Извлекаемые винтовые анкеры "Атлант" Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

Подземное строительство

------ЖИЛИЩНОЕ ---

строительство

Научно-технический и производственный журнал

УДК 624.164.7

А.Г. МАЛИНИН1, технический директор ([email protected]), А.Н. СМИРНОВ1, инженер;

Д.А. МАЛИНИН2, инженер

1 ООО «ИнжПроектСтрой» (614000, г. Пермь, Комсомольский просп., 34) 2 ООО «Анкерные системы» (614000, г. Пермь, Комсомольский просп., 34, оф. 103)

Извлекаемые винтовые анкеры «Атлант»

В условиях плотной городской застройки анкерные системы имеют существенный недостаток - выход анкера за пределы участка строительства. Это недопустимо в случае последующего строительства на прилегающих территориях новых котлованов, бестраншейной прокладки коммуникаций. Для решения задачи по рассечению трубчатой тяги анкера «Атлант» в области сопряжения свободной длины и корня специалистами предприятий «ИнжПроектСтрой» и «Анкерные системы» разработана технология прожигания стенок стальных труб высокотемпературной струей газа, выделяемой при горении пиротехнических. средств (термитов). Доказана техническая возможность рассечения тяг анкера и при необходимости извлечение их из окружающего грунтового массива.

Ключевые слова: винтовые анкера «Атлант», тяга анкера, подземное строительство, стена в грунте, шпунтовое ограждение, термитная смесь.

A.G. MALININ1, Technical Director ([email protected]), A.N. SMIRNOV1, Engineer; D.A. MALININ2, Engineer 1 OOO «InzhProektStroy» (34, Komsomolsky Avenue, 614000, Perm, Russian Federation) 2 OOO «Ankernye Sistemy» (34, office 103, Komsomolsky Avenue, 614000, Perm, Russian Federation)

Retractable Screw Anchors «Atlant»

Under conditions of dense urban development anchor systems have a significant drawback: output of the anchor outside the limit of the construction site. This is unacceptable in the case of subsequent construction of new excavations and trenchless laying of communication at adjoining areas. To solve the problem of cutting the tubular pull of the anchor «Atlant» in the area of coupling of the free length and the root, specialists of «InzhProektStroy» and «Ankernye Sistemy» have developed the technique of burning of walls of steel pipes with a high-temperature gas jet released during the combustion of fireworks (termites). The technical feasibility to cut anchor tie rods and extract them, if necessary, from the surrounding soil massive is proved.

Keywords: screw anchors «Atlant», anchor tie rod, underground construction, slurry wall, sheet-pile wall, termite mix.

При строительстве глубоких котлованов устойчивость шпунтового ограждения или «стены в грунте» обеспечивают распорной системой из труб или грунтовыми анкерами различных типов [1-5].

К преимуществам анкерных систем крепления стен котлована в первую очередь относится создание в котловане открытого пространства, которое значительно облегчает и ускоряет процессы бетонирования фундаментных плит, стен подземных этажей строящегося здания (рис. 1). Рабочий момент установки винтового анкера показан на рис. 2.

Между тем в условиях плотной городской застройки анкерные системы имеют существенный недостаток - выход анкера за пределы участка строительства. Подобное обстоятельство становится недопустимым в случае последующего строительства на прилегающих территориях новых котлованов, бестраншейной прокладки коммуникаций и т. п.

Кроме того, в случае существования жесткой связи между анкерами и ограждающей конструкцией в будущем возможно негативное влияние на подземную часть здания напряженного состояния окружающего грунтового массива, которое может изменяться в процессе строительства новых котлованов, траншей или уличных магистралей.

Отметим, что для тросовых анкеров уже существуют системы, позволяющие отсечь свободную длину анкера от его корневой части с последующим ее удалением. К таким методам относятся механические «кусачки», расположенные перед корневой частью. Известны методы, основанные на

3б| —

создании тросовых тяг в виде петель, а также технологии пережога троса сварочными электродами.

К сожалению, все вышеперечисленные технические достижения неприменимы к самозабуриваемым винтовым анкерам «Атлант», а также к его импортным аналогам. Это объясняется трубчатой конструкцией анкера, а также гораздо большей его металлоемкостью.

Конструкция анкера «Атлант»

Напомним, что конструкция анкера «Атлант» состоит из трубчатой тяги с винтовой поверхностью, которая образуется после прокатки гладких труб на специальных волочильных станах [6-11].

Винтовые тяги соединяют между собой равнопрочными муфтами. На нижний конец анкера накручивают долото. Верхнюю часть анкера соединяют с обвязочной балкой или опорной плитой посредством шаровой шайбы и гайки (рис. 3).

