СПОСОБ ЗАКРЕПЛЕНИЯ АНКЕРНОЙ СВЯЗИ ОБЪЕКТА СО ЛЬДОМ И ЛЕДОВЫЙ АНКЕР
METHOD FOR SECURING THE ANCHOR CONNECTION OF AN OBJECT WITH ICE AND ICE ANCHOR

Изобретение относится к способам и устройствам крепления объектов и оборудования к ледовому покрытию акваторий.
Обустройство Арктической зоны, в том числе и при использовании средств освоения океана и проведении подводно-технических работ, во многих случаях сопровождается креплением построек, надводного, подводного и размещаемого на льду оборудования к ледовому покрову морских, озерных и речных акваторий, а также необходимостью кантовки ледовых блоков с помощью грузоподъемных устройств для их подъема и перемещения. При выполнении таких работ требуется использование ледовых анкеров и способов их надежного крепления к льдине (и их демонтажа по окончании необходимости применения).
Существует множество технических решений анкерных связей в строительстве и инженерном обустройстве территорий.
Известен «Грунтовый анкер» по патенту РФ №186050 от 27.12.2018 г. на полезную модель, который может быть использован для крепления:
- подпорных стен, оползневых склонов, набережных, причальных стенок и других гидротехнических сооружений;
- несущих стен тоннелей;
- растяжек грунтовых сооружений и т.п.
Рабочая часть грунтового анкера содержит анкерные плиты плоской формы и тягу толкающего стержня, обеспечивающего поворот одной из анкерных плит в рабочее положение.
Известен «Трубчатый грунтовой анкер» по патенту РФ №174632 от 24.10.2017 г. на полезную модель, отличающийся тем, что анкер включает трубчатый корпус с прорезями на его боковой поверхности и анкерную тягу, раскрывающую лопасти крепления анкера к грунту повышенной плотности.
Общим недостатком аналогов является невозможность при работе в ледовой лунке поворота крепящих элементов ввиду высокой прочности льда на сжатие.
«Винтовой грузовой анкер с элементом жесткой фиксации транца судна» по патенту РФ №196926 от 20.03.2020 г. снижает риск несанкционированного извлечения анкерного устройства из грунта. Устройство содержит в нижней части анкерного корпуса конический наконечник с винтовой лопастью, обеспечивающей крепление анкера к грунту. Однако такое техническое решение не может быть применено при креплении анкера ко льду из-за невозможности существенного сжатия ледового массива.
В качестве прототипа принят наиболее близкий по предлагаемому техническому решению «Способ извлечения арматуры анкерной связи и соответствующая анкерная связь» по патенту РФ №2101418 от 10.01.1998 г. Изобретение касается предварительно напряженной анкерной связи, замуровываемой в землю при помощи затвердевающего фиксирующего раствора, в массе которого вокруг арматуры располагается труба, способная выдерживать тянущее усилие предварительного напряжения, но разрушающаяся при воздействии приложенного к арматуре тянущего напряжения, превышающего по величине усилия предварительного напряжения, но недостаточного для разрушения самой арматуры.
При осуществлении способа в соответствии с изображением-прототипом последовательно выполняются следующие технологические операции:
- в грунте на месте установки данной анкерной связи пробуривается скважина требуемой глубины, предназначенная для закрепления в ней арматуры этой анкерной связи;
- в упомянутой выше скважине устанавливается труба из стекловолокна на всю длину этой скважины или только на ее часть. Действительно эта труба в соответствии с изобретением необходима только в области, предусмотренной для прикрепления к земле нижнего конца арматуры анкерной связи. В рассматриваемом примере эта труба из стекловолокна занимает не всю длину скважины, а только ее нижнюю часть и продолжается вверх защитной трубой;
- в трубу подается под давлением жидкий цементный раствор таким образом, что этот раствор пробивает трубу через серию манжет и заполняет свободное пространство, существующее между трубой и стенками скважины;
- перед закачиванием в трубу цементного раствора или сразу после закачивания до начала схватывания этого раствора в скважину погружается арматура устанавливаемой анкерной связи до тех пор, пока нижний конец этой арматуры не войдет в трубу на достаточную длину. Заканчиваемый в скважину цементный раствор обеспечивает, с другой стороны, крепление арматуры к этой трубе таким образом, что эта арматура прикрепляется к стенкам скважины при помощи цементного блока, содержащего вокруг этой арматуры цилиндр меньшей прочности на растяжение, образованный трубой из стекловолокна.
