ГРУНТОВЫЙ АНКЕР
SUBSURFACE ANCHOR

Изобретение 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.
Известно анкерное устройство (см. а.с. СССР №1675497, кл. Е02D 5/80, опубл. в БИ №33, 1991 г.), включающее размещенный в скважине поворотный продольный элемент, соединенный посредством кольца с тросовой оттяжкой. Поворотный элемент выполнен с одним заостренным и другим закругленным торцами и имеет по концам упоры и со стороны закругленного торца углубление, а кольцо охватывает поворотный элемент с возможностью перемещения и имеет на внутренней поверхности фиксатор, заведенный в углубление поворотного элемента.
Известное анкерное устройство обладает невысокой несущей способностью, поскольку в ненарушенный грунт вокруг скважины внедряются и взаимодействуют с ним лишь концевые участки поворотного элемента. Кроме того, установка такого анкерного устройства сопряжена с предварительной проходкой скважины в грунте.
Известен также грунтовый анкер (см. а.с. СССР №1293277, кл. Е02D 5/80, опубл. в БИ №8, 1987 г.), включающий штангу с наконечником и шарнирно прикрепленные к штанге поворотные лопасти, каждая из которых выполнена в виде пластины с продольным ребром со стороны наконечника. Анкер снабжен клиновидными упорами, размещенными на штанге с возможностью продольного перемещения и фиксации и взаимодействующими своей наклонной поверхностью с обращенными к штанге торцами продольных ребер лопастей.
Наличие большого числа взаимодействующих между собой конструктивных элементов повышает материалоемкость и трудоемкость изготовления такого анкера и ведет к снижению его эксплуатационной надежности.
Наиболее близким по технической сущности и совокупности существенных признаков является анкерное устройство (см. патент США №3653167, кл. Е02d 5/80, 1972 г.), содержащее анкерную головку, адаптированную таким образом, что ее погружение в грунт в первом положении обеспечивает низкое сопротивление погружению, а во втором положении, наклонном относительно первого, указанная головка обеспечивает сопротивление выдергиванию большее, чем сопротивление погружению, элемент сочленения, смещенный в боковом направлении от указанной головки, и тягу, соединенную с элементом сочленения для наклона указанной головки из первого положения во второе. Указанная головка содержит плоскую, прямоугольной формы анкерную плиту, снабженную поперечным элементом, содержащим поперечную плиту, одним концом прикрепленную к одной стороне указанной анкерной плиты перпендикулярно к ней, а указанный элемент сочленения находится на другом конце поперечной плиты. Указанный поперечный элемент включает еще одну плиту, которая параллельна указанной поперечной плите. Указанная анкерная головка включает вторую прямоугольную плиту, соединенную с поперечным элементом параллельно анкерной плите. Указанный элемент сочленения включает ось, параллельную указанной анкерной плите.
Выполнение в данном анкерном устройстве узла крепления тяги в виде прикрепленных к анкерной плите поперечных плит с элементом сочленения на их выступающем конце значительно усложняет конструкцию устройства. Кроме того, наличие такого выходящего за пределы анкерной плиты узла крепления ведет к повышению сопротивления погружению устройства в грунт, а также к снижению его несущей способности из-за нарушения указанным узлом крепления структуры грунта над анкерной плитой как в процессе погружения устройства, так и при его последующих смещениях при нагружении.
Технической задачей предлагаемого решения является упрощение конструкции грунтового анкера, повышение его несущей способности и эффективности погружения в грунт за счет обеспечения непосредственного соединения гибкой тяги с анкерной плитой.
Она решается тем, что в грунтовом анкере, включающем анкерную плиту, гибкую тягу и узел ее крепления к указанной плите, согласно техническому решению узел крепления выполнен в виде пройденных в анкерной плите сквозных отверстий, через которые, начиная с входного отверстия, пропущен замковый конец гибкой тяги. Входное отверстие расположено по оси симметрии анкерной плиты и смещено от центра тяжести указанной плиты в сторону ее лидирующего торца на расстояние, равное 0,1÷0,3 расстояния между ними.
