АНКЕРНОЕ УСТРОЙСТВО

Полезная модель относится к области строительства, в частности к анкерным устройствам, применяемым в условиях знакопеременных нагрузок, и может быть использована для закрепления откосов искусственных насыпей и выемок эксплуатируемого железнодорожного пути.
Из уровня техники известны следующие решения.
Так, из описания к патенту РФ №156537 (опубликован 10.11.2015) известен грунтовый анкер, который содержит плоскую анкерную плиту, анкерную головку, узел крепления толкающего стержня к плоской анкерной плите, выполненный в виде цилиндрической втулки, с закрытым торцом, неразъемно соединенной с плоской анкерной плитой, узел крепления тяги, соединенный с плоской анкерной плитой с возможностью его поворота, и ребра жесткости.
Недостатками указанного анкера являются возможное зацепление и стягивание геосетки плитой анкера при его забивании, а также значительные сопротивления при погружении анкера в грунт из-за неоптимальной геометрии плиты анкера. Кроме того известный анкер имеет цилиндрическую форму узла крепления толкающего стержня, что приводит к возникновению крутящего момента и возможным перекосам анкера при забивании. Помимо этого, известный анкер имеет большой ход зацепления и раскрытия.
Однако главным недостатком известных грунтовых анкеров является потеря в течение времени своей нагрузочной способности в условиях знакопеременных нагрузок, в большей степени характерных вблизи железных, автомобильных дорог. Анкеры известных конструкций оказывают сопротивление только растягивающим нагрузкам и не направлены на восприятие сжимающих нагрузок, поэтому в условиях знакопеременных нагрузок, возникающих при движении грунтов, например в межсезонные периоды, а также вблизи железнодорожного полотна, автомобильных дорог, они теряют часть нагрузочной способности из-за небольшого перемещения в грунте. Анкеры совершают небольшие колебательные движения относительно тяги посредством вращения тела анкера вокруг узла крепления тяги; полость в земле, где расположен анкер, частично разрушается, меняется взаимодействие анкера с грунтом, в результате чего он теряет часть своей нагрузочной способности (силу натяжения). Таким образом, анкеры известных конструкций требуют частого обслуживания, в том числе и донатяжения с течением времени.
Также из уровня техники известен грунтовый анкер, который содержит анкерную плиту с трубчатой продольной центральной частью корпуса для крепления толкающего стержня, крылья, расходящиеся в поперечном направлении от участка корпуса вдоль его длины, средство крепления тяги в форме U-образной серьги со сквозным отверстием, заостренные ребра по бокам корпусной части и переднюю кромку, тягу с резьбой на ее верхнем и нижнем концах (см. патент США №4802317, опубликованный 07.03.1989).
Недостатками указанного анкера являются большой ход зацепления анкера, возникновение крутящего момента и возможные перекосы анкера при его забивании из-за выполнения узла крепления толкающего стержня анкера цилиндрической формы. Также указанный анкер имеет тягу с резьбой только на ее концах, что препятствует завинчиванию тяги до упора верхней поверхности головки анкера. Кроме того, заостренная форма поверхности под серьгой известного анкера не позволит зафиксировать анкер путем завинчивания винтовой тяги до упора в поверхность головки анкера, находящейся под серьгой. Таким образом, анкер указанной конструкции не способен воспринимать, помимо растягивающей, нагрузку на сжатие и не позволит сохранить в течение длительного времени необходимую нагрузочную способность в условиях знакопеременных нагрузок.
За наиболее близкий аналог к патентуемому решению принят грунтовый анкер, который содержит корпус, крылья, расходящиеся в поперечном направлении, и ножку на переднем конце корпусной части анкера, которая снабжена режущими кромками для проникновения в почву, средство крепления тяги в форме U-образной серьги, которая может быть выполнена со сквозным отверстием. Боковые части корпуса и крылья включают в себя множество заостренных ведущих боковых кромок, продольно смещенных друг относительно друга (см. патент США №6237289, опубликованный 29.05.2001).
Недостатками указанного анкера являются большой ход зацепления анкера, характерный для указанной геометрии хвостовика, возникновение крутящего момента и возможные перекосы анкера при его забивании из-за выполнения узла крепления толкающего стержня анкера цилиндрической формы. Выполнение тяги с резьбой только на ее концах ограничивает длину завинчивания тяги в серьгу и не дает возможности докрутить тягу до плотного контакта с поверхностью анкерной головки для ее надежной фиксации. Кроме того, указанный анкер не имеет плоской опорной площадки для плотного прижатия тяги, а продольное ребро под U-образной серьгой выполнено округлой формы, что не позволяет надежно зафиксировать тягу в перпендикулярном относительно анкерной головки положении. В известном устройстве стержень тяги будет проскальзывать при знакопеременных нагрузках или при движении грунта, что приведет к возможности колебания анкерной головки вокруг узла крепления тяги и потери со временем заданной нагрузочной способности анкера.
