Гвинтовий анкер та спосіб його встановлення

1 Гвинтовий анкер, що вміщує стовбур і, принаймні одну, гвинтову лопать, утворену на ДІЛЯНЦІ стовбура з боку нижнього и торця, який відрізняється тим, що він оснащений рухливим уздовж поздовжньої осі стовбура елементом, розташованим на ДІЛЯНЦІ стовбура з боку верхнього торця стовбура, при цьому відстань L від нижчерозташованої гвинтової лопаті до рухливого елемента в робочому стані не менше за розмір d, де d - діаметр нижчерозташованої лопаті 2 Гвинтовий анкер за п 1, який відрізняється тим, що містить дві гвинтові лопаті, відстань між якими більша за 1,5d, де d - діаметр нижчерозташованої лопаті, при цьому діаметр вищерозташованої лопаті менше за діаметр нижчерозташованої 3 Гвинтовий анкер за пп 1 або 2, який відрізняється тим, що стовбур його має упори, виконані з можливістю сприймання зусилля розпору, яке діє на стовбур і рухливий елемент, наприклад, створюване гідроциліндрами, а рухливий елемент виконаний з плоских елементів, переважно з металевого листа, розташованих на різних рівнях, поєднаних між собою, при цьому діаметр або розмір сторони верхнього елемента більший за діаметр нижчерозташованої лопаті 4 Гвинтовий анкер за будь-яким з пп 1-3, який відрізняється тим, що стовбур і рухливий еле мент виконані з можливістю фіксації, яка обмежує переміщення щодо один одного, при цьому стовбур має оголовок, виконаний з можливістю прикріплення до конструкції, яку анкерують 5 Спосіб встановлення гвинтового анкера, що складається з заглиблення стовбура анкера на задану позначку, наприклад, шляхом його закручування за допомогою бурильного агрегату, який відрізняється тим, що після занурення стовбура або його частини, на якій розташовані гвинтові лопаті, до нього та до рухливого елемента, встановленого раніше, прикладають взаємно протилежні за напрямком зусилля за допомогою силових елементів, наприклад, гідроциліндрів, переміщуючи стовбур з прикріпленими до нього нерухомо лопатями нагору щодо рухливого елемента, при цьому переміщення стовбура гвинтового анкера і рухливого елемента щодо один одного здійснюють до досягнення величини заданого зусилля або зближення, при якому відстань між рухливим елементом і нижчерозташованою лопаттю була б не меншою за d, де d - діаметр нижчерозташованої лопаті 6 Спосіб встановлення гвинтового анкера за п 5, який відрізняється тим, що після переміщення стовбура анкера і рухливого елемента один щодо одного фіксують рухливий елемент та стовбур від взаємних переміщень 7 Спосіб встановлення гвинтового анкера за пп 5 або 6, який відрізняється тим, що після максимально можливого зближення рухливого елемента та нижчерозташованої лопаті підіймають рухливий елемент, і утворену шпару заповнюють ґрунтом з меншою вологістю або жорстким будівельним матеріалом, а потім операцію повторюють до досягнення величини заданого зусилля навантаження, що висмикує анкер, яке контролюють за величиною тиску в гідроциліндрі 8 Спосіб встановлення гвинтового анкера за будьяким з пп 5-7, який відрізняється тим, що демонтаж анкера здійснюють викручуванням, попередньо демонтувавши рухливий елемент О 49917 Винахід стосується галузі будівництва і може бути застосований у фундаментобудуванні під час прикріплення до грунту будь-яких механізмів та пристроїв Найбільш ефективне використання винахід може знайти при анкеруванні до грунту пристроїв для вдавлювання паль та інших будівельних конструкцій або під час випробування паль вдавлюваним статичним навантаженням Відома гвинтова паля (А с СРСР №1217987, Е 02 D 5/56, 1986) вміщує стовбур з конусним наконечником, гвинтовою лопаттю та стопорною пластиною Стовбур при цьом}7 виконаний порожнистим із щілинними поздовжніми прорізами в стінках на ДІЛЯНЦІ, що розташована нижче гвинтової