При таком выполнении устройства узел крепления не содержит выступающих за пределы анкерной плиты элементов - гибкая тяга крепится непосредственно к анкерной плите. Благодаря этому существенно упрощается конструкция анкера, снижаются его материалоемкость и трудоемкость изготовления. Вместе с тем, уменьшается площадь поверхности контакта анкера с грунтом, что обеспечивает снижение сопротивления его погружению в грунт и, следовательно, повышение эффективности погружения. Кроме того, минимизируется нарушение исходной структуры грунта при погружении анкерной плиты и исключается возможность нарушения структуры грунта над анкерной плитой при нагружении анкера. То и другое способствуют повышению несущей способности устройства.
Выполнение сквозных отверстий в анкерной плите обеспечивает возможность простого и надежного крепления к ней гибкой тяги посредством фрикционного замка, для формирования которого достаточно пропустить через указанные отверстия замковый конец тяги. Испытания такого замка показывают, что уже трех, выполненных по размеру гибкой тяги отверстий, включая входное, достаточно для ее надежного закрепления.
Расположение входного отверстия по оси симметрии анкерной плиты позволяет уравновесить силы, действующие по разные стороны указанной оси, и предотвратить этим возможность бокового крена и опрокидывания анкерной плиты в процессе ее поворота при нагружении анкера.
Указанное смещение входного отверстия от центра тяжести анкерной плиты позволяет реализовать при натяжении гибкой тяги вращательный момент, достаточный для поворота анкерной плиты относительно ее исходного положения вплоть до 90° и обеспечить этим надежное закрепление анкера в грунте. Смещение входного отверстия на большее расстояние нецелесообразно, поскольку, как показывают анализ процессов взаимодействия анкерной плиты с грунтом и проведенные исследования, вращательный момент возрастает при этом до значений, способных привести к локализации деформаций и разупрочнению грунта в окрестности анкерной плиты и, соответственно, к снижению несущей способности анкера. При смещениях, меньших указанного, падение вращательного момента сопровождается уменьшением угла поворота анкерной плиты, что также ведет к снижению несущей способности анкера.
Во избежание концентрации напряжений на контактах гибкой тяги с кромками сквозных отверстий в анкерной плите и предотвращения возможности ее разрыва, указанные отверстия целесообразно выполнить с закругленными краями.
Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет упростить конструкцию грунтового анкера и повысить при этом его несущую способность и эффективность погружения в грунт.
Сущность технического решения иллюстрируется примером конкретного исполнения и чертежами, где на:
фиг.1 изображен грунтовый анкер при погружении, продольный разрез; фиг.2 - то же, в рабочем положении, продольный разрез.
Грунтовый анкер (фиг.1, 2) содержит анкерную плиту 1, например, металлическую, и узел крепления в виде пройденных в анкерной плите 1 сквозных отверстий 2. Через отверстия 2, начиная с входного отверстия 3, например, последовательно, пропущен и фрикционно зафиксирован замковый конец гибкой тяги 4, выполненной, например, в виде троса. При этом входное отверстие 3 расположено по оси симметрии анкерной плиты 1 и смещено от ее центра тяжести 5 в сторону ее лидирующего торца 6 на расстояние l, равное 0,1÷0,3 расстояния L между ними. Отверстия 2 выполнены с закругленными краями.
Работа грунтового анкера осуществляется следующим образом.
Анкерную плиту 1 с прикрепленной к ней гибкой тягой 4 устанавливают лидирующим торцом 6 на поверхность грунта 7. На противолежащий торец этой плиты 1, соосно с ней, устанавливают прорезью 8 полую инвентарную штангу 9 (далее - штанга 9), через которую пропускают гибкую тягу 4 (фиг.1). Далее посредством осевого силового воздействия на штангу 9, например, пневмоударником, продольно погружают анкерную плиту 1 вместе с гибкой тягой 4 в грунт. После погружения анкерной плиты 1 на заданную глубину извлекают штангу 9, а полость от нее забивают грунтом. Затем к тяге 4 прикладывают выдергивающую силу, например, посредством домкрата. При этом благодаря тому, что ось действия выдергивающей силы смещена относительно продольной оси анкерной плиты 1 и ее центра тяжести 5, происходит прогрессирующий, с увеличением выдергивающей силы, поворот анкерной плиты 1 (фиг.2), чем обеспечивается надежное закрепление анкера в грунте.