Отметим, что в отличие от большинства аналогичных анкеров зарубежного производства в муфты анкера «Атлант» могут быть установлены герметизирующие манжеты, позволяющие нагнетать в анкер цементный раствор под давлением до 500 МПа. Это дает возможность реализовать полноценный однокомпонентный режим струйной цементации при формировании корневой части анкера. С помощью струи, истекающей под высоким давлением из форсунок буровой головки-монитора, в грунтовом массиве формиру-

^^^^^^^^^^^^^ 92015

Научно-технический и производственный журнал

-------ЖИЛИЩНОЕ ---

СТРОИТЕЛЬСТВО

Underground construction

Рис. 1. Производство бетонных работ в открытом котловане Рис. 2. Установка анкера «Атлант» с анкерной системой крепления его ограждения

Рис. 3. Внешний вид анкера «Атлант»

ется грунтоцементный корень диаметром до 600-700 мм, что в несколько раз повышает несущую способность анкера по грунту.

Применение технологии струйной цементации позволяет считать предложенные конструкции анкерами с определенно выраженной свободной длиной и грунтоцементным корнем.

Сущность технического решения по рассечению тяги анкера «Атлант»

Для решения задачи по рассечению трубчатой тяги анкера «Атлант» в области сопряжения свободной длины и

Рис. 4. Внешний вид экспериментального заряда для прожигания щелевых отверстий в стенке анкера

корня специалистами ООО «ИнжПроектСтрой» и ООО «Анкерные системы» разработана технология прожигания стенок стальных труб высокотемпературной струей газа, выделяемой при горении пиротехнических средств (термитов).

Основным преимуществом применения термитных смесей является:

- отсутствие возможности самовозгорания и самоподрыва материалов;

- отсутствие требований по аттестации специалистов;

- отсутствие специальных требований по перевозке и хранению термитных смесей;

- низкая цена термитных смесей;

Подземное строительство

------ЖИЛИЩНОЕ ---

строительство

Научно-технический и производственный журнал

Подающая штанга

Форсунка

Корпус заряда

№ Длина щелевого отверстия, мм Растягивающее усилие при разрыве, кН Доля от предельной нагрузки на разрыв, %

1 17,5 588 77

2 56,6 471 62

3 74 340 44

4 93,1 193 25

Тяга анкера Атлант

Рис. 5. Схема установки термитного заряда в круговой канал анкера

- широкий диапазон видов термитных смесей, выпускаемых отечественной промышленностью для сварки различных металлов [6-10].

Технология извлечения трубчатых тяг свободной длины анкера состоит из следующих операций:

- промывка внутреннего канала анкера от остатков цементного раствора (выполняется непосредственно после установки анкера);

- опускание специального заряда из термитной смеси в точку рассечения анкера;

- прожигание щелевого отверстия в стенке анкерной тяги высокотемпературной струей газа, выделяемой при горении термита;

- отрыв отсеченной части анкера из грунтового массива с помощью домкратной станции (выполняется при необходимости) с последующим ее извлечением.

Опытные работы

Применение термитных смесей для прожигания стенок стальных трубчатых тяг потребовало решения следующего ряда технических задач:

- увеличение импульса газодисперсной струи с целью прожигания толстостенной стальной тяги через имеющийся кольцевой зазор между внутренней поверхностью анкерной тяги и корпусом заряда;

- разработка конструкции одиночного заряда термической смеси для прожигания щелевых и круговых отверстий;

- разработка воспламенителя для поджога термитной смеси.

Для достижения поставленных целей было выполнено значительное количество экспериментов по подбору составов термитных смесей на основе трехокиси железа с добавлением до 20% окислов магния, алюминия или меди. Известно, что тепловой эффект реакции горения таких композиционных смесей при адиабатической температуре 3200-3500 К достигает 4000 кДж/кг.

Отметим, что в настоящее время термитные смеси поставляются отечественной промышленностью в порошкообразном состоянии. Для придания заряду требуемой формы проведены исследования по подбору холодно отвер-ждаемых синтетических смол, связывающих порошковые частицы между собой. После отверждения композиционного материала в специальных заливочных формах термитный заряд может быть установлен в металлический корпус. Внешний вид заряда показан на рис. 4.

Другие направления исследований были направлены на разработку конструкции и технологии производства сопел для кумуляции струи газа. Сопло бронировали композиционным материалом на основе карбида вольфрама. Эксперименты показали, что данный материал успешно выдерживает кратковременное воздействие струи высокотемпературного газа и тем самым защищает сопло от его разрушения.

На рис. 5 показана схема установки заряда во внутренний канал трубчатой тяги анкера.