лопаті, і містить встановлений у його порожнині шток та додаткові стопорні пластини, які змонтовані з можливістю обертання до впирання в лопать і взаємодіють із штоком Лопаті при цьому мають радіальне розташовані виїмки, а стопорні пластині виконані з виступами Основним суттєвим недоліком гвинтової палі є и низька несуча спроможність на навантаження, що висмикує палю, особливо в слабких грунтах Тому після занурення такої палі закручуванням до заданої позначки до штока стовбура палі прикладають повздовжнє осьове зусилля вдавлювання Під ДІЄЮ вдавлювання через взаємодію штирів з прорізами через подовжні прорізи стовбура з боку нижнього торця гвинтової палі в грунт до упора в бічні поверхні лопатей висуваються стопорні пластини При цьому збільшення ЩІЛЬНОСТІ грунту з боку бічної поверхні не відбувається, і при дії на стовбур палі вертикального навантаження, що висмикує палю, грунт із боку верхньої грані лопаті ущільнюється одночасно з переміщенням стовбура палі до поверхні грунту, що не дає можливості одержати достатню спроможність палі на навантаження, що и висмикує, особливо в слабких грунтах Така паля конструктивно складна, це призводить до зайвих матеріальних втрат та втрат часу на и виготовлення та встановлення Крім того, палі важко витягати з грунту, оскільки необхідно виконувати додаткові операції по витягуванню стопорних пластин Найбільш близьким до заявлюваного за своєю технічною суттю та результатом, що досягається, є гвинтовий анкер, обраний як прототип (А с СРСР №1649039, Е 02 D 5/56, 1991) Відомий гвинтовий анкер вміщує стовбур, гвинтові лопаті, які складаються із секцій, утворених на ДІЛЯНЦІ стовбура з боку його нижнього торця, кожна секція змонтована на окремій рухомій маточині з гвинтовою нарізкою, яка взаємодіє з гвинтовою нарізкою, утвореною на окремих ділянках стовбура, де розташовані маточини При цьому гвинтова нарізка на маточинах і на ділянках стовбура виконана збіжною за напрямком з напрямком витків лопаті, а відстань нарізки на маточинах та ВІДПОВІДНИХ їм ділянках стовбура виконана послідовно зростаючою від секцій, які розташовані нижче, до секцій, що розташовані вище Проте такий гвинтовий анкер теж має ІСТОТНІ хиби Основним недоліком є низька несуча спроможність анкера на навантаження, що його висмикує, що обумовлено невисо кою ступінню ущільнення грунту, розміщеного між секціями лопатей Грунт ущільнюється під час зворотного обертання стовбура анкера за рахунок зближення сусідніх лопатей, яке виникає через різницю відстаней гвинтової нарізки на маточинах лопатей та ВІДПОВІДНИХ ділянках стовбура Однак під час занурення гвинтового анкера зчеплення між частками грунту у цьому просторі порушено, і масив грунту під тиском лопаті, що розташована на стовбурі нижче, переміщується слідом за лопаттю, що розташована на стовбурі вище, отримуючи при цьому незначне ущільнення, недостатнє для відновлення порушеного зчеплення між часками грунту В слабких обводнених грунтах відомий анкер практично непрацездатний, оскільки такий грунт майже не ущільнюється при переміщенні лопаті нагору, а поширюється в сторони за межі проекції лопатей, або, не чинячи опору, переміщається нагору, слідом за переміщенням вищерозташованої лопаті навантаженню, яке висмикує анкер Ще одним недоліком відомого гвинтового анкера є відсутність контролю несучої спроможності масиву грунту, розміщеного між секціями лопатей, а отже і контролю несучої спроможності відомого гвинтового анкера У цьому випадку для оцінювання несучої спроможності анкера необхідно проводити його попередні іспити на навантаження, що його висмикує, а це призводить до зайвих витрат Відомий спосіб встановлення в грунт гвинтового анкера (А с СРСР №1325135, Е 02 D 5/56, 1987), що складається з занурення в грунт стовбура