Винтовой анкер

Область техники.
Полезная модель относится к области строительства на скальных грунтах без бетона, конкретно к винтовым анкерам, погружаемых в лидерное отверстие скальных грунтов и являющегося частью фундамента для последующего монтажа ответственных конструкций.
Наиболее эффективно полезная модель может быть использована в фундаментостроении при креплении к скальному грунту конструкций различного назначения: быстровозводимых зданий и сооружений, антенных мачт и фазированных антенных решеток (ФАР), трубопроводов различного назначения, причалов, подпорных стен, мостов, зданий и сооружений капитального строительства в условиях горной местности со скальными грунтами, повышенных ветровых и снеговых нагрузок, включая районы Крайнего Севера.
Уровень техники.
Известны винтовые анкеры /SU 1649039, 114693, RU 15350, RU 2034956, RU 2164980, RU 2489548, RU 2548283/, включающие пустотелый ствол для вакуумного отсоса продуктов сверления грунтовых пород или подачи в зону сверления тампонажного раствора или сжатого воздуха. Нижний конец винтового анкера снабжен винтовой лопастями, размещенными на нижнем его конце для автоматического погружения анкера в грунт при его вращении.
Наиболее близкой по конструкции к заявленной полезной модели относится винтовой анкер /RU 2548283, Е02D 5/56, 27.06.2013/, включающий полую цилиндрическую стальную приводную трубу, на нижней погружной части которой установлена винтовая лопасть для ввертывания анкера в грунт.
При этом винтовая лопасть установлена на отдельном заостренном оголовке трубы. Оголовок соединен с приводной трубой резьбовым соединением и снабжен боковыми отверстиями, сообщающимися с полостью трубы, для вывода тампонажного раствора в грунт. Верхняя часть трубы снабжена штуцером для подачи тампонажного раствора в оголовок через полость трубы. В качестве тампонажного раствора использованы вяжущего вещества, такие как нефтяные битумы, жидкое натриевое стекло и/или цементные растворы.
Недостатком известного винтового анкера /RU 2548283/ является трудность сверления скальных грунтов.
Это связано с наличием заостренного оголовка, препятствующего ввертыванию анкера при опоре кольцевой поверхности торца на скальный грунт. Кроме того, относительно большие относительные размеры лопастей оголовка и его винтовое соединение с приводной трубой приводят к поломке винтового анкера при сверлении скальных грунтов.
Технической задачей полезной модели является создание винтового анкера, пригодного для ввинчивания в скальные грунты по направлению лидерного отверстия и установке на них свайного фундамента повышенной прочности без использования бетона, являющегося связующим звеном между сваей и скальным грунтом в известных анкерах.
Техническим результатом, обеспечивающим решение этой задачи, является одновременное повышение прочности конструкции и режущих возможностей винтового анкера при ввинчивании его в лидерное отверстие скального грунта.
Сущность полезной модели.
Достижение заявленного технического результата, и как следствие, решение поставленной задачи обеспечивается тем, что винтовой анкер включает полую цилиндрическую стальную приводную трубу, на нижней погружной части которой, установлена винтовая лопасть для ввертывания анкера в грунт.
Новым в полезной модели является
о
выполнение погружного конец трубы анкера сужающимся с углом конусности α =15-20 в сторону погружного конца анкера с высоты, превышающей высоту крепления конца нижнего витка винтовой лопасти на трубе;
выполнение винтовой лопасти с шагом витков 140-240 мм и в переходе на сужающуюся часть трубы – с шагом 190-320 мм из стальной полосы шириной 40-50 мм и толщиной 10-20 мм;
о
выполнение на торцевой части витков стальной полосы вырезов глубиной 10-25 мм, наклоном 60-80 относительно касательной к поверхности витка в сторону вращения анкера;
снабжение нижнего торца суженной части трубы торцевыми резцами высотой 15-20 мм, в виде треугольных выступов или пилообразных зубьев, равномерно распределенных по окружности торцевой части нижнего конца трубы анкера.
выполнение трубы анкера диаметром 110-325 мм и с толщиной стенок 10-20 мм.
Обоснование достижения заявленного технического результата и решения поставленной технической задачи.
о
Выполнение стальной трубы 1 оптимальных размеров, а именно диаметрами 110-325 мм и с толщиной стенок 10-20 мм, а ее винтовой лопасти с шагом витков 140-240 мм на цилиндрической части анкера и с шагом 190-320 мм в переходе на сужающуюся часть трубы с углом конусности α =15-20 из стальной полосы шириной 40-50 мм и толщиной 10-20 мм позволили увеличить прочность конструкции винтового анкера и повысить его несущую способность и крепление в скальном грунте без использования бетона.
о
Выполнение на торцевой части витков стальной полосы вырезов глубиной 10-25 мм, наклоном 60-80 относительно касательной к поверхности витка в сторону вращения анкера, а также - снабжение нижнего торца суженной части трубы торцевыми резцами высотой 15-20 мм, в виде треугольных выступов или пилообразных зубьев, равномерно распределенных по окружности торцевой части нижнего конца трубы анкера позволили увеличить режущие способности анкера и возможность врезки его в стенки лидерного отверстия скального грунта.
