Способ возведения грунтового анкера и грунтовый анкер

 

Изобретение относится к области строительства, а именно к возведению заглубленных сооружений и укреплению откосов. Технический результат заключается в увеличении несущей способности сваи и долговечности анкеров. Способ возведения грунтового анкера включает погружение на проектную глубину обсадной трубы с теряемым башмаком, установку внутри обсадной трубы арматурной тяги, выбивание теряемого башмака, поинтервальное нагнетание цементного раствора в зону заделки анкера через обсадную трубу по мере ее извлечения, полное извлечение обсадной трубы с заполнением скважины цементным раствором, причем в погруженную до проектной отметки обсадную трубу дополнительно опускают излучатель энергии, с помощью которого выбивают теряемый башмак, затем заполняют трубу твердеющим материалом и поднимают ее нижний конец до отметки начала заделки анкера, фиксируют положение излучателя на 1,0-2,0 диаметра ниже ее конца. Далее начинают обрабатывать стенки скважины, производя электрические разряды излучателем в твердеющем материале, перемещая излучатель с обсадной трубой по длине заделки, и формуют заделку, непрерывно подавая дополнительное количество твердеющего материала в обсадную трубу. После окончания формования заделки излучатель извлекают, а в обсадную трубу опускают арматурную тягу, а затем полностью извлекают обсадную трубу. 2 с. и 7 з.п. ф-лы, 12 ил.

Изобретение относится к геотехническому строительству и касается возведения заглубленных сооружений в укрепления откосов.

Известен способ возведения анкерной сваи, включающий погружение полого анкера на проектную глубину, установку в его плоскость поворотной штанги с пирозарядами, после чего выполняют подрыв взрывчатого вещества и бойки анкера в виде пластин перемещают по цилиндрам (см. авт. св. СССР N 761663, кл. 5 E 02 D 5/54).

Известна анкерная свая, включающая оболочку, в стенках которой заподлицо закреплены цилиндры с бойками, а на концах цилиндров соосно по высоте закреплены полые втулки, в которые установлены поворотная штанга с пирозарядами (см. авт. св. СССР N 761663, кл. 5 E 02 D 5/54).

Известен способ возведения грунтового анкера, включающий погружение на проектную глубину обсадных труб с теряемым башмаком, установку внутри обсадных труб арматурной тяги и выбивание ею теряемого башмака, поинтервальное нагнетание цементного раствора в зону заделки анкера через обсадные трубы по мере их извлечения, полное извлечение обсадных труб с заполнением скважины цементным раствором (см. , например, М.И.Смородинов "Анкерные устройства в строительстве", М., Стройиздат, 1983, с. 103).

Известен грунтовый анкер, включающий заделку и арматурную тягу (см. там же, стр. 103).

Недостатком известного технического решения является невысокая несущая способность грунтового анкера и его недолговечность. Невысокая несущая способность, особенно в плотных глинистых грунтах, объясняется получаемой при бурении цилиндрической формой заделки анкера, изменить которую практически не удается при инъекции статическим давлением. Повышение давления приводит к разрывам в грунте и неконтролируемому уходу инъекционного раствора. Недолговечность анкеров вызвана ползучестью и трещиноватостью цементного камня заделки и, как следствие, коррозией арматуры.

Сущность заявляемого изобретения выражается в совокупности существенных признаков, достаточных для достижения обеспечиваемого предлагаемым изобретением технического результата, который заключается в увеличении несущей способности сваи и долговечности анкеров.

Предложенное техническое решение характеризуется тем, что в погруженные до проектной отметки обсадные трубы опускают излучатель энергии, с помощью которого выбивают теряемый башмак, заполняют трубы твердеющим материалом и поднимают до отметки начала заделки анкера, фиксируют положение излучателем на 1,0-2,0 диаметра ниже ее конца, затем начинают обрабатывать стенки скважины, производя электрические разряды излучателя в твердеющем материале (например, мелкозернистом бетоне), перемещая излучатель с обсадной трубой по длине заделки, и формуют заделку, непрерывно подавая дополнительное количество твердеющего материала в обсадную трубу; после окончания формования заделки излучатель извлекают, а в обсадную трубу опускают анкерную тягу, а затем полностью извлекают обсадные трубы.

Заявляемая совокупность существенных признаков находится в прямой причинно-следственной связи к достигаемому результату.

Анализ и сопоставление отличительных признаков.

п. Известный способ форм. п. 1. Последовательность операций: погружение обсадных труб с башмаком.

Предлагаемый способ. Погружение обсадных труб с башмаком, опускание излучателя энергии.

Известный способ. Опускание арматурной тяги, поинтервальное нагнетание цементного раствора по мере извлечения обсадных труб (в т.ч. на длине заделки - под давлением, на свободной длине - без давления).

Предлагаемый способ. Заполнение труб цементным раствором, извлечение обсадных труб на длину заделки, поинтервальное по мере повторного погружения обсадных труб электрогидравлическое формование заделки анкера, опускание арматурной тяги, извлечение обсадных труб.

