Текст
1 дЖ
П.Ф ВИШНЕВСКИИ
Современные
методы
анкерного
крепления
в строительстве
П. Ф. ВИШНЕВСКИЙ
заслуженный строитель РСФСР,
лауреат Государственной премии СССР
Современные
методы
анкерного
крепления
в строительстве
Ордена Трудового Красного-Знамени
ВОЕННОЕ ИЗДАТЕЛЬСТВО
МИНИСТЕРСТВА ОБОРОНЫ СССР
МОСКВА —1981
ББК 38.2
В55
УДК 627.8:624,023,94
Рецензенты: доктор технических наук
профессор Бакиров Р. О.,
кандидат технических наук доцент Сысоев А. Н.
Вишневский П. Ф.
В55 Современные методы анкерного крепления в
строительстве. — М.: Воениздат, 1981. — 246 с., ил.
В пер.: 85 к.
В книге содержится систематизированный и обобщенный мате-
риал по современному отечественному и зарубежному опыту в об-
ласти применения в строительстве различных анкеруемых инже-
нерных сооружений. Рассматривается взаимодействие предварительно-
напряженных анкеров со скальными породами и мягкими грунтами,
а также приводится расчет несущей способности анкеров.
'Книга предназначена для инженеров-строителей, а также может
быть использована слушателями и студентами высших и средних
учебных заведений.
30204-229
В --------------90.81.3202000000.
068(02)-81
ББК 38.2
6С6.03
© Воениздат, 1981
ВВЕДЕНИЕ
Капитальное строительство является одной из веду-
щих отраслей народного хозяйства страны. От его успеш-
ного осуществления во многом зависит ускорение науч-
но-технического прогресса, выполнение социально-эконо-
мической программы, принятой на XXVI съезде КПСС.
Поэтому наиболее важными задачами современного
строительства являются дальнейшее повышение эффек-
тивности ' конструкций, совершенствование технологии
производства работ и снижение его стоимости.
Для решения этих актуальных задач, несмотря на со-
вершенно очевидные успехи, достигнутые советскими
учеными и инженерами, необходимо творчески использо-
вать коллективный опыт строителей, в том числе и зару-
бежных.
Для крепления различных инженерных сооружений и
скальных массивов в современном строительстве успеш-
но применяются предварительно-напряженные анкеры.
Благодаря этому весьма эффективному техническому до-
стижению строительство инженерных сооружений упро-
стилось, стало более экономичным, а надежность соору-
жений значительно повысилась.
В настоящее время предварительно-напряженные ан-
керы получили широкое распространение во многих
странах. Они успешно применяются в различных инже-
нерно-геологических условиях для крепления стенок
глубоких котлованов и карьеров, при строительстве под-
земных сооружений, плотин, подпорных и причальных
стенок, атомных электростанций, при креплении потен-
циально неустойчивых скальных массивов и др.
Кроме традиционного анкерного крепления упомяну-
тых сооружений, уже в течение ряда лет успешно ведет-
ся строительство сооружений из сборных предваритель-
но-напряженных железобетонных элементов, объединяе-
мых с помощью предварительно-напряженных анкеров.
3
К этому виду сооружений могут быть отнесены, на-
пример, сооружения больших пролетов с сильно нагру-
женными перекрытиями, ангары, емкости, а также пла-
вучие аэропорты, волноломы, мосты и причалы, подвод-
ные тоннели, дюкеры, хранилища и др.
Опыт применения предварительно-напряженных ан-
керов в строительстве убедительно доказал их техниче-
ское преимущество и рентабельность. Современные сред-
ства анкерного крепления достигли такого уровня раз-
вития, что их конструктивные решения не представляют
каких-либо трудностей, а применение не требует дефи-
цитных материалов и сложного технологического обору-
дования. Это позволяет широко использовать предвари-
тельно-напряженные анкеры в строительстве.
Следует ожидать дальнейшего развития анкерного
крепления сооружений в связи с предстоящим освоением
континентальных шельфов морских и океанских побере-
жий для разработки нефтяных и газовых месторож-
дений.
В связи с быстрым ростом строительства в нашей
стране разработка современных средств и способов ан-
керного крепления сооружений приобретает актуальное
значение.
4
ГЛАВА 1
ПРИНЦИП РАБОТЫ ПРЕДВАРИТЕЛЬНО-
НАПРЯЖЕННЫХ АНКЕРОВ И МЕТОДИКА
ИХ РАСЧЕТА
1.1. Принцип работы предварительно-напряженных
анкеров
Первоначально предварительно-напряженные анкеры
применялись для крепления гравитационных сооружений
и подпорных стенок, затем область их использования
благодаря созданию современных конструкций анкеров,
развивающих тяговое усилие 100 кН ... 10 МН и бо-
лее, значительно расширилась.
В настоящее время разработаны и успешно применя-
ются конструкции нескольких систем предварительно-на-
пряженных анкеров из стержневой арматурной стали,
пучков высокопрочной проволоки и арматурных прядей,
позволяющих не только осуществлять дистанционный
контроль анкерного усилия в процессе натяжения и экс-
плуатации, но и повышать при необходимости их несу-
щую способность в процессе эксплуатации сооружений.
Предварительно-напряженные анкеры создают в со-
оружении и его основании напряженное состояние еще
до приложения внешней нагрузки. В гравитационных
сооружениях вертикально установленные анкеры спо-
собствуют образованию в сечениях дополнительных
вертикальных сил, которые уменьшают опрокидываю-
щий момент, увеличивают в швах силы трения, а также
повышают сопротивление сооружения сдвигу, т. е. обес-
печивают дополнительное сопротивление силам, вызы-
вающим разрушение сооружений. Анкеры также способ-
ствуют замыканию трещин в скале и швов сооружений,
повышению внутреннего трения и консолидации породы.
В мягких грунтах путем увеличения давления между
пластами и зернами грунта они повышают сопротивле-
5
ние сдвигу. Таким образом, предварительно-напряжен-
ные анкеры оказывают воздействие на сооружение и
его основание.
Отличительной особенностью работы предваритель-
но-напряженных анкеров является равномерная и быст-
Рис. 1.1. Схема предварительного напряжения анкера:
1 — ненапряженный анкер; 2 — напряжение анкера; 3 — напря-
женный анкер
рая передача усилий на грунт, возникающих под анкер-
ной опорной плитой сооружения. Рассмотрим это на
принципиальной схеме предварительного напряжения
анкера (рис. 1.1).
При натяжении анкера под опорной плитой создают-
ся напряжения, которые передаются на грунт через ан-
керную заделку. В это время происходит удлинение сво-
бодной части анкера на величину Д/ и сжатие грунта —
Д/'. Общее перемещение при нормально выполненной за-
делке составит Д/Ч-ДГ. Когда напряжение анкера до-
стигнет расчетного значения, при закреплении его на
опорном устройстве и отключении домкрата произойдет
некоторое снижение напряжения и, следовательно, раз-
жатие грунта на величину Д/". В связи с этим возникнет
перемещение Д/' и Д/" по 'взаимно противоположным на-
правлениям. Однако перемещения Д/' и Д/" настолько
малы по сравнению с Д/, что в расчетах ими можно пре-
небречь. При напряжении анкера должно быть создано
6
такое упругое удлинение А/, при котором усилие напря-
жения превосходило бы расчетное на величину, доста-
точную для компенсации потерь предварительного на-
пряжения. При несоблюдении этих условий анкерное
усилие может оказаться недостаточным и ожидаемого
результата не даст.
Рис. 1.2. Принципиальная схема предварительно-напряженного
анкера:
1 — скважина; 2 — оголовок или бетонная опорная плита; 3 — опор-
ная металлическая плита; 4 — анкерная головка; 5 — металлическая
подкладка; 6 — пучок высокопрочной проволоки; 7 — инъекционная
труба; в —тампон (обтюратор); 9 — зона заделки анкера; 10 — раз-
делка конца анкера; 11 — защитная оболочка из полимерных ма-
териалов
Конструкции предварительно-напряженных анкеров
представляют собой длинные металлические тяжи, вы-
полненные из высокопрочных сталей в виде стержней
круглого сечения, профилированного проката, стальных
канатов (тросов), проволочных прядей или пучков па-
раллельных проволок. Принципиальная схема типовой
конструкции предварительно-напряженного анкера, по-
лучившая широкое распространение в строительстве,
представлена на рис. 1.2.
В анкерной конструкции можно выделить три основ-
ные части (рис. 1.3): зону заделки, с помощью которой
анкерное усилие передается на грунт; свободную часть,
позволяющую равномерно распределять усилие натяже-
ния между грунтом и сооружением, и опорную часть,
где непосредственно производится натяжение и закреп-
ление анкеров.
7
По способу взаимодействия с грунтом различают два
типа предварительно-напряженных анкеров: жесткосвя-
занные и несвязанные. Жесткосвязанные анкеры скреп-
ляются с помощью цементного раствора со стенками
скважины по всей длине. Несвязанные анкеры закреп-
ляют только на величину против выдергивания. Конеч-
Рис. 1.3. Схема деления анкера на части:
1 — зона заделки; 2 — свободная часть; 3 — опорная часть; 4 —
домкрат; 5 — стенка, плита, балка, шпунтовая свая; 6 — опор-
ная анкерная плита; 7 — грунт
ные результаты статического действия этих анкеров оди-
наковы, но передача их усилий на грунт и цементацион-
ную заделку происходит по-разному. Несвязанные анке-
ры позволяют осуществлять постоянный контроль за
состоянием их напряжения и при необходимости увели-
чить или ослабить его в процессе эксплуатации сооруже-
ния благодаря возможности беспрепятственного переме-
щения свободной части анкера внутри скважины. В же-
сткосвязанных анкерах напряжение можно определять
только косвенно, по напряженному состоянию соору-
жения.
Механизм действия предварительно-напряженных ан-
керов рассмотрим на примере их натурных испытаний.
Испытаниям были подвергнуты два анкера, выполнен-
ные из стальных стержней диаметром 30 мм, длиной
10 м, несущей способностью 1 МН каждый. Анкеры
испытывались в одинаковых условиях. Один анкер был
испытан без предварительного напряжения, другой —
предварительно-напряженным до 1 МН. Нагрузка на
анкерах постепенно повышалась до предельного состоя-
8
ния. Испытания показали, что деформации, вызванные
нагрузкой, в предварительно-напряженном анкере были
значительно ниже, чем у ненапряженного. Закономер-
ность изменения деформации в испытываемых анкерах
под влиянием нагрузки представлена на рис. 1.4. Соглас-
но графику при изменении нагрузки от 0 до 1000 кН
деформация в предварительно-напряженном анкере со-
ставила всего лишь 0,1 мм, а в ненапряженном — 51 мм.
Нагрузка, кН
Рис. 1.4. Закономерность изменения дефор-
мации ненапряженного и предварительно-
напряженного анкеров под влиянием внеш-
ней нагрузки, равной 1000 кН:
1 — ненапряженный анкер; 2 — предварительно-
напряженный анкер
Анализ изменений напряжений в предварительно-на-
пряженном анкере показал, что деформация 0,1 мм вы-
звала в анкере амплитуду колебания напряжений около
0,2%, что соответствует 2 МПа. Это значительно ниже
допускаемого предела колебания напряжений для ста-
лей, применяемых в предварительно-напряженных анке-
рах. Допускаемые пределы колебания напряжений для
этих сталей в рассматриваемом диапазоне напряжений
составляют обычно 15 ... 17 МПа.
Для более глубокого анализа принципа работы пред-
9
варительно-напряженных анкеров и механизма взаимо-
действия отдельных его элементов рассмотрим процесс
напряжения анкера пружинной модели с помощью фор-
мулы (1.2).
Принцип работы предварительно-напряженного анке-
ра можно представить в виде пружинной модели, состоя-
№-J-EsF5AS=C1Es
Рис. 1.5. Пружинная модель предварительно-напряженного ан-
кера:
1 — заделываемая часть анкера;. 2 — свободная часть анкера; 3 — под-
вижная анкерная головка; 4 — неподвижная головка; 5 — скважина;
6 — высокопрочная проволока; 7 — полиэтиленовая оболочка
щей из двух взаимосвязанных между собой пружин, на-
тянутых друг против друга с усилием, равным значению
расчетного натяжения анкера. Проследим на модели за
процессом предварительного напряжения анкера
(рис. 1.5).
При натяжении анкера подвижная головка переме-
щается в направлении О—А, вызывая абсолютное удли-
10
пение анкера As, в то же время слой грунта, находя-
щийся между анкерной заделкой и опорной плитой, сжи-
мается в направлении О—В на значение Ав — абсолют-
ную деформацию грунта. Суммарная величина деформа-
ции В—А будет равна As + Ab. Растянутая часть пружи-
ны соответствует стали анкера, а сжатая — грунту
(среде). Таким образом, пружинная постоянная этой
системы С равна сумме отдельных пружинных постоян-
ных— Ci (сталь анкера) и С2 (среда). Известно, что
отдельные пружинные постоянные выводятся из условия
закона деформации грунта и стали. Для этого восполь-
зуемся формулой Гука
(1.1)
где 8а — относительная деформация;
/?а — расчетное сопротивление анкера;
Еа — модуль упругости.
С помощью формулы для определения вертикальных
упругих деформаций в любой точке поверхности полу-
пространства находим
py Fa
(1.2)
где со — коэффициент формы загруженной площадки;
Р — удельное давление анкерной плиты;
Fn—площадь опорной плиты;
£— упругая постоянная полупространства.
В формулу (1.1) вместо /?а подставим его значение
N — EaFaea,
(1.3)
где Fa— площадь поперечного сечения анкера;
Еа и Fa для данного анкера являются постоянными ве-
личинами; обозначим их произведение
С, = EaFa
(1.4)
(отдельная пружинная постоянная).
В формулу (1.2) введем обозначения*:
* Цы то в и ч Н. Д. Механика грунтов. — М.-Л.: Строительство
и архитектура, 1951.
11
Me £г—модуль деформации грунта;
р, — коэффициент бокового расширения;
г. N
где N— усилие натяжения анкера;
Дв *= Ler,
(1.6)
(1.7)
где L—мощность сжимаемого слоя грунта, равная
свободной длине анкера;
8Г — относительная деформация грунта.
Подставляя эти значения в формулу (1.2) и умножая
обе части равенства на VFn, получим
LE? ]/ Рyl
"(I—Ц2)
(1-8)
Обозначив постоянную для данного грунта С<^ (от-
дельная пружинная постоянная), получим
LEr К Fn
W. (1 — Ц2)
Отношение отдельных пружинных постоянных
С% ___ LEt Fn
Ci <о(1 — p,2)£aFa
(1-9)
(1.10)
От величины отношения С21С^ в известной степени
зависит надежность работы анкерного крепления.
Произведение N пружинной постоянной С = С^ + Сг
и относительной деформации грунта 8Г позволяет при-
ближенно оценить в .данных инженерно-геологических
условиях возможность обеспечения стабильности работы
анкера при заданном тяговом усилии:
N = (Сг + С2)ег. (1.11)
Относительную деформацию можно выразить через
модуль общей деформации грунта и удельную нагрузку
или с помощью компрессионных кривых в виде зависи-
мости er = f(P).
Из произведенного анализа можно сделать вывод, что
с увеличением модуля деформации грунта, свободной
длины анкера и его упругодеформативных свойств про-
порционально возрастают отношения отдельных пружин-
12
Таблица l.L
Отношения и суммы отдельных пружинных постоянных в зависимости от модуля деформации
породы и свободной длины анкера несущей способностью 2 МН
Модуль деформации породы £г, МПа Свободная длина анкера £, м
10 20 25 30 40
CtICi Сх+С,, МН С№ ct+ct, мн Cf/Ci Сх+С8, мн с^с, Cj+Cj, МН Cj/Cx Cx+Ci, мн
5-Ю4 788 2,8-10s 1576 5,6-10® 1970 6,9-10® 2364 8,3-10® 3153 1,1-106
3-104 472 1,7'10® 945 3,3-10® 1182 4,2-10® 1418 ' 5,0-10® 1891 6,7-10®
2-104 315 1,1-10® 630 2,2-10® 788 2,8-105 946 3,3-10® 1261 4,5-10®
1,5-Ю4 236 0,8-10® 472 1,7-10® 591 2,2-10® 709 2,5-10® 345 3,3-10®
НО4 157 0,6-10® 315 1,1-10® 334 1,4-10® 472 1,7-10® 630 2,2-Ю5
5-103 79 1 0,3-10® 158 0,6-10® 167 0,7-10® 236 0,8-10® 315 1,1'10®
Примечания: 1. Анкеры выполнены из высокопрочной проволоки диаметром 5 мм, модуль упруго-
сти 1,8 • 105 МПа. 2. Опорная площадка принята диаметром 50 см. 3. Коэффициент Пуассона 0,25. 4. Коэф-
фициент соответствующей средней осадки всей загружаемой площадки 0,85.
ных постоянных. В то же время при увеличении анкер-
ного усилия происходит резкое снижение этих отноше-
ний. Следовательно, при проектировании анкерного
крепления сооружений и скальных массивов необходимо
предусматривать конструкцию анкеров из сталй с наи-
более высокими упругодеформативными свойствами, сво-
бодная длина их должна быть возможно большей.
Грунты, в которые заделываются анкеры, также дол-
жны обладать более высоким модулем деформации
(табл. 1.1).
В случае необходимости повышения модуля деформа-
ции в слабых грунтах обычно используются укрепитель-
ная цементация, химическое закрепление и другие сред-
ства закрепления.
1.2. Методика определения несущей способности
предварительно-напряженных анкеров
При определении несущей способности предваритель-
но-напряженных анкеров в качестве расчетного усилия
принимается такое усилие, которое устанавливается
после длительной работы, когда в анкерах уже проявят-
ся все потери предварительного напряжения.
Вместе с тем необходимо учитывать факторы, кото-
рые могут оказать существенное влияние на несущую
способность анкера, например трещины и остаточные
деформации в породах, качество сцепления цементного
раствора с металлом, грунтом и др.
В связи с особенностью работы предварительно-на-
пряженных анкеров в различных грунтовых условиях
методика расчета рассматривается на основе отечествен-
ного и зарубежного опыта проектирования, исследова-
ний и испытаний при строительстве многочисленных со-
оружений.
Расчет сопротивления напрягаемой стержневой и про-
волочной арматуры анкера, работающей на растяжение,
производится обычным способом по предельному состоя-
нию.
Нормативное и расчетное сопротивления растяжению
7?а и /?а для основных видов стержневой и проволочной
арматуры берутся из табл. 19, 20, 22, 23 СНиП-11-21—75,
коэффициент безопасности по арматуре /Са при расчете
по предельным состояниям — из табл. 21 СНиП.
14
Специфической особенностью предварительно-напря-
женных анкеров, как и всех предварительно-напряжен-
ных конструкций, является то, что они испытывают су-
щественное изменение напряжений. Под воздействием
разнообразных факторов в анкерах со временем проис-
ходят потери предварительного напряжения. При опре-
делении потерь предварительного напряжения анкер-
ного крепления следует руководствоваться табл. 4
СНиП-11-21—75. Однако учет всех факторов, вызываю-
щих потери предварительного напряжения, является
сложной задачей, поэтому суммарную величину потерь
при проектировании анкерного крепления рекомендуется
принимать не менее 100 МПа. По данным многочислен-
ных лабораторных исследований и натурных наблюде-
ний на построенных сооружениях установлено, что поте-
ри предварительного напряжения в анкерных конструк-
циях проявляются в виде релаксации стали, усадки и
ползучести цементного раствора в зоне заделки анкера
(табл. 1.2 и 1.3). Другие факторы существенного значе-
ния на снижение напряжений не оказывают.
Многолетние наблюдения в СССР и за рубежом по-
казывают, что суммарная величина потерь предваритель-
ного напряжения в анкерах составляет примерно 10%
расчетного напряжения, в том числе от релаксации, ме-
талла 4,5%• Потери предварйтельного напряжения от
ползучести и усадки цементного раствора бывают не-
большими, но довольно разнообразными, поэтому они
обычно принимаются на основании опытных данных.
Потери предварительного напряжения, связанные с от-
ключением гидравлического домкрата после натяжения
анкеров, составляют примерно 1 % •
Из данных, приведенных в табл. 1.2 и 1.3, следует,
что потери предварительного напряжения от релаксации
металла проявляются главным образом в начальной ста-
дии напряжений анкеров. Через 20 ... 30 суток потери
предварительного напряжения от релаксации металла
достигают примерно 40 ... 50%, а к 4 ... 5 годам
приобретают максимальное значение, далее их проявле-
ние прекращается. Аналогичная картина происходит и
с потерями от усадки и ползучести цементного раствора,
но этот процесс протекает несколько медленнее.
При строительстве плотины Ванапум (США) были
проведены натурные испытания по исследованию рабо-
ты предварительно-напряженных анкеров [36].
15
Таблица 1.2
Потери предварительного напряжения в результате релаксации
высокопрочной проволоки в предварительно-напряженных анкерах
в зависимости от времени нахождения анкеров под нагрузкой [35]
Интервалы времени замера потерь Снижение пред- варительного напряжения до. МПа Потери предва- рительных напря- жений. МПа Потери от поход- ного напряжения. •/.
Исходное напря- 1100 - — 1
жение
10 ч 1090 10,0 0,9
100 ч 1083 17,0 1.6
1000 ч 1074 26,0 2.4
1 ГОД 1064 36,0 з.з
6 лет 1054 46,0 4.2
Таблица 1.3
Потери предварительного напряжения в арматурных элементах
от усадки, ползучести бетона и релаксации напряжений стали [12]
Время выдержки после создания напряжения, сутки Потери напряжений в долях от конечной величины потерь, вызванных
усадкой и ползучестью бетона релаксацией напря- жений стали
10 0,33 0,5
20 0,37
30 0,40 —
45 0,46 —
60 0,48 —
90 0,50 —
180 0,60 —
1 ГОД 0,80 1.0
3 года 1,00 —
Испытаниям были подвергнуты те анкеры, которые
были использованы на строительстве плотины. Анкерные
блоки представляли собой конструкцию, состоящую из
четырех отдельных анкеров длиной 20,7 м по 90 прово-
лок диаметром 6,3 мм. Общая расчетная несущая спо-
собность анкерного блока 11,5 МН. Основание плотины
сложено из прочных диабазовых пород.
В первом испытании (I) анкеры блока были напряже-
ны до 70% нормативного сопротивления (0,7 /?$). При
16
этой нагрузке в течение 7 суток производились наблюде-
ния и замеры деформации проволок анкера. В резуль-
тате испытаний было зафиксировано удлинение проволок
в анкерах на 3,4 мм, что вызвало в них снижение напря-
жений на 33 МПа, или на 3,4%.
После снятия нагрузки на этих же анкерах были
проведены еще два повторных нагрузочных цикла испы-
таний. В цикле (II) анкеры сначала были напряжены
до 0,70/?а, а затем напряжение было доведено до 0,92 7? а,
и в таком состоянии анкеры выдерживались около 2 ч.
В течение этого времени в анкерах были зарегистриро-
ваны незначительные деформации. По окончании наблю-
дений на этой стадии нагрузка на анкеры вновь была
снижена до номинального значения (III). Затем после-
довал нагрузочный цикл (IV), в котором напряжение
анкеров было доведено до 0,85 /?а.
В связи с тем что испытание анкеров производилось
в плотных базальтах, деформации грунта, бетонной опор-
ной плиты и зацементированного конца анкера были за-
фиксированы всего лишь в размере 0,61 мм. При этом
было отмечено появление нелинейных деформаций, кото-
рые в данных грунтовых условиях вряд ли можно объяс-
нить увеличением эффективной длины анкера путем при-
ращения удлинения внутри зацементированного конца.
По средневычисленным результатам деформации в
элементах анкерного устройства, кроме его напрягаемой
части, определены в следующих размерах: на скальной
.поверхности под опорной плитой — 0,15 мм, при сжатии
железобетонной опорной плиты — 0,2 мм, в зацементи-
рованной части анкера — 2,3 мм; местные деформации
под стойками домкратов — 4,8 мм. Всего 7,4 мм, что со-
ставляет примерно 5% общей деформации анкерного
устройства (145 мм).
Таким образом, основная часть деформации при на-
пряжении анкеров в данных грунтовых условиях обра-
зуется главным образом за счет напрягаемой части ан-
керов.
Известно, что пластические деформации высокопроч-
ной проволоки начинают проявляться примерно при 80%
нормативного сопротивления. Однако при рассмотрении
кривых (рис. 1.6) испытаний III и IV можно заметить,
что отклонения от закона Гука обнаруживаются даже
в упругом диапазоне при небольших напряжениях и со-
17
храняются вплоть до условного предела текучести. Эти
нелинейные отклонения в стали проволок вызываются
явлением гистерезиса. Графически явления гистерезиса
изображены в виде петель (испытания III и IV), причем
в испытании IV при наличии нелинейных отклонений
пластических деформаций проволок не «наблюдалось. Это
МН
и
15,71-
а 13.80-
5 11,80 —
£ 9,55 -
о 7,88—
| 5.,, -
£ 3,94-
1,97 —
0-
Рис. 1.6. График испытания напрягаемой части анкера:
1 — диапазон изменений удлинения за время недельного испытания; 2 — из-
менение нагрузки во время испытаний I, II. Ill, IV
свидетельствует о том, что в конце испытания анкер при-
обрел свою первоначальную длину и петля на диаграмме
замкнулась.
При повторном натяжении анкера (IV), произведен-
ном сразу же после снятия нагрузки, произошли допол-
нительные отклонения от закона Гука в добавление к
тем, о которых было упомянуто ранее. Подобные явле-
ния не наблюдались в испытаниях I и II, так как времени
для восстановления упругих свойств* материала в них
было достаточно. Некоторые отклонения от закона Гука
в упругом диапазоне объясняются явлением теплового
эффекта. При относительно быстром нагружении анкера
не хватает времени для теплообмена между материалом
анкера и окружающей средой. Быстрое нарастание на-
пряжений вызывает охлаждение в материале. При на-
хождении анкера под нагрузкой примерно в течение
1—2 ч происходит выравнивание температуры материала
с окружающей средой, а при снятии нагрузки первона-
18
чальные деформативные свойства материала анкера
восстанавливаются. Появление в процессе испытаний
временного удлинения анкера обусловливает гистерезис-
ную кривизну. На диаграмме показана деформация ма-
териала. Важно отметить, что вновь прикладываемое
растягивающее усилие (IV) не вызывало дальнейших
деформаций, пока им не была достигнута величина пре-
дыдущей нагрузки.
