Несущая способность винтовых анкеров "Атлант" Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

Подземное строительство

ц м .1

Научно-технический и производственный журнал

УДК 624.078.7

Д.А. МАЛИНИН, инженер, Пермский научно-исследовательский политехнический университет

Несущая способность винтовых анкеров «Атлант»

Приведен расчет и основы проектирования анкеров «Атлант», а также результаты полевых испытаний на реальных строительных объектах по определению несущей способности анкера.

Ключевые слова: грунтовые винтовые анкеры, «Атлант», несущая способность.

Основным отличием винтовых самозабуриваемых анкеров от традиционных тросовых или арматурных анкеров является совмещение операции бурения скважины и установки анкера. Такое совмещение двух технологических операций позволяет значительно повысить производительность установки анкера в структурно-неустойчивых грунтах, тем самым снизить стоимость анкерной конструкции. В настоящее время на строительном рынке существуют предложения только зарубежных фирм-производителей.

Учитывая возросшую потребность отечественного строительного рынка, предприятием «Анкерные системы» разработана технология производства анкеров «Атлант» с винтовой поверхностью, аналогичной лучшим зарубежным образцам (рис. 1). Накатанная винтовая поверхность анкера обеспечивает сцепление тяги анкера с окружающей оболочкой из цементного камня [1].

Для производства анкерных тяг и соединительных муфт применяется высокопрочная легированная сталь с пониженным содержанием серы и фосфора. В настоящее время предприятие выпускает винтовые анкеры различных типоразмеров (таблица). Винтовые анкеры производятся в соответствии с ТУ 5264-001-63317637-2012 «Анкерные штанги «Атлант» и комплектующие элементы к ним». На анкеры получен «Сертификат соответствия ГОСТ Р № РОСС RU.АИ30. Н17131 от 07.03.12». В состав комплекта входят штанга винтовая, муфта соединительная, плита опорная, шайба сферическая, гайка сферическая, буровое долото.

Расчет анкеров «Атлант». Рассмотрим варианты расчета винтовых анкеров «Атлант» по методикам немецкого стандарта DIN 1054-2005 «Subsoil. Verification of the safety of earthworks and foundation» (Грунты. Проверка безопасности земляных работ и фундаментов) и российского нормативного документа СП 24.13330.2011 «Свайные фундаменты».

В соответствии с DIN 1054-2005, когда несущая способность анкера по грунту не может быть определена по результатам полевых испытаний, несущую способность определяют расчетом по формуле Fd = 7iDlkqsk, где D - диаметр цементной (грунтоцементной) оболочки анкера; lk - длина корня анкера; qsk - сопротивление по боковой поверхности анкера (для среднего и крупного гравия - 200 кПа, для песка - 150 кПа, для связных грунтов - 100 кПа).

Немецкими нормами предусмотрен расчет внешнего диаметра цементной оболочки D в зависимости от диаметра бурового долота d по формуле D = d ■kd, где d - коэффициент увеличения диаметра корня анкера, принимаемый при установке анкера в гравийном грунте k=2; в песке - 1,5; в супесях и суглинках - 1,4; в глине - 1,3.

Рассматривая анкер «Атлант» как анкерную сваю, можно применить российский СП 24.13330.2011 «Свайные фундаменты», который регламентирует метод расчета свай на выдергивающую нагрузку (п. 7.2.9) по формуле Fdu=ycuycffhv где ус - коэффициент условий работы сваи в грунте; u - периметр сечения сваи; ус/ - коэффициент условий работы грунта на боковой поверхности сваи; f - расчетное сопротивление /-го слоя грунта на боковой поверхности ствола сваи; h. - толщина i-го слоя грунта.

В отличие от немецкого стандарта в российском СП отсутствует коэффициент увеличения диаметра тела анкера,

Рис. 1. Анкер «Атлант»

Тип штанги 57x6 73x11

Внешний диаметр, мм 57 73

Внутренний диаметр, мм 45 55

Площадь сечения, мм2 961 2 142

Условный предел текучести, МПа 600 600

Прочность на разрыв, МПа 790 790

Усилие на пределе текучести, кН 577 1 285

Разрывное усилие, кН 759 1 692

ЖИЛИЩНОЕ

Научно-технический и производственный журнал

Л

Подземное строительство

1200

1000

800

600

^ 400

200

70

г 60

50

о 40

я 30 Ei

20

5 10

10

Длина анкера, м

20

СП 24.13330.2011

1 полевые испытания - DIN 1054-2005 линейная (полевые испытания)

Рис. 2. Несущая способность анкера от его длины

и при этом вводятся два понижающих коэффициента условий работы сваи и грунта, принимаемые значения 0,8.