Известный способ. п. 1. Анкерную заделку выполняют из цементного раствора.

Предлагаемый способ. Заделку выполняют из мелкозернистого бетона.

Известный способ. п. 1. Тяга свободно размещена в скважине.

Предлагаемый способ. Тяга закреплена в теряемом башмаке, например на резьбе.

Известный способ. п. 2, 3, 6. Заделка выполнена цилиндрической формы.

Предлагаемый способ. Заделка выполнена конической, биконической или полисферической формы, в т.ч. с различным диаметром сфер.

Известный способ. п. 8. Тяга выполнена в виде одиночного стержня.

Предлагаемый способ. Тяга выполнена в виде дополнительных упругих стержней, сваренных с центральным.

Известный способ. п. 4. Изоляция тяги выполнена из пластиковой трубы с антикоррозийной смазкой.

Предлагаемый способ. Изоляция тяги выполнена дискретно из цементного камня, в промежутках - из пластикового или резинового кольца, выполняющего одновременно функцию концентратора деформаций.

Известный способ. п. 9. Анкер имеет головную часть и заделку.

Предлагаемый способ. Анкер имеет две заделки.

Сравнение заявленного технического решения с прототипом позволило установить его соответствие критерию новизны, так как заявленное решение не известно из уровня техники.

Предложенный способ возведения грунтового анкера и грунтовый анкер являются промышленно применимыми с помощью существующих технических средств и соответствуют критерию "изобретательский уровень", так как они явным образом не следуют из уровня техники, при этом из последнего не выявлено предписываемых преобразованию характеризуемых отличительных от прототипа существенных признаков, необходимых для достижения указанного технического результата.

Таким образом, предложенное техническое решение соответствует критериям изобретения.

Других известных технических решений аналогичного назначения с подобными существенными признаками заявителем не обнаружено.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 показано бурение скважины, на фиг. 2 показано освобождение обсадной трубы от башмака, на фиг. 3 показано извлечение трубы на расчетную длину заделки с одновременным заполнением полости инъекционным раствором и установка излучателя на штанге в расчетное положение, на фиг. 4 показана электродинамическая обработка скважины, заполненной раствором, по мере погружения излучателя и обсадной трубы до забоя, на фиг. 5 показан готовый анкер с арматурной тягой и изолирующей оболочкой, на фиг. 6 показан анкер с полисферической заделкой, на фиг. 7 показан анкер с конической формой заделки, на фиг. 8 показан анкер с биконической формой заделки, на фиг. 9-10 показаны арматурные тяги с концентраторами деформации, на фиг. 11 показан анкер с винтовой поверхностью по всей длине, на фиг. 12 показаны анкеры с заделками с обоих концов.

Описываемый способ реализуется следующим образом: Известной буровой установкой, например станком 1 фирмы "Бауэр", выполняют бурение наклонной скважины 2 под временный грунтовой анкер 3. Бурение производится забивкой, задавливанием или ввинчиванием обсадной трубы 4 с теряемым башмаком 5 до проектной глубины. Затем в обсадные трубы 4 заливают твердеющий раствор 6 (например, цементную суспензию), затем внутрь обсадных труб опускают источник электрических разрядов, например импульсный излучатель 7, на штангах 8, соединенный с разрядной станцией 9 кабелем 10. Излучателем 7 упираются в теряемый башмак 5 и добиваются его отсоединения при подъеме обсадных труб 4 на длину 0,2-0,5 м. Затем обсадные трубы 4 вместе с излучателем 7 извлекают из скважины 2 на длину заделки 11 будущего анкера 3, а освобождаемую полость 2 заполняют твердеющим раствором 6, фиксируют расчетное положение излучателя 7 относительно обсадной трубы 4 (0,2-0,4 м или 1,0-2,0 d) и начинают электродинамическую обработку (ЭДО) скважины 2 с поинтервальным или непрерывным перемещением обсадной трубы 4 к забою скважины 2. По мере осуществления ЭДО стенки скважины 2 раздвигаются, объем полости увеличивается в несколько раз, а твердеющий раствор 6 непрерывно стекает по обсадным трубам 4, заполняя полость заделки 14 анкера 3. По мере продвижения обсадные трубы 4 перекрывают отформованные участки стенок скважины 2, защищая их от влияния гидроударов, производимых в растворе электрическими разрядами.

При достижении излучателем 7 забоя скважины 2 ЭДО прекращают, излучатель 7 извлекают из обсадных труб 4, а в трубы 4 опускают тягу 12 анкера 3 в виде стержня, каната, с опорной трубой и т.п. После установки тяги 12 с защитной оболочкой 13 обсадные трубы 4 извлекаются из скважины 2. Анкер 3 готов к испытаниям после набора прочности твердеющего материала 6 заделки 11.

Имеются различные способы реализации предлагаемого способа.

Учитывая, что в большинстве видов грунта не происходит инъекций чисто цементного раствора непосредственно в поры грунта, отпадает необходимость использовать этот недолговечный материал в качестве материала анкера. В предлагаемом способе в качестве твердеющего материала может использоваться мелкозернистый бетон (по классификации СНиП 2.03.01-84; Бетонные и железобетонные конструкции состава цемент-песок=1: (1-3), как более прочный и долговечный).

