Способ повышения эффективности анкерного узла
METHOD FOR INCREASING THE EFFICIENCY OF THE ANCHOR UNIT

Изобретение относится к грунтовым анкерам и может быть использовано для закрепления на грунте строительных конструкций, оборудования, заглубленных сооружений, инженерных сетей, высотных конструкций, кессонов, малых архитектурных форм, транспортных, технологических единиц и комплексов. В частности, изобретение может быть использовано при строительстве и ремонте магистральных трубопроводов, где требуется оперативный монтаж и демонтаж технологического оборудования на слабонесущих грунтах.
В доступных литературных и патентных источниках уже несколько десятилетий описывается большое количество областей, где успешно применяются различные грунтовые анкеры. Из всего множества конструктивных решений анкерных устройств целесообразно выделить несколько типов: железобетонные, металлические и синтетические. Основное преимущество заанкерованных сооружений обусловлено их высокой технологичностью, относительной простотой воспроизведения, низкой материалоемкостью [1].
В то же время, несмотря на широкую распространенность применения различных грунтовых анкерных устройств, надежная фиксация объектов анкерными системами на слабонесущих, рыхлых грунтах остается по-прежнему нерешенной актуальной задачей [2]. Особенно эта задача усложняется, когда невозможно рассчитать или предугадать пиковую величину нагрузки на анкер и ее направление. Уместно отметить, что сложной инженерной проблемой является оперативная установка и демонтаж грунтовых анкерных систем в удаленных, труднодоступных местах с ограниченными временными и транспортно-технологическими ресурсами.
Уровень техники
По патенту US 10801174 B2 [3] известна конструкция анкерного узла, состоящего из винтовой сваи и наружного кольца, которое устанавливается выше уровня земли.
В данном изобретении наружное кольцо устанавливается с целью повышения эстетических показателей нижней части высотной конструкции. Очевидно, что такое решение не способствует эффективному повышению работоспособности системы: анкер-мачта при боковых нагрузках.
По патенту US 7416367 B2 [4] известно техническое решение для сопротивления поперечной силе смещения системы анкерного узла. Данное устройство обеспечивает относительно большую площадь поверхности элементов анкерной системы для эффективной передачи нагрузки на окружающий грунт. Такое устройство можно использовать со стандартными системами анкеровки, оно является относительно экономичным в производстве и относительно простым в установке.
Однако такие конструкции не предназначены для оперативной установки и демонтажа анкерного узла для кратковременного периода проведения технологических операций. Более того, вышеуказанное устройство потребует дополнительных усилий и специальной техники для вытаскивания внешней трубы из грунта, особенно это будет затруднительно на заболоченных участках.
По патенту US 10030347 B2 [5] известна система анкерного крепления с оттяжками мачты, которая эффективно уменьшает полосу отчуждения, необходимую для закрепления растяжек и стабилизации конструкции. Данное техническое решение позволяет отдельно стоящей высокой конструкции выдерживать большие боковые нагрузки и землетрясения.
Однако такое техническое решение неприемлемо для надежной фиксации верхней части почти полностью погруженного анкера, оно неприемлемо и в условиях котлована или траншейной работы, в условиях ограниченного пространства для монтажа самого анкерного узла и связки его с удерживаемой им конструкцией.
Технический результат, на достижение которого направлено данное изобретение, заключается в повышении комплексной эффективности грунтового анкерного узла путем применения малогабаритных, быстро устанавливаемых и легко демонтируемых элементов анкерной системы, которые в совокупности дают повышенное сопротивление боковым нагрузкам. Результат направлен также на получение возможности многовариантного соединения с фиксируемым объектом и эффективной связи элементов узла анкера.
Технический результат достигается тем, что с целью повышения эффективности   анкера погружают на заданную глубину в грунт его центральный элемент и его внешние элементы, которые в совокупности после их связки соединительными элементами оказывают повышенное сопротивление боковым нагрузкам. Причем новым является то, что анкерный узел формируется центральным и, по крайней мере, одним внешним элементом или заданным количеством одинаковых и/или разных по форме, и/или размеру внешних элементов, которые погружают под заданным углом относительно оси центрального элемента по заданным координатам поля монтажа погружаемых элементов. При этом после погружения центрального и внешних элементов анкера на заданную глубину, жестко или шарнирно соединяют центральный элемент с заданным количеством внешних элементов соединительными элементами заданной формы и размера. Вместе с тем жестко или шарнирно соединяют заданное количество внешних элементов между собой. Передачу внешней нагрузки на анкерный узел осуществляют через центральный элемент и/или через заданное число внешних элементов, и/или через заданное число соединительных элементов.
В этом заключается совокупность основных существенных признаков, обеспечивающая получение технического результата во всех случаях, на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны.
Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, позволил установить, что заявитель не обнаружил аналог, характеризующийся признаками, тождественными всем существенным признакам заявленного изобретения. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию «новизны».
Для проверки соответствия заявленного изобретения условию «изобретательский уровень» заявитель провел дополнительный поиск известных решений, чтобы выявить признаки, совпадающие с отличительными признаками заявленного способа. Результаты поиска показали, что заявленное изобретение не вытекает для специалиста явным образом из известного уровня техники и имеет значительный изобретательский шаг. Следовательно, заявленный способ соответствует условию «изобретательский уровень».
Технический характер решения подтверждается наличием технического результата, получаемого при осуществлении данного изобретения. Предложенный способ впервые указывает путь и комплекс технических ресурсов, при помощи которых поставленная задача может быть решена.