Вокруг другого конца данной арматуры устанавливается обычное устройство предварительного натяжения, представляющее собой, например, опирающуюся на землю распределительную плиту и гайку, взаимодействующую с резьбовой частью этого конца анкерной арматуры.
Анкерная связь по прототипу включает погруженную в пробуренную в земле скважину и закрепленную в грунте с помощью твердеющего раствора продольную арматуру, свободный конец которой погружен в пробуренную в земле скважину и подвержен воздействию средств натяжения для создания предварительного напряжения анкерной связи, и трубу, расположенную в твердеющем растворе вокруг арматуры и способную сопротивляться натяжению предварительного напряжения, отличающаяся тем, что эта труба находится в состоянии натяжения под воздействием предварительного напряжения арматуры и выполнена разрушающейся при приложении к арматуре выдергивающего усилия, превышающего усилие предварительного напряжения, но меньшего усилия разрушения арматуры.
В неизменном виде изобретение по прототипу не может быть использовано в условиях ледового покрытия по следующим причинам:
1. При низких отрицательных температурах использование твердеющих цементных растворов требует существенных технологических усовершенствований;
2. Создание предварительного напряжения арматуры при установке ледового анкера не всегда приемлемо. Например, при кантовке плавающего блока;
3. Переустановка ледового анкера на новое место связана с большими потерями времени и необходимостью создания приспособлений для создания разрушающего арматуру выдерживающего усилия;
4. Нетехнологичность устройств по прототипу обуславливается также их высокой стоимостью из-за повышенной трудоемкости установки анкеров.
В связи с вышеотмеченным становится актуальным вопрос применения простых в обслуживании и быстро монтируемых ледовых анкеров в экстремальных условиях арктической зимы.
Это достигается тем, что в качестве твердеющей среды может быть использована быстро приготовляемая в малых объемах вода. При демонтаже анкера его сцепление со льда легко снижается за счет оплавления льда при местном разогреве анкера.
Сущность заявляемого способа заключается в том, что закрепление анкерной связи объекта на ледовом покрытии акватории включает создание в льдине глухой/сквозной лунки, в которую ввертывают ледовый анкер, выполненный в виде бурава-самореза, нарезающего самостопорящую резьбу в ледяном массиве, локально в зоне резьбы нагревают корпус ледяного анкера до оплавления резьбы и создают условия для вмерзания анкера в лед; демонтаж ледяного анкера осуществляют сначала с локального нагрева его резьбы с последующим извлечением (вывертыванием) анкера из льда.
Вариант устройства, осуществляющего заявляемый способ, - ледовый анкер, выполненный в виде бурава (шурупа) - самореза, включающий полый корпус-метчик для нарезания самостопорящейся резьбы в предварительно выполненной ледовой лунке с заборной частью длиной не менее полутора диаметров лунки и калибрующей частью длиной не менее диаметра лунки, хвостовая часть корпуса снабжена приспособлениями, сопрягаемыми с устройством приложения к нему при монтаже/демонтаже анкера силового момента и с натяжным устройством (его крюком, тросом и подобным элементом) анкерной связи объекта, внешняя цилиндрическая поверхность корпуса-метчика снабжена числом не менее четырех продольными канавками, суммарный объем которых не менее насыпного объема, образующейся при нарезании резьбы ледяной крошки режущими перьями, а в продольной внутренней полости корпуса метчика со стороны его хвостовой части установлен электронагревательный элемент (ТЭН), в простейшем случае кабелем с вилкой подсоединяемый к источнику электроэнергии.
