ГЛАВА 2
КОНСТРУИРОВАНИЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
РАБОТЫ СВАЙНЫХ АНКЕРОВ С УШИРЕНИЯМИ ПО ДЛИНЕ СТВОЛА
2.1. Новые конструктивные решения свайных анкеров с
уширениями по длине ствола, сооружаемые без выемки грунта
Общая теоретическая основа совершенствования свайных анкеров - увеличение площади горизонтальных или наклонных поверхностей, позволяющих повысить сопротивление устройства на действие выдергивающей нагрузки. Каждое уширение дополнительно воспринимает часть нагрузки. В работу вовлекается больший объем грунта, что обеспечивает рост несущей способности анкера. Наибольшего эффекта при этом возможно достичь для анкеров с уширениями по длине ствола, которые устраиваются без выемки грунта, так как основание вокруг их ствола и уширений будет уплотненным, с повышенными значениями физико-механических характеристик грунта.
Совершенствование конструкций таких свайных анкеров велось, главным образом, для двух направлений: 1) анкеры, погружаемые в грунт в виде сборных элементов; 2) анкеры, устраиваемые образованием в грунте полости с дальнейшим заполнением ее монолитными конструкциями в распор. В первом из них автор запатентовал и исследовал клиновидную сваю с анкерными выступами, обращенными уширенной стороной к поверхности (см. п. 2.1.1), а во втором - анкер в виде набивной сваи в пробитой скважине с уширениями по ее длине (см. п. 2.1.2). Копии патентов, формулы и полные описания изобретений сведены в Приложение А.
2.1.1. Анкеры, погружаемые в грунт в виде сборных элементов
В качестве объекта совершенствования свайных анкеров, погружаемых в грунт в готовом виде, выбрана железобетонная клиновидная свая с поперечной консолью со стороны трубопровода (рис. 1.4, д).
Противоположная от консоли сторона сваи имеет тыльную нишу, а в средней части - сквозной поперечный паз. Для обеспечения захвата и уплотнения грунта ее ствол имеет внутренние наклонные грани, ниши, полки. Такая конструкция имеет ослабленные сечения железобетонного ствола сваи. Расчет прочности их материала показал, что допустимая вертикальная выдергивающая нагрузка для таких свай не может превышать 70 кН.
Вследствие сложности конструкции армирование и формовка таких анкеров трудоемки, а при погружении в грунт жестко соединенная со сваей консоль стремится отклонить анкер от вертикали.
С целью снижения трудозатрат при изготовлении и повышения надежности работы автором предложено анкерное устройство (патент Украины № 12436), ствол которого предусмотрен сплошного переменного сечения со съемной консолью. В продольном направлении устройство имеет клиновидную форму с расположенными на наклонных гранях анкерными выступами, обращенными уширенной стороной к поверхности грунта по принципу перевернутой "елочки" (см. рис. 2.1, а).
бРис. 2.1. Конструкция анкерного приспособления для закрепления трубопровода: а - свайный анкер клиновидной формы с анкерными выступами, обращенными уширенной стороной к поверхности земли; б - сборная железобетонная консоль Изготовление консоли (рис. 2.1, б), как отдельного элемента, упрощает производство конструкции анкера в целом, перевозку, складирование и погружение таких свай. Определяющим в такой конструкции будет сопротивление по грунту, а не по материалу сваи, как в прототипе.
Повышение несущей способности анкера сравнительно с прототипом достигается за счет того, что при погружении сваи грунт ее нижними выступами раздвигается, а верхними - происходит "забор" грунта за пределами скважины, образованной нижними анкерными выступами. Таким образом, происходит не только заполнение грунтом скважины, но и дополнительное его уплотнение. Верхние грани выступов, взаимодействуя с околосвайным грунтом, передают нагрузку на основание, причем вынос выступа () и их количество определяют из условия: величина выноса - не более значения проекции сбега на промежутке между выступами. Имея такое соотношение при погружении анкера вышележащий выступ внедряется в грунт и задавливает его в плоскости верхнего обреза нижележащего выступа. Это обеспечивает включение в работу околосвайного грунта и повышает надежность работы анкера.
Погружение в грунт клиновидных свай с анкерными выступами, обращенными уширенной стороной к поверхности, возможно осуществлять с помощью типового оборудования, используемого в строительных организациях для забивки, вибропогружения, вдавливания свай.
Благодаря консоли, такие анкеры возможно выполнять как в шахматном порядке (в частности, для труб диаметром до 720 мм включительно), так и по обе стороны от трубопровода (например, для труб диаметром 820 мм и более).
2.1.2. Анкеры, устраиваемые образованием в грунте полости с
дальнейшим заполнением ее монолитными конструкциями в распор
Совершенствование свайных анкеров, сооружаемых непосредственно в условиях строительной площадки путем образования полости снарядом (штампом, трамбовкой, пневмопробойником) с последующим заполнением ее монолитной конструкцией в распор, велось с использованием опыта ПНТУ применения фундаментов (набивных свай) в пробитых скважинах [42, 45, 46, 48, 78, 109]. Для таких конструкций нет необходимости в их армировании при транспортировании и погружении.
На рис. 2.2 изображен разработанный автором свайный анкер (на левой половине от оси - в готовом виде, а справа - в процессе устройства) в грунте 1 в виде набивной сваи 2 в пробитой скважине с несколькими уширениями (3, 4, 5), которые увеличиваются в диаметре в направлении поверхности земли по ее длине (патент Украины № 28891). Вследствие образования уширений формируется уплотненная зона грунта 6 в виде прямого кругового конуса с углом между боковой поверхностью и вертикалью.
При бетонировании ствола в него закладывается стержневая арматура 7, к которой в дальнейшем прикладывают выдергивающее усилие.
Материал уширения - жесткий бетон 8 с дисперсной арматурой 9. Скважина и его уширения образуются трамбовкой, рабочий орган 10 которой может иметь телескопическое приспос