阅读说明：本技术 加固装置、加固组件及加固装置的安装方法 (Reinforcing device, reinforcing assembly and mounting method of reinforcing device ) 是由 鲍燕妮 周海容 赵思奕 尹帧昌 吴义阳 彭铭 于 2020-12-04 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种加固装置、加固组件和加固装置的安装方法,其中,加固装置包括锚杆结构、框架梁结构、端盖和阻尼组件,框架梁结构设于锚杆结构一端,端盖套设于锚杆结构另一端,锚杆结构能够相对于端盖滑动；阻尼组件设于锚杆结构与端盖之间,用于增大锚杆结构相对于端盖滑动时的摩擦力；在防护状态下,框架梁结构铺设于膨胀土边坡的坡面,端盖固定于稳固体。本申请不仅能在滑坡前通过锚杆结构对膨胀土边坡进行加固,同时能在滑坡前期,释放小范围滑坡体滑动时的作用力,进而继续通过锚杆结构对膨胀土边坡进行加固,以增大加固装置能够加固坡体的变形量,提高加固装置的加固效果。(The invention relates to a reinforcing device, a reinforcing assembly and an installation method of the reinforcing device, wherein the reinforcing device comprises an anchor rod structure, a frame beam structure, an end cover and a damping assembly, the frame beam structure is arranged at one end of the anchor rod structure, the end cover is sleeved at the other end of the anchor rod structure, and the anchor rod structure can slide relative to the end cover; the damping assembly is arranged between the anchor rod structure and the end cover and used for increasing the friction force of the anchor rod structure when the anchor rod structure slides relative to the end cover; under the protection state, the frame beam structure is laid on the slope surface of the expansive soil slope, and the end cover is fixed on the stable solid. This application can not only be consolidated the native side slope of inflation through stock structure before the landslide, can release the effort when the small scale landslide body slides simultaneously in the landslide earlier stage, and then continue to consolidate the native side slope of inflation through stock structure to the increase reinforcing apparatus can consolidate the deflection of the slope body, improves reinforcing apparatus's reinforcement effect.)

加固装置、加固组件及加固装置的安装方法

技术领域

本发明涉及边坡防护技术领域，特别是涉及一种加固装置、加固组件及加固装置的安装方法。

背景技术

边坡滑坡灾害长期困扰着人类的安全生产活动，膨胀土作为一种具有胀缩性和吸水软化性的特殊土，同时内部广泛发育多种软弱结构面，因此，膨胀土地区是滑坡灾害的高发地。而我国大量公路工程穿越膨胀土地区，路堑开挖和路堤的填筑不可避免，边坡灾害所造成的不良后果影响巨大。

近年来，膨胀土公路边坡失稳的频发严重影响正常的施工运营，造成重大经济损失。在膨胀土滑坡当中，沿着土层内部已有的结构面发生滑移破坏是一种主要的膨胀土边坡破坏形式，在路堑开挖边坡和填方路堤边坡均可以发生，膨胀土边坡的破坏主要是由于内部软弱结构面的广泛发育，在施工荷载影响下软弱结构面形成应力集中带，易进一步滑移贯穿形成滑动面，导致边坡出现严重失稳。对于膨胀土而言，降雨入渗条件下，软弱结构面强度进一步降低，边坡将更容易发生沿软弱层滑塌。

然而，膨胀土边坡滑坡前，边坡基本上已经发生较大变形，而常规锚杆仅采用普通材料钢绞线，钢绞线的允许变形量较小，在滑坡发生之前即被拉断，失去加固效果。

发明内容

基于此，有必要针对上述问题，提供一种能够增大变形量，以保持加固效果的加固装置、加固组件和加固装置的安装方法。

一种加固装置，包括锚杆结构、框架梁结构、端盖和阻尼组件，所述框架梁结构设于所述锚杆结构一端，所述端盖套设于所述锚杆结构另一端，所述锚杆结构能够相对于所述端盖滑动；所述阻尼组件设于所述锚杆结构与所述端盖之间，用于增大所述锚杆结构相对于所述端盖滑动时的摩擦力；在防护状态下，所述框架梁结构铺设于膨胀土边坡的坡面，所述端盖固定于稳固体。