Способ и устройство для его осуществления иллюстрируются чертежами, на которых показаны:
На фиг. 1 - расположение ледового анкера в глухой/сквозной лунке льда;
На фиг. 2 - вид на анкер сверху при исключении льда и изображении на одной фигуре установленного ТЭНа и приспособления, сопрягаемого с устройством приложения к корпусу-метчику внешних нагрузок.
Способ реализуется тем, что в предварительно подготовленную во льдине 1 (фиг. 1) лунку 2 ввертывается корпус-метчик 3, на внешний цилиндрической (калибрующая часть) и конической (заборная часть) выполнена самостопорящаяся резьба 4 (См. статью «Резьба» в Новом политехническом словаре, БРЭ, М., 2000).
Режущие перья метчика образованы выполнением канавок (не менее четырех) 5. При этом суммарный объем канавок должен соответствовать объему образуемой крошки льда. Нагрев по устанавливаемому опытом времени резьбы с образованием водяной смазки осуществляют ТЭНом 6, устанавливаемым во внутреннюю полость корпуса-метчика 3.7- токоподводы ТЭНа.
Создание водяной смазки при монтаже/демонтаже анкера также достигают подачей электропитания на токоподводы 7.
Ледовый анкер снабжен на хвостовике корпуса-метчика 3 приливами 8 (фиг. 2). Размещаемым между ними размахом (на фиг. не показан) в виде стержня создают силовой момент при монтаже/демонтаже анкера. Для крепления гибких оттяжек к анкеру предусмотрен устанавливаемый в отверстия приливов закладной с поворотной чекой штифт 9.
Внутренняя поверхность корпуса-метчика 3 выполнена в виде радиатора-пластинчатыми шайбами 10, сопрягаемыми с конической частью 11 ТЭНа.
Работу с ледовыми анкерами осуществляют следующим образом.
По предварительной разметке во льду 1 выполняются на требуемую глубину лунки 2. С выступов 8 (фиг. 1) корпуса-метчика 3 устанавливаемого анкера извлекается штифт 9. Заборной частью корпус 1 заводится в лунку 2.
С помощью размаха (в простейшем случае прочного стержня, располагаемого между приливами 8) анкер ввертывается в лунку так, чтобы калиброванная часть корпуса-метчика 3 полностью скрылась в лунке. Отложив размах в сторону, во внутреннюю полость корпуса-метчика 3 устанавливается ТЭН 6, токоподводы 7 которого подсоединяют к источнику электропитания. За счет нагрева перьев резьбы 4 соприкасающаяся с ними ледовая резьба подтаивает. Время включения ТЭНа 6 подбирается опытным путем применительно к конкретным условиям (характеристики льда, температура воздуха, температура ледового покрытия) с проверкой несущей способности анкера (например, с помощью динамометра). После извлечения из анкера ТЭНа 6, желательно закрыть внутреннюю полость корпуса-метчика 3 пробкой и в отверстия приливов 8 корпуса-метчика 3 устанавливается и фиксируется штифт 9, к которому крепятся гибкие оттяжки закрепляемого на льду объекта.
Демонтаж анкера выполняется после снятия гибких оттяжек и удаления штифта 9. Во внутреннюю полость корпуса-метчика 3 анкера (после освобождения от пробки, не показанной на фигурах) вводится ТЭН 6 и его токоподводы 7 подсоединяются к источнику электропитания. После проверки легкости вращения за приливы 8 корпуса-метчика 3, питание ТЭНа прекращается и анкер свободно извлекается из лунки 2.
Таким образом, без применения трудновыполнимых операций возможна быстрая установка в ледовых лунках требуемого количества анкеров, обеспечивающих эффективное закрепление объектов на ледовом покрытии акватории.