Способ установки анкера

 

Изобретение относится к горному делу и строительству, может быть использовано при анкерном креплении горных выработок, откосов, бортов котлованов и т.д. Сущность изобретения заключается в том, что установку в скважину натяжной штанги производят посредством трубы, заполнение скважины сыпучим материалом производят через эту трубу, после извлечения которой для натяжения и закрепления натяжной штанги пропускают ее конец через опорную плиту, закручивают и расплющивают; заполнение скважины производят послойно с последующим уплотнением слоев концом перемещаемой трубы. Упрощение технологии сооружения достигается предложенным способом за счет совмещения операций, простоты монтажа без специальных дополнительных средств, сокращения времени введения анкера в работу при увеличении несущей способности анкера. 6 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к горной промышленности и строительству, может быть использовано при анкерном креплении подземных выработок, откосов, бортов котлованов и т.д.

Известен способ установки анкеров замоноличиванием в породу и устройство для его осуществления, включающий бурение скважины, заполнение ее закрепляющим материалом, подачу в скважину прямолинейного анкера на полную его длину и его расклинивание для удержания анкера в скважине до полного затвердения закрепляющего материала (патент СССР 1213992, E 21 D 20/00, 1986 г.). Недостатком этого способа является то, что он не позволяет до момента затвердевания закрепляющего материала нагружать анкер, а также то, что для сооружения анкера необходимо специальное устройство, которое усложняет технологичность операций по натяжению и закреплению анкера и приводит к большим затратам по времени на его сооружение.

Близким аналогом по технологической сущности и достигаемому результату является способ возведения анкерной крепи, включающий бурение скважины, введение в нее грузонесущего стержня и подпорного элемента, заполнение скважины сыпучим материалом и натяжение стержня (авт. св. 1046531, E 21 D 20/00, 1983 г. ). Анкер, установленный указанным способом, имеет достаточно хорошую рабочую характеристику, но обладает рядом недостатков. Применение сыпучего материала определенной крупности, прочности на сжатие, а также необходимость вибрационного воздействия на грузонесущий стержень не позволяют использовать его в достаточной мере широко и эффективно, затрудняют технологию сооружения анкера.

Технической задачей, решаемой данным изобретением, является упрощение технологии сооружения анкера при повышении его несущей способности.

Поставленная задача решается тем, что способ установки анкера, включающий установку натяжной штанги с замковым концом в скважину, производят посредством перемещаемой трубы, через которую заполняют скважину сыпучим материалом, после извлечения которой свободный конец натяжной штанги пропускают через опорную плиту, натягивают анкер закручиванием свободного конца и закрепляют его конец.

Для того, чтобы исключить дополнительную операцию по установке натяжной штанги, целесообразно образование скважины производить одновременно с установкой в нее натяжной штанги с замковым концом.

Целесообразно для образования замка с высокой рабочей характеристикой заполнение скважины производить послойно сыпучим материалом с уплотнением каждого из слоев торцом трубы при ее поступательном перемещении, что обеспечивает качественный контакт сыпучего материала со стенками скважины и повышение несущей способности анкера.

Целесообразно для исключения сводообразования и бесперебойной подачи сыпучего материала заполнение скважины осуществлять через расширяющиеся отверстия в торцевой части трубы. Целесообразно для обеспечения более надежной работы замка анкера, по меньшей мере, в один слой сыпучего материала ввести связующее.

Целесообразно для увеличения несущей способности анкера скважину выполнять криволинейной, а натяжную штангу помещать в скважину и натягивать таким образом, чтобы она входила во взаимодействие со стенками скважины.

Целесообразно также для обеспечения более высокой несущей способности анкера перед установкой в скважину натяжную штангу по меньшей мере на одном участке длины изогнуть.

