Грунтовый анкер

Изобретение относится к области строительства, в частности к строительству трубопроводов, котлованному строительству, строительству причалов и аналогичных сооружений. Обеспечивает повышение несущей способности анкера и оптимизацию его габаритно-массовых характеристик. Анкер включает штангу, опорные лопасти, размещенные вокруг штанги, наконечник и заряд ВВ с узлом инициирования. Заряд ВВ с узлом инициирования размещен между штангой и лопастями и выполнен из ВВ, имеющего скорость детонации D_н, удовлетворяющую условию D_н≤1,57С₀, где С₀ - скорость звука в материале штанги. 4 з.п. ф-лы, 6 ил.

 

Изобретение относится к области строительства, а именно к устройствам для закрепления трубопроводов при их строительстве, для закрепления ограждающих стен при котлованном строительстве и для закрепления других объектов различного назначения.

Известны грунтовые анкера взрывного типа, в частности по патенту США No 3228153, кл. 52-156, 1966 г., содержащие штангу, лопасти, размещенные вокруг штанги, и заряд взрывчатого вещества (ВВ) между лопастями и штангой.

Как наиболее близкий по конструкции и сути технического решения грунтовый анкер по патенту США No 3228153 принимается за прототип. Основным недостатком подобной конструкции анкера (прототипа) является то, что при точечном инициировании кольцевого заряда ВВ в штанге, расположенной внутри кольцевого заряда, возможно формирование сходящейся к точке ударно-волновой конфигурации. Это приводит к концентрации энергии в этой точке, значительному (на порядок) повышению давления в этой точке и, как следствие этого, - разрушению штанги. Другим недостатком прототипа является недостаточная площадь опорных лопастей, что особенно проявляется в условиях слабых малосвязных грунтов.

Задачей настоящего изобретения является оптимизация конструкции взрывного анкера с целью повышения ее несущей способности.

Поставленная задача решается тем, что в грунтовом анкере, включающем штангу, лопасти, размещенные вокруг штанги, наконечник и заряд ВВ с узлом инициирования, размещенный между штангой и лопастями, заряд выполнен из ВВ, имеющего скорость детонации (D_н), удовлетворяющую условию D_н≤1,57С₀ где С₀ - скорость звука в материале штанги, и имеет форму деформируемого пакета, заполненного ВВ, а лопасти расположены вокруг заряда в два ряда, причем допасти наружного ряда расположены со смещением относительно лопастей внутреннего ряда вдоль направляющей на расстояние до половины ширины лопасти и соединены друг с другом стяжками, ограничивающими угол раскрытия лопастей.

Предлагаемое техническое решение поясняется чертежами, где:

- на фиг.1 анкер представлен в исходном (закрытом) состоянии;

- на фиг.2 - анкер в раскрытом состоянии;

- на фиг.3 - поперечное сечение анкера в исходном состоянии;

- на фиг.4 - поперечное сечение анкера в раскрытом состоянии;

- на фиг.5 - схема распространения детонационного и ударного фронтов в штанге при D_н≤С₀;

- на фиг. 6 -схема распространения детонационного и ударного фронтов в штанге при D_н>С_0.

Грунтовый анкер состоит из штанги 1, лопастей внутреннего 2 и внешнего 3 рядов, стяжек 4, приваренных к лопастям, заряда ВВ 5 с узлом инициирования 6 и наконечника 7.

В рабочее положение лопасти 2, 3 приводятся путем подрыва кольцевого заряда ВВ. Если скорость детонационного фронта D_н кольцевого заряда (5) меньше скорости звука С₀ в материале штанги 1 (D_н<С₀), то фронт детонационной волны в кольцевом заряде, огибающий штангу, формирует в штанге расходящийся ударный фронт (фиг.5), в отличие от случая (D_н>С₀), когда возникают условия для формирования сходящегося к точке ударного фронта, что может привести к повреждению и разрушению штанги. Основные элементы конструкции анкера, как правило, изготавливаются из стали. Скорость распространения звуковых волн в стали С₀составляет ˜3,8-4,0 км/с. Следовательно, условие D_н≤1,57С₀ преобразуется в условие D_н ≤(5,97-6,28) км/с. Как известно, скорость детонации ВВ зависит от состава и начальной плотности ВВ. Скорость на уровне 6 км/с для большинства штатных ВВ соответствует состоянию при насыпной плотности или разбавлению ВВ инертными добавками (твердыми или жидкими). При этих условиях агрегатное состояние ВВ в большинстве случаев позволяет его формирование, т.е. возможно изготовить раскрывающий заряд в виде деформируемого пакета (например, полиэтиленового, тканевого и т.д.), заполненного сыпучим или пастообразным взрывчатым веществом. Подобная конструкция раскрывающего заряда существенно упрощает условия его установки в анкер, условия хранения и снаряжения, а следовательно, его стоимость, что в условиях массового применения анкеров имеет важное значение.