Анализ немецких и российских нормативных документов показывает, что расчетные значения сопротивлений анкера по грунту отличаются между собой в несколько раз. Так, например, в табл. 7.3 СП 24.13330.2011 максимальное сопротивление песчаных грунтов на боковой поверхности сваи на глубине 10 м составляет 65 кПа. А в DIN 1054-2005

3 6 9 12 15

Общая длина анкера, м

+ полевые испытания DIN 1054-2005

18

21

СП 24.13330.2011

Рис. 3. Несущая способность 1 п. м анкера от его общей длины

сопротивление не зависит от глубины заложения анкера и для любых песчаных грунтов составляет 150 кПа, т. е. различие составляет более чем в два раза.

Полевые испытания. Для сравнения расчетных методов по немецкому и отечественному стандартам были проведены полевые испытания анкеров «Атлант» на выдергивающую нагрузку. Первая группа испытаний несущей способности анкеров была проведена в рамках работ по рекон-

0

0

0

ВИ НТО ВЫЕ АНКЕРА АТЛАНТ

9'2012

47

Подземное строительство

ц м .1

Научно-технический и производственный журнал

о 10

4 6 8

Длина анкера, м

10

700

600

500

400

300

200

100

4 6 8

Длина анкера, м

10

12

. полевые испытания DIN 1054-2005

СП 24.13330.2011

Рис. 4. Несущая способность 1 п. м анкера от его общей длины

струкции межшлюзовых причальных сооружений водного канала Волгобалт.

Анкеры «Атлант» применяли для крепления береговой шпунтовой стенки. В рамках испытаний были устроены анкеры «Атлант» различной длины. Всего было выполнено три опытных участка в мягкопластичных глинах. Диаметр бурового долота у всех анкеров составлял 150 мм. На рис. 2 показаны результаты полевых испытаний несущей способности анкера «Атлант» в зависимости от его длины, а также приведены прогнозируемые значения несущей способности, полученные расчетом по DIN 1054-2005 и СП 24.13330.2011. На рис. 3 показаны результаты эксперимента несущей способности анкера, приведенной на 1 п. м длины.

Вторая группа испытаний проведена при строительстве двух цехов на территории машиностроительного завода в Пермском крае. Целью полевых испытаний анкеров «Атлант» являлось исследование несущей способности 1 п. м анкера в зависимости от его общей длины.

Опытные анкеры были установлены вертикально в однородном грунте, представленном мягкопластичными суглинками. Для испытаний были устроены 15 анкеров длиной 2 м; 4 м; 6 м; 8 м; 10 м (по 3 шт. каждой длины). Анкерные штанги «Атлант» имели диаметр 57 мм (стенка 6 мм) и соединялись отрезками по 3 и 2 м с помощью муфт. Диаметр бурового долота составлял 150 мм.

Испытания анкеров проводились статической выдергивающей нагрузкой через 48 сут после их установки. Для приложения нагрузки использовался полый гидравлический домкрат ГЦП-100-100. Перемещения анкера определяли с помощью индикатора часового типа ИЧ-50. Нагружение проводилось до срыва анкера по грунту ступенями 50-100 кН в зависимости от длины анкера и этапа нагружения. На каждой ступени нагрузка выдерживалась до стабилизации прироста перемещений. За «срыв» анкера по грунту принимали непрерывное увеличение перемещений без увеличения нагрузки. Результаты испытаний приведены на рис. 4 и 5.

Анализ полученных результатов показывает, что в обоих случаях применение DIN 1054-2005 дает верхнюю оценку несущей способности анкера. Такие результаты объясняются значительной «простотой» формулы, к результатам

СП 24.13330.2011

1 полевые испытания - DIN 1054-2005 линейная (полевые испытания)

Рис. 5. Несущая способность анкера от его длины

расчета которой нужно относиться с особой осторожностью. Совпадение расчетов возможно с применением понижающего коэфицента k=0,7-1 (для глин - 0,7; суглинков - 0,8; супесей - 0,9; песков и гравия - 1).

