Грунтовые анкерные системы реферат

Обновлено: 07.07.2024

Анкеры представляют собой устройства, служащие для передачи выдергивающих усилий от строительных конструкций на грунтовую толщу. Их используют для закрепления ограждений котлованов, стен подземных сооружений, опускных колодцев, откосов и склонов, фундаментов дымовых труб, мачт, башен и т. п. (рис. 13.15).

Рис.13.15. Применение анкерных устройств:

а – крепление котлована; б – крепление днища и стенок дока или шлюза; в, г – восприятие выдергивающих сил в фундаментах дымовых труб и мачт ЛЭП; д – крепление откоса; е – усиление подпорной стенки; ж – крепление свода подземного перехода; з – противодействие взвешивающему давлению грунтовой воды на тоннели; и – восприятие опрокидывающего момента от перекрытия ангара

Анкера препятствуют всплытию заглубленных сооружений, что позволяет делать их более легкими, сокращает расход материалов.

Анкера можно использовать в различных грунтах, за исключением набухающих, просадочных и сильносжимаемых грунтов, илов, торфов и глин текучей консистенции.

Широкое использование анкеров объясняется исключительно положительным эффектом их применения. Так, при устройстве глубоких котлованов применение анкеров позволяет не только сделать окружающую конструкцию более легкой, но и вести строительные работы рядом с существующими сооружениями, не опасаясь развития в них чрезмерных деформаций. Кроме того, применение анкеров позволяет полностью освободить внутреннее пространство котлована от распорок и стоек, тем самым значительно упростив и ускорив производство строительных работ.

Конструкции анкеров и технология их устройства.

Конструкция анкера зависит от вида возводимого сооружения, его назначения и срока службы, геологических и гидрогеологических условий строительной площадки и ряда других факторов.

По сроку службы анкера подразделяются на временные и постоянные.

Временные анкера устраивают на срок выполнения строительно-монтажных работ или для крепления временных сооружений (шпунтовые стенки).

Постоянные анкера являются составной частью конструкции и устраиваются на весь срок службы капитального сооружения. Постоянные анкера отличаются от временных усиленной антикоррозионной защитой.

Грунтовые анкера находятся внутри массива и работают за счет сопротивления грунта.

Конструкция анкера состоит из трех основных частей: оголовка, анкерной тяги и анкерной заделки – корня анкера. Оголовок воспринимает усилие от конструкции, которую крепит анкер, анкерная тяга передает это усилие на безопасное расстояние в толщу грунта, анкерная заделка обеспечивает дальнейшую передачу усилия с тяги на окружающий грунт.

В зависимости от способа устройства заделки (корня) грунтовые анкера бывают:

- завинчивающимися и т.д.

В качестве тяжей применяются сплошные металлические стержни, трубы, тросы и т.д..

При подаче раствора в корень анкера (при инъектировании) подъему раствора из зоны заделки вверх по скважине препятствует особое устройство – пакер (рис. 13.16).

Рис.13.16. Инъекционный анкер:

1 – головка; 2 – анкеруемая конструкция; 3 – скважина; 4 – анкерная тяга; 5 – пакер; 6 – зона инъекцированного грунта (корень); 7 – состав для защиты тяги от коррозии

Предварительное натяжение анкеров производят для предотвращения или максимального ограничения перемещений анкеруемой конструкции. Натяжение обычно осуществляют с помощью домкратов.

При устройстве анкеров проводят пробные контрольные и приемочные испытания.

· Пробные испытания проводят для определения применимости выбранного типа и конструкции анкера, уточнения технологии устройства и его несущей способности. Испытанию подвергаются 3…5 анкеров.

· При контрольных испытаниях определяют соответствие фактической несущей способности рабочих анкеров расчетной нагрузке, заложенной в проекте. Контрольным испытаниям подвергается не менее 10 % от общего числа установленных анкеров.

· При приемочных испытаниях определяют пригодность анкера к эксплуатации. Если при выдержке во времени на испытательной нагрузке превышающей рабочую, разность деформаций в интервалах времени остается одинаковой или уменьшается, то анкер считается пригодным. Приемочным испытаниям подвергаются все анкеры, кроме прошедших контрольные испытания.