анкера з нижньою гвинтовою лопаттю до проектної позначки з наступним зануренням проміжних лопатей і їх фіксацією на стовбурі та верхній лопаті ВІДПОВІДНО ДО ВІДОМОГО винаходу, перед фіксацією кожної проміжної лопаті на стовбурі її осаджують до одержання проектного опору грунту, при цьому занурення кожної з проміжних лопатей роблять до глибини, що перевищує проектну глибину на розмір переміщення відповідної лопаті уздовж стовбура при осаджуванні, а після занурення верхньої лопаті здійснюють викручування гвинтової палі Одним з основних недоліків відомого способа є велика трудомісткість вставляння в грунт гвинтового анкера витягування його з грунту Так, прикріплення до стовбура лопатей здійснюється шляхом використання пружних пластин, кільцевих упорів, кільцевих пазів, ребер, втулок, розміщених між лопатями, виготовляння яких та встановлення на стовбурі призводить до зайвих трудових витрат та матеріалоємності Осаджування після закріплення кожної лопаті потребує спеціальних механізмів для цієї технологічної операції, що в свою чергу призводить до додаткових трудота енерговитрат Спосіб потребує попереднього встановлення в грунт дослідних паль для визначення несучої здатності грунта, що також призводить до зайвих витрат праці та матеріалів Найбільш близьким за технічною суттю та результатом, що досягається, є спосіб встановлення в грунт гвинтового анкера, який обрано в якості прототипу (Ас СРСР № 1176024, Е 02 D 5/56, 1985) Відомий спосіб містить закручування анкера 49917 в грунт бурильним агрегатом до проектної позначки, після чого анкер фіксують від осьового переміщення і обертають Основним суттєвим недоліком відомого способа є недостатнє ущільнення грунту в робочій зоні з верхнього боку лопатей, а відтак, недостатнє забезпечення несучої здатності анкера Ущільнення грунту досягають шляхом фіксації анкера від осьового переміщення з подальшим обертанням його у напрямку, що збігається з напрямком закручування, надаючи анкеру КІЛЬКІСТЬ обертів на один менше КІЛЬКОСТІ ВИТКІВ гвинтової лопаті При закручуванні гвинтового анкера його лопаті захоплюють певну КІЛЬКІСТЬ грунту, який по витках лопаті під тиском наступного об'єму грунту переміщується нагору А при фіксації лопатей від осьового переміщення захоплення додаткового об'єму грунту не відбувається, і тому тиск на грунт між лопатями, що забезпечує переміщення грунту у робочу зону і ущільнення, відсутній У цьом}' випадку грунт, що знаходиться ззовні верхнього витка лопаті, буде мати таку ж ЩІЛЬНІСТЬ, яку він мав при зануренні анкера, тобто його ЩІЛЬНІСТЬ буде нижча за ЩІЛЬНІСТЬ грунту між лопатями Оскільки грунт, що стикається з лопатями, витискається з цієї зони із силою, більшою за сил}' зчеплення грунту з поверхнею лопатей, а грунт, що попав у простір навколо стовбура за межами зовнішньої сторони лопаті, переміщується нагору не долаючи його зчеплення з боковою поверхнею лопатей, ущільнення цього грунту обумовлене впливом сили його власної ваги і сили зчеплення з бічною поверхнею пробуреної шпари Тому його ЩІЛЬНІСТЬ менше ЩІЛЬНОСТІ грунту в природній будові, а несуча здатність такого грунту недостатня для сприйняття зусиль на навантаження, що висмикує анкер Використання описаного способу в глинистих або водонасичених грунтах практично неможливе, оскільки не дозволяє збільшити ЩІЛЬНІСТЬ грунту з зовнішнього боку лопатей і тим самим виключає можливість збільшення несучої здатності гвинтового анкера на навантаження висмикування В основу винаходу поставлена задача створити гвинтовий анкер, який має високу несучу спроможність до навантаження висмикування, здатний працювати у різних ґрунтових умовах, утому числі і в слабких обводнених грунтах, забезпечує під час його встановлення контроль несучої спроможності навантаження