Предлагаемый способ осуществляется следующим образом. Для увеличения эффективности грунтового анкерного узла его формируют из нескольких элементов в зависимости от характера работ, условий выполнения технологической операции и материальных ресурсов для выполнения поставленных задач. Погружение подготовленных к работе элементов анкерного узла может осуществляться в зависимости от условий работы различными способами: вкручиванием, вдавливанием, с применением вибрационных или ударных нагрузок, или их заданной комбинацией. В предлагаемом способе целесообразно, прежде всего, использовать режимы вкручивания.
Центральный – как правило, самый заглубленный элемент, в частном случае, для удобства, может погружаться вертикально. А внешние элементы – дополнительные элементы, для увеличения несущей способности анкерного узла, целесообразно погружать под углом. Причем   при известном направлении действия боковой нагрузки их погружают в грунт с максимально возможным, из условий монтажа анкера, приближением к плоскости, проходящей через ось центрального элемента и вектора максимального действия боковой нагрузки. А при непредсказуемом направлении действия боковой нагрузки погружаются равномерно, вокруг центрального элемента по заданным координатам на поле погружения элементов.
Для повышения несущей способности грунта (торф, песок и т.д.) его предварительно или после погружения анкерной системы уплотняют традиционными способами, а затем применяют элементы анкерного узла, которые при погружении дополнительно уплотняют верхние слои грунта. Такими, например, могут быть внешние элементы анкерного узла конусообразной формы.
Для точного позиционирования погружаемых элементов анкерного узла могут применяться кондукторы.  В частности, кондуктором может являться часть конструкции, которую необходимо закрепить анкерной системой. В процессе и/или после погружения элементов анкерного узла оценивают их несущую способность. При недостаточной несущей способности увеличивают количество элементов и/или глубину их погружения до достижения требуемой несущей способности.
В частности, показателем несущей способности анкерного узла может быть усилие, которое требуется для погружения каждого элемента. При погружении винтовой сваи, крутящий момент при ее закручивании будет одним из показателей ее несущей способности.
Пример
При осуществлении ремонта магистрального трубопровода 1 на фиг.1 возникла необходимость жесткого закрепления на грунт технологического оборудования, с помощью которого осуществляется фиксация и корректировка положения трубопровода, состоящего из захвата 2, гидроцилиндров 3 и 4, причем место ремонта ограничено габаритами выкопанного или размытого котлована 5, а грунт имеет невысокую несущую способность. Поэтому используется два анкерных узла 6 и 7, состоящие соответственно из центральных элементов (винтовых свай) 8 и 9, внешних элементов (винтовых свай) 10 и 11 вкрученных под углом, и соединительных элементов 12 и 13, соединенных тягой 14, которые в своей совокупности дадут требуемое сопротивление сдвигу закрепляемого оборудования.
После вертикального погружения винтовых центральных элементов 8 и 9 в дно котлована, которое является полем монтажа, через кондуктор, который на рисунке не показан, наклонно вкручиваются внешние элементы 10 и 11. При закручивании винтовых свай производится оценка их несущей способности по величине требуемого для погружения крутящего момента, при достижении заданной величины крутящего момента закручивание прекращают или продолжают до полного погружения. При недостаточной несущей способности увеличивают количество внешних элементов и/или их размер. Затем центральные элементы 8 и 9 соединяются с внешними элементами 10 и 11 соединительными элементами 12 и 13 соответственно, а к соединительным элементам крепятся гидроцилиндры 3 и 4. При необходимости соединительные элементы соединяют между собой тягой 14. В результате вышеописанная конструкция надежно удерживает захватом 2 трубопровод 1. После проведения ремонтных работ вся конструкция, включая анкеры, демонтируется, котлован засыпается.
При осуществлении заявляемого способа могут использоваться известные технические решения и средства. Для формирования анкерного узла могут быть использованы известные, в том числе стандартные и/или оригинальные детали, различные виды свай, крепеж и сварочные технологии.
Материалы данного изобретения корректно раскрывают признаки инновационного способа увеличения эффективности анкерного узла.
Изобретение позволяет создавать условия, которые имеют технологические преимущества по сравнению с известными способами использования анкерных систем.
Заявляемый метод позволяет на качественно новом уровне организовать фиксацию и демонтаж закрепляемых объектов, контролировать процесс установки и демонтажа анкерного узла.
Таким образом, заявляемый способ обладает новыми свойствами, обусловливающими получение положительного эффекта. И позволяет сформировать эффективные условия, которые ранее не были доступы.
Источники информации
1. Левачев C.H. Анкерные и якорные устройства в гидротехническом строительстве / C.H. Левачев, B.C. Халецкий // Вестник МГСУ. - 2011. - No 5. - С. 58-68.
2. Абелев М.Ю. Строительство промышленных и гражданских сооружений на слабых водонасыщенных грунтах / М.Ю. Абелев - М.: Стройиздат, 1983. - 248 с.
3. US 10030347 B2 https://patentimages.storage.googleapis.com/31/62/35/e367fa46420127/US10801174.pdf
4. US 7416367 B2 https://patentimages.storage.googleapis.com/07/9e/0c/9b9b8b50854377/US7416367.pdf
5. US 10030347 B2 https://patentimages.storage.googleapis.com/4f/71/ed/774f9e880c2a56/US10030347.pdf