Допускаемые усилия на анкер определяются прочностью материала анкерной тяги и несущая способность заделки анкера в грунте.

Ориентировочно несущую способность анкера по грунту можно определить по методике расчета несущей способности свай как сумму сопротивлений по торцу и боковой поверхности зоны заделки:

где γ_с, γ_CR, γ_с_f – коэффициенты условий работы по СНиП 2.02.03-85;

D_k – диаметр корня анкера, м, после инъектирования;

R и f – удельные сопротивления по торцу и по боковой поверхности корня, кПа, принимаемые как для свай по СНиП;

l_k – длина заделки анкера, м.

Есть рекомендации определять несущую способность анкера, пренебрегая сопротивлением грунта по торцу заделки, а сопротивление трению по ее боковой поверхности принимать с учетом напряженного состояния окружающего анкер грунта, которое зависит от избыточного давления при инъектировании цементного раствора:

k=0,6 – коэффициент однородности грунта;

m_p – коэффициент, учитывающий напряженное состояние грунта в зависимости от давления при инъектировании и принимаемый для песков 0,5, для глин различной консистенции 0,4…0,2;

d_c – диаметр скважины;

F_k – избыточное давление в зоне заделки при инъектировании;

φ_I – расчетное значение угла внутреннего трения грунта в зоне заделки анкера.

Изложенные методики определения несущей способности анкеров по грунту используют только для предварительных расчетов. Окончательные размеры зоны заделки (длины корня анкера) назначаются после проведения испытаний опытных анкеров. Как правило, она принимается в пределах 4…5 м в песчаных грунтах и 5…7 м в глинистых. Расстояние между анкерами в зоне заделки принимается не менее 1,5 м, с тем, чтобы их взаимное влияние не слишком сказывалось на несущей способности анкеров.

Рис.13.15. Применение анкерных устройств:

Конструкции анкеров и технология их устройства.

По сроку службы анкера подразделяются на временные и постоянные.

Грунтовые анкера находятся внутри массива и работают за счет сопротивления грунта.

В зависимости от способа устройства заделки (корня) грунтовые анкера бывают:

Если вам нужна помощь в написании работы, то рекомендуем обратиться к профессионалам. Более 70 000 авторов готовы помочь вам прямо сейчас. Бесплатные корректировки и доработки. Узнайте стоимость своей работы.

- завинчивающимися и т.д.

В качестве тяжей применяются сплошные металлические стержни, трубы, тросы и т.д..

Рис.13.16. Инъекционный анкер:

При устройстве анкеров проводят пробные контрольные и приемочные испытания.

Пробные испытания проводят для определения применимости выбранного типа и конструкции анкера, уточнения технологии устройства и его несущей способности. Испытанию подвергаются 3…5 анкеров.
При контрольных испытаниях определяют соответствие фактической несущей способности рабочих анкеров расчетной нагрузке, заложенной в проекте. Контрольным испытаниям подвергается не менее 10 % от общего числа установленных анкеров.
При приемочных испытаниях определяют пригодность анкера к эксплуатации. Если при выдержке во времени на испытательной нагрузке превышающей рабочую, разность деформаций в интервалах времени остается одинаковой или уменьшается, то анкер считается пригодным. Приемочным испытаниям подвергаются все анкеры, кроме прошедших контрольные испытания.

где γс, γCR, γсf – коэффициенты условий работы по СНиП 2.02.03-85;

Dk – диаметр корня анкера, м, после инъектирования;

R и f – удельные сопротивления по торцу и по боковой поверхности корня, кПа, принимаемые как для свай по СНиП;

lk – длина заделки анкера, м.

k=0,6 – коэффициент однородности грунта;

mp – коэффициент, учитывающий напряженное состояние грунта в зависимости от давления при инъектировании и принимаемый для песков 0,5, для глин различной консистенции 0,4…0,2;

dc – диаметр скважины;

Fk – избыточное давление в зоне заделки при инъектировании;

φI – расчетное значение угла внутреннего трения грунта в зоне заделки анкера.

Современное строительство windows product key формирует повышенный запрос на инженерную безопасность инфраструктурных объектов и зданий. Одним из способов обеспечения инженерной защиты склонов и конструкцийwindows 10 key Online
buy windows 10 key является использование грунтовых анкерных систем.