На фиг. 1 показан продольный разрез скважины, образованной трубой с установленной в ней натяжной штангой; на фиг.2 продольный разрез торцевой части трубы с расширяющимися отверстиями; на фиг.3 продольный разрез скважины, заполненной и уплотненной с натянутой штангой; на фиг.4 продольный разрез криволинейной скважины, засыпанной, уплотненной с натянутой штангой; на фиг. 5 продольный разрез скважины с натяжной штангой, имеющей участки малой кривизны; на фиг.6 продольный разрез скважины с петлеобразной формой натяжной штанги, оба конца которой прикреплены к опорной плите.

Способ установки анкера реализуется следующим образом.

Вставляют натяжную штангу 1 в трубу 4 (фиг.1) и начинают погружение в грунт любым известным способом, например с помощью пневмоударной машины ПУМ. Погружением в грунт трубы 4 образуют скважину 5. Затем трубу 4 перемещают на величину, равную величине слоя, образующуюся полость заполняют сыпучим материалом 6.

Заполнение скважины 5 сыпучим материалом 6 производят непосредственно через трубу 4, нижний торцевой конец которой выполнен с расширяющимися отверстиями 7 для свободного прохождения сыпучего материала 6.

Уплотнение производят торцом трубы 4 при ее поступательном перемещении.

Глубина скважины 5 должна быть не менее 8-10 диаметров трубы 4.

Замковый конец 2 натяжной штанги 1 с вкладышем 3 со всех сторон уплотняется сыпучим материалом 6. Далее трубу 4 снова перемещают на величину, равную величине слоя, и снова заполняют сыпучим материалом 6 с его уплотнением. Заполнение скважины сыпучим материалом 6 возможно как самотеком, так и при помощи энергоносителя, например сжатого воздуха. Для увеличения плотности сыпучего материала и следовательно несущей способности анкера и уменьшения пылеобразования при зарядке скважины 5 сыпучий материал 6 целесообразно увлажнять.

Такое послойное заполнение скважины 5 сыпучим материалом 6 с уплотнением каждого из слоев производится до устья скважины 5. После заполнения скважину 5 перекрывают опорной плитой 9, через отверстие в которой пропускают свободный конец натяжной штанги 1. Затем с помощью гайковерта, динамометрического ключа или другого инструмента свободный конец натяжной штанги 1 свертывают в спираль (см. фиг.3), за счет чего натяжная штанга 1 натягивается. Натяжение штанги 1 производят на заданную величину, не превышающую расчетную. Закрепляют анкер расплющиванием свернутого в спираль конца натяжной штанги 1 с помощью молотка или другого инструмента (см. фиг.4).

В сыпучий материал 6 при заполнении скважины 5 вводят связующее 8. Это может быть цемент, смола и т.д. Обуславливается такая необходимость возможным обводнением грунта и некоторым вымыванием сыпучего материала 6, что может привести к снижению качества заделки замкового конца 2 натяжной штанги 1. Введение связующего 8 снижает опасность разуплотнения сыпучего материала 6 в области замкового конца 2 и потери анкером несущей способности.

Существенный положительный эффект получают от установки анкера в криволинейную скважину 5 (см.фиг.4). Натяжение штанги 1 в этом случае производят так, что обеспечивают несовпадение направления равнодействующей сил натяжения с осью изогнутой скважины 5. При этом натяжная штанга 1 изгибается, принимает в отличие от скважины двойную кривизну, в результате чего входит в наиболее эффективное взаимодействие со стенками скважины 5 и с сыпучим материалом 6, заполняющим ее.

Значительное повышение несущей способности анкера достигается, если натяжную штангу 1 изогнуть хотя бы на одном участке ее длины. При наличии на всей длине натяжной штанги 1 участков с изгибами малой кривизны (см. фиг.5) происходит наиболее благоприятное взаимодействие штанги 1 с сыпучим материалом 6 и, как следствие, достигается существенное увеличение несущей способности анкера.

Чем больше участков с кривизной имеет натяжная штанга 1, тем выше несущая способность анкера за счет прироста сил трения. Именно с учетом этого предложено создавать вдоль штанги изогнутости с некоторой кривизной (см. фиг.4).