Технической проблемой, на решение которой направлена заявленная полезная модель, является устранение указанных недостатков, облегчение погружения анкера в грунт, исключив при этом крутящий момент и возможные перекосы анкера при забивании, быстрое открывание и зацепление на меньшем ходу тяги, высокая несущая способность по восприятию сжимающих нагрузок, сохранение в течение длительного времени необходимой нагрузочной способности в условиях знакопеременных нагрузок, высокая степень прочности и надежности в работе.
Техническим результатом патентуемого решения является увеличение срока службы анкерных устройств с сохранением в течение длительного времени необходимой нагрузочной способности в условиях знакопеременных нагрузок.
Технический результат достигается за счет использования анкерного устройства, содержащего плоскую анкерную плиту, анкерную головку, выполненную как продолжение анкерной плиты, обходную пирамиду с ребром, выполненную на анкерной головке, узел крепления толкающего стержня к плоской анкерной плите, выполненный в виде втулки, неразъемно соединенной с плоской анкерной плитой, винтовую тягу, узел крепления тяги в виде серьги со сквозным отверстием и внутренней резьбой, при этом серьга подвижно закреплена к ребру обходной пирамиды при помощи нерезьбового крепежа с возможностью поворота, причем ребро обходной пирамиды выполнено с прямоугольным пазом для упора в него винтовой тяги, а винтовая тяга выполнена с резьбой по всей длине и завинчена в серьгу с возможностью завинчивания до упора в паз ребра.
Благодаря выполнению узла крепления винтовой тяги в виде серьги со сквозным отверстием и внутренней резьбой, выполнению винтовой тяги с резьбой по всей ее длине, а также выполнению на внешней поверхности ребра паза винтовая тяга может завинчиваться до упора в поверхность анкерной головки и надежно фиксироваться в пазу, при этом образовавшиеся в результате выполнения паза буртики на внешней поверхности ребра обходной пирамиды препятствуют проскальзыванию стержня в случае не строго перпендикулярного положения анкера относительно винтовой тяги при его раскрытии (небольшого недораскрытия). Таким образом, анкер надежно фиксируется в раскрытом состоянии, исключаются его возможные колебания вокруг узла крепления, смещение и изменение взаимодействия анкера с грунтом в условиях знакопеременных нагрузок. В результате сохраняется первоначальная сила натяжения анкера, и он не теряет своей нагрузочной способности в течение длительного времени, не требует дополнительного обслуживания и донатяжения.
В частном случае реализации полезной модели узел крепления толкающего стержня к плоской анкерной плите может быть выполнен в виде втулки с ромбовидной формой наружной поверхности в поперечном сечении, что позволит исключить крутящий момент и возможные перекосы анкера при его забивании без выполнения на теле анкера дополнительных ребер, исключающих вращение анкера при забивании. Выполнение упомянутых дополнительных ребер является нежелательным, поскольку они увеличивают торцевую площадь анкера, тем самым затрудняя внедрение анкера в грунт, а также возможно попадание мелких камней между дополнительными ребрами и плитой анкера, что приводит к затруднению продвижения анкера вглубь. Таким образом, выполнение внешней поверхности втулки в поперечной сечении ромбовидной формы позволит без дополнительных ребер жесткости исключить крутящий момент и возможные перекосы анкера при его забивании.
Хвостовик может быть выполнен в форме многогранника в поперечном сечении, а также с остатком после литья - питателем, что позволит анкеру быстрее открываться и зацепляться на меньшем ходу тяги.
Плоская анкерная плита может быть выполнена со ступенчато расположенными режущими кромками со скосами. Такая геометрия плиты анкера позволяет исключить зацепление и стягивание геосетки при забивании анкера, а также легко проходить насыпные грунты, в том числе и щебень, без остановки и повреждений анкера. Благодаря выполнению кромки анкера заостренной формы упрощается и ускоряется процесс забивания анкерного устройства в грунт насыпей. Забивание может производиться без остановки движения ж/д составов.
Винтовая тяга может быть выполнена в виде стержня с винтовой резьбой полного профиля. Выполнение тяги с винтовой резьбой полного профиля позволяет обрезать тягу в любом необходимом месте, а также достигается эффект самоочищения.
Кроме того, анкерное устройство может быть выполнено из Стали 76, которая имеет повышенную твердость и высокую коррозионную стойкость, а благодаря выполнению анкера и тяги из одного материала позволит избежать электрохимической коррозии и повысить долговечность устройства.
Представленное анкерное устройство имеет несколько типоразмеров анкера. Литьевая форма для изготовления анкера разработана с учетом метода группирования деталей, что позволяет оптимизировать процесс производства. В пресс-форме изготавливается комплексная пенопластовая модель, доработка которой позволяет получить модели для литья двух типоразмеров анкера.
Далее решение поясняется ссылками на фигуры, на которых изображено следующее.