优选地，在其中一个实施例中，所述阻尼组件包括：

第一阻尼部件，所述第一阻尼部件固定于所述锚杆结构的端部；

第二阻尼部件，所述第二阻尼部件设于所述端盖内部，且所述第二阻尼部件抵紧所述第一阻尼部件。

优选地，在其中一个实施例中，所述加固装置还包括：

传感组件，所述传感组件设于所述锚杆结构上，用于测量所述锚杆结构的轴力，并将所述轴力转化为电信号输出。

优选地，在其中一个实施例中，所述加固装置还包括接收组件、处理组件和显示组件；其中，所述接收组件分别与所述传感组件及所述处理组件信号连接，且所述处理组件与所述显示组件信号连接；所述处理组件在通过所述接收组件接收所述电信号后，用于处理所述电信号以得到处理结果，并将所述处理结果发送至所述显示组件；所述显示组件用于接收并显示所述处理结果。

优选地，在其中一个实施例中，所述传感组件包括振弦式载荷传感器，所述振弦式载荷传感器套设于所述锚杆结构周面。

优选地，在其中一个实施例中，所述加固装置还包括锁止组件，所述锁止组件设于所述锚杆结构端部，所述框架梁结构活动套设于所述锚杆结构。

优选地，在其中一个实施例中，所述传感组件设于所述锁止组件与所述框架梁结构之间。

优选地，在其中一个实施例中，所述加固装置还包括：

伸缩套筒，所述伸缩套筒套设于所述锚杆结构，且所述伸缩套筒一端与所述框架梁结构固定连接，所述伸缩套筒另一端与所述端盖固定连接。

优选地，在其中一个实施例中，所述伸缩套筒与所述端盖一体化成型。

一种加固组件，包括上述任意一种所述的加固装置和稳固体，其中，所述框架梁结构设于所述稳固体的坡面的上方，并与所述稳固体共同形成用于容置所述膨胀土边坡的倒锥形空间。

一种加固装置的安装方法，用于安装上述任意一种所述的加固装置，包括：

在所述膨胀土边坡和所述稳固体中锚孔成安装孔；

预先安装所述端盖、所述阻尼组件及所述锚杆结构得到预装组件，并将所述预装组件安装至所述安装孔；

在所述安装孔与所述端盖之间注浆；

连接所述框架梁结构与所述锚杆结构。

上述加固装置包括锚杆结构和能抵抗一定位移的阻尼组件，当边坡沿着滑动面发生较大收敛变形时，锚杆结构的拉力将进一步增大，使阻尼组件发生滑移的拉力，阻尼组件滑移过程中，锚杆结构不发生拉断，并通过阻尼组件的移动来抵抗围岩的变形，进而提高边坡抗滑力和边坡整体稳定性。当边坡沿着潜在滑动面进一步滑移，阻尼组件变形过大，超出阻尼组件的变形范围，锚杆结构被拉断，失去加固监测效果。该装置不仅能在滑坡前通过锚杆结构对膨胀土边坡进行加固，同时能在滑坡前期，释放小范围滑坡体滑动时的作用力，进而继续通过锚杆结构对膨胀土边坡进行加固，以增大加固装置能够加固坡体的变形量，提高加固装置的加固效果。

上述加固组件包括加固装置和稳固体，通过加固装置和稳固体配合，实现了对膨胀土边坡在一定变形范围内的稳定支撑，优化了加固装置对膨胀土边坡和稳固体的加固效果，增大加固组件的应用范围。

上述加固装置的安装方法，操作步骤简单，操作难度较低，提高了加固装置的可操作性。

对于本申请的各种具体结构及其作用与效果，将在下面结合附图作出进一步详细的说明。

附图说明

图1为本申请其中一个实施例中加固组件在滑坡前的场景图；

图2为本申请其中一个实施例中加固组件在滑坡初期的场景图；

图3为本申请其中一个实施例中加固组件在滑坡中期的场景图；

图4为图4的局部放大图；

图5为本申请其中一个实施例中图1阶段加固装置的结构图；

图6为本申请其中一个实施例中图2阶段加固装置的结构图；

图7为本申请其中一个实施例中图3阶段加固装置的结构图。

其中，附图标记中，10-加固装置；100-锚杆结构；110-钢绞线；200-框架梁结构；300-端盖；400-阻尼组件；410-第一阻尼部件；420-第二阻尼部件；500-传感组件；600-伸缩套筒；700-锁止组件；20-膨胀土边坡；30-稳固体；40-滑动面40。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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元件必须具有特定的方位、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。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。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。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