При проведении испытания IV можно было заметить,
что, несмотря на доведение напряжения анкера до 85%
предела нормативного сопротивления, т. е. до величины,
превышающей предел текучести проволок, пластические
деформации отсутствовали. Это объясняется тем, что
предшествующее значение напряжения анкера до 0,92/?"
устранило в этом диапазоне пластические свойства мате-
риала. Материал в этом диапазоне вновь обнаруживает
упругие свойства и в то же время сохраняет нелинейное
поведение. Вытяжка металла анкеров, превышающая
условный предел текучести, повышает его упругие свой-
ства, при этом происходит так называемое упрочнение
металла проволок. Эти свойства металла часто исполь-
зуются в железобетонных конструкциях и анкерном
креплении сооружений.
Дальнейшее совершенствование конструкций предва-
рительно-напряженных анкеров тесно связано с уровнем
развития конструктивных форм напрягаемых элементов
и производством высокопрочной проволоки. Современная
тенденция в этой части направлена на увеличение несу-
щей способности анкерных конструкций из металла с
наиболее высокими упругодеформативными свойствами.
Несущая способность одиночных предварительно-напря-
женных анкеров 1 ... 2 МН по соображениям транс-
портирования, производства работ и индустриального
изготовления должна рассматриваться как оптимальная.
Для получения более мощного сосредоточенного анкер-
ного усилия целесообразно анкеры объединять в блоки.
Использование в анкерных конструкциях типовых кана-
тов, проволочных прядей и пучков из параллельных про-
волок с высаженными на концах утолщениями упрощает
процесс производства работ по анкерному креплению и
изготовлению конструкций анкеров.
Ранее было сказано, что предварительно-напряжен-
ные анкеры обладают свойством быстро перераспреде-
19
ЛятЬ возникающие напряжения под анкерной опорной
плитой между сооружением и грунтом основания, не вы-
зывая при этом заметных изменений напряжений в кон-
струкциях сооружений. Это очень важное свойство
анкерного крепления позволяет обеспечить более надеж-
ную и стабильную работу сооружений, особенно постро-
енных в сейсмических районах.
Известно, что плотные скальные породы в монолите
относят к упругим телам. Остаточные деформации в этих
породах незначительные и при нагрузках, создаваемых
предварительно-напряженными анкерами, почти не про-
являются.
В Швейцарии проведены интересные работы по ис-
следованию деформации предварительно-напряженных
анкеров и скальной породы, возникающей при натяже-
нии анкеров. Для этой цели в скальную породу с моду-
лем деформации ЕСк 5*103, 2*104 и 4-Ю4 МПа были
заделаны анкеры системы ББРВ несущей способностью
1 МН. Результаты испытаний представлены графически
на рис. 1.7 [35]. Из графика видно, что при натяжении
анкера усилием 1 МН в породе и анкере проявляются
упругие деформации. Однако деформации в породе соот-
ветственно модулям деформации составили всего лишь
20
6,4; 6,1 и 6,64 мм, в то же время деформация проволок
анкера достигла 51 мм. Таким образом, деформации
скальной породы по сравнению с деформациями тяжа
анкера составили только 0,08 . . . 0,8%•
При строительстве гидротехнических подземных со-
оружений и креплении скальных массивов часто прихо-
дится решать задачу анкеровки больших сил. Расчет
Рис. 1.8. Схема опорной конструкции предварительно-
напряженных анкеров:
1 — опорная конструкция с показанием размещения на ней
анкеров; 2 —опорная анкерная конструкция; 3 — анкер № 1;
4 — анкер № 2; 5 — скальная порода; 6 — скважина; 7 — пучок
проволок анкера; 8 — бетонная плита; 9 — участок заделии анкера
анкерного крепления поясним на практическом примере
крепления опор кабель-крана в вертикальной скальной
стене [24].
Опорная конструкция кабель-крана закрепляется ан-
керным блоком, состоящим из четырех предварительно-
напряженных анкеров системы ББРВ несущей способ-
ностью по 1 МН каждый (рис. 1.8). Анкеры выполнены
из пучков высокопрочной проволоки диаметром 5 мм
длиной 25 м (свободная длина £ = 20 м). К опорной
плите анкерного блока приложено горизонтальное уси-
лие Р=3 МН, создаваемое натяжением тросов кабель-
крана. При натяжении анкеров в них и скальной породе
возникают следующие напряжения и деформации:
1. Напряжение анкера (МПа)
Ла=-^ = 1,Ы03.
Г а
(1.12)
2. Деформация анкера (мм)
А/ =
NL
E&F а
= 148.
(1.13)
21
3. Напряжение под опорной плитой 100-100 см (Mtta)
Я = = 4. (1.14)
Гек
4. Деформация скальной породы (мм)
1 F-- = 0,2,
£ск
(1.15)
где /?а — расчетное сопротивление 1,1 • 103 МПа;
N — анкерное усилие 4 МН;
Га — площадь поперечного сечения анкерного блока
36 см2;
Д/—деформация анкеров;
L — свободная длина анкера 20 м;
£а — модуль сопротивления стали проволок
2-Ю5 МПа;
q — напряжение под анкерной опорной плитой;
£ск — площадь опорной плиты;
Деск —деформация скальной породы;
£ск — модуль деформации скальной породы
2-Ю4 МПа.
При приложении к опорной плите горизонтального
усилия Р = 3 МН давление -на скальную породу под опор-
ной плитой уменьшается на величину от Д</ до q—Aq,
в то же время увеличивается натяжение анкера от ДМ
до М+ДМ.
Из условия равновесия сил
P = &N + bqFc1t (1.16)
или
ДМ = Р — AqFск,
(1.17)
где Р — усилие, создаваемое натяжением тросов кабель-
крана, 3 МН.
Для определения величины ДМ воспользуемся зави-
симостью из теории упругости
М = Де,
(1-18)
(1.19)
тогда
AN/ = A? V Fck
E&F а Еск
Используя формулу (1.19), легко определить величи-
ны AN и А</.
22
Обозначим
AN = КР,
(1.20)
где
К =-----=-----= 0,00134.
V EckLFcr
1 + ——
г вДа
(1.21)
Если же допустить, что эти анкеры будут введены
в более слабые грунты, например с модулем деформации
2-Ю3 МПа, то, подставляя соответствующие значения
в формулы (1.19) и (1.20), получим /<=0,014 и ДМ=
= 42 кН.
Приведенный расчет показывает, что величины ДМ и
К как в прочных, так и в слабых скальных породах
очень малы и добавления их к общему усилию натяжения
предварительно-напряженного анкера практически не из-
менят его параметров. Восприятие растягивающего уси-
лия Р происходит только за счет уменьшения сжимаю-
щего усилия q. Эти незначительные колебания напря-
жения в проволоке анкеров исключают возможность
проявления усталостного разрушения конструкций.
С уменьшением прочности породы величины ДМ и К за-
метно возрастают.
Интересно отметить/ что если растягивающее уси-
лие Р возрастет до анкерного усилия М или превысит
его, то созданное под опорной плитой напряжение сни-
зится до нуля или произойдет отрыв опорной плиты от
породы.
В этом случае предварительное напряжение анкеров
исчезнет, все растягивающие усилия будут восприни-
маться непосредственно уже ненапряженными анкерами.
Растягивающие усилия называют нагрузкой трещинооб-
разования. Эта нагрузка вычисляется по формуле
р'= угг- (1.22)
Работу предварительно-напряженных анкеров в
скальных породах можно оценить следующим образом:
— надежность анкеровки опробуется в процессе
предварительного напряжения анкеров;
— в заанкерованных сооружениях и скальных мас-
сивах внешние нагрузки, не превышающие предела ан-
23
керного напряжения, воспринимаются без каких-либо
заметных деформаций;
— напряжение анкеров при приложении внешних на-
грузок, не превышающих величину натяжения анкеров,
остается фактически без изменения, следовательно, опас-
ность возникновения усталостного разрушения сооруже-
ния снижается.
Если в плотных скальных породах деформации бы-
вают незначительными, то в мягких грунтах они дости-
гают иногда большой величины. В мягких грунтах
остаточные деформации наблюдаются как в зоне закреп-
ления, так и в зоне опирания анкеров. Время консоли-
дации грунта под анкерной нагрузкой обычно продол-
жается несколько месяцев. В этих условиях анкеры обя-
зательно должны выполняться из сталей с высокими
упругодеформативными свойствами, иметь высокую кон-
центрацию предварительного напряжения и возможно
большую длину свободной части. При недостаточной
концентрации напряжений запас с упругого удлинения
анкера будет невелик и, следовательно, по достижении
расчетного нагрузочного усилия может произойти только
лишь перераспределение напряжений между грунтом и
зоной опирания анкера, не вызвав при этом заметных
упругих деформаций в системе анкерного крепления.
Многочисленные замеры точек максимальных напря-
жений в зоне заделки анкеров методом фотоупругости
и средствами тензометрии показали, что напряжения
распределяются неравномерно: с наибольшей концентра-
цией они сосредоточиваются на границе заделки и сво-
бодной части анкера, на коротком участке заделки сни-
жаются до нуля. В связи с тем что непосредственные
замеры выполнить невозможно, разработанную кон-
струкцию анкер'ов при проектировании целесообразно
подвергать натурным испытаниям.
Для оценки работы предварительно-напряженных ан-
керов в мягких грунтах рассмотрим примеры лаборатор-
ных исследований и натурных испытаний [35].
При натяжении усилием 1 МН анкер получил удли-
нение 51 мм, а в грунте в это время произошло сжатие
0,2 мм А—Б (рис. 1.9). Пружинная постоянная этой
системы, соответствующая сумме отдельных пружинных
постоянных грунта и стали, на графике зафиксирована
в положении В—Г. Через некоторое время в грунте
вновь были зафиксированы деформации. В этом случае
24
смещения в грунте увеличились еще на 0,27 мм (А'—Б7),
а константа переместилась в положение В7—Г7.
В связи с этим удлинение анкера уменьшилось с 51
до 43 мм, т. е. на 8 мм. Таким образом, усилие перво-
начального натяжения анкера снизилось на 15%.
Рис. 1.9. Снижение напряжения вследствие пластических де-
формаций в грунте:
А — Б (А' — Б') — деформация грунта; 1—2 (Г—2') — деформация
металла анкера; IB — Г (В' — Г') — константа
Усилие анкера (кН) после снижения абсолютного
удлинения на 8 мм
N = Д/£а/\ = 850>
(1.23)
где Af — первоначальное усилие натяжения анкера
1 МН;
А/ — первоначальное абсолютное удлинение анкера
51 мм;
Еа — модуль упругости стали 2,1 • 105 МПа;
Fa — площадь поперечного сечения проволок анкера
9,4 см2;
L — свободная длина анкера 10 м.
На строительстве Centremedical (Женева) крепление
стенок котлована высотой 20 м было сооружено с по-
мощью предварительно-напряженных анкеров с тяговым
25
усилием 1,2 МН. Заделка конца анкера в скважине в
этих условиях была выполнена длиной 8 м.
Для определения возможности передачи таких боль-
ших усилий на грунт, состоящий из ледниковых и озер-
ных отложений (крепкая глина с прослойками песка),
были проведены натурные испытания.
После натяжения анкера усилием 1,2 МН произведе-
ны замеры положения анкерной головки. Перенос на-
грузки натяжения анкера с гидравлических домкратов
на опорную плиту вызвал общее снижение напряжений,
которое составило около 1%. В дальнейшем замеры
смещения головки производились в интервале времени
через 9, 18, 44 и 71 сутки. Из разницы положения го-
ловки, определяемой при каждом контрольном измере-
нии, были определены ее смещения за каждый интервал
измерений и полное смещение за 71 сутки. Результаты
испытаний приведены в табл. 1.4.
Таблица 1.4
Снижение усилия в анкере после натяжения
Интервал времени измерения, сутки Снижение усилия в анкере, °/о Смещение анкерной головки, мм
9 2,88 0,21
18 0,8 ОД 4
44 2,5 0,715
Всего. . .71 6,18 1,10
Примечание. Среднее смещение анкерной головки в тече-
ние 9 суток равно 0,0237 мм; 18 — 0,0068 мм и 44 — 0,017 мм.
В результате испытания предварительно-напряженно-
го анкера, проведенного в неблагоприятных грунтовых
условиях, установлено, что снижение начального анкер-
ного усилия с учетом потерь предварительного напряже-
ния за 71 сутки составило всего 7,5 кН, или 6,2%, что
свидетельствует о сравнительно небольших деформациях,
происшедших в среде и анкерном устройстве.
Рассмотренные примеры свидетельствуют о том, что
предварительно-напряженные анкеры при соблюдении
необходимых условий могут надежно работать не только
в скальных породах, но и в песчаных, глинистых и гра-
26
вилистых грунтах. Однако анкерное усилие в этом слу-
чае должно быть строго ограничено величиной примерно
1,0 .. . 1,5 МН.
1.3. Методика расчета закрепления предварительно-
напряженных анкеров в скальных грунтах
Закрепление предварительно-напряженных анкеров в
грунтах является одной из ответственных и сложных за-
дач. Известно, что связь между грунтом и сооружением
осуществляется с помощью предварительно-напряжен-
ных анкеров через стенки скважины и цементную задел-
ку. Сложность распределения напряжений внутри зоны
заделки анкера и недостаточная теоретическая изучен-
ность этого вопроса не позволяют точно определить па-
раметры заделки и глубины ее заложения. Поэтому
расчеты определения глубины заложения анкерной за-
делки, ее длины и точки приложения анкерных сил
выполняются с известными допущениями. На VI Между-
народном конгрессе по проектированию и строительству
больших плотин вопросу закрепления анкеров в грунте
было уделено особое внимание. В докладах по анкерно-
му креплению плотин отмечалось, что существующая
методика определения глубины заложения анкерной за-
делки, основанная только на массе грунта, увлекаемого
анкером при выдергивании, не учитывает сопротивления
грунта на скалывание и растяжение. Ученые многих
стран давно занимаются поисками радикального реше-
ния этой проблемы, но их разработки носят пока чисто
теоретический характер. Принципиальная направлен-
ность этих разработок, представляющих практический
интерес, рассматривается в данном разделе.
Французский ученый А. Койн, исходя из предпосы-
лок, что скальный грунт в основании сооружений не об-
ладает прочностью на скалывание и растяжение, пред-
ложил оригинальный метод определения глубины зало-
жения анкерной заделки. Свой метод расчета Койн
основьгвал только на массе и прочности грунта на сжа-
тие. Согласно этой теории выдергиванию анкера проти-
водействует только масса грунта в виде опрокинутого
конуса, а при близком расположении анкеров — в виде
клина (трехгранная призма). Угол наклона образующих
конуса и граней клина к вертикали принимается равным
45°. Основание конуса или верхняя грань клина распола-
27
гается на контакте заделываемой и свободной частей
анкеров, т. е. в зоне максимальной концентрации напря-
жений. Такой подход к решению этой задачи многими
специалистами считается вполне удовлетворительным,
поэтому метод, предложенный А. Койном для определе-
ния глубины заложения анкерной заделки в скальных
грунтах, до сих пор имеет широкое применение для
анкерного крепления в мировой практике специального
и гидротехнического строительства. Однако в крепких
скальных грунтах этот метод расчета дает несколько за-
вышенную глубину заложения анкерной заделки. Тем не
менее в настоящее время он является наиболее распро-
страненным методом расчета, который многократно
апробирован надежной работой анкерного крепления
многочисленных сооружений, построенных за последние
40 лет в различных странах мира.
Глубина заложения анкерной заделки определяется
из условия
N = 1/Зкг2Ль (1.24)
где N — усилие натяжения анкера, кН;
г— радиус основания конуса, м;
h — глубина заложения анкерной заделки (высота
конуса), м;
у —плотность грунта, т/м3.
Советский ученый А. П. Тимофеев считает, что зона
напряженного состояния в породе при работе предвари-
тельно-напряженного анкера располагается на контакте
заделки и свободной части анкера. Выдергивающему
усилию анкера противодействуют масса породы опроки-
нутого конуса и силы сцепления между частицами поро-
ды по поверхности конуса. Силами трения рекомендует-
ся пренебречь, так как существенного значения они
оказывать не смогут. Угол между осью анкера и обра-
зующей породового конуса принимается 45°. В зависи-
мости от глубины заложения заделки вершину породо-
вого конуса предлагается располагать на различной
глубине от дневной поверхности, для чего вводится по-
правочный коэффициент А = 0,7 . . . 0,4. С увеличением
глубины заложения заделки значение k уменьшается.
Глубину заложения анкерной заделки определяют по
формуле
N = Р + R,
(1.25)
28
где Р — масса опрокинутого конуса выпора:
Р < 1/Зкг2Ш;
(1.26)
R — сила сцепления по поверхности конуса выпора:
R < кг/с =
nrchk
cos 45° ’
(1.27)
Условие, которому должна удовлетворять заделка ан-
кера исходя из прочности породы:
N = кгйк 11/Зп + ——, (1.28)
\ cos45°/
где W— расчетное усилие натяжения анкера;
г — радиус основания конуса;
h — глубина заложения заделки анкера;
у — плотность породы;
I — образующая конуса;
с — величина сцепления между частицами грунта;
£ — поправочный коэффициент.
Значение второго слагаемого в скобках (1.28) неве-
лико, поэтому в расчетах им обычно пренебрегают.
Доктор технических наук, профессор Н. Н. Маслов и
доктор технических наук В. Г. Дианов разработали ме-
тод определения глубины заложения анкеров в скальной
породе, который основан на распределении напряжений
в скальном массиве, находящемся в напряженном со-
стоянии под воздействием анкерной нагрузки. В. Г. Диа-
нов предложил механико-математическую модель скаль-
ного основания. Скальный массив рассматривается как
твердое тело, обладающее упругими свойствами, расчле-
ненное трещинами формирования и выветривания на от-
дельные.блоки. Трещины между напластованиями в мас-
сиве являются слабым местом, которое и определяет его
прочность и прикладываемые анкерные усилия. Такое
строение скального массива наиболее полно отражает
механико-математическую модель [10]. Характер распре-
деления напряжений в скальном массиве под анкерной
нагрузкой показан на рис. 1.10 и 1.11.
Из рисунков видно, что нормальные напряжения,
сконцентрированные вблизи анкерной заделки и по мере
удаления от нее, быстро уменьшаются. Если на эпюру
напряжений, вызванную анкерной нагрузкой (о2Х), нало-
жить эпюры нормальных напряжений от массы вышеле-
!29
Рис. 1.10. Эпюра нормальных напряжений ezx в скаль-
ной толщине по горизонтальным площадкам от дейст-
вия натяжения анкеров (линейная нагрузка)
Расстояния от задерки,м
АПТГГгг - эпюра ‘tcte ;
Ш1ПТШД - эпюра Vyd = tg(f
------теоретическая поверхность выпора.',
------расчетная поверхность выпора
Рис. 1.11. Распределение сдвигающих и удерживающих каса-
тельных напряжений в скальном массиве под действием натя-
жений анкеров
30
жащей породы (о*), станет ясно, что на некотором уда-
лении от заделки они подавляются нормальными напря-
жениями от массы вышележащей породы. Глубина, при
которой So2X = 2oi, является определяющей для зоны вы-
пора и, следовательно, критерием глубины заделки ан-
керов.
Касательные напряжения в скальном массиве под
воздействием анкерной нагрузки также концентрируют-
ся в зоне заделки. На границе этой зоны формируется
поверхность выпора породы, являющаяся линией равных
напряжений т2Х=Туд. Для упрощения криволинейную
эпюру напряжений заменяют прямолинейной поверхно-
стью, сохраняя при этом достаточную степень точности.
Угол наклона образующей поверхности выпора меняется
в зависимости от сопротивления сдвигу по пластовым
трещинам и составляет 45 . . . 55° к оси анкера. Следо-
вательно, сумма сдвигающих сил от анкерной нагрузки,
действующей в пределах объема выпора, может быть
равна сумме удерживающих сил от массы вышележащих
слоев породы в пределах той же части массива.
Эпюра удерживающих напряжений туд от вышележа-
щей породы в пределах рассматриваемого слоя равна
площади прямоугольника с ординатой:
= I (й — Г<) tg <р, (1.29)
где у — объемная масса грунта;
<р — угол сопротивления сдвигу по трещинам на-
пластований.
Общая формула для определения интенсивности на-
грузки и глубины заложения группы предварительно-на-
пряженных анкеров в скальной породе
, Г sin2a . / a sin2a\‘
3<7 {2(|Х + 1) cosfl —— — sin₽(y +—— 1 +
+ (р, — 1)-In (cos a) COS fl + (tg « + д)‘ sin fl}
2лу tg<p tg a COS 0
(1.30)
где р=f (n) (n — количество слоев):
(1.31)
При малом количестве слоев р=0,815 . . . 0,915. При
n>10 р= 1;
31
q — интенсивность нагрузки;
ц — коэффициент Пуассона;
Р—угол установки анкера к напластованию;
а — угол раскрытия поверхности выпора;
у —объемная масса породы;
ср—угол сопротивления сдвигу но трещинам напла-
стований;
0 — угол падения пластов скальной толщи.
В случае горизонтально расположенного основания,
когда 0 = 0, и вертикального направления анкеров при
Р = 0 формула примет вид
ft =
3<7 Кн— 1) In (cos а) 4- (и 4- 1) sin
-L (1.32)
2тс tg?tga-y
При анкерном креплении, когда используются оди-
ночные анкеры, глубина их заложения
hp = 1/ hg = o,565h9, (1.33)
где hq — глубина заложения группы анкеров, определяе-
мая по формулам (1.30) и (1.32).
Этот метод расчета для определения глубины зало-
жения заделки анкеров в скальном массиве получен на
основе теории упругости с учетом реального строения
скального массива.
Результаты расчета совпадают с данными полевых
испытаний, что позволяет рекомендовать их для прак-
тического применения.
Приведенные формулы пригодны для определения
глубины заложения анкерной заделки только в случае
наклона поверхности массива к горизонтали не менее
90°, т. е. когда масса породы создает нормальное сжи-
мающее напряжение по пластовой трещине. Формулы
выведены из условия, что удерживающие силы по пла-
стовым трещинам обусловлены массой вышележащей
породы.
При проектировании анкерной заделки в скальных
породах должны быть учтены действия сил сцепления
цементного раствора с металлом анкера и породой, а
также влияние на нее температурно-влажностного ре-
жима при твердении раствора заделки (рис. 1.12). Де-
формации, возникающие в результате воздействия тем-
32
пературно-влажностного режима на заделку, оказывают
па работу анкеров большое влияние.
Под воздействием анкерной нагрузки в зоне заделки
возникают сложные срезывающие напряжения. Исследо-
вания этих напряжений на моделях и в натуре раскры-
тие. 1.12. Усадка и разбухание в бетонных и
железобетонных элементах в зависимости от их
возраста
вают характер и закономерность их изменений
(рис. 1.13).
На графике показаны значение и характер срезы-
вающих напряжений, полученных оптическим методом
при исследовании на моделях. Опыты выполнялись на
материалах с не полностью затвердевшим цементирую-
щим веществом по аналогии с неполным сцеплением
анкерной заделки (явление ползучести). Кривые напря-
жений, приведенные на графике, справедливы для слу-
чая идеальной заделки. При неполной заделке они
имеют менее острые вершины с пологим падением до ну-
левого значения. Напряжения образуются на ограничен-
ном участке анкерной заделки в диапазоне, равном
шести диаметрам скважины. На этой длине они распре-
деляются неравномерно, концентрируясь на границе ан-
керной заделки и свободной длины анкера, а затем
падают до 0. Характер эпюр напряжений на контактах
«цементный раствор — металл» и «цементный раствор —
порода» одинаковый и отличается только значением на-
пряжений [26].
Натурные испытания подтвердили, что расчетная
длина анкерной заделки, определенная на основе лабо-
раторных исследований, хорошо согласуется с резуль-
33
Татами натурных Испытаний. При проведении натурных
испытаний были применены предварительно-напряжен-
ные анкеры системы ББРВ усилием 0,64 ... 1,38 МН.
Анкеры выполнены из пучков (16 ... 34 шт.) высоко-
прочных проволок диаметром 7 мм с нормативным со-
Рис. 1.13. Диаграмма срезывающих напряжений на контакте
«цементный раствор — порода» по стенкам скважины при
различной длине заделки, полученных оптическим методом
на модели:
/—.длина заделки /3 , равная 3,33 диаметра скважины
2 — /j я 5,83 : 3 * /3 в 8,33 ; 4 —* /3 “11,33 d^
противлением разрыву 1,7 «105 МПа. Расчетное сопротив-
ление 1,1 • 105МПа. Минимальная длина анкерной задел-
ки при нагрузках 0,64 и 1,38 МН составила соответствен-
но 80 и 145 см, а разрушение связи между заделкой и
породой происходило при 60 и 90 см.
34
В целях установления' критической прочности сцеп-
ления проволок анкера с цементным раствором и задел-
ки со скальной породой произведены натурные испыта-
ния анкерной заделки длиной 0,6 и 1,5 м. В результате
испытаний максимальные напряжения составили соот-
ветственно: для сцепления проволок анкера с цементным
раствором — 2,26 и 2,0 МПа; для сцепления заделки со
скальной породой — 4,8 и 4,35 МПа.
Сопротивление скальной породы срезу и прочность ее
сцепления с цементной заделкой имеют решающее зна-
чение в обеспечении надежности работы этого узла.
В трещиноватых и слабых скальных породах разруше-
ние может происходить по стенкам скважин. В этих
случаях следует прибегать к средствам укрепительной
цементации зоны заделки анкеров. В прочных скальных
породах при сцеплении по контакту «цементный рас-
твор— порода» анкерное крепление, как правило, рабо-
тает устойчиво.
Для определения длины анкерной заделки в скаль-
ных «породах используют эмпирические формулы, соглас-
но которым сравнивается расчетное анкерное усилие с
общим сопротивлением срезу по боковой поверхности
анкера или его цементной заделке, равной диаметру
скважины. Длина заделки принимается по наибольшему
размеру, полученному в расчете.
Длину анкерной заделки /3 в скальной породе по кон-
такту «цементный раствор — металл» определяют по
формуле
а по контакту «цементный раствор — порода» по фор-
муле
/з = —, (1.35)
где 2V — расчетное анкерное усилие;
Са— сила сцепления цементного раствора с метал-
лом анкера;
d — диаметр анкера;
Сек — сила сцепления цементного раствора с поро-
дой;
Z)CK — диаметр скважины.
