本发明涉及一种危岩体预应力栓锚加固结构，本发明还涉及一种实现危岩体预应力栓锚加固结构的方法，属于危岩体防治工程锚固技术领域。
背景技术：
危岩体的定义是指位于陡崖或陡坡上被岩体结构面切割且稳定性较差的岩石块体，它是一种全球性泛生型山地地质灾害，具有广泛性、隐蔽性、突发性、致灾具有毁灭性等特征。现利用断裂力学观点阐释危岩体崩塌失稳机制，由节理裂隙切割而形成的危岩体是在重力和外营力长期作用下，节理裂隙、层面等结构面尖端裂纹不断断裂扩展，最终导致危岩体失稳崩塌，其中对于诸多的节理裂隙、层面等控制危岩失稳的结构面总结成为主控结构面，该结构面的危岩体稳定性系数最小。
目前，危岩体防治工程中应用最为广泛的方法是预应力锚索锚固技术，预应力锚索更够发挥高强度锚固作用，具有较为显著的阻裂增韧效果，有效阻碍危岩主控结构面裂纹扩展，强化了危岩稳定性。然而目前危岩体预应力锚索锚固技术采取外部穿透危岩体预应力锚固方式，即从危岩体外表面将机械钻孔穿透危岩体伸入到稳定母岩内，然后通过在钻孔中安装预应力锚固体使危岩体块体与母岩紧紧拉结一体。可以看出这种技术具有的不足：其一，在危岩体防治工程中面临陡崖或陡坡施做预应力锚固的适应性问题，带来了较大的经济技术困难；其二，预应力锚固施工对危岩体的扰动问题，带来了较高的施工安全风险。因此，需要设计一种新型的危岩体预应力锚固技术，以改善危岩体预应力锚固防治技术水平。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明的目的之一是提供一种危岩体预应力栓锚加固结构，具有结构简单、治理费用低、技术难度低、实施安全风险较小、强力锚固能力、治理效果显著、可实时监测预警等优点，适用于危岩体上方地形坡度较缓地带，本发明的目的之二是提供一种实现危岩体预应力栓锚加固结构的方法。
本发明的目的之一是通过以下技术方案实现的：
一种危岩体预应力栓锚加固结构，包括主刚性杆体和副刚性杆体，所述主刚性杆体和副刚性杆体分别由水泥砂浆同轴浇筑在母岩和危岩体上的钻孔中，所述主刚性杆体为一根、副刚性杆体为两根或两根以上，主刚性杆体和副刚性杆体上端分别外露于地面，各副刚性杆体与主刚性杆体上端间均由预应力锚索相连接。
进一步，所述主刚性杆体和副刚性杆体的地面以下部分为钢管，且其表面均匀间隔设有若干花眼通孔。
进一步，所述主刚性杆体和副刚性杆体的地面以上部分分别由实心的圆钢和实心的底座同轴连接而成，所述底座为圆锥台型，所述底座底面紧贴地面，所述钢管顶端同轴连接在底座底面上，所述底座上设有与钢管内孔相连通的注浆孔。
进一步，所述主刚性杆体和副刚性杆体的圆钢径向上分别设有穿透孔，所述预应力锚索包括墩头夹具、墩头锚具和钢绞线，所述钢绞线的一端穿过副刚性杆体上的穿透孔并由墩头夹具栓接固定，所述钢绞线的另一端穿过主刚性杆体上的穿透孔并由墩头锚具栓接固定，所述钢绞线为施加了预应力的钢绞线。
进一步，所述钢绞线上套设有保护管。
更进一步，所述墩头锚具与主刚性杆体间的钢绞线上套有应力传感器，母岩上方的地面上靠近钻孔孔口位置设有与应力传感器电连接的数据传输仪，所述数据传输仪通过传输网络与监测信息管理中心主机相连。
再进一步，所述主刚性杆体的圆钢上设有激光位移传感器，所述激光位移传感器对准副刚性杆体上固定的反光片，所述激光位移传感器与数据传输仪电连接。