На полигоне предприятия «Анкерные системы» были проведены десятки опытов по прожиганию стенок анкерных тяг. Массу заряда варьировали в диапазоне от 0,05 до 1,2 кг. В каждом опыте измеряли глубину, площадь образо-

Рис. 6. Вид каверны, образованной после горе- Рис. 7. Вид щелевого отверстия после сквозно-ния термитного заряда го прожигания стенки

Рис. 8. Вид разрушенного анкера после его растяжения (в месте разрыва виден корпус термитного заряда)

Научно-технический и производственный журнал

Underground construction

вания каверн в стенках анкерных тяг. В случае сквозного прожога измеряли длину щелевого отверстия. На основании полученных значений рассчитывали объем расплавленного и удаленного металла. Внешний вид одного из рабочих образцов показан на рис. 6.

Установлено, что массу заряда в зависимости от планируемых размеров щелевого отверстия в стенке трубы в первом приближении можно рассчитать по формуле:

m = k V,,

(1)

где m - масса заряда, г; V = l s ^ мм3 - объем щелевой выработки длиной I шириной s в анкере с толщиной стенки t; k - эмпирический коэффициент, значение которого для применяемых термитных составов находится в диапазоне 0,05-0,14 г/мм3 (в зависимости от объемных долей порошка термита и синтетической матрицы).

На рис. 7 показано щелевое отверстие после сквозного прожигания термитным зарядом стенки анкерной тяги.

Заключительная серия экспериментов была направлена на растяжение тяг анкера после прожигания в них сквозных

отверстий. Цель исследований состояла в оценке тянущего усилия, необходимого для завершения операции рассечения анкера для последующего выдергивания тяг на участке его свободной длины. Результаты экспериментов для анкера с внешним диаметром 57 мм и толщиной стенки 6 мм приведены в табл. 1. Внешний вид тяги анкера после ее разрыва показан на рис. 8.

Анализ результатов показывает, что для разрыва анкера с небольшими усилиями длина щелевого отверстия должна быть не менее половины окружности тяги анкера.

На основе проведенных экспериментов установлены массы зарядов для прожигания щелевых отверстий в анкерных тягах «Атлант» диаметром 57 и 73 мм с толщиной стенки 6, 10 и 11 мм.

Таким образом, проведенные исследования и выполненные опытно-конструкторские работы показали эффективность применения термитных зарядов для прожигания кольцевых щелей в стенках анкерных тяг и тем самым доказали техническую возможность рассечения тяг анкера и при необходимости извлечение их из окружающего грунтового массива.

Список литературы

References

1. Ильичев В.А., Мангушев Р.А., Никифорова Н.С. Опыт освоения подземного пространства российских мегаполисов // Основания, фундаменты и механика грунтов. 2012. № 2. С. 17-20.

2. Конюхов Д.С., Свиридов А.И. Расчет технологических деформаций существующих зданий в процессе изготовления ограждающих конструкций котлованов // Вестник МГСУ. 2011. № 5. С. 99-103.

3. Шашкин А.Г., Богов С.Г. Апробация технологии «стена в грунте» в инженерно-геологических условиях Санкт-Петербурга // Промышленное и гражданское строительство. 2012. № 11. С. 20-22.

4. Мангушев Р.А., Никифорова Н.С., Конюшков В.В., Осо-кин А.И. Проектирование и устройство подземных сооружений в открытых котлованах. М.: АСВ, 2013. 256 с.

5. Парамонов В.Н., Кравченко П.А. Эффект увеличения несущей способности свай усиления под нагрузкой // Известия высших учебных заведений. Строительство.

2012. № 7-8. С. 117-121.

6. Малинин А.Г., Малинин Д.А. Исследование адгезионной прочности армирующих элементов при устройстве анкерных свай // Основания, фундаменты и механика грунтов. 2011. № 2. С. 13-15.

7. Малинин А.Г., Гладков И.Л., Жемчугов А.А. Укрепление слабых грунтов в основании насыпи автодороги при помощи технологии струйной цементации // Транспортное строительство. 2013. № 1. С. 4-6.

8. Малинин Д.А. Новое инъекционное оборудование для работы в подземных выработках // Метро и тоннели.

2013. № 2. С. 22-23.

9. Малинин А.Г., Малинин Д.А. Ультразвуковой способ контроля качества противофильтрационной завесы, выполненной по технологии струйной цементации // Метро и тоннели. 2013. № 1. С. 16-19.

10. Малинин А.Г., Вакутин А.П., Смирнов А.Н., Малинин Д.А. Производство винтовых самозабуриваемых анкеров в России // Промышленное и гражданское строительство. 2011. № 8. С. 65-67.

1. Il'ichev V.A., Mangushev, R.A., Nikiforova N.S. Experience in underground space development Russian megalopolises. Osnovaniya, fundamenty i mekhanika gruntov. 2012. № 2, pp. 17-20. (In Russian).

2. Konyukhov D.S., Sviridov A.I. Deformation process's calculation of the existing buildings during shoring of excavation. Vestnik MGSU. 2011. No. 5, pp. 99-103. (In Russian).