35
Важное значение в закреплении анкеров в скальном
массиве имеют свойство породы и качество цементного
раствора, который должен тщательно подбираться
(в любом случае желательно применение тиксотропных
растворов).
Так, например, при равных условиях сила сцепления
цементного раствора с известняками превосходит силу
сцепления с диабазами. Это объясняется тем, что сцеп-
ление цементного раствора с породой определяется не
только ее прочностными свойствами, но и водопоглоще-
нием, пористостью, состоянием стенок скважин (табл. 1.5).
Таблица 1.5
Характеристика сцепления цементного раствора с различными
породами
Порода Сцепление по В. Ф. Журав- леву и Н. П. Штепер- ту для марки раствора 500, МПа Характер разрушения Сцепление, рекомендуемое А. П. Тимо- феевым для марки раство- ра 200...250, МПа
Цементный ка- мень 7,4 По контакту «це- ментный раствор — порода» 3,7
Мрамор 6,1 То же 3,0
Гематит 5,4 » 2,7
Магнитный . же- 5,0 » 2,5
лезняк
Гранит 4,9 » 2,4
Глинистый ела- 3,6 » 1,8
нец
Диабаз 2,7 По контакту «це- ментный раствор — металл» 2,5
ТуФ 2,8 То же 2,0
Боксит 1,7 » 1,2
На строительстве Токтогульской ГЭС кандидатом
технических наук В. В. Щетининым (институт «Гидро-
проект» им. С. Я. Жука) были проведены натурные ис-
следования предварительно-напряженных анкеров несу-
щей способностью 1 МН (табл. 1.6).
Анкеры закреплялись в прочной скальной породе с
помощью цементного раствора М-400, В/Ц-0,35 с пласти-
фицирующей добавкой ССБ (0,2% массы цемента), на-
36
Таблица 1.6
Прочности анкерной заделки в скважине диаметром 105 мм
Номер опыта Длина заделки анкера, ом Характеристика цементного рас- твора (цемент М-400) Давление нагне- тания цемент- ного раствора, МПа Разрушающее усилие, МН Характер разрушения
в/ц Добавка ССБ, °/0
I 120; 150 0,5 Без добавки
0,4 То же
0,35 0,2
0,35 0,2
II 120; 150 0,35 0,2
0,35 0,2
0,35 0,2
III 300; 450 0,35 0,2
400; 450 0,35 0,2
500; 600 0,35 0,2
300; 400 0,50 Без добавки
IV 500; 1200 0,35 0,2
600; 1200 0,35 0,2
0,2 8,6 По контакту «це-
0,2 ментный раствор — порода»
9,1 То же
о,з 12,2 »
0,5 12,4 »
0,5 5,7 По контакту «це- ментный раствор — металл»
0,5 5,7 То же
0,5 6,1 »
0,5 13,8 По металлу анкера
0,5 13,9 То же
0,5 13,7 »
— 14,0 »
0,5 13,8 »
0,5 12,6 По соединительной муфте
гнетаемого под давлением 0,5 МПа. На основании про-
веденных исследований было установлено, что срезываю-
щие напряжения на контакте «цементный раствор — ме-
талл» составили 3,0 .. . 5,0 МПа, а на контакте «це-
ментный раствор — порода» — 3,5 .. . 4,0 МПа.
Оценивая результаты испытаний, приведенные в
табл. 1.6 и 1.7, а также материалы исследования зару-
бежных стран, можно заметить, что значения сцепления
на контакте «раствор — порода» для аналогичных грун-
тов между собой согласуются. Практически в расчетах
сцепление © прочных скальных породах принимается
0,7 .. . 1,2 МПа.
На основании многочисленных опытов в СССР и за
рубежом установлено, что прочность заделки предвари-
тельно-напряженных анкеров в грунте зависит также от
давления при нагнетании цементного раствора. Так, на-
пример, для одного и того же анкера более высокому
37
давлению нагнетания цементного раствора соответствует
большая его несущая способность (табл. 1.7).
Таблица 1.7
Зависимость прочности анкерной заделки от давления
нагнетаемого цементного раствора
Давление нагнетания, МПа Натяжение анкеров, кН
0,5...0,9 107
1,5...1,6 230
2,8 535
Из табл. 1.7 видно, что несущая способность анкера
прямо пропорциональна давлению нагнетаемого рас-
твора.
Влияние давления нагнетания цементного раствора
на прочность анкерной заделки показано на графике на-
тяжения анкеров до стадии разрушения цементной за-
Рис. 1.14. 'Предельная несущая спо-
собность анкеров в зависимости от
давления нагнетания цементного
раствора для различных грунтов:
/ — твердый известняк: 2—аллювий; 3 —
мягкий мел; 4 — мергели
делки (рис. 1.14). Ис-
пытание анкеров про-
изводилось в одних
и тех же условиях, т. е.
при одинаковых соста-
вах раствора, способе
бурения и диаметре
скважины. Ученым уда-
лось установить, что
при одинаковом давле-
нии нагнетания нагруз-
ка, разрушающая за-
делку, пропорциональ-
на только прочности
самого грунта.
По мнению многих
специалистов, передача
напряжений анкерами
на скальную породу
происходит главным
образом в результате
расклинивания цемент-
ной заделки в скважи-
38
не, а не за счет только сил сцепления цементного рас-
твора с породой. Они обосновывают свою точку зрения
тем, что цементная заделка анкера, постоянно находя-
щаяся в насыщенном водой состоянии, образует неко-
торое разбухание и тем самым улучшает расклиниваю-
щее действие.
При разбухании бетона заметно улучшаются его де-
формативные свойства, что благоприятно сказывается
на прочности анкерной заделки. Коэффициент диффузии
влаги в бетоне очень низок, а изменение влажности в
конструкции происходит неравномерно. Поэтому в атмо-
сферных условиях открытые поверхности теряют влагу
быстрее, чем его внутренние слои, что вызывает в бетоне
усадку. Усадка отрицательно сказывается на работе кон-
струкции сооружений. Чем выше влажность окружаю-
щей среды и чем меньше испарений из бетона, тем мень-
ше его усадка [8].
По аналогии с бетоном уменьшения усадки раствора
добиваются правильным подбором гранулометрического
состава смеси, хорошим ее уплотнением, армированием
и уменьшением водоцементного фактора. При твердении
раствора во влажной среде усадка уменьшается, поэтому
при устойчиво низкой влажности окружающей среды не
учитывается усадка бетона в элементах сборных железо-
бетонных конструкций, которые с самого начала защи-
щены от высыхания.
Представляют интерес исследования, проведенные со-
ветским ученым А. А. Долженко, по усадке бетона в
трубчатой обойме, что аналогично усадке бетона в сква-
жине. Раньше считали, что бетон, твердеющий в сталь-
ной трубе, ведет себя в отношении усадки так же, как
и бетон, твердеющий в обычных атмосферных условиях.
На основании этого были разработаны конструктивные
приемы для устранения нежелательного влияния усадки
бетона и предложены формулы для определения вели-
чины усадки. Однако формулы, построенные на этом
принципе, как утверждает А. А. Долженко, оказались
необоснованными. Были проведены опыты по определе-
нию величины усадочных деформаций в стеклянных и
металлических трубах. Четыре стеклянные трубы диа-
метром 80 мм и длиной 650 мм были заполнены бето-
ном; трубы 2 и 4 — жестким бетоном марки 200, а тру-
бы 1 и 3 — пластичным бетоном марки 170. В трубах 2
и 4 торцы были герметически заделаны с помощью
39
битума и солидола, а в трубах 1 и 3 торцы бетонного
заполнения были оставлены открытыми и свободно сооб-
щались с атмосферным воздухом. На четвертом году
семилетнего исследования на стенках стеклянных труб
были обнаружены небольшие трещины. В трубе 3 с не-
изолированными торцами бетон осел примерно на 2 мм,
в то же время в трубах 2 и 4 с изолированными торцами
осадка бетона не обнаружена.
В стальных трубах диаметром 219 мм и высотой
500 мм, выполненных из кровельной стали, деформации
измерялись индикатором с ценой деления 1 МК. В каж-
дой серии опытов исследовалось по два одинаковых
образца. Для устранения искажений усадочных дефор-
маций бетона в одном образце стенки труб изнутри
покрывались минеральным маслом, что исключало воз-
можность механического сцепления бетона со стенками
трубы. В результате удалось установить роль оболочки.
Для сравнения усадки бетона в стальной оболочке с
усадкой бетона, твердеющего в воде и воздухе, каждая
серия включала образцы воздушного и водного хране-
ния. В течение первого года в образцах было зафикси-
ровано расширение бетона во всех направлениях. Одна-
ко со временем деформации расширения начали прояв-
лять небольшую тенденцию к сокращению. В большинстве
образцов поперечные деформации остались без изме-
нений.
Чтобы установить влияние диаметра трубы на уса-
дочные деформации, в серию опытов кроме труб диамет-
ром 219 мм были включены трубы диаметром 300 и
100 мм. Шестилетние наблюдения показали, что попе-
речные усадочные деформации образца в трубе диамет-
ром 30 мм оказались в 15 раз меньше, чем в трубе
диаметром 219 мм, продольные усадочные деформации
в 2 раза меньше по сравнению с образцом в трубе диа-
метром 219 мм и в 6 раз меньше — с образцом в трубе
диаметром 100 мм.
Твердение бетона в трубчатой оболочке аналогично
твердению цементного раствора анкерной заделки в
скважинах. Поэтому процессы усадочных явлений бето-
на, твердеющего в стальной трубе, могут в какой-то сте-
пени сравниваться с твердением цементного раствора
в анкерной скважине.
Ранее уже говорилось, что разбухание бетона зависит
от качества и количества вяжущего материала, его фи-
40
зических свойств, температурного и влажностного ре-
жима твердения, армирования и т. п. В бетоне разли-
чают эффективную и критическую влажность. Эффек-
тивной влажностью бетона называется часть его полной
влажности, представляющая собой адсорбционно свя-
занную воду геля, удаление которой из бетона сопровож-
дается усадкой.
Критической влажностью бетона называется предель-
ное значение его эффективной влажности, т. е. такое,
при котором его гель имеет максимальную степень
увлажнения при отсутствии в нем свободной воды. Кри-
тическая влажность бетона зависит от содержания в нем
цемента и водоцементного отношения. С увеличением
В/Ц и содержания цемента в бетоне критическая влаж-
ность возрастает примерно на 15% на каждые 25 кг це-
мента в 1 м3 бетона и на каждую 0,1 В/Ц.
Арматура также оказывает влияние на изменение
объема бетона при разбухании [8]. Наличие в бетоне ар-
матуры уменьшает деформацию усадки и набухания
более чем в 2 раза.
Радикальной мерой борьбы с усадкой раствора в ан-
керной заделке является применение безусадочных це-
ментов или добавок, способствующих уменьшению усад-
ки. При провёдении опытов на строительстве плотины
Братской ГЭС для заделки анкеров применение раство-
ра на расширяющемся цементе дало положительные ре-
зультаты.
Известно, что под влиянием длительного действия по-
стоянной нагрузки на анкерную заделку в ней будет
происходить медленное нарастание (во времени) пласти-
ческих деформаций при силовых воздействиях, меньших,
чем те, которые могут вызвать остаточную деформацию
при испытаниях обычной длительности. Это явление на-
зывается ползучестью бетона и может оказать также су-
щественное влияние на прочность заделки. Вначале про-
цесс нарастания деформаций идет довольно интенсивно,
а затем постепенно замедляется. Через три года процесс
нарастания деформации достигает максимума, который
принято считать предельным. Чем моложе бетон, тем
свойство ползучести сильнее сказывается в момент при-
ложения нагрузки. На ползучесть бетона влияют мно-
гие факторы. Так, например, ползучесть бетонов, приго-
товленных на высокомарочных цементах, ниже, чем у
бетонов, приготовленных на низкомарочных и медленно
41
твердеющих цементах. С увеличением водоцементного
отношения и содержания цемента ползучесть увеличи-
вается. Влажность окружающей среды оказывает на нее
также большое влияние: чем выше влажность, тем мень-
ше ползучесть, а при твердении бетона в воде ползу-
честь его уменьшается примерно в 2 раза по сравнению
с бетоном, твердеющим в атмосферных условиях, и т. д.
Из изложенного можно сделать вывод, что надеж-
ность заделки предварительно-напряженных анкеров в
скальном массиве зависит не только от физико-механи-
ческих показателей породы, но и от вида цемента, марки
раствора, давления нагнетания раствора в скважину и
температурно-влажностного режима твердения. Для уве-
личения сцепления цементной заделки со стенками сква-
жины целесообразно применять расширяющие и напря-
гающие цементы.
1.4. Методика расчета закрепления предварительно-
напряженных анкеров в мягких грунтах
Одной из важнейших проблем при анкеровании со-
оружений в мягких грунтах является правильное опре-
деление длины заделки анкеров. Длина анкерной задел-
ки зависит от характеристики грунта и тягового усилия
анкеров и составляет примерно 4 ... 10 м.
В мягких грунтах длину анкерной заделки прибли-
женно принимают из расчета равной 200 Н/м, а затем
уточняют ее в конкретных условиях.
Натяжение анкеров до расчетного усилия AZ еще не
исключает дальнейшего проявления деформаций. Дефор-
мации останавливаются при обеспечении - устойчивости
заделки на минимальной длине Z2, соответствующей ко-
эффициенту запаса, равному единице (при меньшей дли-
не он, очевидно, будет меньше единицы). Амплитуда
перемещения Д/2— может составить несколько сан-
тиметров. Если заделка анкера 1\ выполнена неудовлет-
ворительно, не исключена возможность ее разрушения
или опрокидывания массива, в котором Nl\ из-за недо-
статочной длины анкера окажется только внутренней
силой (рис. 1.15). Следовательно, при предварительном
напряжении анкера необходимо соблюдать соответствие
его упругого удлинения AZ свободной длине анкера (ус-
ловию AZ>AZ2). Для этого сила натяжения анкера N'
должна быть больше расчетного усилия N настолько,
чтобы компенсировать все потери предварительного на-
42
пряжения [16]. В конечном счете предварительное на-
пряжение должно привести к получению взаимно свя-
занных величин N и А/.
Исследования по
закреплению предва-
рительно -напряжен-
ных анкеров с по-
мощью нагнетания
цементного раствора
в грунте с различны-
ми физико-механиче-
скими свойствами
позволяют судить о
влиянии величины
давления нагнетания
цементного раствора
на несущую способ-
ность анкерной за-
делки (табл. 1.8).
Рис. 1.15. Предварительное напряжение
анкеров силон Т при упругом удлине-
нии AL:
1 — возможное перемещение; 2 — призма не-
устойчивого равновесия; 3 — неустойчивая
длина заделки Дг, 4 — устойчивая длина
заделки Да; 5 —устойчивый объем массива
Таблица 1.8
Предельное напряжение анкеров в зависимости от грунтов
и давления нагнетания цементного раствора
Грунт Характеристика сцепления С, МПа Предельная несущая способность заделки, кН/м
для цементного раствора В/Ц = 2:1...2.5 :1 при давлении нагнетания раствора
1 МПа 2,5 МПа
Ил ....... Мергель .... Мел Аллювий .... Известняк .... 0,03...0,08 0,6...0,7 15,0 0,2...0,4 0,4...0,8 0,6...0,7 0,9...1,3 Более 4,0 0,8...1,0 1,0...1,3 1,5...1,7 1,9...2,4 Очень высокая
Для исследования сопротивления анкерных головок
и трения боковой поверхности анкерной заделки в мяг-
ких грунтах были проведены испытания анкеров системы
«Дуплекс». В стенках гравийно-песчаных котлованов с
помощью цементного раствора были закреплены четыре
анкерных конца (труб) длиной 1, 2, 3 и 4 м. Заделка
анкерного конца длиной 1 м в рыхлых гравилпстых грун-
43
тах оказалась вполне достаточной для обеспечения на-
тяжения анкера до максимального усилия, равного
0,70 МН. В остальных анкерах с более длинной задел-
кой наблюдалось прямолинейное нарастание нагрузки,
поэтому нагрузить их до разрушения было невозмож-
но [40].
Длина заделки анкера определяется двумя усло-
виями:
— анкер должен достигать критической поверхности
скольжения. Это условие обязательно для верхнего по-
ложения анкеров;
— между концом анкера и активной поверхностью
скольжения должно быть минимальное расстояние «а».
Это условие в большинстве случаев обязательно для са-
мых низких положений анкера.
Метод определения размеров анкеров состоит в том,
что нее положения анкеров рассчитываются от одной
адекватной поверхности скольжения и все анкеры на-
гружаются до одновременного разрушения. Это имеет
важное значение.
Для выяснения данного условия в Швейцарии были
проведены интересные опыты с помощью опытного уст-
ройства (рис. 1.16), представляющего собой ящик формы
куба с размером сторон 1,5 м, в который засыпался слоя-
Рис. 1.16. Схема устройства для выяснения процес-
са сопротивления анкерной головки:
/ — песок мельче 1 мм; 2 — измеритель пути; 5 — ящик; 4 —
плита (анкерная головка); 5 — стальной канат; 6—груз;
7 — индикатор (свинцовая проволока)
44
Ми песок. На определенной глубине в песке размеща-
лась анкерная плита диаметром 100 мм, имитирующая
анкерную головку. Смещение плиты замерялось с по-
мощью выступающего стерженька. В песок укладывалась
сетка из тонких свинцовых проволок с ячейками 10 см.
Благодаря высокой деформативности тонкие свинцовые
проволоки следовали за перемещением песка. При де-
монтаже проволоки тщательно освобождались от песка,
их расположение замерялось в узловых точках. Достиг-
нутая точность измерения составляла примерно 1 мм, что
позволило довольно точно воспроизвести истинное со-
стояние деформации.
С помощью этого же устройства опыты были про-
должены. В установке на роликах была устроена пере-
движная стенка, которая при засыпке песка в устрой-
ство жестко закреплялась. Затем удерживающие креп-
ления стенки удалялись и стенка, удерживаемая анкером,
заделанным в песок, оттягивалась в сторону по оси
анкера до его разрыва. В первых опытах анкерная длина
выбиралась таким образом, чтобы образовалась одна
поверхность разрушения. В последующих опытах анкер-
ная длина была выбрана с учетом образования двух
поверхностей разрушения.
Для испытания анкеры устанавливались ненапряжен-
ными и предварительно-напряженными. Результаты
испытаний показали:
— максимальное усилие растяжения на стенке соста-
вило в обоих случаях 2,1 МН; предварительное напряже-
ние, таким образом, не оказало действия на полную не-
сущую способность анкеров;
— смещение стенки при предварительно-напряжен-
ных анкерах было значительно меньше, чем при нена-
пряженных;
— при разрыве нижние анкеры в опытах фактически
показали одинаковые усилия; верхние предварительно-
напряженные анкеры показали более высокие нагрузки
разрушения, чем ненапряженные.
Учитывая, что несущая способность анкера зависит
от сопротивления грунта сдвигу, для приближенного оп-
ределения несущей способности анкера в мягких грунтах
Н. Bendel (Швейцария) предложил применять принцип
расчета свай [27]. Тяговое усилие анкера в этом случае
распределяется по аналогии со сваей между силами со-
противления анкерной головки и трения боковой поверх-
45
МОСТИ анкерной заДёлкн. Исходя Из предположений учё*
ных laky и Jelinek, что сопротивление срезу происходит
в свободной от трения полосе в невесомом грунте, а со-
симости сопротивления
элементов анкера от уг-
ла внутреннего трения:
1 — анкерное усилие в кН;
2 — сопротивление боковой
поверхности; 3 — полное ан-
керное сопротивление; 4 —
сопротивление анкерной го-
ловки
противление боковой поверхности
заделки — в шероховатой полосе
в пластичной среде, линии сколь-
жения прямые, а угол их к поло-
се измеряется и находится в пре-
делах от 0 до <р. Когезией в
этом случае обычно пренебре-
гают.
Оценка анкерного усилия в за-
висимости ют угла внутреннего
трения грунта производится со-
гласно графику (рис. 1.17). Из
графика видно, что анкерное уси-
лие увеличивается как показа-
тельная функция угла трения. При
небольшом угле трения преоб-
ладает сопротивление боковой
поверхности, при большом уг-
ле трения — сопротивление го-
ловки.
Несущая способность предва-
рительно-напряженных анкеров в
мягких грунтах
N = NT + Nc.n = Я [prk + х (F6. п tg <?)],
(1.36)
где Nr — сопротивление головки;
Мб. п — сопротивление боковой поверхности;
q — эффективное давление наложения пластов
грунта на анкерную высоту;
Fr — эффективное сечение головки анкера. Опреде-
ляется умножением диаметра скважины на 3,
так как инъекционный материал проникает в
породу и тем самым образует большее сече-
ние;
Fq, п — эффективная боковая поверхность;
х — принимается в зависимости от угла <р и рав-
няется 0,5 .. . 1,0;
ср — угол внутреннего трения грунта;
46
k — безразмерный коэффициент функции угла тре-
ния, равный 45°.
Для пояснения метода расчета рассмотрим числовой
пример крепления подпорной стенки высотой //=10,5 м
(рис. 1.18), расположенной в неплотном мелкогравили-
стом грунте.
Рис. 1.18. Определение анкерной длины в слабых грун-
тах:
1 — призма обрушения; 2 — активная поверхность скольжения;
3 — критическая поверхность скольжения; 4 — кривые скольже-
ния; а — расстояние между началом заделки анкера и актив-
ной линией скольжения
Исходные данные: плотность грунта у = 2,1 т/м3; угол
внутреннего трения ср = 32°; tg ср = 0,5 Г, Za = 0,26; х=1;
коэффициент запаса /\р=1,2; коэффициент функции угла
трения k = 45°; диаметр скважины /)Ск = 0,086 м; эффек-
тивный диаметр скважины £>э=0,26 м.
' Давление грунта (МН/м)
£ = /£Ха = 0,3. (1.37)
Площадь поперечного сечения анкерной головки (м2)
Fr= — =0,052. (1.38)
4
Боковая поверхность (м2)
Гб.п = ~ЦЛ = 2,43, (1.39)
где L — длина заделки (трубы) сцепления, равная 3 м.
47
Давление наложения пластов грунта (МПа)
9 = 7йг = 0,11, (1.40)
где hr — мощность пластов грунта, равная 5,33 м.
Подставляя числовые значения в формулу (1.35), по-
лучим суммарное анкерное усилие
N = 11,2 X (0,052 X 45 + 2,43 X 0,51) =
= 0,56 МН/м>0,36 МН/м.
Для анкерного стержня диаметром 22 мм разрывное
усилие составляет 0,56 МН (расчетное — 0,36 МН).
Расстояние между анкерной заделкой и активной по-
верхностью скольжения
3 min —
, COS? etg <p (45°+ф/2) _
Э cos(!5° —?/2)
26 х-^ X 2,38 = 1,1 м
0,138
(1.41)
(в расчете приняты: <р = 32°Х 1,2 = 38°, коэффициент за-
паса —1,2). £>э — эффективный диаметр скважины;
£>э = 3£>ск = 25,8 см, или 0,26 м.
Определив критическую поверхность скольжения,
расстояние между зоной анкерной заделки и активной
поверхностью скольжения (amin), по графику можно по-
лучить длину анкера системы Stump Duplex. Для других
систем анкеров анкерная длина должна быть увеличена
в соответствии с точкой приложения анкерного усилия.
Другим методом определения длины и усилий пред-
варительно-напряженных анкеров является метод, пред-
ложенный Кранцем для крепления стенок при однород-
ном расположении анкеров. Основным положением этого
метода является устойчивость стенки по так называемой
нижней разрушающей плоскости, проходящей через
центр анкерной заделки и теоретическую точку О за-
крепления низа стенки в грунте (рис. 1.19).
При обеспечении статического равновесия между ак-
тивным давлением грунта £а на стенку, активным дав-
лением грунта £а на фиктивную плоскость CD, массы
призмы G, над нижней разрушающей плоскостью ОС и
силой реакции Q этой массы и нагрузки от анкера.
При проектировании анкерного крепления подпорных
стенок анкерную заделку необходимо располагать за
пределами возможной зоны обрушения грунта, т. е. за
48
пределами призмы, наклонная грань которой, проходя-
щая через основание стены, составляет с горизонталью
угол 45 + <pi/2 (ф! — угол внутреннего трения грунта).
При проектировании анкерного крепления сооруже-
ний в мягких грунтах ообое внимание уделяется закреп-
лению предварительно-напряженных анкеров в грунте.
Рис. 1.19. Схема определения длины анкера по
методу Кранца:
Za — полная длина анкера; I — длина анкерной заделки
Несущая способность анкеров по грунту обеспечивается
главным образом за счет их длины, сопротивления грун-
та по боковой и лобовой поверхностям анкерной заделки
и объема грунта вокруг нее, закрепляемого инъецирова-
нием цементного раствора. Анкерная заделка распола-
гается за призмой обрушения массива грунта.
Для предварительного определения несущей способ-
ности анкеров по грунту советские ученые рекомендуют
применять формулы:
а) для анкеров с уширением и цилиндрических
Р = nkin[d0 2 fi'li + 0,25 (ДСИ + Bf/j)] (D2-d?); (1.42)
Z=1
б) для анкеров инъекционных
Р = nktn [о 2 + 0,25 (ДС" + Bf/j)] (D2 - </?), (1.43)
/=1
где k — коэффициент однородности грунта, равный 0,6;
т — коэффициент условий работы, зависящий от
49
способа проходки скважин и способа заделки
анкера, принимается равным 1 в песчаных, су-
песчаных и суглинистых грунтах для инъекци-
онных анкеров и 0,6 в песчаных, 0,5 в супесча-
ных, суглинистых, глинистых грунтах для ан-
керов с уширением;
dT —диаметр тяги анкера;
dc —диаметр анкерной скважины, м;
D—диаметр уширения или условной зоны инъек-
ции вокруг тяги анкера, м (диаметр условной
зоны инъекции для предварительных расчетов
принимается равным 3JC);
fn
i — нормативное сопротивление ьго слоя грунта по
боковой поверхности, принимаемое по табл. 1.9,
МПа;
li —толщина f-го слоя грунта, соприкасающегося с
боковой поверхностью анкера, м;
А и В — безразмерные коэффициенты, принимаемые по
табл. 1.10 в зависимости от нормативного зна-
чения угла внутреннего трения грунта, приле-
гающего к поверхности уширения заделки,
табл. 9 СНиП-П-17—77;
Сн — нормативное удельное сцепление грунтов в зо-
не заделки, МПа;
у —объемная масса грунта, н/м3;
h — глубина заложения уширения от поверхности
грунта, м.