Под несущей способностью анкера понимается способность анкера выдерживать максимальные выдергивающие нагрузки, приложенные к его штанге, при его нахождении в раскрытом состоянии в грунте. Максимально допустимая выдергивающая нагрузка, отнесенная к массе анкера, называется удельной несущей способностью анкера. Как следует из этого определения, несущая способность анкера является комплексной характеристикой и определяется прочностными характеристиками основных силовых элементов анкера (штанги, лопастей), свойствами грунта и глубиной залегания анкера в грунте.

При достаточной глубине залегания и достаточных прочностных характеристиках силовых элементов анкера его несущая способность будет определяться свойствами грунта и площадью опорной поверхностью анкера. Для плотных прочных грунтов с достаточной точностью за площадь опорной поверхности анкера можно принять полную площадь круга, образуемого краями раскрытых лопастей анкера. Для малосвязных грунтов (типа водонасыщенного песка) необходимо учитывать фактическую площадь раскрытых лопастей анкера, большая величина которой при прочих равных условиях обеспечивает повышение несущей способности анкера. С целью увеличения площади опорных лопастей опорные лопасти в предлагаемом анкере располагаются вокруг заряда в два ряда, причем лопасти наружного ряда смещены относительно лопастей внутреннего ряда с целью максимально заполнить свободную площадь между лопастями внутреннего ряда, образующуюся при раскрытии лопастей. Очевидно, что механическое введение дополнительного ряда лопастей для обеспечения работоспособности анкера потребует увеличения толщины (и массы) раскрывающего заряда, а следовательно, и габаритов анкера со всеми негативными последствиями. С целью обеспечить оптимальное сочетание габаритно-массовых и прочностных характеристик анкера края лопастей наружного ряда попарно соединяются друг с другом стяжками, представляющими из себя прутки с круглым, прямоугольным либо другого профиля поперечным сечением, в исходном состоянии согнутые пополам. Края стяжек прочно соединены с краями рядом расположенных лопастей, например, сваркой. При раскрытии опорных лопастей анкера под действием продуктов взрыва раскрывающего заряда первоначально согнутые стяжки разгибаются и образуют кольцо, ограничивающее дальнейшее раскрытие опорных лопастей. Подобная конструкция позволяет уменьшить толщину опорных лопастей, без снижения прочности, а следовательно, несущей способности анкера и обеспечить оптимальное сочетание габаритно-массовых и прочностных характеристик анкера, особенно в условиях слабых малосвязных грунтов, что подтверждает решение поставленной задачи.

С целью дальнейшей оптимизации конструкции анкера в дополнение к описанным техническим решениям предлагается также опорные лопасти анкера формировать в процессе его раскрытия под действием продуктов взрыва заряда ВВ. Для этого вместо двух рядов готовых опорных лопастей можно использовать две соосно-расположенные трубы с канавками на внутренней поверхности вдоль образующей трубы, причем канавки на наружной трубе смещены вдоль направляющей относительно канавок на внутренней трубе. Глубина канавок составляет примерно половину толщины стенки трубы, что достаточно для разрушения стенок труб по канавкам при подрыве заряда ВВ и формированию из стенок трубы опорных лопастей.

По доступным источникам информации заявляемые в настоящем техническом решении отличительные признаки анкера авторам известны не были, явным образом не следуют из уровня техники, а являются результатом творческого анализа условий функционирования и проблем, возникающих при разработке достаточно специфических устройств - взрывных грунтовых анкеров, а следовательно, соответствуют критериям новизны и изобретательского уровня.

Предлагаемое изобретение может найти широкое применение и обеспечить значительный экономический эффект при строительстве газо- и нефтепроводов, пролегающих в малоосвоенных, заболоченных местностях, а также при котлованном строительстве в условиях плотной застройки крупных мегаполисов.

1. Грунтовый анкер, включающий штангу, опорные лопасти, размещенные вокруг штанги, наконечник и заряд ВВ с узлом инициирования, отличающийся тем, что заряд ВВ с узлом инициирования размещен между штангой и лопастями и выполнен из ВВ, имеющего скорость детонации D_н, удовлетворяющую условию D_н ≤1,57С₀, где С₀ - скорость звука в материале штанги.

2. Грунтовый анкер по п.1, отличающийся тем, что заряд в нем выполнен в виде деформируемого пакета, заполненного ВВ.

3. Грунтовый анкер по п. 1, отличающийся тем, что опорные лопасти в нем расположены вокруг штанги в два ряда, причем лопасти наружного ряда расположены со смещением вдоль направляющей относительно лопастей внутреннего ряда.

4. Грунтовый анкер по п.3, отличающийся тем, что опорные лопасти наружного ряда соединены друг с другом стяжками, ограничивающими угол раскрытия лопастей.

5. Грунтовый анкер по п.3, отличающийся тем, что опорные лопасти в нем выполнены в виде двух соосно расположенных вокруг заряда ВВ цилиндрических труб, имеющих на внутренней поверхности вдоль образующей трубы канавки глубиной до половины толщины стенки трубы, причем канавки на наружной трубе смещены вдоль направляющей цилиндра относительно канавок на внутренней трубе.