Грунтовый анкер
Полезная модель - относится к области фундаментостроения и касается конструкции грунтового анкера. Она может быть использована для анкеровки конструктивных элементов и фундаментов, крепления стенок котлованов, для предварительного напряжения грунта, когда требуется повышение устойчивости сооружений путем их прижатия к основанию или, когда требуется приложение внешней нагрузки к грунтовой поверхности для предупреждения разупрочнения, обрушения или выпора массивов грунта. Задача полезной модели - упрощение устройства - грунтового анкера и упрощение монтажных работ, улучшение технологического процесса натяжения анкера. Грунтовый анкер, включающий трубчатую тягу с защитной оболочкой из пластмассы на ее боковой поверхности, цементный камень, жестко закрепляющий нижнюю часть трубчатой тяги, снабженный натяжным приспособлением в верхней части ее, содержащем на трубчатом элементе упорную пластину, шайбы и гайку соответственно, отличающийся тем, что в качестве трубчатой тяги использован набор насосно-компрессорных труб (НКТ), соединенных между собой муфтой, имеющей коническую резьбу, в торцевых частях трубчатой тяги размещены центраторы, в нижней части закреплен полый режущий инструмент, а в верхней - переходник с резьбой, который соединен муфтой с трубчатой тягой и закреплен конической резьбой, натяжное приспособление имеет в качестве трубчатого элемента шпильку, на которой имеется шарнир, выполненный из набора шайб - конической, размещенной на упорной пластине, и сферической, размещенной на конической шайбе, гайка размещена на сферической шайбе. Заявляемая полезная модель - грунтовый анкер имеет преимущества перед прототипом. Устройство за счет использования готовых и широко распространенных в буровой технике насосно-компрессорных труб (НКТ) позволяет значительно упростить сборку, монтаж и эксплуатацию анкера.
Устройство значительно повышает производительность работ за счет совмещения операций по бурению, монтажу анкера в грунте и цементированию. Устройство более надежно в эксплуатации за счет более качественного закрепления анкера в грунте, способности оптимально перераспределения напряжения в трубчатой тяге, а гайке - самоустановиться в натяжном приспособлении, независимо от угла отклонения шпильки в момент натяжения. Илл. 6.
Полезная модель - относится к области фундаментостроения и касается конструкции грунтового анкера. Она может быть использована для анкеровки конструктивных элементов и фундаментов, крепления стенок котлованов, для предварительного напряжения грунта, когда требуется повышение устойчивости сооружений путем их прижатия к основанию или, когда требуется приложение внешней нагрузки к грунтовой поверхности для предупреждения разупрочнения, обрушения или выпора массивов грунта.
Известен грунтовый анкер (а.с. 
711234, МПК Е02D 5/80, от 31.10.75 г.) [1], содержащий стержень, один конец которого расположен в скважине и жестко закреплен в ней в торцевой части. Другой конец стержня снабжен упорным диском, жестко прикрепленным к стержню. К нижней поверхности диска примыкает пластина, охватывающая стержень и вильчатые клинья, направленные навстречу друг другу с охватом стержня так, что они перекрывают расстояние между пластиной и опорой. Домкратом создают усилия натяжения на заданную величину и фиксируют анкер в этом состоянии с помощью вильчатых клиньев, а при необходимости, и пластиной, размещенной между упором и вильчатыми клиньями.
Устройство использует в качестве тяги сплошной стержень из арматурной стали, что приводит к удорожанию конструкции. Оно многоэлементно. Ненадежно закреплена нижняя часть тяги с помощью механического устройства или цементным раствором. Использование вильчатых клиньев не всегда обеспечивает предварительное и последующее напряжение тяги в грунте, поскольку не гарантирует знание величины и длительность действия предельных нагрузок на анкер в процессе монтажа и их эксплуатации, нагрузок, гарантирующих, что элементы натяжного приспособления сохранят свои упругие свойства, особенно, вильчатые клинья, что приводит к деформации тяги в зазоре в момент натяжения. Величину зазора невозможно определить заранее и
появляется проблема наличия достаточного количества прокладок, выбирающих этот зазор от опоры до приваренного к стержню - тяге упорного диска, который, к тому же, трудно закрепить сваркой в полевых условиях на строительном участке.