висмикування завдяки його оснащенню елементом, який обжимає грунт Поставлена задача вирішується тим, що гвинтовий анкер, який вміщує стовбур і, принаймні одну, гвинтову лопать, утворену на ДІЛЯНЦІ стовбура з боку нижнього и торця, згідно з винаходом, оснащений рухливим уздовж поздовжньої осі стовбура елементом, розташованим на ДІЛЯНЦІ стовбура з боку верхнього торця стовбура, при цьому в робочому стані відстань L від нижчерозташованої гвинтової лопаті до рухливого елемента не менша за розмір d, де d - діаметр нижчерозташованої лопаті Переважно гвинтовий анкер, згідно з винаходом, містить дві гвинтові лопаті, відстань між якими не менша за 1,5d, де d - діаметр нижчерозташованої лопаті, при цьому діаметр вищерозта шованої лопаті менше за діаметр нижчерозташованої лопаті Згідно З винаходом, стовбур гвинтового анкера може містити упори, виконані з можливістю сприймання зусилля розпору, яке діє на стовбур і рухливий елемент, наприклад, створюване гідроциліндрами, а рухливий елемент виконаний з плоских елементів, переважно з металевого листа, розташованих на різних рівнях і поєднаних між собою, при цьому діаметр або розмір сторони (якщо елемент не круглий) верхнього елемента більший за діаметр нижчерозташованої лопаті Стовбур і рухливий елемент гвинтового анкера, згідно з винаходом, можуть бути виконані з можливістю фіксації, яка обмежує переміщення один щодо одного, при цьому стовбур має оголовок, виконаний з можливістю прикріплення до конструкції, яку анкерують Підвищення несучої спроможності гвинтового анкера досягається за рахунок того, що під час переміщення стовбура з лопатями вгору, а рухливого елемента вниз відбувається обжимання об'єму грунту, розташованого між рухливим елементом та лопатями стовбура Масив грунту при цьому ущільнюється, чим досягається підвищення несучої спроможності анкера Відстань між гвинтовою нижчерозташованою лопаттю та рухливим елементом повинна бути не меншою за d для забезпечення достатньої площі бокової поверхні розгортки зрізу грунту по зовнішньому периметру нижчерозташованої лопаті Зусилля зчеплення часток інтенсивно ущільненого грунту по лінії зрізу буде достатнім, якщо зріз має площу, що дорівнює добутку довжини кола нижчерозташованої лопаті на відстань L від нижчерозташованої лопаті до рухливого елемента При L < d площа зрізу грунту недостатня для сприймання ним зусилля, що висмикує анкер, оскільки з боку верхнього торця рухливого елемента грунт практично відсутній, а сприймає зусилля тільки грунт, розташований між лопатями і рухливим елементом Чим більше об'єм грунту та ЩІЛЬНІСТЬ, тим більше зусилля, яке він здатний сприйняти При необхідності сприймання анкером більш значних зусиль, на стовбурі анкера встановлюють декілька гвинтових лопатей, при цьому діаметр впшерозташованої лопаті повинен бути меншим за діаметр нижчерозташованої лопаті, а відстань між лопатями має бути меншою за 1,5d У цьому випадку діаметр шпари більше диаметра верхньої лопаті, і частина грунту, що витискається рухливим елементом, впроваджується в простір між вищерозташованою і нижчерозташованою лопатями Оскільки об'єм шпари між лопатями постійний, а об'єм грунту у цьому просторі збільшується, відбувається ущільнення грунту Ущільнення грунту між лопатями менше, ніж ущільнення між рухливим елементом та вищерозташованою лопаттю, тому для забезпечення достатнього зусилля зчеплення між частками грунту природного складення з бокової поверхні шпари і частками ущільненого грунту необхідна більша площа бічної поверхні Тільки за цієї умови можна підвищити несучу спроможність гвинтового анкера щодо його навантаження, яке висмикує анкер Зусилля, яке може сприйняти стовбур під час роботи 49917 анкера, контролюють за величиною зусилля, при якому здійснюють переміщення стовбура