На фиг. 1 - анкер анкерного устройства, вид сбоку;
На фиг. 2 - анкер анкерного устройства, сечение A-A;
На фиг. 3 - анкер анкерного устройства, вид снизу;
На фиг. 4 - анкер анкерного устройства, вид сверху;
На фиг. 5 - анкер анкерного устройства, сечение B-B;
На фиг. 6 - анкерное устройство, вид сбоку в погружаемом состоянии (слева) и в рабочем раскрытом состоянии (справа);
На фиг. 7 - анкерное устройство зафиксированное, вид сбоку.
Согласно фигурам анкерное устройство состоит из плоской анкерной плиты 1, анкерной головки 2, обходной пирамиды 3, узла крепления винтовой тяги к телу анкера и узла крепления толкающего стержня к плоской анкерной плите 1.
Анкерная головка 2 является продолжением анкерной плиты 1 и выполнена со ступенчато расположенными режущими кромками 4, которые в продольном направлении смещены относительно друг друга, и режущей передней кромкой 5. Анкерная головка 2 снабжена обходной пирамидой 3 и узлом крепления винтовой тяги 10.
Обходная пирамида 3 имеет ребро (выступ) с площадкой, расположенной параллельно плоскости анкерной плиты 1 и выполненным на этой площадке сквозным в поперечном направлении относительно тела анкера пазом 8 прямоугольной формы с образованием торцевых буртиков 12 на внешней поверхности ребра обходной пирамиды. Паз выполнен прямоугольной формы с шириной, большей диаметра винтовой тяги, и расположен непосредственно под серьгой в ее перпендикулярном положении. Ребро 8 выполнено с отверстием для крепления с возможностью поворота серьги 9 узла крепления винтовой тяги. Серьга 9 узла крепления винтовой тяги выполнена со сквозным отверстием и с внутренней резьбой для завинчивания винтовой тяги 10, выполненной в виде стержня с винтовой резьбой по всей его длине с возможностью завинчивания до упора в поверхность плоской площадки 8. Обходная пирамида 3 предохраняет серьгу 9 от повреждений. Для соединения винтовых тяг между собой применяют соединительную муфту 13. Для крепления геосетки применяют шайбу полусферическую 14 и гайку сферическую 15 (см. фиг. 6).
Узел крепления толкающего стержня к плоской анкерной плите 1 выполнен в виде втулки 6 с цилиндрическим глухим отверстием, неразъемно соединен с плоской анкерной плитой 1 и имеет отверстие 11 для вывода воздуха или воды, что исключает излом толкателя при забивании анкерного устройства. Втулка 6 в поперечном сечении имеет ромбовидную форму (см. фиг. 2) и благодаря угловым выступам на внешней поверхности втулки исключается крутящий момент и возможные перекосы анкерного устройства при забивании. Часть цилиндрической втулки узла крепления толкающего стержня, выступающая над анкерной плитой со стороны, противоположной расположению узла крепления тяги, выполнена с угловым изгибом - хвостовиком 7, задний торец которого срезан под углом к оси втулки и выступает за границу задних кромок плоской анкерной плиты. Хвостовик 7 имеет в поперечном сечении форму многогранника и может быть с остатком после литья - питателем (на фигурах не показан), что позволит анкеру быстрее открыться и зацепляться на меньшем ходу тяги.
Анкерное устройство используют следующим образом.
Перед погружением анкерного устройства в грунт и приведением его в рабочее положение осуществляют сборку анкера - закрепляют толкающий стержень во втулке 6 и завинчивают винтовую тягу 10 в серьгу 9,таким образом, чтобы винтовой стержень 10 не проходил через серьгу 9 насквозь, а конец был спрятан в сквозном отверстии.
Плоскую анкерную плиту 1 с прикрепленными толкающим стержнем и винтовой тягой 10 устанавливают анкерной головкой 2 на поверхность грунта. Посредством осевого силового воздействия на толкающий стержень, например, гидравлическим молотом, погружают анкер в грунт вместе с толкающим стержнем и винтовой тягой.
После погружения анкера на заданную глубину выкручивают толкающий стержень из цилиндрической втулки 6 и извлекают его из грунта, а к тяге прикладывают выдергивающее усилие натяжения, например, гидравлическим домкратом. Анкерная плита разворачивается - опрокидывается и переходит из продольного положения в перпендикулярное, то есть принимает заданное положение - перпендикулярно действующим выдергивающим усилиям. Затем докручивают винтовую тягу 10 до упора в паз 8 ребра обходной пирамиды 3. Таким образом, анкер надежно фиксируется в перпендикулярном относительно винтовой тяги положении и становится способным выдерживать как растягивающие, так и сжимающие нагрузки, то есть сохранять в течение длительного времени необходимую нагрузочную способность в условиях знакопеременных нагрузок.
Таким образом, в результате использования анкерного устройства сохраняется сила натяжения,за счет исключения смещения, изменения взаимодействия с грунтом в условиях знакопеременных нагрузок. Забивание анкерного устройства может производиться без остановки движения железнодорожных составов.