Способ установки грунтового анкера
Владельцы патента RU 2457293:
Учреждение Российской академии наук Институт горного дела Сибирского отделения РАН (RU)
Изобретение относится к строительству и горному делу, в частности к установке грунтовых анкеров для поддержания бортов карьеров, котлованов и уступов. Техническим результатом является упрощение технологии установки грунтового анкера без ущерба его несущей способности. Способ установки грунтового анкера осуществляют следующим образом: в пройденную в грунте прямолинейную скважину погружают штангу с пропущенной через ее полость гибкой тягой с замковым концом. Через полость этой штанги последовательно заполняют скважину сыпучим материалом, послойно уплотняя его торцом указанной штанги. Затем производят натяжение гибкой тяги под углом φ к оси прямолинейной скважины, который определяют по приведенному математическому выражению. 1 ил.
Техническое решение относится к строительству и горному делу и касается грунтовых анкеров, используемых для крепления к грунту различных конструкций и сооружений, а также для поддержания бортов карьеров, котлованов, уступов.
Известен способ возведения грунтового анкера (см. а.с. СССР №1173000, кл. E02D 5/80, опубл. в БИ №30, 1985 г.), включающий бурение скважины с уширением в ее нижней части, размещение в скважине анкерной тяги, нижний конец которой выполнен с анкерным элементом и заведен в уширение скважины, нагнетание в скважину бетонной смеси с последующим образованием после ее твердения анкерного корня. При этом после образования анкерного корня производят его протягивание с одновременным дополнительным нагнетанием тампонирующего раствора в образующуюся полость между анкерным корнем и забоем скважины.
Недостаток способа - трудоемкость работ по возведению анкера и невозможность его введения в эксплуатацию вплоть до момента затвердевания бетонной смеси.
Известен также способ установки грунтового анкера (см. патент РФ №2318095, кл. E02D 5/80, опубл. в БИ №6, 2008 г.), характеризующийся тем, что он предусматривает заглубление в грунт анкерных плит, соединенных между собой и с анкеруемым объектом с возможностью относительного осевого перемещения с помощью гибкой тяги, причем расстояние между анкерными плитами определяют исходя из оптимальных условий формирования уплотненного грунтового ядра в рабочей зоне между плитами в направлении действия рабочей нагрузки на основании установленной зависимости.
При таком способе установки грунтового анкера отсутствует взаимодействие его гибкой тяги с грунтом, что ограничивает несущую способность анкера.
Наиболее близким по технической сущности и совокупности существенных признаков является способ установки анкера (см. патент РФ №2061872, кл. E21D 20/00, опубл. в БИ №16, 1996 г.), включающий образование скважины, установку в ней штанги с замковым концом, заполнение скважины сыпучим материалом, натяжение и закрепление натяжной штанги на опорной плите. При этом заполнение скважины производят послойно с уплотнением каждого из слоев. Кроме того, скважину выполняют криволинейной, помещают натяжную штангу и натягивают таким образом, чтобы она входила во взаимодействие со стенками скважины. При этом натяжная штанга может быть выполнена гибкой.
Данный способ позволяет вовлечь во взаимодействие с криволинейными стенками скважины, а значит, и с окружающим скважину массивом нетронутого грунта не только замковый конец анкера, но и штангу и повысить этим несущую способность анкера. Однако реализация данного способа сопряжена с необходимостью привлечения сложного оборудования для образования криволинейной скважины (например, станков направленного бурения или управляемых пневмопробойников), выполнения трудоемких операций по установке в скважине такой формы натяжной штанги с замковым концом, подаче в нее и послойному уплотнению сыпучего материала.
Технической задачей предлагаемого решения является упрощение технологии установки грунтового анкера без ущерба его несущей способности за счет использования стандартного оборудования.
Она решается тем, что в способе установки грунтового анкера, включающем образование в грунте скважины, установку в ней взаимодействующей с грунтом гибкой тяги с замковым концом, заполнение скважины сыпучим материалом и натяжение гибкой тяги, согласно техническому решению скважину выполняют прямолинейной, а взаимодействие гибкой тяги с грунтом реализуют путем ее натяжения под углом φ к продольной оси скважины, который определяют из выражения
, рад,
где f - коэффициент трения гибкой тяги по грунту;
F - проектная несущая способность анкера, кН;
F0 - несущая способность замкового конца анкера, кН.