本发明的目的之二是通过以下技术方案实现的：
一种实现危岩体预应力栓锚加固结构的方法，包括如下步骤：
a钻孔：先利用钻孔机械分别在母岩和危岩体上钻孔，母岩上钻孔一个，危岩体上钻孔为两个或两个以上，然后对钻孔孔内进行清扫；
b安装主刚性杆体和副刚性杆体：首先，分别在母岩和危岩体的钻孔内同轴放置主刚性杆体和副刚性杆体，主刚性杆体和副刚性杆体上端分别从地面伸出，然后，向各钻孔内浇注水泥砂浆直至浇筑到钻孔孔口位置；
c安装预应力锚索：待水泥砂浆凝固后，采用预应力锚索将各副刚性杆体与主刚性杆体上端连接起来。
进一步，在步骤b中，所述主刚性杆体和副刚性杆体的地面以下部分为钢管，且其表面均匀间隔设有若干花眼通孔，水泥砂浆从花眼通孔穿过浇筑满整个钢管内孔及钻孔。
进一步，所述主刚性杆体和副刚性杆体的地面以上部分分别由实心的圆钢和实心的底座同轴连接而成，所述底座为圆锥台型，所述底座底面紧贴地面，所述钢管顶端同轴连接在底座底面上，所述底座上设有与钢管内孔相连通的注浆孔，一注浆导管从注浆孔伸入钢管内孔底部，通过注浆管向钢管内浇注水泥砂浆，水泥砂浆从花眼通孔穿过并浇筑满整个钻孔及钢管内孔。
进一步，在步骤b中，一注浆导管从注浆孔伸入钢管内孔底部，通过注浆导管向钢管内浇注水泥砂浆，水泥砂浆从花眼通孔穿过并浇筑满整个钻孔及钢管内孔。
进一步，在步骤c中：通过锚拉千斤顶向钢绞线施加预应力。
本发明的有益效果是：
本发明的一种危岩体预应力栓锚加固结构，通过在母岩和危岩体上分别设置主刚性杆体和多根副刚性杆体，用预应力锚索将各副刚性杆体上端与主刚性杆体上端连接起来，构成多对一分布方式，使得危岩体受到多点位、多方向强大的锚固作用，因此本发明的结构能够产生强大的锚固效果，本发明结构简单、治理费用较低，从上往下钻孔施工难度低、安全可靠，本发明还可对钢绞线上的应力进行监测及对副刚性杆体位移进行监测，因此还能对栓锚加固效果及主控结构面拉力变形情况进行连续实时监测预报预警，本发明的一种实现危岩体预应力栓锚加固结构的方法，实施容易。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书和权利要求书来实现和获得。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：
图1是本发明一种危岩体预应力栓锚加固结构的结构示意图。
图2是本发明一种危岩体预应力栓锚加固结构剖面图。
图3为图1中主刚性杆体或副刚性杆体结构图。
图4为图1中预应力锚索在主刚性杆体上的连接状态示意图。
图5为图1中钻孔在母岩和危岩体上的布置示意图。
图6为图1中由水泥砂浆浇筑的主刚性杆体和副刚性杆体结构示意图。
图7为图1中应力感应器与预应力锚索连接示意图。
图8为本发明中向钢绞线施加预应力的示意图。
图9是本发明中对钢绞线上的应力进行监测及对副刚性杆体位移进行监测示意图。
具体实施方式
以下将参照附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。
