ГРУНТОВЫЙ АНКЕР

Техническое решение 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. Е 02 D 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. Е 02 D 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. Е 02 d 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.
Надежная работа данного анкера обеспечивается при условии на-гружения анкерной головки, основным элементом которой является плоская, прямоугольной формы анкерная плита, нагрузкой, симметричной относительно ее продольной плоскости симметрии. Нарушение этого условия, которое может вызываться, например, неоднородностью грунта или его отдельных слоев, наличием в нем пустот или инородных включений, способно привести к крену анкерной головки - ее повороту относительно продольной оси. Крен же, при всех вариантах исполнения известного устройства, ведет к уменьшению лобовой площади анкерной головки (площади проекции на плоскость, перпендикулярную линии действия выдергивающей силы) и лобового сопротивления и, соответственно, к снижению несущей способности анкера. Зависимость несущей способности анкера от крена анкерной головки снижает надежность его работы.
Технической задачей предлагаемого решения является повышение надежности работы грунтового анкера за счет устранения воздействия крена анкерной головки на несущую способность анкера.
Она решается тем, что в грунтовом анкере, включающем анкерную головку, гибкую тягу и узел ее крепления к указанной головке, согласно техническому решению анкерная головка выполнена в виде полого цилиндра.
При таком выполнении устройства анкерная головка имеет форму тела вращения с продольной осью симметрии и потому обусловленный поворотом относительно продольной оси крен указанной головки не способен повлиять на величину ее лобовой площади, следовательно, и на несущую способность анкера. Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет устранить воздействие возможного крена анкерной головки на несущую способность анкера и повысить этим надежность его работы.
Выполнение при этом цилиндра полым позволяет уменьшить площадь его поперечного сечения и облегчить этим его погружение в грунт.
Целесообразно узел крепления гибкой тяги выполнить в виде пройденных в анкерной головке сквозных отверстий, через которые пропущен замковый конец гибкой тяги. Это обеспечивает простоту и надежность крепления.
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; фиг.3 -сечение А - А на фиг.1.
Грунтовый анкер (далее - анкер) содержит анкерную головку 1 (фиг.1, 2) в виде полого цилиндра, выполненного, например, из отрезка металлической трубы круглого сечения, и узел крепления гибкой тяги 2 в виде пройденных в корпусе анкерной головки 1 сквозных отверстий 3, через которые пропущен и фрикционно зафиксирован замковый конец гибкой тяги 2, выполненной, например, в виде троса.
Для погружения анкера в грунт используется пустотелая штанга 4 (далее - штанга 4) с крестовидным наконечником 5 (далее - наконечник 5), выполненным по размерам поперечного сечения анкерной головки 1 и имеющим вырезы 6 для соединения с ней (фиг.1,3).
Работа анкера осуществляется следующим образом.
Анкерную головку 1 с прикрепленной к ней гибкой тягой 2 устанавливают лидирующим торцом на поверхность 7 грунта. На противолежащий торец анкерной головки 1, соосно с ней, устанавливают наконечником 5 штангу 4 (фиг.1). Далее посредством осевого силового воздействия на штангу 4 с использованием молота, вибропогружателя или пневмоударника продольно погружают анкерную головку 1 вместе с гибкой тягой 2 в грунт. При этом анкерная головка 1 в виде полого цилиндра и наконечник 5 врезаются в грунт, который проскальзывает по их поверхностям, что облегчает погружение.
После погружения анкерной головки 1 на заданную глубину извлекают штангу 4 с наконечником 5, а полость от нее заполняют грунтом. Затем посредством подъемного устройства, например, домкрата, прикладывают выдергивающую силу к гибкой тяге 2. При этом благодаря тому что линия действия выдергивающей силы смещена относительно продольной оси анкерной головки 1, реализуется вращающий момент, который приводит к ее повороту (фиг.2). В случае симметричной нагрузки от грунта 7 поворот осуществляется около поперечной мгновенной оси вращения, перпендикулярной плоскости, проходящей через линию действия выдергивающей силы и продольную ось анкерной головки 1. В случае же асимметричной нагрузки неуравновешенность сил и моментов приводит к повороту анкерной головки 1 и относительно ее продольной оси и крену. Однако, поскольку анкерная головка 1 представляет собой тело вращения с продольной осью симметрии, крен, который обусловлен поворотом именно относительно ее продольной оси, не способен повлиять на величину лобовой площади S. Как при наличии крена, так и в его отсутствие лобовая площадь S анкерной головки 1 зависит только от угла<р ее поворота относительно указанной поперечной мгновенной оси вращения и монотонно возрастает с поворотом согласно формуле
S=DL sinφ,
где D - внешний диаметр анкерной головки; L - ее длина;φ≤90°.
Независимость лобовой площади S, а значит, и несущей способности анкера от возможного крена анкерной головки обеспечивает надежную работу устройства при различных условиях его эксплуатации.