Увеличение прочности и режущих способностей предложенного анкера впервые позволили решить задачу возведения свайного фундамента повышенной прочности на скальных грунтах без использования бетона.
Исключение бетона при возведении свайного фундамента дополнительно позволил решить проблемы, связанные с приготовлением, доставкой и замерзанием цементных растворов и обеспечить круглогодичное возведения свайных сооружений в районах Крайнего Севера.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, представленными на фиг. 1 – фиг. 3.
На фиг. 1 представлен рисунок, поясняющий пример конструктивного исполнения винтового анкера из материалов существующих ГОСТов, на фиг 2 – фотография примера его конструктивного исполнения, а на фиг. 3 – фото привода вращения винтового анкера на автомобильном шасси.
На фиг. 1 – фиг. 2 позициями обозначены:
1 - полая цилиндрическая стальная приводная труба;
2 - винтовая лопасть из стальной полосы;
3 – вырезы (боковые ножи резки скального грунта);
4 – торцевые резцы (ножи) рыхления скального грунта;
5 - сквозные отверстия для соединения винтового анкера с валом привода вращения анкера и опорой свайного фундамента.
Раскрытие сущности полезной модели со ссылкой на номера позиций элементов винтового анкера.
Согласно фиг. 1–3 винтовой анкер включает полую цилиндрическую стальную приводную трубу 1. На нижней погружной части трубы 1, установлена винтовая лопасть 2 из стальной полосы для нарезания пазов в грунте во время ввертывания анкера в лидерное отверстие скального грунта.
о
о
Согласно полезной модели стальная труба 1 анкера выполнена диаметром 110-325 мм и с толщиной стенок 10-20 мм. Погружной конец трубы 1 с высоты, превышающей высоту крепления нижнего конца нижней винтовой лопасти 2 на трубе 1, выполнен сужающимся (для задания направления во время погружения в лидерное отверстие) в сторону погружного конца анкера с углом конусности α =15-20. Винтовая лопасть 2 на цилиндрической несущей части анкера выполнена с шагом витков 140-240 мм и в переходе на сужающуюся часть трубы 2 – с шагом 190-320 мм из стальной полосы 3 шириной 40-50 мм и толщиной 10-20 мм. На торцевой части витков2 стальной полосы выполнены вырезы 3 глубиной 10-25 мм с наклоном 60-80 относительно касательной к поверхности витка в сторону вращения анкера при ввертывании его в скальный грунт, образуя боковые ножи для врезки в скальный грунт. Нижний торец суженной части трубы 2 снабжен торцевыми резцами 4 высотой 15-20 мм. Торцевые резцы 4 выполнены в виде треугольных выступов или пилообразных зубьев, равномерно распределенных по окружности торцевой части нижнего конца трубы 1 анкера. Верхняя часть цилиндрической трубы 1 снабжена сквозными отверстиями 5 для соединения с валом привода вращения анкера.
Работа винтового анкера.
Для врезания в скальный грунт, перед установкой анкера с помощью специальной бурильной техники типа УРБ2-ИСТ пробуривают в скале лидерное отверстие по диаметру верхней части трубы 1. Для захвата анкера спецтехникой, верхнюю часть трубы 1 соединяют через сквозные отверстия 5 (на фигурах не показано) с валом привода вращения анкера. В качестве привода вращения анкера может быть использована гидравлическая сверлильная машина типа УБМ-85.
Далее стрелой привода (фиг. 3) в месте установки опорной сваи в предварительно пробуренное лидерное отверстие устанавливают зауженный конец винтовой анкер в вертикальное положение и включают гидравлический привод вращения с одновременным гидравлическим давлением на верхнюю часть трубы 1 вдоль ее оси вращения.
При этом боковые резцы 3 конусной части трубы 1 вгрызаются в скальную породу грунта и начинают нарезать в ней пазы, достаточные для ввертывания в него первого витка винтовой лопасти 2. Далее за счет зубьев происходит выгрызание части скального грунта и зацепления винтовой лопасти 2 со скальным грунтом. Происходит автоматическое погружение и ввинчивание анкера по нарезанным виткам в скальную породу за счет вращения анкера по направлению лидерного отверстия и торцевого рыхления резцами 4, обсыпавшегося скального грунта в лидерное отверстие. Одновременно боковые ножи 3 резки скального грунта лопасти 2 нарезают витки в скальном грунте, облегчая ввертывание анкера в скальный грунт на требуемую расчетную по проекту глубину погружения.
При этом шлам скального грунта, образующийся при резке скальной породы боковыми ножами 3 лопасти 2 по ходу погружения анкера в полости лидерного отверстия под действием силы давления вращающейся винтовой лопасти и встречного движения измельченной породы, заполняет полость трубы 1.
После ввертывания винтового анкера в скальный грунт отсоединяют вал привода вращения анкера от трубы 1 и на его место устанавливают опору свайного фундамента и крепят ее в соответствии с проектным решением.
Промышленная применимость.
Полезная модель разработана на уровне технического проекта и опытного образца винтового анкера (фиг. 2). Испытание опытного образца показали возможность круглогодичного строительстве надежных свайных фундаментов для радиолокационных антенных систем и сооружений на скальных вечно мерзлых грунтах без использования цементных растворов.