3. Shashkin A.G., Bogov S.G. Approbation of diaphragm wall technology under geological engineering conditions of St. Petersburg. Promyshlennoe i grazhdanskoe stroitelstvo.

2012. No. 11, pp. 20-22. (In Russian).

4. Mangushev, R.A. Proektirovanie i ustroistvo podzemnykh sooruzhenii v otkrytykh kotlovanakh [Design and installation of underground structures in open pits]. Moscow, St. Petersburg: ASV, 2013. 256 p. (In Russian).

5. Paramonov V.N., Kravchenko P.A. Effect of increase in the bearing ability of piles of strengthening under loading. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedenii. Stroitrlstvo. 2012. No. 7-8, pp. 117-121. (In Russian).

6. Malinin A.G., Malinin D.A. Research of adhesive durability of the reinforcing elements at the device of anchor piles. Osnovaniya, fundamenty i mekhanika gruntov. 2011. No. 2, pp. 13-15. (In Russian).

7. Malinin A.G., Gladkov I.L., Zhemchugov A.A. Strengthening of weak soil in the highway embankment basis by means of technology of jet cementation. Transportnoe stroitelstvo.

2013. No. 1, pp. 4-6. (In Russian).

8. Malinin D.A. Новое инъекционное оборудование для работы в подземных выработках. Metro i tonneli. 2013. No. 2, pp. 22-23. (In Russian).

9. Malinin A.G., Malinin D.A. Ultrasonic way of quality control of the antifiltrational veil executed on technology of jet cementation. Metro i tonneli. 2013. No. 1, pp. 16-19. (In Russian).

10. Malinin A.G., Vakutin A.P., Smirnov A.N., Malinin D.A. Production of the screw self-spudded anchors in Russia. Promyshlennoe i grazhdanskoe stroitelstvo. 2011. No. 8, pp. 65-67. (In Russian).

Подземное строительство

------ЖИЛИЩНОЕ ---

СТРОИТЕЛЬСТВО

Научно-технический и производственный журнал

СПЕЦИАЛЬНАЯ ЛИТЕРАТУРА

В издательстве АСВ вышла книга профессоров Мангушева Р.А., Готмана А.Л., Знаменского В.В., Пономарева А.Б.

«СВАИ И СВАЙНЫЕ ФУНДАМЕНТЫ. Конструкции, проектирование и технологии» под ред. чл.-корр. РААСН, д-ра техн. наук, профессора Р.А. Мангушева М.: АСВ, 2015. 320 с.

В книге рассмотрены основные виды конструкций свай и свайных фундаментов, технологии изготовления свай при новом строительстве и в условиях реконструкции. Проанализированы их преимущества и недостатки. Представлены основные положения проектирования свайных фундаментов, методы определения несущей способности свай и порядок проектирования свайных фундаментов.

Приведены многочисленные примеры расчетов, как отдельных видов свай, так и свайных фундаментов различных типов. Особое внимание уделено современным отечественным и зарубежным технологиям изготовления буровых, набивных свай и свай вдавливания, а так же конструктивным и технологическим методам устройства котлованов под ростверки.

Представлены основные требования к контролю качества свай и методам их оценки.

В приложении к книге приведены технические характеристики ряда установок для изготовления и устройства свай.

Издание предназначено для инженерно-технических работников проектных и строительных организаций, студентов строительных вузов, обучающихся по строительным специальностям, слушателей курсов и институтов повышения квалификации инженеров-строителей.

Ч.С "Ijjjpvn |>.Л Ч.-h^ihc^

niivtiiKrN[i-qiHhlH]i'uaihH'Kiih 1Г IUI АЩЦ-Ц" I H IN h чинчк um Et'LU f'h'A 11LEH

jtiH ti?o н Ttu tTiA

М.С. Захаров, Р.А. Мангушев

Инженерно-геологические и инженерно-геотехнические изыскания для строительства

Учебное пособие под ред. чл.-корр. РААСН, д-ра техн. наук, профессора Р.А. Мангушева / Захаров М.С., Мангушев Р.А. М.: Изд-во Ассоциация строительных вузов (АСВ), 2014. 175 с.

В книге изложены основы организации инженерных изысканий для строительства и подробно рассмотрены основные методы и технологии проведения инженерно-геологических и геотехнических изысканий, требования к представлению отчетных материалов.

Приведены сведения об основных нормативно-технических документах, регламентирующих процесс инженерных изысканий.

Представлена концепция рассмотрения этих видов изысканий как единого взаимосвязанного комплексного процесса для учета совместной работы грунтовых оснований с подземными и надземными конструкциями сооружений и производства инженерных работ.

Пособие предназначено для студентов строительных факультетов и вузов, обучающихся по бакалаврским и магистерским программам, слушателей институтов повышения квалификации и инженерно-технических работников изыскательских, проектных и строительных организаций, специализирующихся в области инженерной геологии и геотехники.