如图1-9所示，一种危岩体预应力栓锚加固结构，适用于危岩体上方地形坡度较缓地带，包括主刚性杆体和副刚性杆体，主刚性杆体和副刚性杆体分别由水泥砂浆4同轴浇筑在母岩15和危岩体13上的钻孔5中，主刚性杆体的尺寸大于副刚性杆体的尺寸，对应的母岩15上的钻孔的尺寸大于危岩体13上的钻孔的尺寸，这样的结构更稳固，栓锚加固效果更好，副刚性杆体的尺寸及危岩体上的钻孔尺寸相对传统的预应力锚索锚固中锚杆及钻孔的尺寸小很多，因此，所需的治理费用更低、技术难度更低，对危岩体的扰动更小，钻孔并非是传统的穿透危岩体并伸入稳定母岩内钻孔，而是单独在危岩体或母岩的表面上钻孔，因此在危岩体上施工更安全，优选的母岩上的钻孔和危岩体上的钻孔中心线相互平行，主刚性杆体为一根、副刚性杆体为两根或两根以上，主刚性杆体和副刚性杆体上端分别外露于地面，各副刚性杆体与主刚性杆体上端间均由预应力锚索相连接，预应力锚索为水平状态，这样的结构构成多对一分布方式，使得危岩体15受到多点位、多方向强大的锚固作用。
本发明的加固结构一方面约束危岩体向陡崖或陡坡临空面方向变形，另一方面改变危岩体与母岩的应力状态，使危岩体与母岩间的主控结构面处于受压状态，减少了拉应力，使危岩体裂隙扩展得到限制。
主刚性杆体和副刚性杆体的地面以下部分为钢管3，且其表面均匀间隔设有若干花眼通孔301，钢管3的壁较厚，水泥砂浆4从花眼通孔301穿过并浇筑满整个钢管3内孔及钻孔5，使得主刚性杆体与母岩15连接得更牢固，副刚性杆体与危岩体13连接得更牢固。
主刚性杆体和副刚性杆体的地面以上部分分别由实心的圆钢1和实心的底座2同轴连接而成，底座2为圆锥台型，底座2底面紧贴地面，钢管3顶端同轴连接在底座2底面上，底座2上设有与钢管3内孔相连通的注浆孔102，一注浆导管从注浆孔伸入钢管3内孔底部，通过注浆导管向钢管3内浇注水泥砂浆4，水泥砂浆4从花眼通孔301穿过并浇筑满整个钻孔5及钢管3内孔，底座的材质也为钢，圆钢1、底座2和钢管3一体成型，底座2具有传递并分散力的作用，由于底座底面大，受力接触面大，可避免出现钻孔孔口应力集中而压裂孔口处岩体。
主刚性杆体和副刚性杆体的圆钢1径向上分别设有穿透孔101，预应力锚索包括墩头夹具8、墩头锚具9和钢绞线6，钢绞线6的一端穿过副刚性杆体上的穿透孔101并由墩头夹具8栓接固定，钢绞线6的另一端穿过主刚性杆体上的穿透孔101并由墩头锚具9栓接固定，钢绞线6为施加了预应力的钢绞线，钢绞线6、墩头夹具8、墩头锚具9构成在外形上呈杠铃形态，具有强锚固力、能够约束变形，通过对钢绞线6施加预应力，发挥预应力锚索高强度锚固作用，并限制主控结构面张拉裂隙继续扩展。
钢绞线6上套设有保护管7，保护管7具有防锈蚀的作用。
钢绞线6采用市场上高强度低松驰钢绞线，钢绞线6由若干束钢绞线单元组成，一束钢绞线单元由若干高强度钢丝加工拧成，钢绞线6使用的类别、规格、强度、束数、长度等根据实际情况确定，保护管7采用市场上复合材质制成的塑料管，利用其套入包裹钢绞线6。
墩头锚具9与主刚性杆体间的钢绞线6上套有应力传感器10，母岩15上方的地面上靠近钻孔5孔口位置设有与应力传感器10电连接的数据传输仪12，数据传输仪12通过传输网络与监测信息管理中心主机相连，应力传感器10采集钢绞线6上的应力数据,根据对该数据可分析得出栓锚加固效果，以便作出预警。
主刚性杆体的圆钢1上设有激光位移传感器11，激光位移传感器11对准副刚性杆体上固定的反光片，激光位移传感器11与数据传输仪12电连接，激光位移传感器采集副刚性杆体的位移数据，根据对该数据分析可得出主控结构面14拉裂变形情况，进而得出危岩体变形量以及变形速率，以便作出预警。