С ростом интенсивности строительства в зонах активного присутствия человека повышаются требования к качеству сооружаемых объектов и конструкций, а также их последующей защите о разрушения под воздействием внешних факторов. Одной из важных задач становится обеспечение устойчивости и стабильности естественных или искусственных склонов, входящих в состав сложного инженерного сооружения либо расположенных в непосредственной близости от него.

При сооружении земляного полотна или выемки в грунте нарушается устойчивое равновесное состояние почвогрунта, сложившееся ранее. В выемках обнажаются глубокие горизонты материнских пород, насыпи возводятся из грунтов карьеров и резервов с нарушенной структурой. Насыпи и выемки имеют значительные рабочие отметки, а откосы большую крутизну. Все это создает условия для разрушения поверхностей земляного полотна под постоянным, с момента его сооружения, воздействием природных факторов. Вызываемые водной эрозией смыв грунта и размывы откосов нарушают целостность, проектные очертания земляного полотна, способствуют потере его устойчивости, серьезные повреждения в виде оползней или глубоких обвалов со срывом значительных масс грунта.

Причины, вызывающие разрушения, собираются в активные (климатические) и пассивные (характеристические) группы.

К активным относятся:

температурные; последствия – морозное пучение увлажненных глинистых грунтов, образование льда и морозобойных трещин; усадка глинистых грунтов при высушивании, образование усадочных трещин амплитудных колебаний температуры. Эти воздействия ослабляют структурные связи между минеральными частицами, уменьшают плотность, повышают пористость и влагоемкость грунта.
действия водных потоков; механические удары дождевых капель разбивают грунт на отдельные минеральные частицы, стекающие потоки воды захватывают и уносят эти частицы, вызывая смыв грунта с поверхности. Переувлажнение грунта снижает несущую способность.
действие ветра; вызывает смещение грунта, вынос большого количества частиц, особенно в мало-связных песчаных грунтах.

Пассивные факторы объединяют физические параметры грунтов, слагающих склон (гранулометрический состав, структура, текстура) и определяющих характеристики: несущую способности, пористость, водопроницаемость, плотность, водопоглощение, водонасыщаемость.

С повышением влажности грунта сокращается период инфильтрации, увеличиваются продолжительность и объем стока. Безусловно, важны и проектные характеристики – крутизна и длина откоса, наличие берм, водоотводной архитектуры, надоткосные площадки и площадь водосборного бассейна.

Предотвращение эрозионных деформаций, имеющих массовое и практически повсеместное распространение, является важным условием обеспечения стабильности земляного полотна

Задачи по стабилизации грунта склонов можно условно разделить на уровни по глубине возникающих проблем:

противодействие поверхностной и линейной водной эрозии, эоловым процессам
предотвращение неглубоких, поверхностных оползней
обеспечение устойчивости и снижение риска глубокого обвала.

Часто задача по обеспечению устойчивости склона сочетает в себе все уровни и может быть решена комплексно.

Для защиты от эрозии обычно применяется противоэрозионное озеленение с последующим развитием корневой системы. Наиболее эффективным методом является гидропосев. Применяемые материалы имеют градацию по сложности задачи (длина, крутизна склонов), также подбирается подходящая по условиям травосмесь. С увеличением уровня воздействия факторов эрозии озеленение дополняется армированием противоэрозионными матами, затем силовым армированием с применением высокопрочных стальных сеток. Задачи обеспечения устойчивости грунта делают необходимым применение анкерных систем поверхностного заложения или глубинных грунтовых анкеров. Анкерные системы обеспечивают необходимую нагрузку на грунт и, в сочетании с поверхностным армированием, защищают склон от деформаций, связанных с внешней нагрузкой или разрушающими факторами.

Специфика реализации большинства проектов ставит определённые требования к применяемым системам стабилизации: надежность, универсальность, скорость монтажа, минимальное время между установкой и использованием, сочетаемость с другими материалами и экономическая эффективность. В ряде случаев пространственные или транспортные условия создают дополнительные ограничения на применяемые технологии и материалы.

Анкерные ударные системы анкеров с опрокидывающимся грунтовым анкером во многих случаях становятся идеальным решением в задах стабилизации склонов. Быстрая установка, возможность мгновенного тестирования нагрузки и применения, отсутствие факторов загрязнения среды, совместимость с большинством армирующих сетевых систем.

