ГРУНТОВЫЙ АНКЕР Российский патент 1996 года по МПК E02D5/80 

Изобретение относится к строительству и может найти применение при прокладке магистральных трубопроводов в вечномерзлых грунтах.

Наиболее близким к описываемому изобретению является грунтовый анкер, включающий заглубленный в скважину ствол с поярусно закрепленными на нем дисками, между которыми образованы целики из затвердевшего строительного раствора, подаваемого под диски через зазоры между дисками и стенками скважины (1).

Недостаток известного анкера заключается в том, что в нем недостаточно учтены факторы, повышающие несущую способность, особенно при использовании анкера в вечномерзлых грунтах. К таким факторам относится недостаточное использование площади дисков, поскольку их диаметр меньше диаметра скважины, и недостаточное сцепление целиков со стенками скважины, поскольку не достигается их смерзание с грунтом.

На исключение указанного недостатка направлено описываемое изобретение.

Для достижения положительного результата в грунтовом анкере, включающем заглубленный в скважину ствол с поярусно закрепленными на нем дисками, между которыми образованы целики затвердевшего материала с диаметром, равным диаметру скважины, целики образованы из смерзшегося грунта, а диски, кроме нижнего, выполнены с равномерно размещенными нормально их поверхности проточными отверстиями, общая площадь которых в диске составляет 10-20% его площади, при этом диаметр диска, кроме нижнего, равен диаметру скважины, а диаметр проточного отверстия составляет 5-10 диаметров крупно-зернистой минеральной фракции смерзшегося грунта целика.

На чертеже изображен описываемый грунтовый анкер, продольный разрез.

Грунтовый анкер содержит ствол 1, закрепленные на нем нижний 2 и верхние 3 диски и целики из смерзшегося грунта 4 заливки междисковых полостей. Верхние диски 3 выполнены размером D₁=D₂(=D₃), где D₁, D₂, D₃ диаметры дисков 3, смерзшегося грунта 4 междисковой полости и скважины 5. В этих дисках 3 равномерно по всей нормальной поверхности образованы проточные отверстия 6 размером (5-10)d, где d диаметр крупнозернистой фракции минерального грунта (d<1,5 мм по СНиПу). Общая площадь отверстий 6 составляет (10-20)% площади диска 3.

Работает анкер следующим образом.

Заранее смонтированный ствол с дисками фактически беззазорно аккуратно опускают в скважину и сверху заливают (иногда подогреваемый) грунтовый раствор из минерального грунта. Попав на поверхность верхнего диска, раствор беспрепятственно стекает в междисковую полость через проточные отверстия 6, попадает на поверхности следующих дисков и затем так же беспрепятственно стекает через отверстия 6 ниже, пока не заполнит все междисковые полости и отверстия в дисках. Когда грунтовый раствор охладится и смерзнется, анкер окажется пригодным к эксплуатации, причем сами диски утрачивают свой решетовый вид.

В эксплуатации при приложении к анкеру выдергивающей нагрузки анкер перемещается вверх. Наличие податливости объясняется рядом факторов - закрытием имеющихся в мерзлом грунте пор, трещин и других полостей, образующихся при быстром замерзании талого грунта в полости скважины, оттоком жидкой фазы воды из порогового пространства, изменением объема при фазовом переходе. По мере отжатия воды в менее напряженную зону, в данном случае под диски анкера, происходит компрессионное сжатие скелетных частей частиц грунта, уплотнение их упаковки и упругие деформации. Стабилизация осадок происходит тогда, когда поровое давление вернется к исходному значению и внешнее давление будет полностью приложено к скелету грунта.

В нашем случае поровая вода будет отжиматься под диски через отверстия в них, что позволит улучшить условия для отжатия воды из уплотненной зоны над диском анкера по сравнению со случаем, когда жидкость отжимается через зазор между диском и стенкой скважины. При значительных размерах дисков это может привести не к полному отжатию воды из уплотняемой зоны, что снижает физико-механические свойства этого грунта.

Пример расчета. Увеличение площади диска составит:
а) для диска диам. 150 мм

б) для диска диам. 250 мм

Размер отверстий 5-15 мм.

Таким образом, благодаря введению в дисках проточных отверстий обеспечена возможность увеличения их диаметра, в результате чего обеспечено повышение удерживающей способности анкера.

По мере уплотнения грунта над дисками уплотненным грунтом перекрываются и отверстия в дисках, в результате чего при расчете удерживающей нагрузки на анкер учитывают площадь поверхности диска, включающую и суммарную площадь отверстий.

В связи с тем, что анкер погружают в скважину практически без зазора между диском и стенкой скважины, по сравнению с прототипом при одинаковых размерах сечения скважины площадь диска возрастает, что увеличивает удерживающую способность анкера.

Изложенное относится и к талым грунтам.

Использование: прокладка магистральных трубопроводов в вечномерзлых грунтах. Сущность изобретения: грунтовый анкер содержит ствол с поярусно закрепленными на нем дисками. Анкер погружен в скважину и вморожен в нее таким образом, что между дисками образованы целики смерзшегося грунта. Диски, кроме нижнего, имеют диаметр меньше, чем диаметр скважины, и выполнены с проточными отверстиями. 1 ил.

Грунтовый анкер, включающий заглубленный в скважину ствол с поярусно закрепленными на нем дисками, между которыми образованы целики затвердевшего материала с диаметром, равным диаметру скважины, отличающийся тем, что целики образованы из смерзшегося грунта, а диски, кроме нижнего, выполнены с равномерно размещенными нормально их поверхности проточными отверстиями, общая площадь которых в диске составляет 10 20% его площади, при этом диаметр диска, кроме нижнего, равен диаметру скважины, а диаметр проточного отверстия составляет 5 10 диаметров крупно-зернистой минеральной фракции смерзшегося грунта целика.