В современном строительстве большое внимание уде-
ляется анкерному креплению сооружений, возводимых в
мягких грунтах с невысокими физико-механическими ха-
рактеристиками. В этих условиях строительства особое
значение приобретают конструкции предварительно-на-
пряженных анкеров. За последние годы для этой цели
создано несколько систем и модификаций анкеров. Среди
них получили наибольшее распространение предвари-
тельно-напряженные анкеры: инъекционные с буровой
головкой, с разбуриваемым уширением и специальным
инвентарным уширителем, а также системы ТМ, ББРВ,
«Дуплекс-анкер» и др.
Для определения окончательных параметров анкера
следует произвести пробные испытания анкеров в усло-
виях строительной площадки в целях определения фак
тичсской несущей способности Рц.
50
Т а б л и ц 1.9
Средняя глубина Нормативное сопротивление /н, КПа
песчаных грунтов средне! плотности
располо- жения слоя крупных мелких пылеватых •—
грунта, м глинистых грунтов консистенции
0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7
1 35 23 25 12 5 2
2 42 30 20 17 7 3
3 48 35 25 20 8 4
4 53 38 27 22 9 5
5 55 40 29 24 10 6
7 60 43 32 25 11 7
10 65 46 31 26 12 8
15 72 51 38 28 14 10
20 79 56 41 30 16 12
25 86 61 44 32 18
30 93 66 47 31 20 у
35 100 70 50 36 22 —
Примечания: 1. Для плотных песчаных грунтов значения
увеличиваются на 30%.
2. Средняя глубина заложения рабочей части анкеров должна
быть не менее 15Д анкера.
Таблица 1.10
Нормативный угол внутреннего трения грунта в рабочей зоне, град Коэффициент
А В
14 7.1 2,8
16 7,7 3,3
>18 8,6 3,8
20 9,6 4,5
22 11.1 5,5
24 13,5 7
26 16,8 9,2
28 21,2 12,3
30 26,9 16,5
32 34,4 22,5
34 44,6 31
36 59,6 44,4
Примечание. Глубина заложения центра уширения для
рыхлых песков и глин должна быть не менее 4Д, для плотных пес-
ков— не менее 8Д.
51
Расчетная несущая способность анкера по грунту
(1.44)
где /Сп— коэффициент надежности, принимаемый 1,7.
Суммарное расчетное усилие в анкере Qa должно
удовлетворять условию
Qa= l,3Qp<P, (1.45)
где Qp — расчетная нагрузка на анкер, определенная из
статического расчета сооружения, закрепленного анке-
рами, по первой и второй группе предельных состояний.
Поперечное сечение тяги анкера
=>, (1.46)
где /?а — расчетное сопротивление материала тяги анке-
ра, определено в соответствии с указаниями СНиП-П-В.1.
В современном строительстве уделяется большое вни-
мание анкерному креплению сооружений, возводимых в
мягких грунтах с невысокими физико-механическими
свойствами. В этих условиях строительства особое значе-
ние приобретают конструкции предварительно-напряжен-
ных анкеров. За последние годы для этой цели создано
несколько систем и модификаций анкеров. Среди них
получили наибольшее распространение предварительно-
напряженные анкеры: инъекционные с буровой головкой,
с разбуриваемым уширением и специальным инвентар-
ным уширителем, а также системы IRP, ТМ, ББРВ,
«Дуплекс-анкер» и др.
ВЫВОДЫ
1. Готовность сооружения к восприятию расчетной
нагрузки может быть проверена еще до приложения
внешней нагрузки, т. е. при напряжении анкеров.
2. Изменения величины внешней нагрузки в диапа-
зоне предварительного напряжения анкеров восприни-
маются анкерами без каких-либо заметных изменений
деформаций, а амплитуды колебания напряжений в этом
случае бывают незначительными, поэтому вероятность
возникновения расстройства конструкций сооружений,
работающих под воздействием переменных нагрузок,
снижается.
52
3. Предварительно-напряженные анкеры, заделанные
одним концом глубоко в грунт основания, а другим за-
крепленные на опорных устройствах сооружений, обра-
зуют динамическую связь между сооружением и грун-
том, что позволяет быстро перераспределять напряжения,
возникающие под опорной анкерной плитой и грунтом
основания.
4. Предварительно-напряженные анкеры в результа-
те обжатия сооружений позволяют не только повысить
прочностные качества материала, из которого выполнено
сооружение, но и увеличить сопротивление сооружения
сдвигу и опрокидыванию.
ГЛАВА 2
КОНСТРУКЦИИ
ПРЕДВАРИТЕЛЬНО-НАПРЯЖЕННЫХ АНКЕРОВ
2.1. Основные положения
В современном строительстве для анкерного крепле-
ния сооружений применяются несколько систем предва-
рительно-напряженных анкеров. В качестве напрягае-
мого элемента во всех системах анкеров используются
стержневая или проволочная арматурная высокопрочная
сталь, а иногда стальные стержни или проволоки, выпу-
скаемые промышленностью для других целей.
Механические характеристики арматурной стали
устанавливаются в зависимости от ее класса и вида в
соответствии со СНиП-П-21—75 и гарантируются соот-
ветствующими государственными стандартами или тех-
ническими условиями. В то же время выбираемая сталь
должна отвечать возможности индустриального изготов-
ления. анкеров и получению максимальной ее экономии.
В настоящее время для армирования железобетон-
ных конструкций отечественной металлургической про-
мышленностью выпускается высокопрочная стержневая
и проволочная арматурная сталь. Основные виды этой
стали унифицированы и в зависимости от прочностных
характеристик сведены в ГОСТ и СНиП.
Высокопрочная холоднотянутая проволока гладкого
и периодического профиля выпускается диаметром
3 . . . 8 мм. Из этой же проволоки изготавливаются ар-
матурные канаты К-7 и К-19.
При оценке стали для предварительно-напряженных
анкеров важное значение имеет характер деформации
при растяжении до разрыва. Известно, что горячеката-
ные стали имеют довольно значительный участок с
линейной зависимостью между напряжениями и деформа-
циями и четко выраженную площадку текучести. Холод-
54
необработанные и терхиически упрочненные стали пере-
ходят в пластическую деформацию постепенно и не
имеют явно выраженной площадки текучести. Для таких
сталей вводят понятие условного предела текучести,
которому соответствует остаточное удлинение стали, рав-
ное 0,2% первоначальной длины (рис. 2.1). Холоднотя-
Рис. 2.1. Диаграмма деформаций арматурных
сталей при растяжении до разрыва:
/ — сталь горячекатаная марки СтЗ; 2 — сталь горяче-
катаная. периодического профиля, марки Ст5; 3 — сталь
холодносплющенная, периодического профиля, марки СтЗ;
4 — проволока холоднотянутая, низкоуглеродистая, круг-
лая, диаметром 35,5 мм; 5 — сталь горячекатаная, низ-
колегированная, периодического профиля, марки Ст25Г2С;
6 — сталь горячекатаная, низколегированная, периоди-
ческого профиля, подвергнута механическому упрочне-
нию вытяжкой; 7 — сталь горячекатаная, низколегиро-
ванная, периодического профиля, марки СтЗОХГ2С;
8 — проволока стальная, углеродистая, круглая, диа-
метром 5 мм; 9 — проволока стальная, углеродистая,
круглая, диаметром 5 мм; 10 — проволока стальная,
углеродистая, круглая, диаметром 2,5 мм; П — проволо-
ка стальная, углеродистая, кРУглдя, диаметром 2 мм
55
нутая и термически упрочненная проволока на всех ста-
диях работы должна быть надежно защищена от дли-
тельного воздействия температур выше 300° С. Сварка
этой проволоки запрещается, потому что в сварном сты-
ке предел прочности стали снижается на 30 . . . 40%.
Однако это не вызывает каких-либо осложнений при кон-
струировании предварительно-напряженных анкеров, так
как проволока заводского изготовления поставляется на
строительство в мотках длиной 2 км и более, что позво-
ляет изготавливать анкеры практически любой длины
без устройства стыков.
По условиям транспортирования стержневая арма-
турная сталь диаметром более 10 мм изготавливается
длиной 10 ... 12 м. Такая длина стержней предвари-
тельно-напряженных анкеров является недостаточной,
поэтому в процессе строительства приходится их монти-
ровать из отдельных заготовок с помощью сварки или
муфтового соединения.
Известно, что при сварке некоторых марок стержне-
вой арматурной стали в обычном исполнении статиче-
ская прочность стыка снижается на 10 . . . 17%, а при
испытаниях на выносливость — на 30 . . . 35%. Стыки
контактной сварки с хорошей зачисткой неровностей,
т. е. с устраненными концентраторами напряжений в зо-
не стыка, по прочности практически не уступают целому
стержню.
По конструктивным особенностям предварительно-
напряженные анкеры можно разделить на две самостоя-
тельные группы:
— предварительно-напряженные анкеры стержневой
конструкции;
— предварительно-напряженные анкеры из высоко-
прочной проволоки.
2.2. Предварительно-напряженные анкеры
стержневой конструкции
В Советском Союзе для крепления сооружений и
скальных массивов часто используется система предва-
рительно-напряженных анкеров стержневой конструкции.
Анкеры этой конструкции изготавливаются обычно из
арматурных стержней периодического профиля.
За рубежом (ФРГ, Япония) получили развитие пред-
56
Варитёльно-напряжённые анкеры стержневой конструк-
ции системы «Дивидаг».
Анкеры этой системы представляют собой стержни
из высокопрочной стали с резьбой, накатанной по всей
длине стержня. Резьба накатывается в процессе завод-
ской прокатки стержней. Преимущество этой системы
заключается в том, что стержни можно разрезать на от-
резки любой длины и соединять их между собой с по-
мощью муфт, имея уже готовую резьбу. В остальном они
ничем не отличаются от стержней из арматурной стали
периодического профиля.
Для получения более мощного сосредоточенного ан-
керного усилия стальные стержни объединяются в блоки
по нескольку стержней в каждом.
Сталь для предварительно-напряженных анкеров
должна подбираться из стержней мерной длины, по воз-
можности исключающих применение сварных и муфто-
вых стыковых соединений. Но получить стержни соот-
ветствующей длины не всегда возможно. Поэтому ан-
керы обычно изготавливаются из отдельных заготовок
стержневой стали. Соединение заготовок по длине целе-
сообразно выполнять контактной стыковой сваркой. Если
по каким-либо причинам невозможно применить кон-
тактную стыковую сварку, то для соединения стержней
диаметром 20 мм и более используется электродуговая
ванная сварка или муфтовое соединение.
Контактная стыковая сварка обеспечивает наиболее
высокое качество стыка. При испытании сварных стыков,
выполненных с помощью контактной стыковой сварки,
установлено, что разрушение образцов во всех случаях
происходило по сечению стыка у края шва, наложенного
сваркой, или по краю утолщения, созданного контактной
сваркой. Сварные стыки испытывались двух типов: без
зачистки, т. е. той формы, какую они получили непосред-
ственно после выхода из контактно-сварочной машины,
и стыки с зачищенными неровностями. Так как высоко-
прочные стали более чувствительны к концентрации
напряжений, а сваркой нарушается нормальный профиль
стержня, образуются концентрации напряжений в стыке
и, следовательно, снижается прочность. Лучшим стыком
по прочности является стык, выполненный контактной
стыковой сваркой при хорошей зачистке его поверхности.
Положительные результаты дает стыкование анкер-
ных стержней с помощью муфт с конической резьбой.
57
ol
s
n
w
Проведенные исследо-
вания ЦНИИС транс-
портного строительства
показали, что муфтовое
соединение с накатан-
ной резьбой при тща-
тельном центрировании
анкерной гайки повы-
шает предел выносли-
вости стали 30ХГ2С по
сравнению со стыками,
выполненными кон-
тактной или ванной
сваркой. Применяя ко-
ническую резьбу с тща-
тельным центрировани-
ем стержней, можно
значительно повысить
предел выносливости
муфтового соединения.
Конструкция стерж-
невого анкера с муфто-
вым соединением (рис.
2.2) является одним из
вариантов анкеров, пре-
дусмотренных для креп-
ления откосов верхнего
яруса котлована пло-
тины ИнгуриГЭС. Ан-
керные головки этой
системы представляют
собой специальные гай-
ки. Оборудование, при-
меняемое для натяже-
ния анкеров, предопре-
деляет конструкцию го-
ловок. Обтекаемая фор-
ма неподвижных голо-
вок диктуется условия-
ми их установки в глу-
боких скважинах, про-
ходящих в трещинова-
тых породах, а также
необходимостью распо-
58
ложения заделываемой части анкера в центре сква-
жины.
Известно, что в практике анкерного крепления соору-
жений и скальных массивов применение предварительно-
напряженных анкеров короче 5 м считается нецелесооб-
разным. Однако в настоящее время за рубежом для
локального крепления скальных пород в подземных выра-
ботках и основаниях сооружений иногда применяются
короткие анкеры. Короткие анкеры стержневой конструк-
ции в породе, как правило, заделываются с помощью
полимерных материалов.
Одним из примеров такого конструктивного решения
может быть крепление подземных выработок на строи-
тельстве гидроузла в штате Ныо-Мексика (США). При
проходке подземных выработок на этом строительстве
были применены анкерные болты диаметром 19 мм дли-
ной 2,5 ... 3 м, которые заделывались в шпурах ком-
паундом (сельфикс). Компаунд — полимерный материал,
состоящий из двух компонентов: эпоксидной смолы и
катализатора, рассчитанных на полимеризацию через
20 с. Компаунд выпускается в пластмассовых трубках
диаметром 30 мм, длиной 400 мм, массой 450 г. Внутри
этой трубки помещается отдельный тюбик с катализато-
ром. Процесс закрепления анкерного болта заключается
в том, что заполненная компаундом трубка вставляется
вместе с анкерным болтом в шпур диаметром 45 мм, где
в результате вращения болта трубка и тюбик разрыва-
ются и компоненты перемешиваются.
Через 20 с после перемешивания происходит полиме-
ризация компаунда и анкерный болт становится готовым
к напряжению. Вращение в шпуре анкерного болта осу-
ществляется обычно с помощью перфоратора. В целях
экономии компаунда обычно к концу анкерного болта
приваривается отрезок стержня длиной 60 см из арма-
турной стали периодического профиля увеличенного диа-
метра (35 мм). Этого вполне достаточно, чтобы запол-
нить пространство шпура и обеспечить заделку болта на
50 ... 60 см.
Многочисленные испытания этой конструкции на вы-
дергивание показали ее высокую (надежность. Прочность
заделки болта в породе превосходила даже предел теку-
чести материала. В процессе испытаний не было отме-
чено ни одного случая разрушения анкерной заделки в
шпуре. В шпурах, заполненных водой, полимеризация
59
компаунда происходила так же быстро, а анкерные бол-
ты выдерживали усилие натяжения, равное 130 кН. На-
тяжение анкерных болтов выполняется с помощью спе-
циальных пневматических ключей до расчетного усилия
120 . . . 130 кН. Сила натяжения контролируется по
крутящему моменту, который принимают равным
250 кН [34].
—(
План
Рис. 3.3. Детали анкерного устройства:
1 — ось анкера; 2 — опорная плита; 3 — фигурная шайба; 4 — натяжная гай-
ка; 5 — вертикальная стойка; 6 — накладки; 7 — тощий раствор или песок;
8 — плоскость обрушения, 60° к горизонтали; 9 — высокопрочный раствор;
J0 — стержень анкера из высокопрочной стали диаметром от 22 (20 кН)
до 32 мм '(404 кН); // — анкерная плита
Примером использования предварительно-напряжен-
ных анкеров стержневой конструкции может служить
укрепление подпорной стенки при сооружении котлована
на строительстве здания банка в Сан-Франциско
(США). Конструкция подпорной стенки выполнена из
металлических стоек. Нижний конец стоек в пробурен-
ных скважинах диаметром 760 мм замоноличивался бе-
тоном. Каждая стойка монтировалась из двух швелле-
ров № 33, обращенных друг к другу стенками, к которым
крепились анкеры (рис. 2.3). Пространство между стой-
ками перекрывалось деревянной обшивкой из брусьев
толщиной 7,5 .. . 15 см. Грунты на стройплощадке, за-
легающие поверх коренных пород, представлены песками
60
с разной степенью цементации и мелкозернистыми мате-
риалами. Для предохранения скважин от обрушения в
них вводился бентонит в сухом состоянии или в виде
шлама.
Анкеры, изготовленные из стержней высокопрочной
стали диаметром 22 ... 32 мм несущей способностью
200 . . . 400 кН, устанавливались в скважинах и за-
креплялись высокопрочным цементным раствором. Заде-
лываемые концы анкеров снабжены шайбами, с по-
мощью которых нагрузка передается на бетон.
Расчетное заглубление анкеров в грунт предусматри-
вало обеспечение их выхода за пределы призмы обруше-
ния, что для песчаных и плотных глинистых грунтов со-
ставляло 5,3 м.
После набора цементным раствором прочности 21 МПа
.анкеры подвергались натяжению с контролируемым уси-
лием, в 1,5 раза превышающим расчетную нагрузку.
В таком состоянии они выдерживались в течение полу-
часа, а затем закреплялись при усилии, равном 75%
расчетного для верхних двух рядов анкеров, 100% —
для нижнего ряда и 50% —для всех остальных рядов.
После напряжения анкеров свободная полость сква-
жины заполнялась тощим цементным раствором или пе-
ском.
Закрепление концов анкеров на стенке и в зоне за-
делки осуществлялось с помощью гаек на металличе-
ских плитах.
Для получения более мощного сосредоточенного ан-
керного усилия анкеры объединялись в блоки по не-
скольку анкеров в каждом.
В створе примыкания арочной плотины Hagawado
(Япония) высотой 155 м вблизи основания плотины про-
ходила почти вертикальная трещина тектонического про-
исхождения шириной до 1,7 м. Она была заполнена пес-
чано-глинистым грунтом и обломками разрушенной по-
роды. Для ее расчистки использовали струю воды под
давлением примерно 10 МПа. Струей из трещины были
вымыты все заполнения. Во избежание релаксации по-
роды трещины после очистки немедленно заполнялись
бетоном секциями длиной по 10 м. Бетон, уложенный в
трещины для обеспечения контакта с породой, цементи-
ровался по контактам под давлением 1 МПа и закреп-
лялся анкерами. Для анкерования скального массива
были применены анкерные блоки, состоящие из шести
61
анкеров стержневой конструкции диаметром 27 мм
(рис. 2.4). Анкерные блоки устанавливались в скважины
диаметром 150 мм, пробуренные нормально к трещине
скального массива, и закреплялись в них с помощью
Рис. 2.4. Конструкция анкерного блока
(сечение):
1 — стержневые предварительно-напряженные
анкеры; 2 —муфта; 3 — труба для цемента-
ции скважины в зоне свободной части ан-
кера; 4 — металлическая плита для скреп-
ления анкеров и трубок; 5 — трубка для об-
ратного выхода цементного раствора из
скважины; 6 — питающая трубка для обра-
зования цементной заделки анкера; 7 — труб-
ка для выхода раствора при цементации зо-
ны свободной части анкера; 8 — трубка для
выпуска из скважины воздуха; 9 — скважина
цементации. Анкеры применялись длиной 15 м из отдель-
ных стержневых заготовок, которые соединялись между
собой с помощью муфт. Все остальные работы по анкер-
ному креплению осуществлялись обычным способом.
2.3. Предварительно-напряженные анкеры
из стальных канатов (тросов)
Конструкция предварительно-напряженного анкера
из стального каната (рис. 2.5) представляет собой отре-
зок каната мерной длины с насаженными на концах
анкерными головками. Часто анкеры выполняются с од-
ной головкой, свободный от головки конец для более
надежного сцепления с цементным раствором соответ-
ствующим образом расплетается.
62
Проектирование и изго-
товление этого типа анкеров
должны выполняться в пол-
ном соответствии с требова-
ниями, изложенными в
СНиП. Необходимо иметь в
виду, что использование пря-
дей или пучков из высоко-
прочной проволоки, а также
канатов различной свивки и
типоразмеров, отличающих-
ся механическими свойства-
ми, маркой, диаметром и ша-
гом свивки в одном конст-
руктивном элементе, не до-
пускается. В связи с этим
необходимо предусматри-
вать поставку канатов для
данной стройки, изготовляе-
мых на одном и том же за-
воде из однородного исход-
ного материала.
Из выпускаемых отечест-
венной промышленностью
марок стальных канатов наи-
более приемлемыми для ан-
керных конструкций могут
быть канаты спиральные ти-
па ТК 1X61(1+6+12+18+
+ 24) и двойной свивки типа
ТК 6x37(1+6+12+18) +
+ 1X37(1+6+12+18) и 6Х
X 19(1 + 6 + 12) + 1 X
X 19(1 +6+12). Канаты это-
го типа изготавливаются
из проволоки с максималь-
ным диаметром в слоях
3,8 мм, с временным сопро-
тивлением разрыву (1,2 .. .
2,6) 103 МПа. В анкерных
конструкциях не рекоменду-
ется применять канаты, сви-
тые из проволоки диаметром
менее 3 мм и маркировоч-
Рис. 2.5. Конструкция анкера из стального каната:
/ — стопорная гайка; 2 — подвижная анкерная головка; 3 — загиб проволок радиусом 2 г (г —радиус проволоки
каната); 4 — обвязка проволокой каната; 5 — канат; 6— неподвижная анкерная головка; 7 — закрепление пучка про-
волок в неподвижной головке
63
ным временным сопротивлением разрыву не вы-
ше 1,8 • 103МПа.
Усилия натяжения анкеров должны быть полностью
переданы на конструкцию сооружения и его основание.
В связи с этим анкерные головки, места опирания их на
конструкции и надежность заделки в грунте подлежат
расчету на прочность от воздействия статической нагруз-
ки. Прочность элементов анкеров должна соответство-
вать расчетной прочности канатов. Расчеты анкерной
конструкции должны быть подтверждены натурными
или экспериментальными проверками.
Конструкций анкерных головок существует много, но
в принципе они мало чем отличаются друг от друга.
В качестве универсальной анкерной головки ЦНИИС
транспортного строительства рекомендует применять
хорошо им проверенную на практике головку в виде
муфты, в которой концы проволок заливаются специаль-
ным сплавом (см. рис. 2.5). Головка выполняется из
литой стали марки Ст5.
Конструкция и размеры анкерной головки определя-
ются в зависимости от диаметра каната. Для заливки
анкерной головки применяется антифрикционный сплав
на цинковой основе ЦАМ-9. Сплав состоит из следую-
щих компонентов (в %): алюминий — 9 . . . 11; медь —
1 . . . 2; магний — 0,03 . . . 0,06; цинк — остальная
часть. Температура нагрева сплава не должна превышать
430 . . . 450° С, а температура разлива 415 . . . 420° С.
При заливке сплавов анкерная головка подогревается
примерно до 300° С.
Институт «Гидропроект» им. С. Я. Жука разработал
для закрепления проволок состав на основе эпоксидной
смолы, состоящий из 100 см3 ЭД-6, 25 см3 дибутил фтала-
та, 12,5 см3 полиэтиленполиамина, 200 . . . 300 см3 квар-
цевого песка двух фракций 0,8 .. . 1,2 и 2,0 . . . 2,5 мм.
Этот состав испытан кандидатом технических наук
В. В. Щетининым в 1970 г. в полевых условиях на строи-
тельстве Токтогульской ГЭС. По его данным, через 3 дня
после заливки анкер был напряжен на 300 кН, а через
7 дней натянут до проектной величины — 960 кН.
Для определения расчетных сопротивлений растяже-
нию Rn (МПа) напрягаемых анкеров из витых стальных
канатов всех типов может быть использована формула
Ru = (2.1)
64
где ka — коэффициент однородности свойств проволоки,
равный 0,8;
kK — коэффициент однородности свойств каната —
0,95;
та—коэффициент условий работы анкера — 0,8;
Ш\ — коэффициент условий работы конструкции —
0,9;
R н—нормативное сопротивление каната, МПа:
R"=~~, (2.2)
Гк
где Рв — разрывное усилие канатов в целом, именуемое
в ГОСТ расчетным, МН;
FK — расчетная площадь сечения всех проволок ка-
ната, см2.
Модуль упругости Е при расчете напрягаемого эле-
мента принимается равным: для спиральных канатов
1,7- 105 МПа, для канатов двойной свивки 1,6-105 МПа
(ГОСТ 3067—74, ГОСТ 3068—74).
Наибольшая величина напряжения при расчете кон-
струкции на всех стадиях не должна превышать 0,55 /?н,
а наибольшая величина усилия натяжения каната 0,55 Рв.
Потери предварительного напряжения принимаются та-
кими же, как для анкеров из высокопрочной проволоки.
Для канатов, не подвергнутых предварительной обтяжке
или технологической перетяжке, потери, вызываемые
релаксацией, увеличиваются в два раза.
При хранении и транспортировании предварительно-
напряженных анкеров, выполненных из стальных кана-
тов, должны быть приняты меры по их защите от атмо-
сферной коррозии, образования на них заломов, выпу-
чивания проволок и местного изменения шага свивки.
На стройках они должны храниться в сухих помещени-
ях, подвергаться периодическому осмотру и исправлению
повреждений противокоррозионной смазки. Анкеры, очи-
щенные от заводской смазки и не использованные сразу
в конструкции, должны быть вновь подвергнуты времен-
ной защите от атмосферной коррозии. При удалении
наружной смазки необходимо добиваться сохранения
смазки внутри каната, поэтому удалять ее с помощью
пара не допускается. Разматывать анкеры следует на
козлах при горизонтальном положении оси барабана.
Для резки каната может быть использована термопила
65
Или автогенная резка. Категорически запрещается при-
менять электродуговую резку.