在其中一个应用场景中，本申请中的加固装置10用于加固坡体，其中，坡体包括膨胀土边坡20和稳固体30。其中，稳固体30具有一个倾斜的坡面，膨胀土边坡20铺设于稳固体30的坡面上，并形成一个膨胀土边坡20的坡面，膨胀土边坡20与稳固体30之间沿着稳固体30的坡面形成潜在滑动面40。当膨胀土边坡20吸水膨胀后，会沿着潜在滑动面40相对于稳固体30滑动。具体的，稳固体30可以是稳定岩体。其中，膨胀土边坡是由膨胀土构成的坡体，膨胀土也即胀缩性土，是一种浸水后体积剧烈膨胀，失水后体积显著收缩的黏性土。膨胀土亲水性很强，吸水后强度显著下降，因此会对公路工程和边坡工程会造成严重危害。

在其中一个实施例中，参阅图1至7，一种加固装置10包括锚杆结构100、框架梁结构200、端盖300和阻尼组件400。具体的，锚杆结构100为穿过潜在滑动面40的钢绞线110。框架梁结构200设于锚杆结构100一端，端盖300套设于锚杆结构100另一端，锚杆结构100能够相对于端盖300滑动。阻尼组件400设于锚杆结构100与端盖300之间，用于增大锚杆结构100相对于端盖300滑动时的摩擦力。在防护状态下，框架梁结构200铺设于膨胀土边坡20的坡面，端盖300固定于稳固体30。

在使用的过程中，锚杆结构100通过框架梁结构200固定于膨胀土边坡20的坡面，另一端通过端盖300锚固在潜在滑动面40以内的稳定岩体中，以通过锚杆结构100直接在潜在滑动面40上产生抗滑阻力，增大抗滑摩擦阻力，使结构面处于压紧状态，以提高膨胀土边坡20和稳固体30的整体性，从而从根本上改善坡体的力学性能，有效地控制膨胀土边坡20的位移，促进坡体稳定，达到整治顺层、滑坡及危岩、危石的目的。

上述加固装置包括锚杆结构和能抵抗一定位移的阻尼组件，当边坡沿着滑动面发生较大收敛变形时，锚杆结构的拉力将进一步增大，使阻尼组件发生滑移的拉力，阻尼组件滑移过程中，锚杆结构不发生拉断，并通过阻尼组件的移动来抵抗围岩的变形，进而提高边坡抗滑力和边坡整体稳定性。当边坡沿着潜在滑动面进一步滑移，阻尼组件变形过大，超出阻尼组件的变形范围，锚杆结构被拉断，失去加固监测效果。该装置不仅能在滑坡前通过锚杆结构对膨胀土边坡进行加固，同时能在滑坡前期，释放小范围滑坡体滑动时的作用力，进而继续通过锚杆结构对膨胀土边坡进行加固，以增大加固装置能够加固坡体的变形量，提高加固装置能够的加固效果。

在其中一个实施例中，参阅图4至7，阻尼组件400包括第一阻尼部件410和第二阻尼部件420。其中，第一阻尼部件410固定于锚杆结构100的端部，第二阻尼部件420设于端盖300内部，第二阻尼部件420抵紧第一阻尼部件410。通过第一阻尼部件410和第二阻尼部件420相配合以提高锚杆结构100相对于端盖300移动时，两者之间的摩擦力。

在其中一个优选的实施例中，第一阻尼部件410包括第一锯齿部，第二阻尼部件420包括与第一锯齿部形状相反，且对向布置的第二锯齿部，通过第一锯齿部与第二锯齿部相配合，以便于第一阻尼部件410抵紧至第二阻尼部件420。

上述加固装置中，阻尼组件包括设于锚杆结构端部的第一阻尼部件和端盖内部的第二阻尼部件，防止锚杆结构相对于端盖滑动时的摩擦损耗，实现了阻尼组件的在锚杆结构与端盖之间的稳定连接，还降低了第一阻尼部件和第二阻尼部件的安装难度。