Рассмотрим механику процесса установки анкера и модель его работы в грунте.

Установка производится в три этапа: забивка анкера, удаление ударного стержня и нагружение с фиксацией. Забитый на глубину анкер, поворачиваясь в положение фиксации, резко увеличивает свою несущую способность.

Рабочая схема монтажа Анкера

Распределение напряжений у нагруженного анкера можно смоделировать с помощью теории предельного напряженного состояния грунтов, начало которой положили работы Карла Терзаги. Конечная эффективность (несущая способность) анкера в почве определяется нагрузкой, при которой концентрация напряжений непосредственно перед анкером превышает несущую способность грунта.

Факторы, которые влияют на максимальную несущую способность анкера, включают в себя угол сцепления грунта φ, удельное сцепление, размер анкера, глубину установки, внутрипоровое давление воды в грунте.

Схема работы анкера в почве

Ударные грунтовые анкеры имеют отличные показатели в несвязном грунте и характеризуются короткими расстояниями фиксации, широким грунтовым конусом и способностью выдерживать чрезвычайно высокие нагрузки. Жесткие связные грунты, такие как валунная глина, также могут давать отличные результаты. Для достижения расчетных нагрузок в более слабых связных грунтах, таких как мягкие аллювиальные глины, может потребоваться больший размер анкера и увеличенная глубина монтажа.

P_f = K₁·C·N_c + P₀ (N_q-1) + K₂·Y_P·B·N_y

P_f — предельное давление в напряженном состоянии, KH/m 2
C — удельное сцепление грунта
P₀ — давление грунта на анкер на заданной глубине, KH/m 2
Y_P — удельная плотность грунта, KH/m 2
B — ширина основания (анкера), м
K₁, K₂ — коэффициенты формы анкера. Для наших анкеров K₁=1.3, K₂=0.4
N_C, N_q, N_y — коэффициенты несущей способности с учетом собственного веса грунта и уплотненности ядра.
Есть эмпирические таблицы, а также расчетная модель Кодуто (Coduto) с точностью интерполяции >95%. Модель предложена К. Терзаги и развита в СССР В. В. Соколовым, Н. А. Цытовычем и другими учеными.

Отдельно стоит упомянуть возможность систем у ряда производителей к понижению порового давления воды в толще грунта. Это особенно ценно в задачах укрепления подпорных стен и склонов с водонасыщенными грунтами при предотвращении обвалов. В таких случаях грунтовый анкер с закрепленной дренажной лентой забивается на необходимую глубину в толщу грунта так, чтобы вытесняемая из пор вода выводилась по дренажной ленте наружу.

Другим значимым применением систем ударных анкеров является укрепление шпунтовых свай при монтаже подпорных стен, мостов, котлованов, берегоукрепления.

Применение поворотных грунтовых анкеров позволяет экономить ресурсы, увеличив рабочую часть сваи с традиционных 33% до 50%

Экономия проявляется на длине сваи, затратах на погружение и извлечение ее из грунта.

Элементы анкера

В проектах по инженерной защите и оборудованию горной инфраструктуры грунтовые анкерные системы применяются везде, где необходима быстрая организация надежной точки крепления при отсутствии твердой скальной породы. Это могут быть петли для стабилизации мачт на оттяжках, вспомогательные элементы натяжения противолавинных и противоселевых систем, организация крепления трубопроводов, резервуаров и другие приложения.

Примерами широкого применения систем стали объекты Олимпиады-2014, где грунтовые анкерные системы применялись в разнообразных проектах стабилизации склонов, совместно с комплексами Flexterra, GreenArmor, Mighty Net, повышения устойчивости высотных конструкций, противолавинных систем, организации грузовых канатных лифтов и других приложениях.

Известно, что устойчивость сооружению придает фундамент. Однако приспособление такой массы и размеров значительно утяжеляет всю конструкцию, и приводит к многочисленным расходам. Грунтовые анкеры – специальные устройства, позволяющие решить эту проблему иным способом.

Что такое грунтовой анкер

По сути дела, грунтовой анкер заменяет собой фундамент. Он передает вырывающую нагрузку от сооружения, расположенного на поверхности к несущим слоям почвы.