В целях удаления в канатах пластических деформа-
ций и уменьшения потерь от релаксации напряжения
проволок перед установкой в конструкцию анкер должен
быть подвергнут предварительной обтяжке усилием, пре-
вышающим расчетное на 10%. В натянутом состоянии
анкер выдерживается не менее 30 мин. Предваритель-
ную вытяжку канатов целесообразно организовывать
перед натяжением, рассматривая ее как одну из опера-
ций в общем технологическом процессе монтажа анкер-
ного крепления. При обтяжке и натяжении анкеров не
допускается раскручивание каната, так как это может
вызывать ‘изменения шага его свивки. Контроль усилия
натяжения анкеров осуществляется с помощью маномет-
ров или специальных приборов.
Большие пластические деформации, возникающие
при вытяжке каната, являются существенным недостат-
ком этой системы предварительно-напряженных анкеров.
Однако, несмотря на указанные недостатки, эта система
анкеров в некоторых странах применяется довольно ши-
роко.
При разработке озокеритового карьера Шор-су (Ка-
захстан) для укрепления его бортов на неустойчивых
участках были использованы анкеры из стальных кана-
тов. Здесь кандидат технических наук К. А. Асарбаев
провел лабораторные и натурные исследования эффек-
тивности сцепления стальных канатов с цементным рас-
твором и цементного раствора с породой.
Для этой цели были применены растворы марки
200 ... 600, состав 1:2 (цемент/песок), В/Ц = 0,5 ... 0,6.
Испытания проведены для трех разновидностей грунта:
мергелей, известняков и сиенитов (рис. 2.6). При этом
канаты испытывались с расплетенными и нерасплетен-
ными концами. В результате испытаний установлено, что
сцепление цементного раствора с канатом и породой
находится в прямой зависимости от прочности по-
роды, марки цементного раствора и разделки конца
каната.
Для повышения устойчивости железобетонной плоти-
ны ГЭС Гричов (ЧССР) были применены предваритель-
но-напряженные анкеры из стальных канатов несущей
способностью 1,4 МН. Быки плотины с помощью анкеров
66
скреплялись с основанием, сложенным из флиша и сфе-
росидерита. Анкерный канат типа «Геркулес» состоял
из 12 прядей по 19 проволок диаметром 2,3 мм. Каждый
Рис. 2.6. График сцепления стального каната и
породы с цементным раствором:
а — стальной канат с расплетенным концом; б — стальной
канат с нерасплетенным концом; 1 — сиенит; 2 — известняк;
3 — мергель
бык крепился тремя анкерами общим усилием 400 кН.
Для установки анкеров
150мм глубиной Юм
ниже подошвы бы-
ков (рис. 2.7). В ниж-
ней части скважины
взрывным способом
устраивались цилин-
дрические камеры
диаметром 400 . . .
500 мм (расшире-
ние) высотой 1000
мм. Перед установ-
кой анкеров в сква-
жины концы. прядей
канатов расплета-
лись примерно на
700 мм. Расплетен-
ные пучки проволок
каната обвязывались
вязальной проволо-
кой таким образом,
бурились скважины диаметром
Рис, 2.7. Бык плотины с анкером (вер-
тикальный разрез)
чтобы диаметр обра-
зовавшегося пучка
67
не превышал 130 мм. На конце анкера закреплялся ме-
таллический конус, с помощью которого при падении ан-
кера на дно скважины проволочная обмотка разрывалась
и пучок проволок в виде веера, раскрываясь, заполнял
пространство в расширенной части скважины. Закрепле-
ние конца анкера в скважине выполнялось цементным
раствором, состоящим из 45% песка, 38% цемента мар-
ки 450 и 17% воды. Цементация скважины осуществля-
лась обычным способом.
Верхний конец анкера закреплялся в анкерной голов-
ке диаметром 450 мм высотой 500 мм, выполненной из
литой стали. Концы проволок в головке соответствую-
щим образом загибались и заливались цементным рас-
твором, приготовленным на крупнозернистом песке.
Раствор в анкерной головке хорошо уплотнялся штыко-
ванием или вибрированием.
Для компенсации потерь предварительного напряже-
ния через 6 месяцев было произведено повторное натя-
жение анкеров, при котором они вновь были напряжены
на 5% выше расчетного.
Специальных мер по противокоррозионной защите
анкеров не принималось, а ограничивались только за-
полнением скважины цементным раствором.
На строительстве плотины в Жерманице (ЧССР) в
нижнем бьефе была сооружена бетонная противофиль-
трационная диафрагма. Диафрагма представляла собой
бетонную стенку длиной ПО м, шириной 3 ... 3,2 м.
Стенка была возведена методом «стена в грунте» в
траншее глубиной 21 ... 23 м. В продольном направ-
лении она разделялась на блоки длиной 5 м (рис. 2.8).
Для восприятия растягивающих напряжений в стенке
проектом было предусмотрено армирование [31]. В связи
со сложностью выполнения армирования стенки перво-
начальный -проект был пересмотрен. В новом варианте
проекта вместо арматуры было предусмотрено исполь-
зование предварительно-напряженных анкеров из сталь-
ных канатов несущей способностью по 4 МН каждый.
Канат этой конструкции выполнен из 37 прядей по
19 проволок диаметром 2,8 мм в каждой пряди. Пряди
в канате были свиты в трех направлениях: 6 прядей
вправо, 12 влево, затем 18 опять вправо и одна прядь
оставлялась в качестве ядра. На строительстве канаты
применялись с временным сопротивлением разрыву про-
волок 1,75 • 103 МПа и пределом условной текучести
68
1,4-103 МПа. Концы анкера расплетались в нижней ча-
сти на 150 см, в верхней — на 70 см. Пучок проволок
нижнего конца обжимался до диаметра 130 мм и скру-
чивался вязальной проволокой примерно через каждые
Рис. 2.8. Противофильтрационная диаф-
рагма в нижнем бьефе плотины (попереч-
ный разрез):
1 — верхние головки анкеров; 2 — анкеры из
стального каната; 3 — анкерные камеры; 4 —
контрольная штольня; 5 — подошва плотины;
6 — уплотнение резиновой прокладкой; 7 — про-
тивофильтрационная диафрагма; 5 —тело пло-
тины
50 см. На верхний конец анкера наглухо насаживалась
головка. В бетонной стенке анкеры размещались в сква-
жинах диаметром 150 мм. Для образования в скважинах
камер при бетонировании стенки на дне скважины уста-
навливался металлический бак, который использовался
в качестве опалубки.
Для расширения пучка проволок каната в камере
скважины внутри анкера помещался стержень с наса-
женным распорным конусом, с помощью которого при
опускании разрывалась проволочная скрутка.
Операции по закреплению анкера в скважине це-
ментным раствором и по напряжению его выполнялись
обычными способами.
2.4. Предварительно-напряженные анкеры
из арматурных прядей
В СССР и за рубежом в последнее время получили
широкое распространение предварительно-напряженные
анкеры из арматурных прядей. Исследования, проведен-
ные ГипродорНИИ (г. Москва) и научно-исследователь-
69
скими организациями за рубежом, свидетельствуют о
целесообразности использования арматурных прядей в
качестве напрягаемого элемента не только в грунтовых
анкерах, но и в анкерах, применяемых для напряжения
конструкций ядерных реакторов, мостовых пролетных
строений, а также сборного бетона и железобетона раз-
личных сооружений. Применение арматурных прядей
упрощает конструкцию напрягаемых элементов, способ-
ствует сокращению расхода стали и снижению трудоза-
трат на изготовление и монтаж конструкций по сравне-
нию с аналогичными арматурными элементами, выпол-
ненными из пучков гладких проволок.
Определение несущей способности анкеров этого типа
производится по методике, изложенной в гл. 1. В расче-
те анкеров из арматурных прядей с проволокой диамет-
ром 5 мм принимаются: /?а = 960 МПа, Еа=1,8-105 МПа
и/?а = 1500 МПа (СНиП-11-21— 75).
Для формирования анкеров из арматурных прядей
Рис. 2.9. Конструкция анкерной головки для >12 пряден диамет-
ром 15 мм:
а — конус (масса 2,4 кг); б —обойма (масса 14.1 кг)
70
применяются анкерные головки различной конструкции,
которые определяют тип анкера.
Анкерные головки, сконструированные СоюздорНИИ,
состоят из конуса и обоймы (рис. 2.9). Обойма изготав-
ливается из стали марки 35ГЛ. Для передачи анкерного
усилия на бетонную кладку и опорную плиту сооружений
обойма анкерной головки снабжена кольцевыми ребрами.
Конус выполняется из заготовок стали марки Ст45 с
термической обработкой по твердости НРС=35 ... 40
единиц. Для закрепления арматурных прядей в конусе
устраиваются пазы и кольцевые выточки.
Организациями Минтрансстроя СССР разработан
комплекс технологического оборудования для натяжения
и изготовления конструкций анкеров, и на подчиненных
предприятиях налажен выпуск гидравлических домкра-
тов двойного действия (рис. 2.10) с клиновыми зажима-
ми мощностью 1,20 и 2,30 МН для натяжения пучков из
7 и 12 прядей.
Домкрат состоит из тянущего конуса-цилиндра, вну-
три которого перемещается поршень-цилиндр, несущий
на себе опорный стакан. По ^ислу натягиваемых прядей
Рис. 2.10. Схема гидравлического домкрата двойного дей-
ствия:
1 — опорный стакан; 2 — обойма домкрата; 3 — пружина возврата
гидроцилиндров захвата прядей; 4 — штоки гидроцилиндров захвата
прядей; 5 — гидроцилиндры захвата прядей; 6 — цилиндр запрессовки;
7 — цилиндр натяжения; 8 — металлические трубопроводы; 9 — конт-
рольные манометры; 10 — пульт управления; 11 — металлические тру-
бопроводы; 12 — масляный бак; 13 — полость гидровозврата цилиндра
натяжения; 14 — гидравлический насос; 15 — поршень запрессовки;
16 — возвратная пружина поршня запрессовки; 17 — шток запрессовки;
18 — обойма анкерной головки; 19 — конус анкерной головки; 20 —
арматурные пряди
71
на корпусе цилиндра устраиваются гидроцилиндры со
штоками, которые передают усилие на клинья.
Напрягаемые элементы анкеров из арматурных пря-
дей предварительной обтяжке можно не подвергать, а
совместить ее с процессом натяжения.
Рис. 2.11. Клиновая анкерная головка:
I — клиновая плита; II — несимметрично разрезанный
клин
/ — отверстие для цементационной трубы; 2 — скошенная плита;
3 — опорная плита; 4 — раструб; 5 — клиновая плита; 6 — клин;
7 — отверстие для пряди из семи проволок; 8 — элемент клина
В США разработана система предварительно-напря-
женных анкеров несущей способностью 1 ... 6 МН.
В качестве напрягаемого элемента анкеров применены
семипроволочные арматурные пряди. Анкерные головки
монтируются из трех частей: клина, клиновой и скошен-
ной плит (рис. 2.11). Клин состоит из трех отдельных
несимметричных элементов с внутренней нарезкой и рас-
считан на захват трех прядей из проволок диаметром
5 мм. Клинья устанавливаются в коническое отверстие
клиновой плиты. Исследования показали, что несиммет-
ричная разрезка клина на элементы и захват трех пря-
дей являются новым, весьма эффективным решением.
Клиновая плита предназначается для обжатия конуса
с пропущенной через него прядью. Изготавливаются пли-
ты из стальных заготовок с высоким пределом текучести
соответствующей термической обработкой. В централь-
ной части клиновой плиты устраивается отверстие для
пропуска цементационной трубки. Расположение цемен-
тационной трубки в центре исключает монтаж дополни-
72
тельных подводящих и отводящих приспособлений для
производства цементационных работ. На клиновой
плите анкерные клинья располагаются на расстоянии
7 ... 8 мм друг от друга. Такие интервалы не умень-
шают прочности плиты и позволяют обеспечить более
плотное группирование прядей анкера [32].
Для обеспечения параллельности и перпендикулярно-
сти при вхождении в отверстия клиновой плиты между
опорной и клиновой плитами прокладывается тонкая
стальная скошенная плита. Каждая прядь, выходящая
из переходного раструба, пропускается через отдельное
отверстие в скошенной плите. Таким образом выравни-
вается направление прядей.
Натяжение анкеров этой системы не содержит какой-
либо особенности и выполняется известным способом.
Для натяжения анкеров применяются гидравлические
домкраты с центральным каналом, через который пропу-
скаются пряди и выравнивающий патрон. Установка
анкерных клиньев производится после окончания натяже-
ния анкера. Перед натяжением анкера пряди предвари-
тельно выравниваются с помощью специального вырав-
нивающего патрона. Он состоит из ряда параллельных
труб, в каждую из которых вводится по три пряди. Пере-
мещением в осевом направлении домкрат осуществляет
натяжение анкера.
Параметры предварительно-напряженных анкеров в
зависимости от количества семипроволочных прядей при-
ведены в табл. 2.1.
Таблица 2.1
Параметры прядевых анкеров
ее й к S о Натяжение анкеров в зависимости от напряжений, кН Размеры элементов анкерной
головки, им
Количество пр в анкере, шт. Предел прочно на разрыв, кН 0,8 0,7 0,6 А В с Тол1 ПЛ1 клино- вой дина ггы ско- шен- ной
9 1600 1300 1100 1000 280 180 460 -
12 2250 1800 1600 1600 280 180 460 51 9,5
18 3860 2700 2350 2000 400 230 600 —•
24 4500 3600 3150 2700 400 230 600 57 13
54 10000 4 8000 4 7000 i 6000 590 330 900 89 16
7S
2.5. Предварительно-напряженные анкеры
системы VSL
Предварительно-напряженные анкеры системы VSL
(рис. 2.12) (Швейцария) выполняются из проволочных
прядей или пучков высокопрочных проволок с анкерной
Рис. 2.12. Типовой анкер
системы VSL:
/ — трубка для первичной инъ-
екции раствора: 2 —трубка для
вторичной инъекции раствора;
3 — контрольное выпускное от-
верстие для первичной инъек-
ции раствора: 4 — выпускное
отверстие для первичной инъек-
ции раствора; 5 — опорная пли-
та; 6 — вторая опорная плита;
7 — выработка; 8 — порода; 9 —
опорный блок; 10 — тампон бу-
ровой скважины; 11 — уплотне-
ние оболочки; 12 — зона анке-
ровки
головкой клинового типа. Си-
стема анкеров VSL является
универсальной, однако во мно-
гих странах она используется
главным образом для крепле-
ния горных выработок. Анкеры
этой системы успешно были ис-
пользованы на строительстве
ГАЭС Онгрен (Швейцария),
гидроузла Либби (США), ГЭС
Эль-Торо (Чили), Лейк Долно
(Италия) и др.
На строительстве подземно-
го машинного зала гидроакку-
мулирующей электростанции
Онгрен для постоянного креп-
ления выработок были приме-
нены предварительно-напря-
женные анкеры из пучков па-
раллельных проволок и обдел-
ка из набрызгбетона. Деталь-
ное изучение на строительстве
ГАЭС Онгрен показало, что
применение обычных способов
крепления подземных вырабо-
ток с помощью анкерных бол-
тов (штанговое крепление) и
устройство бетонной обделки
являются неэкономичными. По-
этому было принято решение
об использовании предвари-
тельно-напряженных анкеров и
устройства обделки из набрызг-
бетона. По мнению многих
специалистов, применение пред-
варительно-напряженных анке-
ров системы VSL позволяет со-
здать в скальной породе, окру-
74
жающей подземную выработку, устойчивое напряжённое
состояние. Такая система крепления сама приспосабли-
вается к деформации породы вплоть до полной стабили-
зации всего массива [5].
Технические характеристики наиболее часто приме-
няемых типов анкеров системы VSL приведены в табл. 2.2.
Таблица 2.2
Технические характеристики предварительно-напряженных
анкеров системы VSL
Тип анкера Диа- метр сква- жины, мм Диаметр и количе- ство про- волок или прядей Площадь попереч- ного сече- ния, мм* Теорети- ческая Расчетное усилие натяже- ния, кН Испыта- тельное усилие на- тяжения, кН
масса 1 м,
кг
65R 85 Пр О ВО Л 1407 [очные 538,8 анкеры 4,2 600 700
90R 85 1208 2107 603,2 808,2 4.7 6,3 650 900 750 1050
125R 100 1808 2307 904,8 1077,6 7,1 8,5 950 1200 1100 1400
170R 100 2408 3507 1206,4 1385,4 9,5 10,9 1250 1550 1450 1750
100 3308 1508,0 11,8 1600 1820
120 4207 1616,3 12,7 1700 1820
R-5—3 45 Пряд 3013 е в ы е ai 279 I к е р ы 2,2 330 380
R-5-7 73 7013 651 5,1 760 880
R-5—12 100 12013 1116 8,8 1310 1510
R-5—19 120 19013 1767 13,9 2070 2380
R-5—22 120 22013 .016 16.1 2390 2750
R-5—31 140 31013 2883 22,6 3370 3890
Машинный зал ГАЭС Онгрен размещен в подземной
камере размером 137x30 м при максимальной высоте
до шелыги 27,4 м.
Для анкерования выработки были применены пред-
варительно-напряженные анкеры системы VSL длиной
11 ... 13 м с усилием натяжения ИЗО . . . 1400 кН.
В местах залегания слабых пород между анкерами,
предусмотренными проектом, устанавливались дополни-
тельные анкеры с таким же усилием, но длиной 20 м.
На поверхности выработки анкеры располагались таким
образом, чтобы на каждый из них приходилась площадь
поверхности скальной породы (примерно): по своду —
75
13 м2, боковым стенкам — 42 м2 и торцевым степкаМ—-
25 м2.
Вначале между основными предварительно-напря-
женными анкерами предусматривалась установка анкер-
ных болтов диаметром 25 мм, длиной 4 м, несущей спо-
собностью 160 кН. По поверхности они должны быть
распределены по одному анкеру на каждые 5,6 М2.
Однако в процессе работ было решено заменить их
предварительно-напряженными анкерами более эффек-
тивной конструкции из пучков параллельных проволок
такого же усилия. Исследования показали, что анкеры
вновь принятой конструкции благодаря их активному
воздействию на породу оказались значительно эффек-
тивнее.
Предварительно-напряженные анкеры VSL выполне-
ны из пучков параллельных проволок диаметром 5 мм с
нормативным сопротивлением разрыву 1700 МПа. Конец
анкера, за который осуществляется натяжение, снабжен
специальной анкерной головкой клинового типа. Анкер-
ная головка изготавливается из стального литья с на-
резкой наружной и внутренней резьбы. Наружная резь-
ба предназначена для навинчивания стопорной гайки, с
помощью которой головка фиксируется на опорной пли-
те, а внутренняя — для соединения со штоком гидрав-
лического домкрата. Закрепление проволок в головке
осуществляется с помощью специальных сплавов. Дру-
гой конец анкера разделывается путем поперечного сжа-
тия и расширения пучка проволок через каждые 50 см.
Длина заделки анкера в скважине в данных грунтовых
условиях принята равной 3 м. Скважины для установки
анкеров бурились в. разных направлениях: восходящи-
ми, наклонными и горизонтальными.
В связи с большим водопоглощением скважин снача-
ла они бурились малым диаметром и цементировались
при давлении 1 МПа, затем снова проверялись на водо-
поглощение. Если после этого водопоглощение удовлет-
воряло нормативным требованиям (критерий 1 л на 1 м
в мин), через несколько часов скважины повторно раз-
буривались до требуемого диаметра. В подготовленные
таким образом скважины устанавливались анкеры. Вто-
ричная цементация производилась сразу же после уста-
новки анкеров в скважины. Спустя 1—2 дня произво-
дилось повторное нагнетание цементного раствора в
скважину для заполнения пустот и трещин, которые мог-
76
Ли образоваться в процессе первичного нагнетания й
схватывания цементного раствора.
Продолжительность твердения цементного раствора
рассчитывалась на 16 ... 21 сутки. Свободная часть
анкера была заключена в противокоррозионную оболоч-
ку из полимерных материалов, что позволяло цементи-
ровать скважину сразу на полную длину. Для создания
давления при нагнетании цементного раствора и предот-
вращения вытекания его в устье скважины устанавли-
вался тампон.
Вначале анкеры напрягались усилием 1360 и
1700 кН, затем усилие снижалось до ИЗО и 1400 кН.
Это мероприятие проводилось в целях избежания в
дальнейшем перенапряжений, вызываемых деформация-
ми породы при стабилизации свода. Наблюдения за де-
формацией свода проводились с помощью приборов, из-
мерением деформаций анкеров и визуальным осмотром
набрызгбетона.
По данным измерений деформаций анкеров состав-
лена диаграмма конечных деформаций породы по усред-
ненному поперечному сечению относительно неподвиж-
ного конца анкерного устройства.
Эти деформации отличаются от полных деформаций
свода, так как тензометры показали, что порода в зо-
нах анкерной заделки не остается неподвижной. Сред-
няя сумма деформаций анкера до шелыги свода достиг-
ла 20 см, что соответствует среднему увеличению напря-
жений в анкерах, боковых и торцевых стенах выработки
примерно 10%. После завершения работ по проходке,
все деформации свода постепенно выполаживались, что
свидетельствовало о стабилизации породы.
Для обеспечения возможности наблюдения за соору-
жением в процессе эксплуатации контрольные анкеры в
скважинах по всей длине цементным раствором не заде-
лывались.. Это дало возможность оперировать их натя-
жением в процессе эксплуатации.
Работы по проходке подземных выработок были ор-
ганизованы следующим образом (рис. 2.13). Проходка
выполнялась из трех пионерных галерей небольшого се-
чения, позволяющих обеспечивать перемещение буровых
станков. Пионерные галереи располагаются на уровне
грунтовых вод, начиная от линии пят с постепенным
расширением к шелыге свода. Из них производилась
цементация нижних ярусов породы для создания проти-
77
вофильтрацнонной завесы. Слой взорванной породы сра-
зу не убирался, а использовался в качестве рабочей
площадки при разработке следующего уступа. Бурение
скважин для установки анкеров производилось пере-
движными буровыми станками. Установка анкеров в
скважины осуществлялась с помощью пневматической
лебедки.
Рис. 2.13. Выполнение проходческих работ (поперечное сечение):
1 . . . 5 — последовательность работ; I ... V — этапы сооружения выра-
ботки; VI — противофильтрационная завеса
Набрызгбетон наносился обычным способом по ар-
матурной сетке из проволоки диаметром 4,5 мм с ячей-
ками 100X100 мм, слоями толщиной 38 мм до получе-
ния проектного слоя толщиной 15 см.
2.6. Предварительно-напряженные анкеры
системы IRP
Предварительно-напряженные анкеры системы
IRP (запатентованы во Франции) с успехом использу-
ются для крепления сооружений, возводимых в грунтах
с невысокими физико-механическими характеристиками
(например, гравий, песок, глина, сильно трещиноватые
и разрушенные скальные породы или грунты с карсто-
выми образованиями). Французская фирма . «Соле-
танш» разработала анкеры системы IRP с усилием
78
Рис. 2.14. Анкер системы IRP:
1 — опорная система; 2 — кольцевое пространство между стенками
скважины и анкером; 3 — проволоки напрягаемой части анкера;
4 — скважина; 5 — заслонка для защиты напрягаемой части анкера
при цементации заделки; 6 — надувной тампон; 7 — защитная обо-
лочка анкера; 8 — распорки; 9 — зона консолидации грунта; 10 — труба
для цементации скважины; 11 — песчано-гравилистый грунт; I- । —
свободная длина анкера; L ?— длина заделки анкера в грунте
300 . . . 2500 кН с гарантией надежности их работы в
указанных грунтах. Анкеры IRP выполняются из пучков
параллельных проволок диаметром 5 мм с конической
анкерной головкой (рис. 2.14).
Выполнение анкерных креплений в указанных грун-
тах даже при небольшом усилии связано с известными
трудностями. Для консолидации слабых грунтов обычно
используется укрепительная цементация. Нагнетание це-
ментного раствора в скважину производится последо-
вательно до тех пор, пока не будут получены необходи-
мые физико-механические характеристики грунта. Это
иногда вызывает выполнение больших объемов работ по
цементации грунта. Цементация зоны заделки анкера
выполняется либо через свободную скважину, либо с ус-
тановленным в ней анкером.
Зона заделки анкера в этих случаях отделяется от
его свободной части с помощью тампона (обтюратором).
При наличии тампона цементация может выполняться
при высоком давлении.
Противокоррозионная защита свободной части ан-
кера осуществляется путем заключения ее в герметич-
ную оболочку из полимерных материалов. Пространство
внутри оболочки заполняется противокоррозионным ма-
териалом, обладающим большой пластичностью, не пре-
пятствующим свободному перемещению анкера внутри
оболочки. Для предотвращения вытекания противокор-
розионного материала из оболочки в ней устанавливает-
ся уплотняющий клапан. Пространство между стенками
скважины и защитной оболочкой заполняется цемент-
ным или глиняным раствором.
Во Франции для крепления стенок котлована в на-
сыпном и моренных грунтах применена подпорная стен-
ка-диафрагма с предварительно-напряженными ан-
керами системы IRP. Анкеры выполнены из
пучков параллельных проволок диаметром 5 мм длиной
16 . . . 16,5 м. Несущая способность анкеров была при-
нята 600 . . . 1350 кН с расчетом на возможное превы-
шение расчетного усилия в 1,5 раза. Длина заделки
анкера в грунте по аналогии с такими же грунтовыми
условиями принята равной 2 • 105 Н/м (рис. 2.15).
Для наблюдения за деформацией стенки и напряже-
нием анкеров в процессе их натяжения на строительстве
был организован систематический контроль, осуществля-
емый с помощью различной контрольно-измерительной
60
аппаратуры. Измерения, произведенные при выемке по-
следних 8 м котлована, зафиксировали перемещение
вершины стенки на 1 см, однако после предварительного
напряжения анкеров она стабилизировалась. При этом
деформация ранее установленного анкера не превосхо-
дила десятых долей миллиметра. Замеры показали, что
Рис. 2.15. Типовое сечение стенки:
1 — морена; 2 — насыпь; 3 — водосток; 4 —
дренажная галерея
грунт на линии заделки переместился в сторону котло-
вана. Следовательно, перемещение вершины стенки яв-
ляется не только собственной деформацией стенки, но
и движением комплекса «стенка — грунт», связанного с
анкером. В связи с этим французские инженеры сдела-
ли вывод, что «соответствующий массив деформируется
как упругое твердое тело, нагруженное силами, распре-
деленными по треугольнику, и сопротивляется только
сдвигу» [37].