在其中一个具体的实施例中，第一阻尼部件410为阻尼体，第二阻尼部件420为阻尼器。优选的，阻尼体为摩擦式阻尼体。

具体的，当坡体失稳之前，膨胀土边坡20只发生较小位移时，锚杆结构100所受拉力小于使阻尼器发生滑移的拉力，阻尼器不发生移动，此时通过锚杆结构100的弹性变形来抵抗边坡膨胀土边坡20的变形。当坡体开始失稳时，膨胀土边坡20位移增大，膨胀土边坡20变形使锚杆结构100所受拉力大于使阻尼体发生滑移的拉力，阻尼体沿端盖内壁的阻尼器发生滑移，此时通过阻尼体的移动来抵抗膨胀土边坡20的变形，且在阻尼体发生位移之后，膨胀土边坡20的变形能得以释放，进而再度处于稳定状态。当坡体彻底失稳时，边坡位移进一步增大，阻尼体沿端盖内壁的阻尼器继续发生滑移，锚杆结构100通过阻尼体的移动产生的摩擦力不能抵抗膨胀土边坡20的下滑力时，阻尼体被从阻尼器中拉出，锚杆结构100失去加固效果。此时，锚杆结构的总变形为锚杆结构100的拉伸长度加上阻尼体滑移长度，也即锚杆结构100的总变形远大于普通锚杆的总变形，提高了抵抗膨胀土边坡20变形的效果。

在其中一个实施例中，参阅图4至7，加固装置10还包括传感组件500。其中，传感组件500设于锚杆结构100上，用于测量锚杆结构100的轴力，并将轴力转化为电信号输出，其中轴力用于表征锚杆结构100的变形与位移。由于膨胀土边坡20下滑力大于稳固体30抗滑力是坡体发生滑坡的充分必要条件，因此，在膨胀土边坡20中设置传感组件500，以检测锚杆结构100的形变量和位移，判断锚杆结构100的状态，进而判断坡体滑动状态。当膨胀土边坡潜在滑动面40受雨水入渗影响膨胀土软弱层的力学参数下降时，或坡顶荷载增加时，边坡剩余下滑力增加，锚杆结构100轴力上升，传感组件测量并显示，实现对边坡下滑力的实时监测。

上述加固装置通过设置传感组件，能够实时监测锚杆结构的轴力，进而根据轴力得到锚杆结构的形变与位移，以监控坡体的形变程度，实现了膨胀土滑坡灾害加固监测一体化系统，相比于传统的膨胀土边坡工程监测方法多建立在现象观测和经验方法上，能够实现下滑力与抗滑力之间的关系进行直接监测。同时能在滑坡体小范围滑动时仍然能够持续地监测锚杆内力的变化，对下滑力的变化趋势和滑坡发展阶段进行划分和预警，现了加固监测一体化功能。

在其中一个实施例中，加固装置10还包括接收组件(未图示)、处理组件(未图示)和显示组件(未图示)。其中，接收组件分别与传感组件500及处理组件信号连接，且处理组件与显示组件信号连接。处理组件在通过接收组件接收电信号后，用于处理电信号以得到处理结果，并将处理结果发送至显示组件；显示组件用于接收并显示处理结果。具体的，显示组件可以是显示器，还可以是读数装置。

上述加固装置通过设置接收组件、处理组件和显示组件，通过接收组件接收传感组件发出的电信号，进而通过处理组件处理该电信号并发送至显示组件显示，实现了对电信号的有效处理及可视化展示，进而将锚杆结构上的轴力清晰的展示出来，优化了加固装置的监测结果。

具体的，加固装置通过将锚杆结构100穿过膨胀土边坡20潜在滑动面40，在滑动面40发生滑动趋势时产生变形，且锚杆结构100轴向拉力随之增加。

进一步的，根据传感组件500测量的锚杆结构100的轴力，生成锚杆结构100的应力应变曲线，根据此曲线可制定膨胀土边坡20监测预警方案。具体的，在边坡失稳过程中，锚杆结构100的应力应变曲线存在理想弹塑性变形阶段。在锚杆结构100的弹性阶段，拟定在锚杆结构100极限拉力的60％之前为安全阶段。在锚杆结构100应力超过该值后，需要加强位移观测，探明边坡表面和深部变形是否会继续发展；当锚杆结构100应力超过极限抗拉强度的80％时应进行预警，在锚杆结构100应力达到极限抗拉强度并发生大变形阶段应及时采取加固措施，保证边坡的安全性。