Выполнение скважины прямолинейной позволяет использовать для ее проходки высокопроизводительное серийно выпускаемое оборудование (например, буровое). Операции по установке в скважине такой формы гибкой тяги с замковым концом, подаче в нее и уплотнению сыпучего материала могут быть выполнены с применением штатного инвентаря по отработанной методике.
Натяжение гибкой тяги под углом φ к продольной оси скважины позволяет внедрить указанную тягу в окружающий скважину грунт, придать ей криволинейную форму и обеспечить этим ее взаимодействие с грунтом. Давление, оказываемое гибкой тягой на охватываемый ею грунт, приводит к реализации по линии их контакта сил трения, которые противодействуют смещению гибкой тяги при ее натяжении и обеспечивают повышение несущей способности грунтового анкера.
Взаимодействие гибкой тяги с охватываемым ею грунтом в рассматриваемых условиях может быть уподоблено взаимодействию нагруженной по концам гибкой нити (троса) с охватываемым ею неподвижным круглым цилиндром. Это тем более оправдано, что, как показывают анализ процесса внедрения гибкой тяги в грунт и проведенные исследования, при изгибе она приобретает форму, близкую дуге окружности. Распространение на этом основании известной формулы Эйлера, характеризующей условие равновесия охватывающей цилиндр гибкой нити на случай взаимодействия гибкой тяги с грунтом, приводит (с учетом равенства угла охвата грунта гибкой тягой углу φ ее натяжения) к соотношению
, рад,
где f - коэффициент трения гибкой тяги по грунту;
F - проектная несущая способность анкера, кН;
f0 - несущая способность замкового конца анкера, кН.
Данное соотношение позволяет осуществлять выбор угла φ натяжения гибкой тяги, обеспечивающего достижение проектной несущей способности F анкера.
Сущность технического решения иллюстрируется примером конкретного исполнения и чертежом, на котором представлена принципиальная схема установки грунтового анкера (далее - анкер).
Реализация способа осуществляется следующим образом.
В пройденную в грунте прямолинейную скважину 1 погружают трубчатую штангу (на чертеже не показана) с пропущенной через ее полость гибкой тягой 2 (выполненной, например, в виде троса) с замковым концом 3. Через полость этой штанги последовательно заполняют полость скважины 1 вплоть до ее устья сыпучим материалом 4, послойно уплотняя его торцом указанной штанги при ее возвратно-поступательных перемещениях. Затем производят натяжение гибкой тяги 2 приложением к ее свободному концу тягового усилия, величина которого соответствует проектному значению несущей способности F анкера, а линия действия отклонена от оси скважины 1 на угол φ, величину которого определяют из выражения
, рад,
где f - коэффициент трения гибкой тяги по грунту;
F - проектная несущая способность анкера, кН;
f0 - несущая способность замкового конца анкера, кН.
Натяжение гибкой тяги 2 под углом φ к продольной оси скважины 1 приводит к появлению составляющей тягового усилия, перпендикулярной оси скважины 1 и пропорциональной sin φ. Под действием этой составляющей гибкая тяга 2 прорезает слой сыпучего материала 4 в скважине 1, начиная от ее устья, и внедряется в окружающий грунт, охватывая его по кривой, близкой дуге окружности. Причем угол γ охвата грунта равен углу φ натяжения гибкой тяги 2 (стороны этих углов взаимно перпендикулярны). Давление, оказываемое гибкой тягой 2 на охватываемый ею грунт, приводит к формированию по линии охвата грунта сил трения, противодействующих ее проскальзыванию по грунту, чем обеспечивается повышение несущей способности анкера до проектного значения.
Способ установки грунтового анкера, включающий образование в грунте скважины, установку в ней взаимодействующей с грунтом гибкой тяги с замковым концом, заполнение скважины сыпучим материалом и натяжение гибкой тяги, отличающийся тем, что скважину выполняют прямолинейной, а взаимодействие гибкой тяги с грунтом реализуют путем ее натяжения под углом φ к продольной оси скважины, который определяют из выражения
где f - коэффициент трения гибкой тяги по грунту;
F - проектная несущая способность анкера, кН;
F0 - несущая способность замкового конца анкера, кН.