Проведенные натурные наблюдения показали, что в
данных условиях теоретические расчеты и фактические
показатели работы анкеров согласуются. Потери напря-
жений, замеренные через 80 дней после натяжения ан-
керов, составили приблизительно 75%, что соответствует
50 . . . 60% общих потерь до подной стабилизации эле-
81
ментов анкерного крепления. Этот показатель свиде-
тельствует о нормальной работе заанкерованного соору-
жения.
2.7. Предварительно-напряженные анкеры
системы «Фрейсине-Моногруп»
Во Франции из пучков проволочных прядей созданы
предварительно-напряженные анкеры системы «Фрей-
сине-Моногруп» несущей способностью 2,5 . . . 20,0 МН.
Эта система позволяет использовать пучки, состоящие
из 7, 15, 19 и 37 прядей диаметром 15,2 и 18 мм, изготов-
ленные из высокопрочной проволоки диаметром 5 мм.
Величина предварительного напряжения прядей приня-
та 70% нормативного сопротивления. Разработаны три
модификации анкерного блока системы «Моногруп» —
S, Т и К.
Модификация анкерного блока S рассчитана на ан-
керное усилие 2,5 ... 5 МН с использованием 7 и
15 прядей диаметром 15,2 и 18 мм (рис. 2.16).
Анкерный блок модификации Т рассчитан на усилие
5 ... 10 МН, который собирается из 19 прядей диамет-
Рис. 2.16. Типовой семипрядевый анкерный блок системы
«Фрейсине-Моногруп»:
а — блок в собранном виде; б — составные части и порядок их
расположения; 1 — анкерная головка; 2 — опорная плита с кор-
пусом анкерного блока; 3 — раструб корпуса; 4 — корпус из ковкой
стали; 5 - винтовая муфта из закаленной стали; 6 — пряди; 7 —
отверстие для цементации диаметром 25 мм
ром 15,2 и 18 мм. Блок модификации К монтируется из
37 прядей диаметром 15,2 и 18 мм и рассчитан на усилие
анкера 10 ... 20 МН. В основу конструкции всех трех
блоков положен один и тот же принцип, позволяющий
применять различное количество и тип прядей
(табл. 2.3). Опыт применения анкеров системы «Фрей-
сине-Моногруп» подтвердил, что анкеры, изготовленные
из прядей диаметром 15,2 и 18 мм, являются наиболее
эффективными.
Таблица 2.3
Параметры предварительно-напряженных анкеров системы
«Моногруп»
Число прядей, шт. Диаметр прядей, мм Разрывное уси- лие, кН Расчетное усилие анкера при 70% разрывного усилия, кН
Блоки модели S
7 15,2 3570 2500
7 15,2Д 4560 3180
7 18Д 5810 4060
15 15,2 7640 5355
15 15,2 8160 5915
Блоки модели Т
19 15,2 9690 6783
19 15,2Д 12359 8645
19 18 15800 11060
Блоки модели К
37 15,2 20720 13500
37 15,2Д 24050 16810
37 18 30780 21510
П р и м е ч а и и е Д — пряди, подвергнутые вытяжке.
Конструкция анкерных блоков устроена таким обра-
зом, что дает возможность свободно осуществить группо-
вое и индивидуальное натяжение прядей анкеров. Это
позволяет при напряжении анкеров пользоваться гид-
равлическими домкратами малой мощности и неболь-
шой массы.
Для соединения напряженных (активных) анкеров с
ненапряженными пассивными анкерами применяются
83
Специальные муфты. Муфты состоят из двух поЛовйИоК,
которые с помощью болтов скрепляются между собой.
Конструкция муфт апробирована на практике и сейчас
широко применяется во многих странах (рис. 2.17).
Рис. 2.17. Типичная соединительная муфта «Моногруп»:
1 — напряженный анкерный блок; 2 — захваты прядей; 3 — присое-
диняемый анкерный блок; 4 — цилиндр, состоящий из двух по-
ловинок и соединяемый болтами; 5 — патрубок для нагнетания
цементного раствора; 6 — наружный кожух; 7 — соединительная
направляющая; 8 — соединительная муфта; 9 — бетон; 10 — нап-
равляющие анкера
Вместе с тем конструкция анкеров позволяет приме-
нять прогрессивный метод контроля в процессе натяже-
ния и эксплуатации, а также последующей регулировки
путем повторения обычной операции натяжения или
снижения напряжения.
Разработанная конструкция предварительно-напря-
женных анкеров большой несущей способности потре-
бовала тщательно продуманной организационной систе-
мы проведения многочисленных статических и динами-
ческих испытаний. Для каждого типа и диаметра пря-
дей проведена большая серия лабораторных и натурных
испытаний. Испытания прядей проводились в диапазоне
60 . . . 65 % нормативного сопротивления и на вынос-
ливость 2«106 циклов, с тем чтобы привести в соответ-
ствие с основными мировыми стандартами.
Применение анкеров с усилием натяжения до
5000 кН признано учеными и строителями вполне целе-
сообразным. Вместе с тем применение анкеров несущей
способностью 10 000 . . . 20 000 кН на строительстве
пока изучается. По утверждению специалистов, эти ан-
керы являются ценным дополнением к существующим си-
84
стеМаМ анкеров, бйй получат Широкое применение в
строительстве, поскольку тенденция применения анкеров
большой несущей способности продолжает развиваться.
2.8. Предварительно-напряженные анкеры
системы ББРВ
Многие специалисты за рубежом считают, что наи-
более прогрессивной конструкцией из всех известных си-
стем анкеров являются анкеры, разработанные швей-
царскими инженерами Биркенмайером, Брандестини, Ро-
шем и Вогтом (система ББРВ) (рис. 2.18). Эта система
4
Рис. 2.18. Анкер из высокопрочной проволоки
с вы!саженным1И утолщениями (системы ББРВ):
1 — подвижная анкерная головка; 2 — стопорная гайка:
3 — опорная металлическая плита; 4 — опорная железо-
бетонная плита; 5 — спиральная арматура; 6 — непод-
вижная анкерная головка; 7 — трубка для цементации;
8 — тампон; 9 — пластиковая антикоррозионная трубка;
10 — скважина
является универсальной: она надежно работает как в
скальных породах, так и в мягких грунтах. Во многих
странах она получила широкое распространение не толь-
ко для крепления сооружений и скальных массивов, но
и для напряжения и укрупнения сборных бетонных и
железобетонных конструкций.
Конструкция анкеров системы ББРВ выполняется из
пучков параллельных проволок с высаженными на их
85
концах холодным прессованием утолщениями. Для изго-
товления анкеров применяется высокопрочная проволо-
ка диаметром 5 ... 8 мм. Изменяя количество прово-
лок в анкере, можно создавать анкеры большой несущей
способности.
На концах анкеров из прочной стали устраиваются
цилиндрические головки. В каждой головке по числу
проволок, входящих в пучок анкера, сверлятся отвер-
стия, равные диаметру проволоки с плюсовым допуском
0,3 .. . 0,5 мм. Анкерные головки принято делить на
подвижные и неподвижные. Подвижные головки предна-
значаются для натяжения и закрепления анкера на
опорной плите. Неподвижная головка служит для за-
крепления анкера в скважине. В случае двустороннего
натяжения (прокладка в каналах) обе головки выполня-
ются одинаковыми по типу подвижной головки.
Потенциально неустойчивая бетонная водосливная
плотина «Джон Холлис Бэнкхэд» (США) укреплена с
помощью предварительно-напряженных анкеров систе-
мы ББРВ. Каждый анкер длиной 35 ... 40 м состоял
из 90 проволок диаметром 6,3 мм несущей способностью
3400 кН. На концах анкера закреплялись цилиндриче-
ские анкерные головки. Через центральное отверстие в
верхней головке была пропущена стальная трубка для
нагнетания цементного раствора в скважину. Трубка
проходила по всей длине анкера внутри пучка проволок.
Анкеры устанавливались в скважинах диаметром
150 мм, пробуренных в теле плотины и основании
(рис. 2.19).
Для проверки правильности выбора конструкции и
параметров анкеров, а также для отработки технологии
по их установке было предусмотрено проведение опыт-
ных работ на шести анкерах [18].
Установка опытных анкеров и цементация скважин
производились из галереи плотины. После установки ан-
керов скважины заполнялись цементным раствором со-
става: на 100 кг цемента 44 кг воды и 1 кг воздухово-
влекающей добавки, предназначенной для уменьшения
усадки раствора. По достижении раствором заданной
прочности в нижней части скважины цементационную
трубку на высоте 9 м над забоем скважины отвинчивали
и приподнимали на несколько сантиметров, затем про-
мывали водой и оставляли в скважине для последующей
цементации.
86
К натяжению анкеров приступили через 21 день, ког-
да раствор уже набирал расчетную прочность. Для
контроля прочности цементного камня образцы прове-
рке. 2.19. Разрез по водосливной пло-
тине и основанию:
1 — скважина диаметром 150 мм; 2 — скважи-
на диаметром 300 мм; 3 — каменный уголь;
4 — предварительно-напряженный анкер; 5 —
плотина с нерегулируемым водосливом, по-
строенная в 1915 г.; 6 — галерея; 7—гребень
(отм. 73,60 м); 8— нормальный подпорный
уровень; 9 — расчетный паводок (отм. 82,40 м):
10—мостик, построенный в 1969 г.; 11—
затворы и бычки, возведенные в 1935—
1937 гг.
рялись в возрасте 12 и 28 суток. Образцы показывали
прочность соответственно 15 и 17 МПа. Анкеры напря-
гались до 70 % нормативного сопротивления растяже-
нию проволоки, т. е. до усилия, примерно равного
3400 кН (табл. 2.4).
87
Таблица 2.4
Натяжение и потери натяжения на опытных анкерах
№ анкера 1 Свобод- ная длина анкера, м Начальное натяже- ние, кН Общее удлине- ние, мм Снижен- ное на- тяжение, кН Интервал времени, ч Снижение усилия натяжения
кН
1 35 3400 203 3400 16 -
2 35 3130 205 3344 18 86 2,5
3 35 3310 206 3280 19 59 1.8
4 35 3400 214 3440 31 59 1.7
5 35 3130 210 3103 5 и 10 суток 27 0,8
6 29 3430 210 3226 5 и 10 суток 204 6,0
Глубина заложения анкерной заделки определялась
по теории А. Койна. Снижение усилий натяжения в ан-
кере № 6 более чем в других, по-видимому, является
следствием недостаточной свободной его длины. Осталь-
ные анкеры, имеющие длину 35 м, показали хорошие ре-
зультаты.
Работы по укреплению водосливной плотины «Джон
Холлис Бэнкхэд» предварительно-напряженными анке-
рами, законченные в 1969 г., по мнению многих- амери-
канских специалистов, являются примером высокой эф-
фективности. В связи с этим эксплуатация плотины, по
их мнению, может быть продлена еще не менее чем на
50 лет.
Стоимость работ по укреплению и модернизации пло-
тины составила небольшую часть стоимости строитель-
ства нового сооружения того же назначения.
2.9. Предварительно-напряженные анкеры
конструкции «Гидроспецпроект» (ГСП)
Анкеры ГСП (рис. 2.20) выполняются из пучков вы-
сокопрочной проволоки диаметром 5 мм, с высаженны-
ми на концах утолщениями, несущей способностью 1000,
2000, 6000 и 8000 кН. Для натяжения и закрепления ан-
керов на опорной плите и в грунте на концах анкеров
предусмотрены цилиндрические головки с отверстиями
88
Ул 200x10
Уп 110x5
Рис. 2.20. Конструкция
предварительно - напря-
женного анкера «Гидро-
спецпроект» (ГСП) не-
сущей способностью
2 МН:
1 — корпус анкерной голов-
ки; 2— стопорная гайка; 3 —
опорная металлическая пли-
та; 4 — подвижная анкерная
головка; 5 — железобетон-
ная опорная плита; 6 —
опорная часть для установки
фланца полимерной оболоч-
ки; 7 — фланец защитной
полимерной оболочки; 8 —
защитная полимерная обо-
лочка (рукав); 9— высоко-
прочная проволока; 10 —
пробка в защитной полимер-
ной оболочке; 11 — резино-
вая часть пробки; 12 — бу-
гель пробки; 13 — неподвиж-
ная анкерная головка; 14 —
крышка анкерной головки;
15 — болт, скрепляющий
крышку с анкерной голов-
кой; 16 — спиральная арма-
тура; 17 — скважина
диаметром 5,3 .. . 5,5 мм, расположенными по концен-
трическим окружностям.
Для оценки прочности проволоки диаметром 5 мм,
которая применяется в анкерах, ЦНИИС Минтранс-
строя проведено большое количество статических испы-
таний [17]. По данным испытаний, во всех случаях раз-
рушение проволок происходило с ярко выраженной шей-
кой текучести. Это свидетельствует об отсутствии струк-
турных изменений в зоне зажима проволок. Образцы
разрушались на расстоянии от утолщений до 10 мм —
на 26%, от 10 до 50 мм — на 19% и от 50 до 80 мм —
на 16%. В остальных случаях (39%) разрыв происходил
посередине проволоки. Разорванные проволоки не пока-
зали снижения разрывного усилия вблизи утолщений.
Были отмечены лишь одиночные случаи разрыва прово-
лок внутри анкерной головки. На основании проведен-
ных испытаний сделан вывод, что анкеровка с примене-
нием проволок с утолщениями на концах, образованны-
ми холодным прессованием, может быть использована
для сооружений, работа которых рассчитывается на вы-
носливость.
Одновременно ЦНИИС были проведены испытания
прочности анкерных головок. Испытания показали, что
при разрыве пучков проволок анкерные головки остава-
лись неповрежденными и использовались для повторного
испытания. Анкеры, выполненные из пучков проволок с
утолщениями на концах, могут быть практически неог-
раниченной длины. Известны случаи, когда применялись
анкеры этой системы длиной 324 м.
Прочность анкеров главным образом зависит от фор-
мы и способа образования утолщений, а также от каче-
ства резки и торцовки концов проволок.
Для более равномерного распределения напряжения
на бетонную кладку сооружения, вызываемого анкер-
ным усилием, институтом «Гидроспецпроект» сконструи-
рованы железобетонные оголовки. Железобетонные ого-
ловки позволяют не только равномерно распределять
анкерное усилие на большую площадь бетонной кладки,
но и осуществлять натяжение анкерного блока несущей
способностью 8 МН (рис. 2.21) одновременно четырьмя
гидравлическими домкратами мощностью по 2400 кН.
На оголовок анкерное усилие передается через метал-
лическую опорную плиту диаметром 300 мм. Для про-
90
А-Д
Рис. 2.21. Конструкция анкерного блока несущей
способностью 8 МН:
1 — железобетонный оголовок; 2 — анкерная головка; 3 —
стопорная гайка; 4 — опорная плита; 5 — защитный кол-
пак; 6 — опорное кольцо для установки анкерной голов-
ки; 7 — анкерный канал; 8 — высокопрочная проволока;
9 — канал для пропуска инъекционной трубы; 10 — бе^
тонная кладка плотины; 11 — металлическая труба ан-«
керного канала; 12 — скважина
Рис. 2.22. Сборная неподвижная анкер-
ная головка с направляющим устрой-
ством:
1 — анкерная головка; 2 — шайба; 3 — нап-
равляющее устройство; 4 —труба для цемен-
тации скважин; 3 — скважина
кладки анкерных концов в оголовке устраиваются ка-
налы из труб, заделываемых наглухо в бетон.
Нижние концы анкеров соединяются в единую кон-
струкцию с помощью металлической платформы или
сборной анкерной головки (рис. 2.22). К платформе и
.анкерной головке привариваются направляющие устрой-
ства из круглой арматурной стали класса A-I. Направ-
ляющее устройство позволяет установить анкеры по
центру скважины.
Известно, что продолжительность срока службы, ан-
керов во многом зависит от качества применяемой за-
щиты их от коррозии. С учетом этого противокоррозион-
ная защита предусмотрена из материалов, обладающих
высокой химической стойкостью и непроницаемостью
для воды и газов. Защитное покрытие для свободной ча-
сти анкера было выполнено из оболочек (рукавов) пла-
стических полимерных материалов диаметром 140 мм,
заполняемых смазкой типа ПВК. Защита этого типа поз-
воляет создать надежный барьер, не допускающий про-
никновения агрессивных агентов к поверхности прово-
лок, и обеспечить свободное перемещение анкера внутри
оболочки. Пространство между стенками скважины и за-
щитными оболочками после натяжения анкеров обычно
заполняется тощим цементным раствором или глиной.
Разный принцип работы заделываемой и свободной
частей анкера требует различного конструктивного ре-
шения защитного покрытия. Если при защите свободной
части анкера должна быть обеспечена возможность сво-
бодного его перемещения внутри оболочки, то защита
заделываемой части анкера должна обладать хорошей
адгезией с металлом и цементным раствором. Такое за-
щитное покрытие на основе эпоксидной смолы и каучу-
ка (ЭКН) было разработано в 1972 г. лабораторией гид-
роизоляции ВНИИГ им. Б. Е. Веденеева. ЭКН обладает
высокой прочностью сцепления с металлом и цементным
раствором. Сцепление с металлом после нанесения ЭКН
через месяц составило 2, а через год — 7 МПа, сцепле-
ние с цементным раствором соответственно — 2 и
2,5 МПа.
Хотя принятый вариант противокоррозионной защиты
анкеров системы ГСП и является относительно дорогим
и довольно сложным в исполнении, однако его надеж-
ность гарантирует долговременную работу сооружения.
93
2.10. Трубчатая система предварительно-
напряженных анкеров («Дуплекс-анкер»)
В настоящее время за рубежом для анкерования со-
оружений, возводимых в мягких грунтах, особое внима-
ние строителей и проектировщиков привлекает труб-
чатая система предварительно-напряженных анкеров.
Применение анкеров данной системы дало положитель-
ные результаты на строительстве ряда объектов.
Анкеры этой системы состоят из трубы и вставлен-
ного в нее напрягаемого элемента, состоящего из ар-
Рис. 2.23. Трубчатый анкер («Дуплекс-ан-
кер») :
1 — пластмассовая гофрированная противокорро-
зионная трубка; 2 — элемент, работающий на рас-
тяжение; 3 — эпюра распределения напряжений
сцепления; 4 — элемент, работающий на сжатие;
5 — узел соединения элементов растяжения и
сжатия; 6 — линия скольжения активного давле-
ния
матурных стержней, прядей или пучков проволок
(рис. 2.23). Трубы закрепляются в грунте либо только
на расчетную длину выдергивания или на всю глубину
скважины. Погружение анкерных труб в грунт осущест-
вляется путем забивки или установки в пробуренные
скважины. При напряжении анкера труба работает на
сжатие, а напрягаемый элемент — на растяжение. Тру-
ба с помощью цементного раствора закрепляется в грун-
те, образуя с ним динамическую связь на заданной дли-
не. Элемент, работающий на растяжение, с трубой соеди-
няется с помощью сварки, винтового захватного устрой-
ства или цементного раствора, Растягивающий элемент
94
обычно присоединяется к нижней части трубы, поэтому
по всей длине он свободен и может беспрепятственно в
ней перемещаться. Трубчатая конструкция анкера поз-
воляет обеспечить надежную противокоррозионную за-
щиту. В кольцевой зазор между растягивающим элемен-
том анкера и трубой нагнетается эластичное защитное
средство.
В настоящее время трубчатые анкеры успешно при-
меняются для анкерования ограждающих стенок котло-
Рис. 2.24. Эпюра изменения напряжения сцепления
между элементами анкера и цементным раствором:
I — расчетный случай нагрузки (сжимаемый элемент); II —рас-
четный случай нагрузки (растягиваемый. элемент); / — напря-
жение, 1МПа; 2 — нагрузка, кН
ванов, возведения подпорных стенок и всевозможных
напорных сооружений главным образом в тех случаях,
когда сооружение испытывает однозначные и постоян-
ные нагрузки. Большая свободная длина растягивающе-
го элемента анкера по отношению к полной его длине
позволяет лучше проявить пружинистые свойства ан-
кера, которые до некоторой степени амортизируют воз-
действие динамических и переменных нагрузок. Опре-
деление анкерного усилия и параметров анкера не пред-
ставляет особых трудностей.
Изменения напряжений сцепления между элемента-
ми анкера и цеметным раствором показаны на рис. 2.24.
На этой диаграмме особенно отчетливо видны отличи-
тельные особенности одноэлементного и двухэлементно-
95
го анкеров. Испытание проводилось для трех ступеней
нагрузки. Расчетное растягивающее усилие (случай на-
грузки I) прикладывалось к переднему концу элемента
и измерялось по принципу работы «Моно-анкера». Для
«Дуплекс-анкера» растягивающее усилие (случай на-
грузки II) прикладывалось к конечной части анкера. За-
меры деформаций проводились для трех аналогичных
ступеней нагрузки Az, Bz и Cz.
Для расчетного случая нагрузки I (сжимаемый эле-
мент сцепления) с кривыми Ло, Во и Со имеет место од-
нозначная выпуклая кривизна. Поперечная деформация
элемента вызывает заклинивание в инъекционной обо-
лочке. Удлинение постепенно уменьшается. Для расчет-
ного случая II (растягивающий элемент сцепления) кри-
вые распределения напряжения Az, Bz и Cz дают четко
выраженный пик напряжений около точки приложения
силы с крутым спадом в сторону конца элемента сцеп-
ления.
Для проведения летних Олимпийских игр в 1972 г. в
Мюнхене был построен спортивный комплекс сооруже-
ний. На строительстве стадиона успешно использовались
анкеры сдвоенной конструкции. Для покрытия задан-
ной части стадиона, спортивного зала и плавательного
бассейна была возведена общая крыша площадью
74 800 м2. Ее кровля выполнена из акрилового стекла.
Каркас крыши состоит из сетки стальных канатов (тро-
сов) с ячейками 75x75 см, подвешенных на пилонах и
опорах высотой 51 ... 80 м. Пилоны крепятся’ к фун-
даментам вантовыми растяжками из мощных стальных
канатов.
Для передачи усилий от растяжек на грунт примене-
ны предварительно-напряженные анкеры системы
«Stump Duplex» (рис. 2.25), обладающие надежной про-
тивокоррозионной защитой и рациональным способом
приложения сил. Расположение анкеров под углом не
потребовало возведения мощных фундаментов, так как
передача тяговых усилий происходила в том же направ-
лении, в котором они возникали. Небольшой размер
фундаментных блоков придает сооружению хорошую ар-
хитектурную форму [29].
Анкеры этой системы выполнены из стержней высо-
копрочной стали несущей способностью 365 кН. Они со-
стоят из трубы и вставленного в нее стержня диаметром
32 мм длиной 13 ... 22 м. Стержень с трубой соединя-
96
ется с помощью винтовой нарезки, расположенной в
нижней части трубы. Такое соединение позволяет весьма
эффективно передавать на грунт анкерное усилие. Труб-
ная часть анкера предназначена для осуществления свя-
зи с грунтом через цементную заделку и одновременно
Рис. 2.25. Анкер системы «Stump Duplex»:
1 — вантовый трос для натяжения каркаса; 2 — насыпной грунт;
3 — облицовка анкерного блока; 4 — закрепление анкерных стержней;
5 — естественная поверхность; 6 — анкерные головки; 7 — опорная
плита; 8—камера; 9— суглинок; 10— тампоны; И — заделка анке-
ров; 12 — анкеры; L — общая длина анкера
для обеспечения противокоррозионной защиты стержня.
Длина трубной части соответствует длине цементацион-
ной заделки и равна 3,5 .. . 4,5 м. Эта часть анкера
работает на сжатие. Стержень анкера в связи с присое-
динением к трубе в нижней части может свободно рабо-
тать на растяжение по всей длине. Для защиты стержня
от коррозии полость трубы заполнена специальным про-
тивокоррозионным составом, а свободная часть его по-
крыта пластмассовым материалом в три слоя. Наиболее
опасным местом для развития коррозии является вин-
товое соединение, поэтому оно защищено колпаком, под
который нагнетается вазелин или какое-либо другое про-
тивокоррозионное средство.
97
Стадной строился в сложных геологических услови-
ях, на насыпном, суглинистом и гравилистом грунтах.
Закрепление трубного элемента анкера в грунте осуще-
ствлялось с помощью инъекции цементного раствора.
Для обеспечения давления при нагнетании цементного
раствора применялись гидравлические тампоны, кото-
рые насосом под давлением заполнялись водой.
Учитывая, что эксплуатация стадиона связана с при-
сутствием большого количества людей, коэффициент за-
паса прочности предварительно-напряженных анкеров
был принят в 1,5 раза выше расчетного. Первоначальное
усилие натяжения анкеров доводилось до 365 кН, затем
снижалось до нуля, после небольшой выдержки усилие
вновь поднималось до первоначальной величины, и в
этом положении анкеры закреплялись окончательно.
Каждый фундамент закреплялся 8 ... 26 анкера-
ми, что позволило обеспечить натяжение вантовых рас-
тяжек усилием 2900 . . . 9490 кН. Всего было установ-
лено 474 анкера общей длиной 8000 м с суммарным уси-
лием 157 МН.
В процессе строительства при напряжении анкеров
осуществлялся систематический контроль. Результаты
натурных наблюдений подтвердили надежность выбран-
ной конструкции анкерного крепления.
2.11. Предварительно-напряженные анкеры
системы ТМ
Предварительно-напряженные анкеры системы ТМ
разработаны фирмой «Секюрита» (Франция) для креп-
ления различных сооружений стенок глубоких котлова-
нов, возводимых в малосвязных и очень тонкой струк-
туры связных грунтах (гравий, песок с небольшим со-
держанием глины, разрушенная скала, ил и глина). Это
открыло новую страницу в истории анкерного крепле-
ния.
Конструкция анкеров системы ТМ (рис. 2.26) состоит
из трубы и размещенного в ней напрягаемого элемента
(тяжа). Напрягаемый элемент анкера выполняется из
стержней арматурной стали или пучков высокопрочной
проволоки с использованием анкерных головок извест-
ных конструкций. Анкерная труба с помощью обтюра-
тора делится на зону заделки и зону свободной части
анкера. Разделение трубы на две зоны позволяет осу-
98
ществить инъекцию цементного раствора в заделывае-
мой части под высоким давлением, с тем чтобы ком-
пенсировать разгрузку грунта, созданную скважиной, и
обеспечить надежное закрепление анкера в грунте.