Известен анкер (а.с. 1281635, МПК Е02D 5/80, от 01.06.84 г.) [2], состоящий из тяги с наконечником. В корневой части тяга с наконечником заделана в цементном конце, окруженном дренирующей обоймой, а по длине свободного удлинения - в цементно-каменную обойму. Тяга прикреплена к конструкции при помощи распределительной плиты и натяжного стопорного устройства. По длине свободно удлиняемого участка тяга выполнена с покрытием из антикоррозионной смазки, заключенной в пластиковую оболочку и находится в обойме из затвердевшего залитого в скважину цементного раствора. В корневой части тяга заделана в цементном камне посредством наконечника. Но, за счет использования цементного раствора, имеющего малое водоцементное отношение с добавлением в него пластификатора и компонентов, замедляющих сроки схватывания, процесс затвердевания и получения цементного камня неконтролируем, так как сухая смесь из песка, извести и цемента должна увлажняться, и в случае сухого грунта и наличия пластификатора с замедляющим схватывание цемента составом в инъекционном цементном растворе, прочность сухой смеси будет недостаточной, чтобы впоследствии удержать тягу в скважине, а способность пластификатора придавать пластичные свойства и уменьшать прочность - известны. Следовательно, пластифицированный цементный камень не сможет помочь реализовать основное свойство тяги - иметь высокую несущую способность.
В качестве прототипа заявляемой полезной модели выбрано наиболее близкое по технической сущности устройство грунтового анкера (а.с. 1214843, МПК Е02D 5/80, от 01.06.84 г.) [4], включающего стержневую и трубчатую тяги, которые покрыты антикоррозионной смазкой и защищены пластмассовыми оболочками. Стержневая тяга имеет корневую часть. В трубчатой тяге выполнены отверстия, перекрытые манжетами. Тяги погружены в скважину. При повторной инъекции цементного раствора через трубчатую тягу образуется уширение. Для лучшего сцепления с цементным камнем трубчатая тяга имеет по высоте чередующиеся по взаимно перпендикулярным направлениям поперечные вмятины. На голову стержневой тяги навинчивается натяжная гайка, а на трубчатую тягу - натяжная гайка. Натяжные гайки опираются на опорные шайбы. В трубчатую тягу в верхней ее части впрессован для усиления трубчатый элемент.
Устройство грунтового анкера сложно в изготовлении и использовании, так как оно материалоемко, усложнено элементами. Наличие стержня не гарантирует, что тяга анкерная разместится в скважине вертикально. Технологическая схема монтажа анкера многоступенчатая с привлечением дополнительно обсадной трубы и занимает много времени в целом. Устройство дорогостоящее, так как трубчатую тягу в цементируемой части готовят перфорированной с манжетами над отверстиями. Использование сплошного стержня в качестве непрерывной тяги усложняет условия его размещения, особенно, в глубоких скважинах, так как и до, и во время, и после твердения цемента стержень может незапланированно деформироваться, что отрицательно скажется на несущей способности устройства, значительно уменьшая ее. Сам монтаж малопроизводителен, так как требуется предварительное бурение скважины, размещение обсадной трубы, затем тяг, не имеющих центраторов, цемент подается через обсадную трубу, потом через трубчатую тягу и так далее. В случае деформации стержня усложняется закрепление натяжного приспособления из-за использования шайб, не способных выбирать положение в зазоре и помочь гайке фиксировать тяги в напряженном состоянии после натяжения в случае деформации стержня в зоне натяжного приспособления.
Задача полезной модели - упрощение устройства - грунтового анкера и упрощение монтажных работ, улучшение технологического процесса натяжения анкера.
Технический результат достигается тем, что грунтовый анкер, как и известный, включающий трубчатую тягу с защитной оболочкой из пластмассы на ее боковой поверхности, цементный камень, жестко закрепляющий нижнюю часть трубчатой тяги, снабженный натяжным приспособлением в верхней части ее, содержащем на трубчатом элементе упорную пластину, шайбы и гайку соответственно, согласно изобретению в качестве трубчатой тяги использован набор насосно-компрессорных труб (НКТ), соединенных между собой муфтой, имеющей коническую резьбу, в торцевых частях трубчатой тяги размещены центраторы, в нижней части закреплен полый режущий инструмент, а в верхней - переходник с резьбой, который соединен муфтой с трубчатой тягой и закреплен конической резьбой, натяжное приспособление имеет в качестве трубчатого элемента шпильку, на которой имеется шарнир, выполненный из набора шайб - конической, размещенной на упорной пластине, и сферической, размещенной на конической шайбе, гайка размещена на сферической шайбе.