Расчеты и эксперименты показывают, что изогнутые по длине анкеры в изогнутых скважинах по сравнению с прямолинейными анкерами в прямолинейных скважинах при всех прочих равных условиях имеют в 3-4 раза большую несущую способность.

Установленный предлагаемым способом анкер работает следующим образом.

Приложение внешней нагрузки к смонтированному в скважине 5 анкеру вызывает появление выдергивающей силы в натяжной штанге 1. Эта сила (см. фиг. 5) передается вкладышу 3 и, в конечном сч те, к замковому концу 2. Выдергивающей силе при этом противодействуют силы трения между натяжной штангой 1 и уплотненным сыпучим материалом 6 в скважине 5 и силы бокового распора в замковом конце натяжной штанги, развивающиеся под действием нормальных сил со стороны вкладыша 3 (или отгиба).

Очевидно, что при натяжении анкера данной конструкции в криволинейной скважине (см. фиг.4) выдергивающая сила через натяжную штангу 1 также будет передаваться замковому концу 2, как и ранее, способному воспринять определенную нагрузку. Натяжение натяжной штанги 1 в изогнутой скважине (см. фиг. 4) вызывает на криволинейных участках скважины появление сил, направленных к центрам кривизны этих участков. Как известно из механики, такие силы приводят к тому, что при натяжении на вогнутых поверхностях натяжной штанги 1 силы трения существенно возрастают. Именно эти силы и являются той добавкой, которая обеспечивает значительно более высокую несущую способность предлагаемых анкеров в криволинейных скважинах, чем та, которой обладают те же анкеры в прямолинейных скважинах.

Натяжная штанга 1 может быть выполнена с вкладышем 3 и без вкладыша 3 (см. фиг. 3,4,5). Вкладыш 3 может быть различной формы, например в виде круглой пластины с прорезью, которую делают специально для заделки в ней натяжной штанги 1. Прорезь во вкладыше 3 может быть одна или несколько, различной конфигурации, с размерами, соответствующими размерам сечения натяжной штанги 1 (на фиг. не показано). Рационально натяжную штангу 1 выполнять гибкой, что облегчает крепление вкладыша 3.

Предложенным способом можно устанавливать анкеры, замок которых состоит из сыпучего материала. Натяжная штанга 1 может быть выполнена как круглого сечения, так и из гибкой полосы, которая может иметь петлеобразную форму (см. фиг.6).

Предложенный способ испытан на полигоне института. Эксперименты показали, что простота и технологичность операций обеспечивает экономию во времени по сравнению с известными до 12% при этом несущая способность анкера повышается.

Формула изобретения

1. Способ установки анкера, включающий образование скважины, установку в ней штанги с замковым концом, заполнение скважины сыпучим материалом, натяжение и закрепление натяжной штанги на опорной плите, отличающийся тем, что установку натяжной штанги с замковым концом в скважину производят посредством перемещаемой трубы, через которую заполняют скважину сыпучим материалом, после извлечения трубы свободный конец натяжной штанги пропускают через опорную плиту, натягивают штангу закручиванием свободного конца и закрепляют его.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что образование скважины производят одновременно с установкой в нее натяжной штанги с замковым концом.

3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что заполнение скважины производят послойно с уплотнением каждого из слоев торцом трубы при ее поступательном перемещении.

4. Способ по пп.1-3, отличающийся тем, что заполнение скважины сыпучим материалом осуществляют через расширяющиеся отверстия в торцевой части трубы.

5. Способ по пп.1-4, отличающийся тем, что по меньшей мере в один слой сыпучего материала вводят связующее.

6. Способ по пп.1-5, отличающийся тем, что скважину выполняют криволинейной, помещают натяжную штангу и натягивают таким образом, чтобы она входила во взаимодействие со стенками скважины.

7. Способ по пп.1-6, отличающийся тем, что перед установкой в скважину натяжную штангу по меньшей мере на одном участке ее длины изгибают.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6