нагору, тобто по манометру, який міряє тиск рідини в гідроциліндрах В основу винаходу поставлене також завдання створити спосіб встановлення гвинтового анкера, в якому шляхом додаткового обжимання грунту між елементами анкера покращені МІЦНОСТІ та деформативні характеристики грунту, що оточує гвинтовий анкер і сприймає зусилля висмикування під час роботи анкера При цьому поширена можливість застосування таких анкерів у глинистих та водонасичених грунтах та зменшені енерго- та трудовитрати щодо встановлення та витягання гвинтових анкерів Поставлена задача вирішується тим, що в способі встановлення гвинтового анкера, що складається з заглиблення стовбура анкера на задану позначку, наприклад, шляхом його закручування, за допомогою бурильного агрегату, згідно з винаходом, після занурення стовбура або його частини, на якій розташовані гвинтові лопаті, до нього та до рухливого елемента прикладають взаємно протилежні за напрямком зусилля за допомогою силових елементів, наприклад, гідроциліндрів, переміщуючи стовбур з прикріпленими до нього нерухомо лопатями нагору щодо рухливого елемента, при цьому переміщення стовбура гвинтового анкера і рухливого елемента щодо один одного здійснюють до досягнення заданого зусилля або до зближення, при якому відстань між рухливим елементом і нижчерозташованою лопаттю була б не меншою за d, де d - діаметр нижчерозташованоі лопаті Згідно З винаходом, після переміщення стовбура анкера і рухливого елемента один щодо одного, фіксують рухливий елемент та стовбур анкера від взаємних переміщень При встановленні анкера у слабких або водонасичених грунтах, згідно з винаходом, після максимально можливого зближення рухливого елемента та нижчерозташованої лопаті підіймають рухливий елемент, і утворену шпару заповнюють грунтом з меньшою вологістю або жорстким будівельним матеріалом, а потім операцію повторюють до досягнення величини заданого зусилля навантаження, що висмикує анкер, яке контролюють за величиною тиску в гідроциліндрі Демонтаж анкера, згідно з винаходом, здійснюють викручуванням, попередньо демонтувавши рухливий елемент Спосіб встановлення гвинтового анкера дозволяє підвищити несучу спроможність гвинтового анкера щодо навантаження, висмикування завдяки збільшенню ЩІЛЬНОСТІ грунту, розміщеного з боку верхньої поверхні лопаті або лопатей, розташованих на стовбурі, зменшити трудомісткість встановлення анкера, а також скоротити строк його встановлення та витягання Суть винаходу пояснюється кресленнями, де на фіг 1 схематично зображено ЗОВНІШНІЙ ВИГЛЯД гвинтового анкера з однією гвинтовою лопаттю, на фіг 2 - перетин по А-А на фіг 1, на фіг 3 - ЗОВНІШНІЙ вигляд гвинтового анкера, виконаного з двома гвинтовими лопатями, на фіг 4 - загальний вигляд 8 гвинтового анкера після занурення його стовбура в грунт, на фіг 5 - гвинтовий анкер у грунті після переміщення рухливого елемента вниз, а стовбура нагору та розміщення при цьому ущільненої зони грунту, на фіг 6 - загальний вигляд гвинтового анкера з двома гвинтовими лопатями після занурення його в грунт, на фіг 7 - гвинтовий анкер з двома гвинтовими лопатями в грунті та ущільнена зона грунту після переміщення рухливого елемента вниз, а стовбура вверх Гвинтовий анкер вміщує стовбур 1 з наконечником 2 та гвинтовою лопаттю 3, яка розміщена на ДІЛЯНЦІ стовбура з боку нижнього його торця Гвинтовий анкер оснащений рухомим вздовж подовжньої осі рухливим елементом 4 Стовбур може мати одну або декілька лопатей На фіг 1 показаний анкер з однією лопаттю, на фіг 3 - з двома гвинтовими лопатями 3 та 5 Відстань між лопатями 3 та 5 повинна бути не меншою за 1,5d, при цьому діаметр вищерозташованої лопаті менший ніж діаметр нижчерозташованої лопаті Рухливий елемент 4 розташований на ДІЛЯНЦІ стовбура з боку його