Теряемый башмак 5 может выполняться с винтовой муфтой 17 или другим устройством для фиксации арматурной тяги 12. В этом случае башмак 5 выполняет роль пяты тяги 12 и служит для передачи усилия от тяги 12 на бетонное тело заделки 11. Для реализации этого предполагается дополнительная операция по фиксации конца тяги. Теряемый башмак 5 может выполняться в виде винта с большим диаметром, чем обсадная труба, что позволяет получить винтовую поверхность анкера 3 при завинчивании обсадной трубы 4.

Особое значение имеет форма заделки 11 анкера 3. Известные конструкции передают нагрузку на грунт, в основном, трением на боковой поверхности заделки. При малосжимаемых грунтах форма заделки получается цилиндрической, а несущая способность анкера 3 очень малой.

В предлагаемой конструкции заделка 11 анкера 3 выполняется конической 14 или полисферической 15 формы. Коническая заделка 14 с углом при вершине 2-6 град. (для глин) или (1/8-1/4)β для песков, где β - угол внутреннего трения позволяет передавать усилие от тяги 12 в радиальном направлении за счет распора. Несущая способность конического 14 анкера в 1,8-2,5 раза выше цилиндрического одинакового объема (фиг. 7-8).

Биконическая форма 14 позволяет равномерно передавать сжимающие напряжения от башмака 5 на бетонное тело заделки 11 анкера, сжатое с противоположной стороны давления грунта. Несущая способность конических анкеров повышается при их направлении на конструкции.

В слабосжимаемых грунтах очень эффективно применять полисферические анкеры 16 (фиг. 6). При этом диаметры сфер могут быть разными, в том числе и изменяться по линейному закону с увеличением к концу заделки.

Концентраторы деформаций 19 ослабляют сопротивление бетонного сечения на растяжение и инициируют раскрытие трещин 21 в заданном листе. Концентраторы деформаций 19 представляют собой кольца или полукольца с воротниками 20 или без, надеваемые на арматурный стержень или канат на расстоянии от 1-3 d бетонного сечения. Материал концентраторов 19: резина, пластик и т.д. обладает большей растяжимостью, чем бетон, и является водонепроницаемым, что обеспечивает надежное перекрытие трещин 21.

Иногда бывает целесообразным не выполнять ограждающую стенку, а вместо этого устраивать анкеры с заделками с двух сторон (фиг. 12).

При возведении анкеров с небольшим углом к горизонтали целесообразно выполнять электродинамическую обработку заделки под избыточным давлением твердеющего материала.

Формула изобретения

1. Способ возведения грунтового анкера, включающий погружение на проектную глубину обсадной трубы с теряемым башмаком, установку внутри обсадной трубы арматурной тяги, выбивание теряемого башмака, поинтервальное нагнетание цементного раствора в зону заделки анкера через обсадную трубу по мере ее извлечения, полное извлечение обсадной трубы с заполнением скважины цементным раствором, отличающийся тем, что в погруженную до проектной отметки обсадную трубу дополнительно опускают излучатель энергии, с помощью которого выбивают теряемый башмак, заполняют трубу твердеющим материалом и поднимают ее нижний конец до отметки начала заделки анкера, фиксируют положение излучателя на 1,0-2,0 диаметра ниже ее конца, затем начинают обрабатывать стенки скважины, производя электрические разряды излучателем в твердеющем материале (например, мелкозернистом бетоне), перемещая излучатель с обсадной трубой по длине заделки, и формуют заделку, непрерывно подавая дополнительное количество твердеющего материала в обсадную трубу, после окончания формования заделки излучатель извлекают, а в обсадную трубу опускают арматурную тягу, а затем полностью извлекают обсадную трубу.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что заделку выполняют в виде конуса с углом при вершине от 2 до 6^o.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что заделку выполняют биконической, при этом на вершине малого конуса с углом 42-50^o расположен теряемый башмак, оборудованный муфтой для фиксации тяги.

4. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что тягу выполняют с концентраторами деформации бетона на расстоянии в 1-3 диаметра бетонного сечения заделки друг от друга.

5. Способ по любому из пп.1, 4, отличающийся тем, что обсадную трубу погружают ввинчиванием теряемого башмака, образуя этим профилированную поверхность анкера.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что заделку выполняют полисферической формы с увеличением диаметра сфер от начала заделки к концу.

7. Способ по любому из пп.1-6, отличающийся тем, что подачу дополнительного количества твердеющего материала при обработке стенок скважины заделки производят под избыточным давлением в 1,2-2 раза больше бытового.

8. Грунтовый анкер, включающий заделку и арматурную тягу, отличающийся тем, что тяга выполнена в виде центрального стержня и упруго прикрепленных периферийных элементов.

9. Грунтовый анкер по п.8, отличающийся тем, что имеет заделки с обоих концов.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12