本发明使得危岩体紧紧的被约束在稳定的母岩上，提高了危岩体的稳定性和有效限制危岩体的变形，再配合应力传感器、激光位移传感器、数据传输仪构成的实时监测系统，实现了一种可实时监测的危岩体预应力栓锚加固结构。
一种实现危岩体预应力栓锚加固结构的方法，包括如下步骤：
a钻孔：先利用钻孔机械分别在母岩15和危岩体13上钻孔5，母岩15上钻孔一个，危岩体13上钻孔为两个或两个以上，然后对钻孔5孔内进行清扫；
b安装主刚性杆体和副刚性杆体：首先，分别在母岩15和危岩体13的钻孔5内同轴放置主刚性杆体和副刚性杆体，主刚性杆体和副刚性杆体上端分别从地面伸出，然后，向各钻孔5内浇注水泥砂浆4直至浇筑到钻孔5孔口位置，水泥砂浆4与钢管3形成一个钢砼结构体，并牢固粘结在危岩体13或母岩15的钻孔孔壁上；
c安装预应力锚索：待水泥砂浆凝固后，采用预应力锚索将各副刚性杆体与主刚性杆体上端连接起来，预应力锚索上有使其产生收缩趋势的应力，会使得危岩体13与稳定母岩15受到相向的锚力，从而约束危岩体13向陡崖或陡坡临空面方向变形，并限制危岩体13的主控结构面14张拉裂隙继续扩展，发挥预应力锚索很好约束变形和高强度锚固作用，以此改善危岩体13的稳定状况，向钢绞线6施加预应力的方式是用泵17和千斤顶16实现，千斤顶16与泵17相连，千斤顶16伸缩端与钢绞线6相连。
在步骤b中，主刚性杆体和副刚性杆体的地面以下部分为钢管3，且其表面均匀间隔设有若干花眼通孔301，水泥砂浆4从花眼通孔301穿过并浇筑满整个钢管3内孔及钻孔5。
主刚性杆体和副刚性杆体的地面以上部分分别由实心的圆钢1和实心的底座2同轴连接而成，底座2为圆锥台型，底座2底面紧贴地面，钢管3顶端同轴连接在底座2底面上，底座2上设有与钢管3内孔相连通的注浆孔102，一注浆导管从注浆孔伸入钢管3内孔底部，通过注浆导管向钢管3内浇注水泥砂浆4，水泥砂浆4从花眼通孔301穿过并浇筑满整个钻孔5及钢管3内孔。
步骤c中，主刚性杆体和副刚性杆体的圆钢径向上分别设有穿透孔101，预应力锚索包括墩头夹具8、墩头锚具9和钢绞线6，首先使钢绞线6的一端穿过副刚性杆体上的穿透孔101并用墩头夹具8栓接固定，然后使钢绞线6的另一端穿过主刚性杆体上的穿透孔101并向钢绞线6施加预应力，最后用墩头锚具9栓接固定。
在向钢绞线6施加预应力前，先在钢绞线6上套设保护管7。
墩头锚具9与主刚性杆体间的钢绞线6上套有应力传感器10，母岩15上方的地面上靠近钻孔5孔口位置设有与应力传感器10电连接的数据传输仪12，数据传输仪12通过传输网络将应力传感器10检测到的钢绞线6上的应力数据传输给监测信息管理中心主机上，监测信息管理中心通过对连续实时的钢绞线6上的应力数据进行分析得出栓锚加固效果并进行预报预警。
主刚性杆体的圆钢1上设有激光位移传感器11，激光位移传感器11对准副刚性杆体上固定的反光片，激光位移传感器11与数据传输仪12电连接，数据传输仪12通过传输网络将激光位移传感器11检测到的副刚性杆体位移数据传输给监测信息管理中心主机上，监测信息管理中心工作人员通过对连续实时的副刚性杆体位移数据进行分析得出主控结构面14拉裂变形情况并进行预报预警。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