Это позволяет сделать сооружение более легким без потери устойчивости и надежности. Особенно заметен этот эффект при строительстве подводных объектов.

Особенности установки грунтовых анкеров рассмотрены в этом видео:

Состав изделия

Параметры и строение этого вида крепежа довольно сильно отличаются от обычного.

Принцип подобен: при погружении в грунт анкер раскрывается так, чтобы пластины превратились в удерживающие поверхности – своего рода якорь, который и будет фиксировать и сам крепеж, и какую-либо конструкцию.
Другой вариант – формирование расширяющегося конуса при помощи цементного раствора.

Но учитывая вес и размеры этой конструкции, понятно, что строение грунтового анкера имеет особенности. Состоит крепеж из следующих частей:

оголовок – опорная плита с крепежом: гайкой, шайбой, конусом. Они передают нагрузку от тяги к оголовку;
тяга – передает нагрузку от оголовка к заделке;
заделка – приспособление, передающее нагрузку от тяги в грунт;
манжетная труба – оснащена выпускными отверстиями, закрытыми резиновыми клапанами. Может комплектоваться пакером – уплотняющим устройством, которое препятствует выводу раствора. Эта модель используется при инъекцировании;
инъекционная трубка – приспособление для подачи раствора;
инъектор – позволяет осуществить поэтапное иньекцирование. Для этого раствор подается через последовательное перекрывание отверстий в манжетной трубе;
обойма – затвердевший строительный раствор в пространстве между стеной скважины и корпусом;
замок – обеспечивает передачу нагрузки на заделку;
упорная труба – требуется для передачи нагрузки от замка к камню заделки;
изолирующая оболочка – труба из пластика, предупреждающая схватывание тяги с затвердевшим раствором;
пята – располагается на конце тяги и передает сжимающую нагрузку на заделку;
разделитель – конструкция, позволяющая фиксировать положение тяги.

Конструкция анкера определяется его назначением. 3 первых элемента являются обязательными. Остальные могут наличествовать или отсутствовать.

Винтовой анкер грунтовый

Выбор и обустройство

Если по отношению к другому виду крепежа говорят о расчетах числа и мощности для удержания конструкции, то по отношению к грунтовым анкерам это звучит как проектирование. Выбор и обустройство крепления определяется массой факторов:

класс, назначение, параметры и условия эксплуатации возводимого сооружения;
конструкция фундаментов или опор всех окружающих строений – существующих и предполагаемых;
строение грунта на участке, для чего проводятся инженерно-геологические изыскании;
характеристики грунта: состав, оценка пучения и взбухания почвы, сезонных колебаний грунтовых вод, состав вод и так далее;
несущая способность самого грунтовочного анкера;
прочность его элементов – по конструкции и по материалу.

Перед анкеровкой проводятся испытания крепежа. После практического исследования допускается установка грунтовых анкеров.

Преимущества и недостатки

Грунтовые анкеры – весьма специфическое устройство, незаменимое в свое области, но не имеющее столь широкого распространения как, например, обычный клиновой анкер. В своей сфере крепеж обладает неоспоримыми достоинствами:

чрезвычайно высокая несущая способность. Изделия используются при сооружении объектов любой массы и высоты;
отсутствует необходимость в бетонировании оснований, поскольку анкера и так удерживают конструкцию;
отсутствие необходимости в рытье котлованов. В ряде случаев не требуется даже бурение. Тем самым сохраняется естественный грунт и значительно уменьшаются затраты: сооружение фундамента составляет не менее 30% стоимости;
монтаж грунтовых анкеров занимает куда меньше времени, чем заливка бетона или установка свай;
сразу после установки изделие можно использовать: статического испытания достаточно;
стоимость объекта снижается: и за счет отсутствия фундамента, и за счет облегчения всего сооружения.

Разновидности

Классификация крепежа довольно сложна, поскольку видов их существует немало. Связано это с большим разнообразием грунтов и характеристик строений, фиксацию которых анкер должен обеспечивать.

Установка грунтовых анкеров

По длительности эксплуатации

По длительности эксплуатации выделяют:

временные грунтовые анкеры – эксплуатируются в течение 2 лет;
постоянные – должны сохранять свои качества на протяжении всего срока эксплуатации объекта. Обязательно имеет более высокую антикоррозийную защиту.