Сопоставительный анализ заявляемого устройства с прототипом показал, что заявляемое устройство имеет значительно более простую конструкцию без ущерба высокой несущей способности анкера, т.к. тяга анкерная выполнена только из одного элемента - трубчатой тяги. В качестве трубчатой тяги используют готовые и широко распространенные в буровой технике НКТ - трубы насосно-компрессорные. Так как трубчатая тяга состоит из набора готовых труб, соединенных между собой муфтами, имеющими коническую резьбу, она легко монтируется в единое целое, ее можно иметь значительно большей длины, что может позволить анкер стержневой. Таким образом, заявляемая трубчатая тяга может быть использована при глубоком бурении скважин без критических величин изгибающих деформаций как в процессе бурения, так и при монтаже.
За счет перераспределения напряжений между трубами, муфтами и центраторами, образуется единая анкерная система трубчатой тяги, ответственная за несущую способность всего устройства анкера. В отличие от прототипа, в котором натяжная гайка опирается на шайбу, а та - на упорную пластину, и которые размещены на трубчатой тяге, а внутри нее имеется еще тяга в виде стержня, заявляемое устройство имеет набор из двух шайб, конической и сферической форм, образующих шарнирную систему, позволяющую натяжной гайке самоустанавливаться в процессе натяжения анкера, независимо от угла размещения анкера по отношению к стене котлована, независимо от деформации шпильки в момент натяжения. Упорная пластина имеет такую же возможность, так как между переходником и этой пластиной размещен бугель. Шпилька выполнена съемной. Она от трубчатой тяги отсоединяется через переходник, что увеличивает надежность монтажных работ, т.к. исключает необходимость при неблагоприятных условиях натяжения или эксплуатации восстанавливать полностью весь анкер, вновь бурить скважину и т.д., увеличивает ремонтопригодность элементов анкера. За счет использования высокопрочной трубчатой тяги улучшается и ускоряется и технология монтажных работ, т.к. совмещаются операция по бурению скважин, установке и закреплению в грунте анкера.
Наличие в тяге и режущем инструменте полости исключает необходимость проведения цементирования нижней части тяги, скважины грунта в приграничной зоне размещения анкера специальными инъекционными приспособлениями или дополнительным введением в скважину обсадной трубы, как в прототипе.
Заявляемый грунтовый анкер имеет «новизну», обладает существенными отличиями, являясь техническим решением и промышленно применим. Полезная модель испытана в реальных условиях для крепления стенок котлована и показала, что
устройство надежно в эксплуатации. Предполагается внедрение в Перми в ЗАО «ИнжПроектСтрой» и на объектах строительства в различных городах России.
Грунтовый анкер содержит набор труб 1
, 1" и т.д., соединенных муфтой 2 с конической резьбой между собой, т.е. готовые насосно-компрессорные трубы - НКТ (фиг.1-2), используемые в качестве трубчатой тяги анкера. На трубы 1, 1" и т.д. надета с зазором защитная оболочка из полимера 3 перед соединением труб муфтами.
На боковых поверхностях в торцевых частях набора труб размещены центраторы 4 в виде дисков со сквозными вертикальными отверстиями. На нижнем конце трубчатой тяги закреплен полый режущий инструмент 5, а на верхнем торце - переходник 6 с резьбой 7 в нем. Переходник закреплен на трубчатой тяге муфтой 3. В переходнике закреплено натяжное приспособление, состоящее из шпильки 9, на которой имеются пластина 10, шайба коническая 11 и сферическая 12, а так же натяжная гайка 13 (фиг.3).
На фиг.1 - показано устройство в транспортном положении, в разрезе;
На фиг.2 - трубчатая тяга в разрезе
На фиг.3 - натяжное приспособление, в разрезе,
На фиг.4 - грунтовый анкер в момент монтажа в грунте, в разрезе
На фиг.5 - грунтовый анкер в момент цементации скважин, в разрезе
На фиг.6 - компоновка грунтового анкера в момент натяжения, в разрезе.
Устройство работает следующим образом.