Рис. 2.26. Схема конструкции анкера системы ТМ:
/-вторичная защита; 2 —труба; инъекционный клапан;
4 — металлическая труба; 5 — центратор; 6 — клапан; 7 — плас-
тиковая труба; 8 — распорка; 9 — зона заделки анкера; 10 —
скважина; // — эластичные мембраны; 12 — металлическая
труба; 13 — упоры; 14 — инъекционные отверстия; 15 — противо-
пробивная пластинка
Зона заделываемой части трубы анкера предназначе-
на для передачи анкерного усилия на грунт, а свобод-
ная— для обеспечения возможности беспрепятственного
перемещения внутри трубы растягиваемого элемента.
Конструкция заделываемой части выполняется из сталь-
ных или гофрированных пластиковых труб, а свободная
часть — обычно из гладких полиэтиленовых труб. При-
менение труб позволяет исключить возможность прямо-
го контакта арматуры анкера с грунтом, а их высокие
свойства непроницаемости для воды и газа являются
хорошим средством противокоррозионной защиты,
включая и зону заделки.
Независимое скрепление арматуры растягиваемого
элемента анкера с трубой и трубы с грунтом дает воз-
можность разделить выполнение операции анкерного
крепления, что очень важно в том случае, когда внеш-
няя агрессивная среда требует применения вида цемен-
та, недопустимого для закрепления арматуры анкера.
Трубчатая конструкция анкера устроена таким обра-
зом, чтобы можно было легко выполнять закрепление
99
анкера в грунте в две фазы. В первой фазе в целях изо-
ляции заделываемой части трубы от свободной выполня-
ется цементация кольцевого пространства свободной зо-
ны анкера с помощью простого заполнения цементным
раствором. Во второй фазе под давлением инъецируются
зона заделки и концевая часть арматуры растягиваемо-
го элемента анкера. Операции по закреплению трубы в
грунте, разделенные на хорошо контролируемые фазы,
позволяют подобрать состав цементного раствора для
соответствующих характеристик и свойств грунтов.
Для улучшения качества инъекции цементного раст-
вора при закреплении предварительно-напряженных ан-
керов системы ТМ применяются специальные технологи-
ческие устройства, например многопозиционные клапа-
ны и центраторы, размещаемые в зоне заделки, а также
водонепроницаемые пробки (обтюраторы) с инжектор-
ными сепараторами, разделяющие свободную и заделы-
ваемую части анкера.
Применение клапанов в зоне заделки анкеров позво-
ляет обеспечить однородное и равномерное распределе-
ние цементного раствора, инъецируемого под большим
давлением, а применение инжекторных сепараторов —
обезводить цементный раствор, нагнетаемый внутрь тру-
бы для закрепления в ней конца анкерного тяжа.
Установку анкеров в скважины можно осуществлять
любым известным способом. Однако установка их без
защитных устройств неизбежно сопровождается риском
загрязнения арматуры растягиваемого элемента грунтом
и промывочной жидкостью скважины. Поэтому установ-
ка анкеров системы ТМ в скважины без обеспечения
соответствующей защиты от загрязнения арматуры и об-
рушения стенок скважин не допускается.
Принципиальная технологическая схема устройства
анкерного крепления с помощью предварительно-напря-
женных анкеров системы ТМ показана на рис. 2.27 и
сводится к следующим операциям:
— бурение скважин с применением обсадных труб
на полную длину анкера;
— установка анкера в скважину;
— извлечение обсадной трубы в случае использования
ее как средства временного крепления скважины;
— цементация кольцевого пространства между грун-
том и трубой свободной части анкера под защитой обтю-
100
Рис. 2.27. Принципиальная технологическая схема анкерного крепления предвари-
тельно-напряженными анкерами системы ТМ:
/ бурение скважин с применением обсадных труб; 2—установка анкера в скважину; 3 — извле-
трубы’ 4~ заполнение цементным раствором кольцевого пространства свободной
зоны анкера под защитой обтюратора; 5 — инъецирование зоны заделки; 6 — заполнение плас-
тиковой трубы
ратора, препятст-
вующего проникно-
вению раствора в зо-
ну заделки;
— инъекция зо-
ны заделки и в от-
дельных случаях за-
крепление конца ар-
матуры растягивае-
мого элемента ан-
кера;
— заполнение
пространства трубы
с находящейся в ней
свободной частью
напрягаемого эле-
мента анкера пла-
стическими материа-
лами таким образом,
чтобы при необходи-
мости можно было
производить допол-
нительное натяжение
анкера.
Рассмотренные
основные положения
конструкции анкеров
и принципиальная
технологическая схе-
ма анкерного креп-
ления являются ти-
пичными для систе-
мы ТМ. Вместе с тем
в этой системе выде-
ляются три модифи-
кации анкеров (TML,
TMS и ТМР) с неко-
торыми характерны-
ми особенностями их
устройства и техно-
логии выполнения
крепления.
Анкеры TML
(рис. 2.28) аналогич-
102
Рис. 2.29. Предварительно-напряженный анкер типа TMS:
1 — приспособление, разделяющее заполнение свободной и заделываемой частей трубы; 2 — об-
тюратор; 3 — растягиваемый элемент анкера; 4 — инъекционная пластиковая трубка; 5 — инъек-
ционный клапан; 6 — пластиковая гофрированная труба; 7 — пластиковая труба; 8 — опорная и
соединительная труба; I — I — разрез по инъекционному клапану
ны анкерам ТМ. Для заделываемой части этого типа
анкера применяются стальные трубы с отверстиями и
клапанами для инъецирования затрубного пространст-
ва, а для свободной части анкера используются
гладкие полужесткие пластиковые трубы. Размер про-
света в пространстве между стенками скважины и тру-
бой по сравнению с анкером ТМ принимается несколько
увеличенным. Для разделения свободной и заделывае-
мой зон при инъецировании применяются надувные об-
тюраторы, состоящие из двух манжет.
Анкеры TMS (рис. 2.29) отличаются от TML только
тем, что вместо стальной трубы для заделываемой части
применяется пластиковая труба с кольцевыми ребрами.
Закрепление в грунте этой трубы и помещенного в ней
растягиваемого элемента анкера производится одновре-
менно инъецированием цементного раствора с помощью
пластиковой трубки, размещенной в трубе.
Модификация анкера ТМР отличается от предыду-
щего типа анкеров только тем, что арматура напрягае-
мого элемента помещается в защитную трубу на стадии
его изготовления. Трубка для инъекции зоны заделки,
размещенная внутри трубы вдоль образующей, соеди-
няется с инъекционными клапанами. В случае неблаго-
приятных грунтовых условий анкер ТМР допускает ис-
пользование различных материалов для закрепления
трубы и растягиваемого элемента.
Таблица 2.5
Критерии выбора области применения анкеров системы ТМ
Тип анкера Номиналь- ное усилие анкера, кН Малоовязные грунты (гравий, песок о малым содержанием глины), разрушенная скала Связные грунты сме- шанного со- става (ил, глина) очень тонкой струк- туры
Временные анкеры 0 1200 >1200 0 800 1200 >1200 TMS TML
Постоянные анкеры TML TMS или ТМР, очень агрессивная среда TMS и TML или ТМР, очень агрессив- ная среда TML TML
104
Устройство анкерного крепления производится в той
же последовательности, что и в предыдущих модифи-
кациях.
Критерии выбора области применения модификаций
анкерной системы ТМ приводятся в табл. 2.5.
При определении несущей способности анкеров си-
стемы ТМ расчетное сопротивление растяжению прини-
мается не более 0,6 /?а для постоянных и 0,75 /?а для
временных конструкций анкеров.
В .зарубежной црактике применение анкеров систе-
мы ТМ стало обычным явлением при анкеровании со-
оружений, возводимых на грунтах с низкими механиче-
скими характеристиками. Решающее значение здесь,
видимо, имели конструкция, обеспечивающая надежное
крепление анкера с грунтом, и оригинальное решение
проблемы противокоррозионной защиты. Передача ан-
керного усилия на грунт с помощью трубы оказалась
весьма эффективным решением, и это подтверждается
практикой анкерного крепления сооружений предвари-
тельно-напряженными анкерами трубчатых конструкций
других систем. При защите анкера ТМ от коррозии, на-
пример, в зоне заделки создается тройной барьер: це-
ментный раствор в трубе, сама труба, раствор между
стенками скважины и трубой. Свободная часть анкера
защищена пластиковой трубой, заполняемой пластиче-
ским материалом. Все это, вместе взятое, обеспечивает
надежную противокоррозионную защиту и долговремен-
ную работу конструкции анкерного крепления.
ВЫВОДЫ
1. Предварительно-напряженные анкеры во многих
странах получили широкое применение в строительстве.
Надежная и долговременная их работа, простота конст-
рукции и несложный процесс анкерования сделали ан-
керы одним из эффективных средств повышения устой-
чивости сооружений и скальных массивов. Все системы
конструкций анкеров надежны и эффективны в работе
и могут успешно использоваться для анкерования со-
оружений в различных грунтах. Однако при выборе ан-
керного крепления предпочтение должно быть отдано
тем конструкциям анкеров, которые выполняются из ста-
ли с более высокими упругодеформативнымн свойства-
105
ми, обладают хорошей гибкостью и не требуют соеди-
нений по длине. На строительную площадку анкеры дол-
жны поставляться в законченном виде, пригодными для
непосредственного применения в дело без доводки. Наи-
более полно этим требованиям отвечают конструкции
предварительно-напряженных анкеров, выполненные из
пучков высокопрочной проволоки и проволочных пря-
дей.
2. Применение анкерных конструкций из высокопроч-
ной проволоки и проволочных прядей является наиболее
прогрессивным решением и заслуживает широкого внед-
рения в строительство. Дальнейшее совершенствование
анкерных систем должно быть тесно связано с развити-
ем технического прогресса, что позволит глубже рас-
крыть большие возможности анкерного крепления соору-
жений и скальных массивов.
ГЛАВА 3
ПРОТИВОКОРРОЗИОННАЯ ЗАЩИТА
ПРЕДВАРИТЕЛЬНО-НАПРЯЖЕННЫХ
АНКЕРОВ
3.1. Защитное покрытие
Коррозия — разрушение металлов вследствие хи-
мического или электрохимического взаимодействия их с
коррозионной средой. В зависимости от характера раз-
рушения металла различают два типа коррозии: хими-
ческого и электрохимического воздействия (ГОСТ
5272—68). Кроме того, по характеру воздействия на ме-
талл различают около сорока видов коррозии. Наиболее
распространенными из них являются: атмосферная, под-
земная, блуждающим током, поверхностная, сплошная,
точечная и др. Работа анкеров в условиях высоких на-
пряжений и переменных нагрузок также оказывает боль-
шое влияние на процесс коррозии. Под воздействием
высоких напряжений в металле анкеров возникает кор-
розионное растрескивание, а под воздействием перемен-
ных нагрузок — коррозионная усталость. Предваритель-
но-напряженные анкеры работают в самых различных
условиях, поэтому они могут подвергаться всем видам
коррозии.
На современном этапе в Советском Союзе накоплен
богатый опыт борьбы с коррозией металла. Умелое ис-
пользование защиты анкеров позволит добиться боль-
шого эффекта анкерования и обеспечить долговечность
работы сооружений. Освоение приемов борьбы с корро-
зией металла далеко еще не закончено, особенно для ан-
керных конструкций, и потребуется большая исследова-
тельская работа по поиску надежных и эффективных
средств противокоррозионной защиты.
В настоящее время имеются следующие способы
противокоррозионной защиты металла:
— воздействие на коррозионную среду;
107
— воздействие на металл;
— катодная защита;
— изоляция металла от среды.
В качестве средств воздействия на среду использу-
ются разного рода ингибиторы (замедлители), гидро-
фобизация, нейтрализация и частичная замена грунта
на менее агрессивный или на специальную засыпку
[19].
Защита методом воздействия на металл осуществля-
ется на стадии его изготовления путем легирования, тер-
мической и механической обработки, а также созданием
сплавов, образующих на поверхности слой с высокими
защитными свойствами. Такой металл может быть из-
готовлен только по специальному заказу.
Катодная защита является одним из эффективных
средств борьбы с коррозией металла. Она осуществляет-
ся по двум направлениям:
— применение внешних источников постоянного то-
ка, подаваемого от специальных установок, позволяю-
щих осуществлять катодную поляризацию металла;
— применение протекторов, изготовляемых из спла-
вов, являющихся анодом по отношению к стали.
Изоляция металла с помощью защитных покрытий
является наиболее универсальной и распространенной.
Основное назначение ее заключается в создании барь-
ерного слоя, не допускающего проникновения агрессив-
ных агентов к поверхности металла и затрудняющего
образование продуктов коррозии на контакте «покры-
тие— металл». Следовательно, материал покрытия дол-
жен отличаться высокой химической стойкостью, непро-
ницаемостью для воды и газов, механической прочно-
стью и хорошей адгезией к металлу. К сожалению,
материала, который бы содержал в себе эти качества
и был экономически эффективен, пока не существует.
Материал покрытия с хорошими показателями по всем
параметрам можно получить путем сочетания различ-
ных средств противокоррозионной защиты.
Учитывая конструктивные особенности и специфиче-
ские условия работы предварительно-напряженных ан-
керов, защиту их от коррозии целесообразно решать сле-
дующим образом:
— нанести противокоррозионное покрытие на по-
верхность металла с футеровочной защитой;
— разместить анкеры, предварительно покрытые
108
Смазкой или мастикой, в защитных оболочках из поли-
мерных материалов, непроницаемых для воды и газа;
— заполнить скважины противокоррозионным мате-
риалом;
— нанести противокоррозионное покрытие с высо-
кими адгезийными свойствами к металлу и цементному
раствору на заделываемую в скважине часть анкера.
Высокие требования предъявляются и к механиче-
ской прочности защитных покрытий. Высокая прочность
покрытия уменьшает вероятность повреждения изоляции
при транспортировании и установке анкеров в скважи-
нах.
Качество покрытия во многом зависит от состояния
подготовки поверхности защищаемого металла. Наличие
на поверхности металла окалины, ржавчины, жирных
пятен и разного рода загрязнений значительно ухудшает
адгезию покрытия и способствует развитию коррозион-
ного процесса под покрытием. Для предотвращения воз-
можности образования новой фазы коррозии покрытие
должно наноситься на чистую поверхность металла. Для
удаления с поверхности металла окалины, ржавчины,
разного рода загрязнений и для обезжиривания сущест-
вует много способов механической и химической очист-
ки, которые широко освещены в литературе.
3.2. Металлическое защитное покрытие
Для защиты металла от коррозии применяются по-
крытия из различных металлов, которые для коррозион-
ных агентов (воды, газов) являются практически непро-
ницаемыми. В качестве напрягаемого элемента предва-
рительно-напряженных анкеров применяется обычно вы-
сокопрочная стальная и реже оцинкованная проволока.
Высокая прочность и хорошая адгезия цинка с цемент-
ным раствором и сталью, а также возможность нанесе-
ния покрытия в заводских условиях в процессе волоче-
ния проволоки делают его весьма перспективным. Но
цинковое покрытие (как и многие металлические покры-
тия) имеет дефекты в виде вмятин, царапин и пор, кото-
рые создают очаги коррозии. При наличии этих дефектов
в покрытии характер коррозии основного металла опре-
деляется электрохимическими характеристиками обоих
металлов. Известно, что цинковое покрытие по отноше-
нию к стали является анодным. При нарушении в слое
109
Цййка ой начинает оказывать протекторное действие.
По этой причине применение цинкового защитного по-
крытия для анкерных конструкций является крайне же-
лательным.
В СССР и за рубежом, проводится большая научно-
исследовательская работа по изучению эффективности
применения оцинкованной проволоки для предваритель-
но-напряженных анкеров. В образцах с оцинкованной
проволокой зафиксирована высокая сопротивляемость
ее коррозии. Установлено, что адгезия между цемент-
ным раствором и оцинкованной проволокой такая же,
как и для проволоки без цинкового покрытия. Однако в
грунтах с кислой реакцией цинк квалифицируется как
недостаточно устойчивый материал. В нейтральных и
слабощелочных грунтах цинк ведет себя примерно так
же, как и незащищенная сталь. В связи с этим цинко-
вание проволоки должно выполняться более мощным
слоем. Цинковое покрытие может весьма успешно ис-
пользоваться и для консервации проволоки.
В 1967 г. на строительстве плотины на р. Дервент
(Австралия) были применены предварительно-напря-
женные анкеры, выполненные из оцинкованной проволо-
ки диаметром 7 мм, длиной 16,5 . . . 55,5 м, несущей
способностью 2500 кН. После натяжения анкеров сква-
жины были полностью заполнены цементным раствором.
Других средств противокоррозионной защиты не при-
менялось.
ЦНИИС Минтрансстроя проводил работы по ис-
следованию оцинкованной проволоки для использования
ее в арматурных элементах мостовых пролетных строе-
ний и получил положительные результаты.
Защитные металлические покрытия применяются
иногда в комбинации с неметаллическими материалами
обычно органического происхождения. Для этой цели
чаще всего употребляется цинковый порошок, который
вводится в органическую основу в количестве 85%.
В результате коррозии цинка на поверхности покрытия
образуются малорастворимые продукты цинковой корро-
зии, которые создают практически непроницаемую
корку.
При проектировании цинкового покрытия для про-
тивокоррозионной защиты предварительно-напряженных
анкеров оно должно быть исследовано с учетом реаль-
ной коррозионной активности среды, в которой будут
ПО
работать анкерные конструкции. Кроме того, необходи-
мо иметь в виду, что при нанесении цинкового покрытия
высокопрочная проволока теряет прочность примерно до
15%.
3.3. Консервация поверхности металла анкеров
Консервация — защита металла от коррозии в
процессе производства, транспортирования и хранения.
Для предохранения высокопрочной проволоки и арма-
турной стержневой стали от атмосферной коррозии по-
верхность их защищается консервационным покрытием
(ГОСТ 13168—69). Ассортимент масел и смазок для
консервации поверхности металла анкеров и предельные
сроки их защиты в зависимости от условий хранения и
транспортирования устанавливаются проектом. Для кон-
сервации поверхности металла применяются рабочие
масла с присадками АКОР-1 (ГОСТ 15171—70); жид-
кие ингибированные смазки К-17 (ГОСТ 10877—76),
НГ-203 (ГОСТ 12328—66); загущенные и водные раст-
воры нитрита натрия (ГОСТ 6194—69); пластические
ПВК (ГОСТ 10568—63) и др. Кроме того, применяются
ингибированные полимерные покрытия (ИПП), которые
в зависимости от методов расконсервации подразделя-
ются на три группы: снимающиеся (ЛСП, ХС-596), смы-
вающиеся (маслин, НГ-16) и неснимающиеся
(ГФ-543РК и ГФ-570РК).
Расконсервация — удаление временной защиты
с поверхности законсервированного металла. Консерва-
ционное покрытие, состоящее из рабочих масел с при-
садками и жидких ингибированных смазок, удаляется
протиранием ветошью, смоченной в маловязком масле,
уайт-спирите, бензине или горячей водой с моющими
растворами с последующим протиранием насухо. Сни-
мающиеся ингибированные полимерные покрытия легко
удаляются после его надрезания. Уайт-спиритом, бензи-
ном или горячим водным раствором (температура
60 . . . 70° С), содержащим 2,5 г кальцинированной со-
ды, 1 г бихромата калия и 2 г ОП-7 на 1 л воды, уда-
ляется смывающееся ингибированное полимерное покры-
тие.
Если консервационное покрытие не будет оказывать
отрицательного действия па качество наносимого посто-
янного покрытия, оно может быть оставлено в качестве
111
грунтовочного слоя. Это обстоятельство должно учиты-
ваться при выборе консервационного покрытия.
Опыт работ по противокоррозионной защите металла
показывает, что консервационное покрытие экономиче-
ски себя вполне оправдывает.
3.4. Цементное защитное покрытие
Существует убеждение, что цементный раствор хо-
рошо защищает стальную арматуру от коррозии, хотя
многие специалисты его отвергают. Свободная вода в
цементном растворе содержит некоторое количество
растворенного кислорода, что способствует образованию
нерастворимой тонкой пленки гидроокиси железа на по-
верхности стали. Пленка, если она находится в непо-
врежденном состоянии, прочно сцепляется с поверхностью
стали и таким образом надежно защищает сталь от
коррозии. Щелочная среда внутри цементного раствора
также способствует сохранности и защите пленки. Сталь
будет надежно защищена, пока цементный раствор со-
храняет свою плотность и непроницаемость. Однако на
практике это требование трудновыполнимо. -При нагне-
тании цементного раствора в скважину могут быть пу-
стоты, заполненные водой, небольшая толщина защит-
ного слоя раствора, усадочные трещины; все это способ-
ствует развитию коррозии металла анкера.
Для исследования коррозионной устойчивости пред-
варительно-напряженных анкеров американские инжене-
ры во время реконструкции плотины на р. Блэк (США)
произвели испытание не защищенных от коррозии анке-
ров в натурных условиях [17]. Химический анализ воды
в водохранилище показал низкое содержание солей и
водородный показатель рН>7. На основе этого был
сделан вывод, что действие коррозии в этих условиях
не вызывает больших опасений. Однако в процессе ис-
следований было решено отложить цементацию сква-
жин на один год.
За четырьмя скважинами, из которых вытекала вода,
было установлено наблюдение. В течение четырех меся-
цев из фильтрующейся воды образовался осадок красно-
ватого цвета. Анализ проб воды и осадка показал,
что вода содержит до 17% взвешенных частиц, из кото-
рых почти половину составляла окись железа, а оса-
док— 78% железа. Было установлено также, что окись
112
железа образуется на анкерных устройствах. Для про-
верки этого предположения два анкера были разгруже-
ны и из каждого были удалены по нескольку проволок и
инъекционные трубки. Один анкер был помещен в ус-
ловия с проточной, а другой — со стоячей водой. В та-
ком состоянии они находились в течение 12 месяцев.
Проволока, находящаяся в скважине с проточной водой,
потеряла в массе на единицу длины больше, чем про-
волока в стоячей воде. На основании проведенных испы-
таний был сделан вывод, что качественная цементация
скважин может быть достаточной мерой для противо-
коррозионной защиты анкерных проволок. В целях по-
лучения гарантии по защите анкеров от коррозии было
решено в наиболее опасных местах увеличить диаметр
скважин от 150 до 305 мм, тем самым создать более
мощный защитный слой цементного раствора. Ранее за
рубежом при устройстве анкерных креплений в неагрес-
сивных грунтах при рН>7 обычно отказывались от про-
ведения дополнительных мероприятий по противокорро-
зионной защите, за исключением цементации скважин.
3.5. Битумные защитные покрытия
В качестве противокоррозионных защитных покры-
тий металлических конструкций в СССР широкое рас-
пространение получили битумы благодаря их низкой
стоимости, легкости получения и простой технологии
применения. К существенным недостаткам битумов сле-
дует отнести низкую температуру размягчения
(30 . . . 70° С) и недостаточную вязкость. Для устра-
нения этого недостатка в битумы вводятся различного
рода добавки. Из-за недостаточной вязкости и невысо-
кой температуры размягчения битум оказывается мало-
пригодным для нанесения покрытий. Поэтому в качестве
защитных покрытий применяются битумные мастики.
Составы битумных мастик приводятся в табл. 3.1, а тре-
бования, предъявляемые к ним, — в табл. 3.2.
Мастики представляют собой композиции битума с
минеральными наполнителями или резиновой крошкой.
Изменяя состав и режим объединения битума с разны-
ми наполнителями и полимерными добавками, можно
получить композиции с самыми разнообразными свой-
ствами.
113
Таблица 3.1
Составы битумных мастик
Наименование компонентов Содержание компонентов в мастике, % по массе
I II III IV V VI
3 л 1 2
Битумы БН-IV ГОСТ 6617—76 или БНИ-IV ГОСТ 9812—72 95 — 97 92 75 — 70
Битум БН-V ГОСТ 6617—76 или БНИ-V ГОСТ 9812—72 — 80 — — — —— 75 —
Битум переокисленный с температурой размягчения по К и III 100... .110° С — — 80 — •— — —
Минеральный наполнитель — известняк — — — — 2^ 25 25
Зеленое масло — пластификатор — — — — 5 — — 5
Атактический полипропилен 5 — •— — — — — —
Полидиен — 20 20 — — — — —.
Полиэтилен порошкообразный нестабилизированный — i — 3 3 — — —
Примечание. При изоляционных работах при температурах до —15° С следует применять зеленое
масло; при температурах до —25° С — полидиен или низкомолекулярный полиизобутилен марок П-8 и П-20
или 5% раствор полиизобутилена П-200 в зеленом масле.
Таблица 3.2
Требования, предъявляемые к битумным мастикам
Наименование показателей Нормы для марок
I п III IV V VI
3 л 1 2
Температура размягчения, нее (ГОСТ 11506—73) 0 С, не • • ме- • 80...90 70 80 90 80 75...93 95...98 67.. .73
Глубина проникновения 25° С в десятых долях, нее (ГОСТ 11501—73) иглы мм, не • • при ме- • 14...24 30 20 15 20 20...30 10...20 20.. .25-
Растяжимость при 25° С, нее (ГОСТ 11505—75) см, не • • ме- • 1,5...3,5 3,5 3 2 2,5 3...3.5 1,5...2 3.. .4
Вспенивание • Не допу- скается Не допу- скается Не допу- скается Не допу- скается Не допу- скается Не допу- скается
Содержание воды • Следы Сле 5ДЫ Отсут< :твует Следы Следы Следы
Примечание. Мастика марки I применяется при изоляционных работах независимо от сезонности;
~ мастика марок 11(3); III (2) и VI — при изоляционных работах в зимнее время, а мастики марок II (Л); III (1);
сд IV и V — при изоляционных работах в летнее время.
Ё настоящее время для объединения с битумами
применяются каучукоподобные полимеры. Эта группа
полимеров представляет собой раствор в битуме, кото-
рый обладает высокими пластическими свойствами.
В литературе известны случаи применения в качестве
защитных покрытий битумно-эпоксидных композиций.
Битумно-эпоксидные композиции обладают высокими ад-
гезионными показателями. С увеличением содержания
смолы ЭД-6 адгезия сильно возрастает. Так, например,
при содержании в битумно-эпоксидной композиции
5 . . . 10% ЭД-6 адгезия этой композиции с металлом
возрастает в 5 ... 10 раз, а при содержании ЭД-6 в
количестве 20 . . . 40% — в 7 . . . 11 раз. Дефицит-
ность и высокая стоимость эпоксидных смол пока огра-
ничивают эти композиции для широкого применения в
строительстве.