在其中一个实施例中，传感组件500包括振弦式载荷传感器。振弦式载荷传感器套设于锚杆结构100周面。

上述加固装置将传感组件设置为振弦式载荷传感器，也即以拉紧的金属弦作为敏感元件的谐振式传感器。当弦的长度确定之后，其固有振动频率的变化量即可表征弦所受拉力的大小,通过相应的测量电路,就可得到与拉力成一定关系的电信号，提高了传感组件的精度、灵敏度和稳定性，同时降低了传感组件的安装难度。

在其中一个实施例中，参阅图4至7，加固装置10还包括锁止组件700，锁止组件700设于锚杆结构100端部，框架梁结构200活动套设于锚杆结构100。上述加固装置，锁止组件设于锚杆结构端部，框架梁结构设于锁止组件与端盖之间，通过锁止组件防止框架梁结构从锚杆结构滑脱，保证整体结构的稳定性。

在其中一个实施例中，传感组件500设于锁止组件700与框架梁结构200之间。具体的，传感组件500套设于锚杆结构100，并位于锁止组件700与框架梁结构200之间。上述加固装置，安装在锚杆结构上的传感组件实现对锚杆轴力变化规律的测量读取，从而得到下滑力的变化趋势，实现了对膨胀土边坡的加固监测一体化，上述加固装置传感组件的安装步骤简单，安装难度较低。

在其中一个实施例中，参阅图4至7，加固装置10还包括伸缩套筒600，伸缩套筒600套设于锚杆结构100，且伸缩套筒600一端与框架梁结构200固定连接，伸缩套筒600另一端与端盖300固定连接。

上述加固装置通过在锚杆结构周向设置伸缩套筒，满足了对锚杆结构轴向变形的需求，保证锚杆结构变形过程中周围的工作环境，提高整体稳定性，优化了加固装置的整体结构。

在其中一个实施例中，伸缩套筒600与端盖300一体化成型。

上述加固装置，通过将伸缩套筒与端盖一体化成型，减少了加固装置的部件数量，简化了加固装置的安装步骤，提高了加固装置的安装效率，同时提高了加固装置的安装效率。

在其中一个实施例中，参阅图1至3，一种加固组件包括上述任意一种的加固装置10稳固体30，框架梁结构200设于稳固体30的坡面上方，且框架梁结构200与稳固体30共同形成用于容置膨胀土边坡20的形空间。为了保证支撑的情况下，减少膨胀土的体积，优选的，框架梁结构200与稳固体30之间的空间为倒锥形空间，可以理解的是，倒锥形空间是指沿着渗水方向的截面为倒锥形的空间结构。其中，膨胀土边坡20铺设于稳固体30的坡面，框架梁结构200铺设于膨胀土边坡20坡面。上述加固组件包括加固装置和稳固体，通过加固装置和稳固体配合，实现了对膨胀土边坡在一定变形范围内的稳定支撑，优化了加固装置对膨胀土边坡和稳固体的加固效果，增大加固组件的应用范围。

在其中一个实施例中，上述加固装置的安装方法，包括：

步骤1：在膨胀土边坡20和稳固体30中锚孔成安装孔；

步骤2：预先安装端盖300、阻尼组件400及锚杆结构100得到预装组件，并将预装组件安装至安装孔；

步骤3：在安装孔内对端盖300外部进行注浆加固。

步骤4：将框架梁结构200与穿过膨胀土边坡20的锚杆结构100连接。

上述加固装置的安装方法，操作步骤简单，操作难度较低，提高了加固装置的可操作性。

在其中一个优选的实施例中，上述加固装置的安装方法还包括步骤5：对锚杆结构100施加预应力，优选的，施加的预应力为阻尼器最大阻力值的60％-70％。

上述加固装置的安装方法，对锚杆结构施加预应力以张紧锚杆结构，且张紧的锚杆结构对结构面的压力可有效抵抗膨胀土边坡沿着结构面的位移，有效减少边坡失稳破坏的可能性。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。