Компонуют трубчатую тягу 1 анкера. Для этого используют трубы, применяемые в буровой технике, так называемые насосно-компрессорные (НКТ). Трубы 1, 1" и т.д. длина которых 3 метра, соединяют между собой муфтами 2, предварительно разместив на трубах защитные оболочки из пластмассы 3 с зазором между оболочкой и боковой поверхностью трубы. В муфтах закрепляют трубы конической резьбой, образуя трубчатую тягу грунтового анкера. Перед муфтами на торцевых частях трубчатой тяги размещают центраторы 4 в виде дисков со сквозными отверстиями, диаметры которых соответствуют диаметру режущего инструмента 5, который выполнен полым и закреплен в торце нижней части трубчатой тяги. В качестве режущего инструмента используют долото буровое.
В торце верхней части трубчатой тяги закрепляют переходник 6 муфтой на резьбе. В переходнике выполнена резьба 7. К переходнику подсоединяют опрессовочный блок (не показан) и подсоединяют бурильную установку типа Dwill 830 BB (фиг.4). Приводят во вращение полый режущий инструмент с трубчатой тягой на нем. Происходит бурение
скважины с одновременной установкой в грунте анкера. Бурение осуществляют при подаче воздуха или слабого цементного раствора через трубчатую тягу и полый режущий инструмент (фиг.5). Центраторы 4 со сквозным отверстием в них удерживают в равновесии устанавливаемый в грунте анкер и свободно пропускают цементный раствор, снизу вверх. После установке в грунте трубчатой тяги анкера полости тяги и режущего инструмента подают цементный раствор с В/Ц=1, который заполняет скважину, пропитывает грунт в приграничной с ней зоне. И изливается через устье скважины наружу. После этого подают тем же путем в скважину цементный раствор с В/Ц=06-0,4 и выдерживают 0,5 часа, после которого проводят опрессовку, подключая опрессовочный блок (не показан) к переходнику. Опрессовка идет под давлением 10 атмосфер. Оставляют систему на 10-14 дней для затвердевания цемента и образования цементного камня 8 (фиг.5) на нижней части трубчатой тяги и прочной адгезионной связи цемента с грунтом. Через 10-14 дней в переходнике закрепляют предварительно убрав опрессовочный блок натяжное приспособление.
Для этого в переходнике резьбой закрепляют шпильку 9 через бугель, закрепленный на стенке котлована 14 (фиг.6).
На шпильке 9 свободно размещены пластина 10 шарнир выполненный из конической и сферической шайбы 12, а так же натяжная гайка 13. За счет шарнира напряжение, которое часто приводит к деформации, изгибу шпильки в зазоре между элементами, не создает трудности при фиксации анкера шайбой в натяжном приспособлении. Трубы НКТ изготовлены из стали группы прочности К, Л (ГОСТ 633-80).
Заявляемая полезная модель - грунтовый анкер имеет преимущества перед прототипом. Устройство за счет использования готовых и широко распространенных в буровой технике насосно-компрессорных труб (НКТ) позволяет значительно упростить сборку, монтаж и эксплуатацию анкера.
Устройство значительно повышает производительность работ за счет совмещения операций по бурению, монтажу анкера в грунте и цементированию.
Устройство более надежно в эксплуатации за счет более качественного закрепления анкера в грунте, способности оптимально перераспределения напряжения в трубчатой тяге, а гайке - самоустановиться в натяжном приспособлении, независимо от угла отклонения шпильки в момент натяжения.
Список информации, принятой во внимание.
1. а.с. 711234, МПК Е02D 5/80, от 31.10.75 г. (аналог)
2. а.с. 1281635, МПК Е02D 5/80, от 01.06.84 г. (аналог)
3. а.с. 1214843, МПК Е02D 5/80, от 01.06.84 г. (прототип)
Грунтовый анкер, включающий трубчатую тягу с защитной оболочкой из пластмассы на ее боковой поверхности, цементный камень, жестко закрепляющий нижнюю часть трубчатой тяги, снабженный натяжным приспособлением в верхней части ее, содержащем на трубчатом элементе упорную пластину, шайбы и гайку соответственно, отличающийся тем, что в качестве трубчатой тяги использован набор насосно-компрессорных труб (НКТ), соединенных между собой муфтой, имеющей коническую резьбу, в торцевых частях трубчатой тяги размещены центраторы, в нижней части закреплен полый режущий инструмент, а в верхней - переходник с резьбой, который соединен муфтой с трубчатой тягой и закреплен конической резьбой, натяжное приспособление имеет в качестве трубчатого элемента шпильку, на которой имеется шарнир, выполненный из набора шайб - конической, размещенной на упорной пластине, и сферической, размещенной на конической шайбе, гайка размещена на сферической шайбе.