Применение СП 24.13330.2011, наоборот, дает пониженное значение расчетной несущей способности и действует в «запас» задачи. Однако такой расчет может привести к «перепроектированию» объекта, т. е. к нецелесообразным финансовым затратам при строительстве объекта.

Особый интерес представлят определение несущей способности анкера, приведенной к 1 п. м его тяги. В соответствии с DIN, приведенная несущая способность не зависит от длины анкера.

Применение СП показывает, что прирост относительной несущей способности зависит от глубины заложения грунтового слоя. При горизонтальном или слабонаклонном устройстве анкера в слое мощностью не более 2 м относительная несущая способность будет, как и в предыдущем случае, постоянной величиной. Однако при вертикальном расположении анкера разница может быть существенной, при этом чем длинее анкер, тем больше его относительная несущая способность.

Рис. 6. Укрепление подпорной стены анкерами «Атлант»

0

0

2

Научно-технический и производственный журнал

-------ЖИЛИЩНОЕ ---

СТРОИТЕЛЬСТВО

Подземное строительство

Между тем, результаты экспериментов показали, что с увеличением длины анкера (глубины бурения скважины) несущая способность 1 п. м анкера не только не увеличивается, но даже имеет склонность к уменьшению. Интенсивность изменения экспериментальной зависимости тем больше, чем меньше длина анкера.

Примеры выполненных строительных объектов. С помощью анкеров «Атлант» выполнен ряд объектов в Москве, Сочи, Екатеринбурге, Набережных Челнах: усиление фундаментов зданий при проходке туннеля метрополитена, анкерное крепление подпорных стен и ограждений котлованов, усиление фундаментов окружающей постройки при устройстве глубоких котлованов (рис. 6).

Применение анкерных штанг росийского производства дает возможность подрядным организациям снизить затраты на материалы примерно на 10-15%, а также получать анкерные штанги в оперативном порядке, не ожидая в течение 1-2 месяцев поставок из-за рубежа. В настоящее время производительнось предприятия «Анкерные системы» позволяет производить в месяц до 9 тыс. п. м анкерных штанг и полного перечня комплектующих изделий к ним. При этом на складе всегда имеется 5-10 км готовой продукции.

Литература

1. Малинин А.Г., Малинин Д.А. Экспериментальное исследование прочности контакта армирующего элемента с цементным камнем // Промышленное и гражданское строительство. 2011. № 4. С. 34-36.

В1Я-я выставка "ВАШЕ ЖИЛИЩЕ1'

технологии для строительства и ЖКХ Ярославль, 1-2 мшкфы 2012г.

Г\1/и" М,[ ИЫЕ [ \НКИ:

-Строи гелии,1С материалы и конструкции -С|Ч;. II; I теплозащиты зданий и сооружений Отопление. Вентнгшния. Кондиционирование Инженерное оборудование и системы Альтернативные иез очники энергии ■Оборудование д-зя сбора и сортировки отходов ■Комплексные системы очистки 'Вдаонодготонка, водос набже н не, во.юотведеш [с -Оборудование для рецикл лига отходов производства и потребления

■Услуги по управлению МКД

■Дорожные, строи лльньк, коммунальные машины

Выставка лрои лет арпмка* конференции «ЖКХ; риште инфрпстру К1 уры, 1ля жилогическн бези-н ас но] [) н комфырмино проживаниям

У ЧАС 111И КАМ ВЫСТАВКИ: Возможность общения с у частиками конференции. В 2011 ли. л оолыпиисево шенпиенгни шмучн.ш крупные }ака ц.( имение из участников конференции.

Оргкомитет: {4X52) 43-06-46, 73-2К-87

СПЕЦИАЛЬНАЯ СТРОИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА

МИКСЕРНЫЕ СТАНЦИИ ДЛЯ ЦЕМЕНТНЫХ РАСТВОРОВ

Станции миксерные "Вихрь" для работ по технологии струйной цементации

Производительность 18-25 м3/ч

Станции миксерные "Мини" для инъекционных работ

Производительность 5-8

т. (495) 226-18-37 т. (342) 219-61-56 info@cct-drill.ru

яму УУ. сст-ош ни

Реклама

92012

49