По направлению тяги

По направлению тяги выделяют:

вертикальные – устройство устанавливают вертикально;
наклонные – монтируют под углом.

По методу образования скважин

По методу образования скважин различают такие виды:

буровые с прохождением – обсадная труба погружается методом вращательного бурения, грунт выносится черед трубу; – обсада забивается в скважину, затем нагнетается цементный раствор;
буровые под глинистым раствором или шнеком – вариант для устойчивой почвы. Осуществляется как с обсадой, так и без нее;
с разбуриванием уширений – в этом случае после формирования скважины специальным расширителем разбуривается уширение;
с вибропогружателем – обсада вибропогружателем продавливается на необходимую глубину. Метод годится только для вертикальных грунтовых анкеров.

По методу заделки и материалу

По методу заделки различают:

инъекционные грунтовые анкеры – в скважину через инъекционную трубку нагнетают цементный раствор;
цилиндрические – раствор подают без давления.

Классификация по материалу тяги включает 2 основные группы:

стержневые – основой его выступает металлический стержень. Это придает конструкции большую жесткость и обеспечивает более высокую несущую способность;
прядевые – тяга свита из арматурных канатов. Его надежность ниже, но такое строение позволяет регулировать параметры путем уменьшения или увеличения витков канатов.

По предварительному натяжению

Различают 2 группы и по предварительному натяжению:

предварительно-напрягаемые анкеры – при их изготовлении тяга к оголовку закрепляется с предварительным натяжением, нагрузка составляет не менее 30% от рабочей;
крепеж без напряжения – тяга закрепляется без нагружения.

Крепления, в свою очередь, могут быть свободными и несвободными.

В первом случае тяга регулируется в зависимости от нагрузки, приходящейся на конструкцию.
Во втором тяга зацементирована и передает напряжение окружающему материалу.

Схематично установка грунтового анкера показана в этом видео:

Применение таких метизов

Использование крепежа определяется его возможностями. Назначение грунтовых анкеров – обеспечить устойчивость и неизменность положения любых строительных конструкций путем передачи напряжения от самой конструкции к несущим грунтовым слоям.

Материалом основания может быть любой не рыхлый грунт – скальные и нескальные породы, а также нетекучие глинистые. Не годятся только рыхлые: торф, ил, осадочные породы.

Закреплять к грунту анкеры могут практически все:

мосты и эстакады;
углубленные сооружения;
днища объектов, если они оказываются ниже уровня грунтовых вод – колодцы, доки;
подземные устройства и коммуникации, особенно трубопроводы;
практически все гидротехнические сооружения;
линии электропередач, дымовые заводские трубы, мачты;
стенки туннелей котлованов и траншей – анкеры позволяют избавиться от многочисленных подпорок и временных стоек;
крепеж может фиксировать даже саму почву. При эрозии анкерами фиксируют георешетку, предупреждающую подвижки грунта.

Далее рассмотрена технология устройства грунтовых анкеров типа Атлант, Буран и других.

Устройство грунтовых анкеров Титан

Установка крепежа

Разработка конструкции грунтового анкера и метода его установки определяется многочисленными факторами еще на стадии проектирования. В целом применяется одна и та же схема. Но различий слишком много, чтобы говорить об общей технологии.

Например, установка инъекционного анкера включает следующие операции:

бурят скважину – с обсадой или без нее в зависимости от грунта;
устанавливают тягу – в несвязанном грунте в скважину помещают тягу в оболочке и с инъекционными трубками. Если почва устойчива, скважина просто заполняется раствором;
в несвязанном грунте скважину заполняют цементом и извлекают инъекционную трубку. В связанном – погружают тягу в изолирующей оболочке и со стационарной трубкой;
на сутки анкер оставляют, чтобы раствор схватился;
в трубку подают воду под давлением с тем, чтобы прорвать цементную обойму, а азотом нагнетают цемент;
по мере заполнения скважины вытягивают трубы с шагом в 0,5 м;
приемные испытания обязательны. Проводятся после достижения раствором заданной прочности.

Об известных производствах и ценах на грунтовый анкер читайте ниже.