11中心的通气孔7穿过伸出到圆管5外部，形成气囊触发结构；最后将扩大头整体利用铰轴9和插销10连接在圆柱体11底面的铰座8上形成整体土钉结构；组装完毕后用钻机在土体6上钻孔，将本发明送入土体内部，利用通气管23作为充气管路进行高压气体充气，气体通过通气管23经通气孔7进入气囊13，气囊13充气膨胀触发时，推动活瓣12绕铰轴9转动，带动滑槽14、销钉17、弹簧16和滑盖15挤向土体6，当触碰到土体6的滑盖15受到土体6的反作用力时，此时滑盖15沿着滑槽14向其内边缘滑动，滑盖15开始压缩弹簧16，弹簧16储存压缩力，所述销钉17伸出滑盖15上预留的销钉孔19进入土体，产生咬合效果；当滑盖15滑动到滑槽14最内边缘时，继续充气活瓣12会推动滑盖15挤压土体产生扩大端效果，增加锚固力；所述圆管5外端在充气完毕后可以设置气阀封闭处理并可以与钢筋网等连接；在土钉锚固结束之后，可对气囊13进行放气，此时弹簧16储存的压缩力释放，将销钉17拔出土体，将滑盖15推回滑槽14外边缘，两侧活瓣12自动绕铰轴9转回到自然位置，在外力作用下将扩大头整体连同圆管5一起回收。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。