1.一种危岩体预应力栓锚加固结构，其特征在于：包括主刚性杆体和副刚性杆体，所述主刚性杆体和副刚性杆体分别由水泥砂浆（4）同轴浇筑在母岩（15）和危岩体（13）上的钻孔（5）中，所述主刚性杆体为一根、副刚性杆体为两根或两根以上，主刚性杆体和副刚性杆体上端分别外露于地面，各副刚性杆体与主刚性杆体上端间均由预应力锚索相连接。
2.根据权利要求1所述的一种危岩体预应力栓锚加固结构，其特征在于：所述主刚性杆体和副刚性杆体的地面以下部分为钢管（3），且其表面均匀间隔设有若干花眼通孔（301）。
3.根据权利要求2所述的一种危岩体预应力栓锚加固结构，其特征在于：所述主刚性杆体和副刚性杆体的地面以上部分分别由实心的圆钢（1）和实心的底座（2）同轴连接而成，所述底座（2）为圆锥台型，所述底座（2）底面紧贴地面，所述钢管（3）顶端同轴连接在底座（2）底面上，所述底座（2）上设有与钢管（3）内孔相连通的注浆孔（102）。
4.根据权利要求3所述的一种危岩体预应力栓锚加固结构，其特征在于：所述主刚性杆体和副刚性杆体的圆钢（1）径向上分别设有穿透孔（101），所述预应力锚索包括墩头夹具（8）、墩头锚具（9）和钢绞线（6），所述钢绞线（6）的一端穿过副刚性杆体上的穿透孔（101）并由墩头夹具（8）栓接固定，所述钢绞线（6）的另一端穿过主刚性杆体上的穿透孔（101）并由墩头锚具（9）栓接固定，所述钢绞线（6）为施加了预应力的钢绞线。
5.根据权利要求4所述的一种危岩体预应力栓锚加固结构，其特征在于：所述钢绞线（6）上套设有保护管（7）。
6.根据权利要求4或5所述的一种危岩体预应力栓锚加固结构，其特征在于：所述墩头锚具（9）与主刚性杆体间的钢绞线（6）上套有应力传感器（10），母岩（15）上方的地面上靠近钻孔（5）孔口位置设有与应力传感器（10）电连接的数据传输仪（12），所述数据传输仪（12）通过传输网络与监测信息管理中心主机相连。
7.根据权利要求6所述的一种危岩体预应力栓锚加固结构，其特征在于：所述主刚性杆体的圆钢（1）上设有激光位移传感器（11），所述激光位移传感器（11）对准副刚性杆体上固定的反光片，所述激光位移传感器（11）与数据传输仪（12）电连接。
8.一种实现权利要求1-7任一所述危岩体预应力栓锚加固结构的方法，其特征在于：包括如下步骤：
a钻孔：先利用钻孔机械分别在母岩（15）和危岩体（13）上钻孔（5），母岩（15）上钻孔一个，危岩体（13）上钻孔为两个或两个以上，然后对钻孔（5）孔内进行清扫；
b安装主刚性杆体和副刚性杆体：首先，分别在母岩（15）和危岩体（13）的钻孔（5）内同轴放置主刚性杆体和副刚性杆体，主刚性杆体和副刚性杆体上端分别从地面伸出，然后，向各钻孔（5）内浇注水泥砂浆（4）直至浇筑到钻孔（5）孔口位置；
c安装预应力锚索：待水泥砂浆凝固后，采用预应力锚索将各副刚性杆体与主刚性杆体上端连接起来。
9.根据权利要求8所述的实现危岩体预应力栓锚加固结构的方法，其特征在于：在步骤b中，一注浆导管从注浆孔伸入钢管（3）内孔底部，通过注浆导管向钢管（3）内浇注水泥砂浆（4），水泥砂浆（4）从花眼通孔（301）穿过并浇筑满整个钻孔（5）及钢管（3）内孔。
10.根据权利要求8所述的实现危岩体预应力栓锚加固结构的方法，其特征在于：在步骤c中：通过锚拉千斤顶向钢绞线施加预应力。
技术总结