верхнього торця, при цьому довжина стовбура повинна бути такою, щоб відстань L від гвинтової нижчерозташованої лопаті до рухливого елемента була б не меншою за розмір d діаметра нижчерозташованої лопаті На ДІЛЯНЦІ стовбура 1 з боку поверхні грунту розміщені упори 6 (на фіг 13 не показані) для прикріплення до них силових елементів - гідроциліндрів 7 Рухливий елемент 4 виконаний з плоских елементів 8 та 9, переважно з металевого листа, розташованих на різних рівнях відносно один одного та поєднаних між собою сполучними елементами, наприклад, металевими столиками, при цьому розмір сторони чи діаметр ( у випадку круглого ) нижнього плоского елемента 9, дорівнює або менший за діаметр нижчерозташованої лопаті, а розмір сторони чи діаметр (у випадку круглого) верхнього плоского елемента 8 більший за діаметр нижчерозташованої лопаті Гідроциліндри 7 встановлюють в переважному варіанті таким чином, щоб їх штоки впирались у плоский елемент 8 рухливого елементу 4, а їх корпуси були закріплені нерухомо на упорі 6 Стовбур 1 та рухливий елемент 4 віконані з елементом фіксації 10, який обмежує переміщення вказана елементів щодо один одного, наприклад, за допомогою шплінта Стовбур 1 у зоні оголовка має кріпильний елемент 11 для прикріплення його до конструкції, яку анкерують При встановленні гвинтового анкера в слабких грунтах між лопаттю 3 та рухливим елементом 4 (або між лопатями 3, 5 та рухливим елементом, якщо анкер містить дві гвинтові лопаті), вкладають жорсткий матеріал 12 (або 12 і 13), що має вологість, яка менша за вологість обводненого грунту, наприклад, грунт із щебенем Встановлюють гвинтовий анкер таким чином Здійснюють занурення стовбура 1 до заданої позначки закручуванням за допомогою бурильного агрегата Потім рухливий елемент 4 надягають на верхню частину стовбура 1, встановлюють на поверхню грунту в плані шпар й, утвореної зануренням стовбура 1 із лопатями 3 або з лопатями 1 і 5 Після ЦЬОГО ДО упорів б на стовбурі 1 приєднують гідроциліндри 7 симетрично відносно до стовбура 49917 1 над плоским елементом 8 рухливого елемента 4 Нагружають гідроциліндри 7, здійснюючи розпирання між рухливим елементом та стовбуром 1 За рахунок дії протилежних за напрямком зусиль здійснюють переміщення стовбура 1 з лопатями нагору, а рухливий елемент переміщують донизу, стискаючи таким чином грунт, розташований між рухливим елементом та лопатями За розміром тиску масла в гідроциліндрах, яке вимірюють за допомогою манометра, визначають тиск лопатей стовбура 1 та рухливого елемента, а за величиною переміщення стовбура нагору та за величиною заглиблення рухливого елемента 4 донизу визначають відстань між нижчерозташованою лопаттю та рухливим елементом Якщо грунт слабкий, і зусилля, що переміщує стовбур нагору, недостатнє для сприймання гвинтовим анкером 10 проектного навантаження, рухливий елемент 4 підіймають догори, а утворену шпару заповнюють жорстким матеріалом, і повторно збільшують зусилля розпирання Стовбур 1 і рухливий елемент 4 переміщують у протилежних відносно один одного напрямках, до досягнення заданого зусилля, які контролюють за показаннями манометра Після цього фіксують рухливий елемент і стовбур від взаємного переміщення Витягування гвинтового анкера з грунту здійснюють таким чином Демонтують гідроциліндри 7 та упори 6 на стовбурі 1 гвинтового анкера, потім знімають із стовбура рухливий елемент 4, після чого за допомогою бурильного агрегата виконують витягування гвинтового анкера із грунту шляхом його обертання у напрямку, протилежному закручуванню А ФІГ. 2 ФІГ. 1 11 49917 ФІГ. З 12 13 49917 ФІГ 4 14 ФІГ. 5 15 49917 16 ФІГ. ? ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна ( 0 4 4 ) 4 5 6 - 20 - 90 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)216-32-71