Большой практический интерес в качестве противо-
коррозионной защиты предварительно-напряженных ан-
керов представляет битумно-резиновая мастика. Это
многокомпонентная однородная масса, состоящая из
нефтяного битума (или смеси битумов), наполнителя и
пластификатора. В качестве органического вяжущего в
битумно-резиновой мастике применяются строительные
или нефтяные битумы (ГОСТ 6617—76 и ГОСТ
9812—74), а в качестве наполнителя — резиновая крош-
ка, получаемая из амортизированных автомобильных
покрышек. При изготовлении мастики в качестве пласти-
фикатора и антисептика применяется зеленое масло.
Иногда в битумно-резиновую мастику наряду с рези-
новой крошкой вводят и минеральный заполнитель. При
этом содержание резиновой крошки снижается. В зави-
симости от сезонности производства работ и климати-
ческих условий битумно-резиновая мастика выпускается
четырех марок (табл. 3.3).
При введении в расплавленный битум резиновой
крошки происходит их химическое взаимодействие. С
увеличением количества резиновой крошки повышают-
ся температура размягчения, вязкость мастики в горя-
чем состоянии и ее механическая прочность. Повышен-
ная вязкость мастики позволяет наносить ее на поверх-
ность более толстым слоем, что очень важно при защи-
те от коррозии свободной части анкера.
Битумно-резиновая мастика готовится на заводах и
в полевых условиях. Мастику заводского изготовления
116
Таблица 3.5
Составы битумно-резиновых мастик
Наименование компонентов Содержание компонентов в маотике, % по масое
МБР-65 МБР-75 МБР-90 МБР-100
1 2
Битум БН-IV ГОСТ 6617—76 или БНИ-IV ГОСТ 9812—74 88 88 93 45
Битум БН-V ГОСТ 6017—76 или БНИ-V ГОСТ 9812—74 . . — — — — 45 83
Резиновая крошка .... 5 7 7 10 12
Зеленое масло — пластификатор 7 5 — — 5
поставляют в бумажных мешках (МБР-90 и МБР-100)
и картонных барабанах (МБР-65 и МБР-75), а также
в деревянных или стальных бочках с неприлипающим
покрытием. Требования, предъявляемые к битумно-ре-
зиновым мастикам, приводятся в табл. 3.4.
Таблица 3.4
Требования, предъявляемые к битумно-резиновым мастикам
Наименование показателей
Норма для марок
ю ю о
со сг>
ей ей ей ей
со СО со
£ £ £ £
Температура размягчения, ° С, не менее
(ГОСТ 11506—73).......................
Глубина проникновения иглы при 25° С
в десятых долях мм, не менее
(ГОСТ 11501—73).......................
Растяжимость при 25° С, см, не менее
(ГОСТ 11505—75).....................
Содержание воды
Вспенивание
65 75 90 100
40 30 20 15
4 4 3 2
Отсутствует Следы Следы
1 1е допускается
Примечания: 1. Битумно-резиновые мастики марок МБР-65
и МБР-75 (ГОСТ 15836—70) предназначены для производства изо-
ляционных работ в зимнее время.
2. Битумно-резиновые мастики марок МБР-90 и МБР-100
(ГОСТ 15836—70) предназначены для производства изоляционных
работ в летнее время или в южных районах страны.
117
Битумные мастики являются самым распространен-1
ным и удобным средством защиты анкеров от коррозии.
Для защитного покрытия анкеров выбирается один из
видов битумных мастик, чаще всего битумно-резиновая
мастика, и наносится толстым слоем на металл свобод-
ной части анкеров. В целях предохранения защитного
покрытия от механических повреждений его обертывают
стеклотканью или заключают в оболочку из синтетиче-
ских материалов. Пространство между оболочкой анке-
ров и стенками скважины обычно заполняется цемент-
ным раствором. Иногда анкеры устанавливаются в
скважины только с консервационной защитой и после
их натяжения скважины полностью заполняются одним
из видов битумных мастик.
Институт «Гидропроект» им. С. Я. Жука предложил
применить герметик для противокоррозионной защиты
предварительно-напряженных анкеров. Герметик при-
готавливается на основе полиизобутилена и регенери-
рованной резины. Он представляет собой однокомпо-
нентную систему, состоящую из двух фаз: жидкоэла-
стичной и твердой. В жидкоэластичную фазу входят
полиизобутилен, регенерированная резина, минеральное
масло, а в твердую — тонкомолотый уголь (антрацит)
или сажа (табл. 3.5).
Таблица 3.5
Состав герметика
Компоненты
Количеотво массовых
частей
Полиизобутилен высокомолекулярный .
Резиновая крошка.......................
Масло для регенерации крошки (ПН-6)
Автол или веретенное масло . . . .
Зеленое масло .........................
Молотый каменный уголь.................
3...5
5...3
10
15...10
2...15
65...64
Герметик обладает высокой эластичностью (относи-
тельное удлинение не менее 300%), хорошей адгезией с
металлом и абсолютной непроницаемостью для воды и
газов; рекомендуется для заполнения оболочек, в кото-
рых помещены анкеры, и скважин после натяжения ан-
керов.
118
Для приготовления битумных мастик в полевых ус-
ловиях СКВ Главгаза разработала передвижную уста-
новку УБ, состоящую из битумоплавильного котла УБ-1,
предназначенного для расплавления битума и выпа-
ривания из него влаги, и котла-смесителя УБ-2. Нагрев
битума на УБ обеспечивается до 180 . . . 200° С. Источ-
ником питания УБ является передвижная электростан-
ция или сеть переменного тока.
3.6. Лакокрасочное защитное покрытие
Современный ассортимент противокоррозионных за-
щитных покрытий металла на основе лакокрасочных ма-
териалов отличается большим разнообразием. Стало
возможным выбрать готовые или составить новые ком-
позиции покрытия, гарантирующие длительную коррози-
онную стойкость предварительно-напряженных анкеров.
В лаборатории гидроизоляции ВНИИГ им. Б. Е. Ве-
денеева была проведена большая научно-исследователь-
ская работа по подбору лакокрасочного противокорро-
зионного защитного покрытия анкеров, предназначаемых
для крепления откосов котлована на Чиркейской ГЭС
и повышения устойчивости бетонной плотины Фархад-
ской ГЭС [6].
На Чиркейской ГЭС анкеры прокладывались в
штольнях, что обеспечивало свободный доступ к анкер-
ным конструкциям. Это дало возможность наносить за-
щитное покрытие на анкерные конструкции в готовом
виде и применить более упрощенный вариант лакокра-
сочного покрытия — этинолевую краску (ЭКЖС-40).
Покрытия на основе лака «этиноль» отличаются хо-
рошей адгезией к металлу и высокой химической стой-
костью к воздействию многих видов агрессивных сред.
Покрытие необратимо переходит в нерастворимую фор-
му при комнатной температуре, но отличается большой
хрупкостью и довольно быстрым старением. Для пре-
дохранения покрытия от старения в него вводится ста-
билизатор.
Наиболее опасным местом для коррозии является за-
делываемая часть предварительно-напряженных анке-
ров, устанавливаемых в скважинах. При проектирова-
нии анкерного крепления плотины Фархадской ГЭС в
зоне заделки анкеров было предусмотрено противокор-
розионное защитное покрытие, которое помимо своего
119
прямого назначения должно было обладать хорошей
адгезией к металлу и цементным растворам, а также
большой гибкостью.
Для удовлетворения этих требований лабораторией
гидроизоляции ВНИИГ предложено использовать в ка-
честве защиты анкеров в зоне заделки лакокрасочные
композиции на основе эпоксидной смолы ЭД-6 (ГОСТ
10587—76)—эпоксидно-каучуковую (ЭКН) и эпоксид-
но-фурфуролацетоновую (ЭФАЖС).
Противокоррозионное покрытие из красок ЭКН и
ЭФАЖС, отличаясь высокой динамической прочностью
и адгезией к металлу, хорошей гибкостью пленок и кор-
розионной стойкостью, является надежной защитой ме-
талла, работающего в подземных условиях.
Составы рекомендуемых лакокрасочных защитных
покрытий приводятся в табл. 3.6.
Таблица 3.6
Составы противокоррозионного защитного покрытия, %,
Компоненты Краоки
ЭКН ЭФАЖС ЭКЖС-40
Эпоксидная смола ЭД-6 .... 27,8 47,6 — .
Этинолевый лак — 60
Каучук синтетический СКН-6 27,8 — —
Фурфуролацетоновый мономер ФА — 9,5 —
Толуол ... 27,8 12,9 —
Железный сурик . * . 16,6 23,6 —
Тальк ... — 5,0 —
Примечание. Полиэтиленполиамин добавляется в краски
ЭКН, ЭФАЖС в количестве 10 м. ч. на 10 м. ч. смолы ЭД-6.
Рассматриваемые лакокрасочные покрытия облада-
ют хорошими физико-механическими свойствами, неко-
торые из которых приводятся в табл. 3.7, 3.8 и 3.9.
Из табл. 3.7 видно, что прочность сцепления покры-
тия ЭКН через 12 месяцев значительно превосходит
ЭФАЖС и ЭКЖС-40. Исследования физико-механиче-
ских свойств покрытий показали, что, изменяя количе-
ство каучука, эпоксидно-каучуковым композициям мож-
но придавать разные деформативные свойства. С повы-
шением количества каучука в композиции увеличивает-
120
Таблица 3.7
Прочность сцепления покрытия с металлом и бетоном
(на сдвиг)
Покрытия Прочность сцепления, МПа
Месяцы
1 3 6 12
2,1 3,5 5,9 7,0
эки
2,2 2,4 2,5 2,5
6,5 5,0 — 3,7
ЭФАЖС
2,2 2,2 2,2 2,2
1.5 7,2 0,5 — —
ЭКЖС-40 —
2.1 2,1 2,2 2,2
Примечание. В числителе показано сцепление с металлом,
в знаменателе — с бетоном.
Таблица 3.8
Гибкость защитного покрытия
Покрытия Толщина, мм Возраст, месяцы
1 3 6 12
эки 0,09 1 1 3 3
ЭФАЖС 0,07 1 20 20 20
ЭКЖС-40 0,05 15 20 20 20
Таблица 3.9
Динамическая прочность лакокрасочных покрытий, Н • см
Покрытия Толщина, мм Возраст, месяцы
1 3 6 12
экн . . 0,35 500 500 500 500
ЭФАЖС . 0,40 80 60 50 50
ЭКЖС-40 . 0,22 100 50 50 50
121
ей вязкость. Оптимальным составом считается такой, в
котором соотношение эпоксидной смолы и каучука со-
ставляет 1:1.
Испытание покрытия на коррозионную стойкость
проводилось в 3% растворе Na2SO4. Удельное объемное
электрическое сопротивление покрытия через 12 меся-
цев выдерживания в Na2SO4 оставалось высоким:
ЭФАЖС—1011 Ом-см, ЭКН —109 Ом-см и
ЭКЖС-40 — 107 Ом-см.
Гибкость покрытий основана на определении мини-
мального диаметра стержня, на котором изгибание окра-
шенной металлической пластинки не вызывает механиче-
ского разрушения лакокрасочного покрытия (ГОСТ
6806—73). Пластинку с покрытием плотно прижимают к
стержню изгибаемой пленкой вверх на 180° вокруг
стержня диаметром 20 мм. Если после изгиба на пленке
нет трещин и она не отслаивается, производят изгиб
пластинки вокруг стержня диаметром 15 мм, затем в
новом месте — вокруг стержня диаметром 10 мм и т. д.
Процесс продолжается до тех пор, пока на пленке не
будут обнаружены изменения (трещины, отслаивания).
Таким образом, прочность покрытия при изгибе вы-
ражается минимальным диаметром стержня, при кото-
ром лакокрасочная пленка осталась неповрежденной.
Прочность при изгибе 1 мм означает, что пленка остает-
ся неповрежденной при изгибании вокруг всех стерж-
ней.
Из табл. 3.8 следует, что гибкость защитного покры-
тия ЭКН через 12 месяцев остается очень высокой. По-
крытия ЭФАЖС и ЭКЖС-40 имеют низкие показатели
гибкости, что свидетельствует об их хрупкости. Темпера-
тура хрупкости ЭКН находится ниже —50° С.
Прочность лакокрасочного покрытия определяется
стойкостью их пленок при ударе. Метод основан на де-
формации металлической пластинки с нанесенным на
нее лакокрасочным покрытием (пленкой), которая про-
исходит от свободного падения груза на пленку (ГОСТ
4765—73). После высыхания покрытия пластинку по-
мещают накраской вверх на наковальню под боек. Груз
с помощью приспособления устанавливается на задан-
ной высоте. Падая с установленной высоты, груз уда-
ряет в боек, который передает удар пластинке, лежащей
на наковальне. Затем груз поднимают для осмотра со-
стояния пленки в месте удара. При отсутствии трещин,
122
отслоении и снятия пленки высоту груза увеличивают до
50 см. Прочность пленки при ударе выражают числом,
обозначающим максимальную высоту в сантиметрах, с
которой падает груз массой 1 кг, не вызывая механиче-
ских повреждений пленки (10 Н-см). Испытание произ-
водится при температуре окружающего воздуха
18 . . . 22°С и относительной влажности не более 70%.
Из табл. 3.9 следует, что наиболее высокие динами-
ческие показатели прочности принадлежат покрытию
ЭКН.
Сопоставление физико-механических свойств рас-
смотренных лакокрасочных покрытий свидетельствует,
что эпоксидно-каучуковая композиция обладает наи-
более высокими показателями. Ценным свойством ма-
териалов, цриготовленных на основе эпоксидных смол,
является не только их высокая прочность и стойкость,
но и повышенная долговечность. ЭКН является весьма
надежным средством противокоррозионного защитного
покрытия и позволяет осуществить механизированный
способ нанесения композиции при изготовлении анкеров.
Однако эпоксидные смолы пока дефицитны и дороги, по-
этому область их применения ограниченна. В связи с
тем что анкеры обладают небольшой боковой поверх-
ностью, потребность в эпоксидной смоле для их покры-
тия невелика. Например, для анкера длиной 25 м несу-
щей способностью 2 МН (100 проволок диаметром 5 мм)
расход ЭД-6 на 1 м анкера составляет 0,3 кг, на весь
анкер — 7,5 кг.
Учитывая, что анкеры являются ответственным эле-
ментом сооружения, применение покрытия на основе
эпоксидной гмолы будет оправданным.
3.7. Полиэтиленовые оболочки
В настоящее время за рубежом для противокоррози-
онной защиты предварительно-напряженных анкеров
широкое распространение получили оболочки из поли-
мерных и пластмассовых материалов. В качестве оболо-
чек обычно используются полиэтиленовые трубки и ли-
стовые материалы. Отечественная промышленность для
нужд строительства производит из полиэтилена низкой
и высокой плотности большой ассортимент материалов.
Материалы из полиэтилена отличаются большой гибко-
стью, растяжимостью, водогазонепроницаемостью и вы-
123
сокой химической стойкостью во многих агрессивных
средах. Полиэтиленовым материалам свойственна вы-
сокая механическая прочность, которая при необходимо-
сти может быть значительно повышена.
Повышение механической прочности полиэтиленовых
пленочных материалов производится дублированием с
пленками из пропилена, ацетилцеллюлозы и других
полимерных материалов или облучением их радиоактив-
ным Со-60. После этого прочность их увеличивается в
пять раз, предельная растяжимость в два раза. Кроме
того, пленки армируют синтетическими нитями или при-
родными волокнами, которые прокладываются между
пленками [13]. Указанные свойства полиэтилена позво-
ляют создать из него эффективное средство противокор-
розионной защиты строительных конструкций. Характе-
ристика полиэтиленовых пленок приведена в табл. 3.10.
Таблица 3.10
Характеристика полиэтиленовых пленок
Показатели Толщина пленки, мк
40 60 85 20
Ширина полотна, мм 1320...1315 1400...1420 1200...1230 80...900
Предел прочности при разрыве, МПа . 16 - 14 10
Морозостойкость, ° С —70 —70 —70 —70
Коэффициент влаго- поглощения, гс/см2 • ч • мм рт. ст. 10~9 ю~9 ю~9 10~9
ПромстройНИИпроектом из полиэтилена низкой
плотности (высокого давления, ГОСТ 16337—70) со-
зданы рукава и листы с анкерными ребрами (рис. 3.1),
предназначенные для химической защиты и гидроизоля-
ции железобетонных конструкций (РТУ 251—73). Со-
гласно РТУ 251—73 номинальная толщина полотна из-
готовляемых рукавов и листов предусматривается 1,3;
1,4; 1,5; 1,6; 1,7; 1,8; 1,9 и 2,0 мм. Масса 1 м2 рукава
(листа) с анкерными ребрами в зависимости от толщи-
ны полотна соответственно равна 1,64; 1,75; 1,85; 1,97;
2,08; 2,20; 2,32 и 2,45 кг/м2. Рукава изготавливают дли-
ной 30 м, а листы — 50 м. Рукава и листы поставляются
124
в рулонах свернутыми анкерными ребрами наружу. Фи-
зико-механические свойства рукавов и листов характе-
ризуются относительным удлинением не менее 400% и
разрушающим напряжением при растяжении 10 МПа
(ГОСТ 11262—76).
Рис. 3.1. Полиэтиленовые рукава и листы с анкерными ребрами
Рукава и листы из полиэтилена с анкерными ребра-
ми перевозятся любым видом крытого транспорта. На
складах рулоны рукавов и листов должны храниться в
вертикальном положении (на торцах).
Для соединения полиэтиленовых листов применяется
сварка экструдированной присадкой, которая обеспечи-
вает герметичность и сохраняет механические свойства
и стойкость к химически агрессивным средам. Свари-
ваемые листы полиэтилена должны быть изготовлены из
материала одной марки. В качестве присадочного мате-
риала при сварке применяются прутки диаметром 4 мм
из полиэтилена той же марки, из которой изготовлены
листы. Сварка полиэтиленовых листов производится
стыковым или нахлесточным соединением. При темпера-
туре окружающей среды свыше 20° С может выполняться
экструдированной присадкой без предварительного на-
грева свариваемых листов. В других случаях произво-
дится подогрев свариваемого материала.
125
со
о ю
Техническая характеристика ручного сварочного устройства РЭСУ-500
G3 СО Д
« сх, я
со
do LO
О Q
При монтаже кон-
струкций сварка поли-
этиленовых листов про-
изводится ручным сва-
рочным устройством
РЭСУ-500.
Разработанная тех-
нология производства
позволяет изготавли-
вать по заказу из поли-
этилена рукава с ан-
керными ребрами диа-
метром 50 . . . 200 мм
и поставлять их потре-
бителю в рулонах за-
данной длины.
Для создания за-
щитного покрытия в
процессе изготовления
конструкций анкеров
или при монтаже ан-
керного устройства по-
лиэтиленовые рукава в
виде чехлов надевают-
ся на свободную часть
анкеров. Свободная
часть анкера покры-
вается какой-либо ма-
стикой, смазкой или
лакокраской. Необхо-
димо иметь в виду, что
полиэтиленовые мате-
риалы несовместимы с
мастиками и смазками,
приготовленными на ос-
нове нефтяных и би-
тумных материалов.
Смазки, мастики и
лакокраски наносят на
анкер или заливают в
трубу. Подогрев мастик
и смазок не только
обеспечивает хорошее
покрытие элементов
конструкции, анкера, ио и позволяет механизировать
процесс устройства защиты. Пространство между обо-
лочкой анкера и стенками скважины заполняется глини-
стым или тощим цементным раствором.
Покрытие заделываемой части анкера эпоксидно-
каучуковой краской (ЭКН) и защита свободной его
части с помощью полиэтиленовых рукавов являются наи-
более перспективными и надежными противокоррозион-
ными защитными средствами.
3.8. Пленочные покрытия
из синтетических материалов
На строительстве подземных водопроводов, газовых
и нефтяных трубопроводов в качестве противокоррози-
онной защиты стали применяться пленочные покрытия
из синтетических материалов. Пленки из поливинилхло-
рида, полиэтилена и полипропилена обладают высокими
физико-механическими свойствами и могут быть успеш-
но использованы также для противокоррозионной защи-
ты предварительно-напряженных анкеров.
Опыт изоляционных работ на подземных трубопрово-
дах показал, что раздельное нанесение клея и пленки
обладает рядом существенных недостатков, для устране-
ния которых было предложено использовать самоприли-
пающий пластик (липкие ленты) (табл. 3.11). Липкие
ленты наклеиваются на металл по грунтовочному слою.
Покрытие анкеров липкими лентами должно выпол-
няться не менее как в два слоя по высохшей грунтовке.
Для защиты пленочного покрытия от механических по-
вреждений при установке анкеров в скважины и транс-
портировании должна быть предусмотрена футеровка из
слоя мешковины или стеклоткани. Покрытие из липких
лент с футеровкой осуществляется с помощью намоточ-
ных изоляционных машин типа ИМПЛ-2 на стадии из-
готовления анкеров.
Липкие ленты на основе поливинилхлорида, выпус-
каемые промышленностью, имеют следующие парамет-
ры: толщина 0,4 мм, ширина 0,1 .. . 1,0 м, длина
100 м, сопротивление разрыву не менее 8,0 • 1010 Н/м2.
Пленка поставляется потребителям в текстолитовых
мешках по одному рулону в каждом.
127
Таблица 3.11
Основные физико-механические свойства отечественных липких лент из синтетических материалов
Изделие и ТУ на него Марки- ровка Клей Толщина ленты, мкм Толщина слоя клея, мкм Сила прили- пания клея на 1 ом ее ширины, Н Прочность на разрыв, Н/м2 Электри- ческое сопротив- ление, Ом.см _ Водопогло- щение, %
Липкая полихлоридная лента ТУ МХП 2898—55 пхл-зо Перхлорви- ниловый 300 45 1,0...1,5 1,7-10’ 1-10’ 0,3...0,5
То же ПХЛ-40 То же 400 30 1,0...1,5 1,9-10’ ыо9 0,3...0,5
Липкая полиэтилено- вая лента ВТУ 780 — 58 — Полиизобути- леновый 80 45 3,0...4,0 1,2-Ю7 МО15 0,01
Липкая теплостойкая лента (до +70°) ЛТЛ-1 Перхлорви- ниловый 250 100 1,0...1,5 1,2-10’ МО9 0,3...0,5
выводы
Коррозия предварительно-напряженных анкеров не
только разрушает их конструкцию, но и выводит из строя
заанкерованное сооружение. Следовательно, долговре-
менная надежная работа сооружения должна опреде-
ляться также и коррозионной стойкостью анкеров. По-
этому для обеспечения надежной работы анкеров необ-
ходимо правильно подобрать противокоррозионную за-
щиту.
Из современных средств противокоррозионной защи-
ты стали для предварительно-напряженных анкеров наи-
более перспективными являются:
1. Применение пластмассовых оболочек (рукавов) с
покрытием конца анкера, подлежащего заделке в сква-
жине, эпоксидно-каучуковой краской или другими лако-
красочными материалами.
2. Покрытие анкеров по всей длине эпоксидно-каучу-
ковой краской (ЭКН) или другими лакокрасочными ма-
териалами.
3. Защита анкеров с помощью липких лент, футеро-
ванных стеклотканью.
ГЛАВА 4
ПРИМЕНЕНИЕ ПРЕДВАРИТЕЛЬНО-
НАПРЯЖЕННЫХ АНКЕРОВ
ДЛЯ УКРУПНЕНИЯ СБОРНЫХ
ПРЕДВАРИТЕЛЬНО-НАПРЯЖЕННЫХ
ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИИ
4.1. Предварительно-напряженные
железобетонные конструкции
В 1970 г. на VI Международном конгрессе по пред-
варительно-напряженным железобетонным конструкци-
ям ФИП были подведены итоги современного состояния
предварительно-напряженного железобетона и на-
мечены перспективы дальнейшего его совершенствова-
ния. Конгресс показал, что применение предварительно-
напряженного железобетона быстро растет как по объ-
ему производства, так и в направлении совершенство-
вания конструкций [14] и [38].
Успехи, достигнутые в последние годы в области при-
менения большеразмерных сборных и монолитных пред-
варительно-напряженных железобетонных конструкций,
в значительной степени обусловлены прогрессом в тех-
нологии предварительного напряжения и производством
высокопрочной арматурной стали. Это позволило соз-
дать мощные предварительно-напряженные анкеры, раз-
вивающие тяговое усилие более 10 МН.
В связи с этим открылись большие возможности соз-
дания крупноразмерных сооружений из сборного и мо-
нолитного предварительно-напряженного железобетона,
способных выдерживать большие нагрузки и перекры-
вать значительные пролеты сооружений.
Несмотря на различия, имеющиеся в конструктивных
решениях, основных размерах, нагрузках и исходных
материалах, а также в условиях эксплуатации сборных
130
предварительно-напряженных сооружении, наметилась
явная тенденция к применению высокопрочного тяже-
лого и легкого железобетона, укрупнению размеров кон-
струкций и увеличению их несущей способности.
В настоящее время типовые системы предварительно-
напряженных анкеров в сборном предварительно-напря-
женном бетоне удачно используются при строительстве
сооружений больших пролетов, ангаров, укрытий раз-
личного назначения, а также плавучих причалов, волно-
ломов, морских аэропортов и др.
Успехи, достигнутые в этой области строительства,
позволили во многих странах получить большой эконо-
мический эффект и добиться значительного технического
прогресса. Следует ожидать дальнейшего развития
строительства из сборного и монолитного предваритель-
но-напряженного железобетона, особенно при сооруже-
нии объектов специального назначения и создании пла-
вучих и подводных сооружений в связи с освоением в
ряде стран континентальных шельфов, морских и оке-
анских побережий для разработки нефтяных, газовых
месторождений и других полезных ископаемых.
Одной из особенностей развития крупноразмерных
предварительно-напряженных железобетонных конст-
рукций в современном строительстве является появле-
ние новых конструктивных форм, позволяющих наилуч-
шим образом использовать строительные свойства ма-
териалов, а также прогрессивные способы их изготовле-
ния и монтажа. Так, например, при изготовлении сбор-
ных предварительно-напряженных железобетонных
элементов в заводских условиях или на специализиро-
ванных полигонах эффективно используются типовое со-
временное инвентарное оборудование и прогрессивная
технология бетонирования, контроля и тепловой обра-
ботки высоких марок тяжелого и легкого железобетона.
Разработаны приемы в проектировании и строительстве,
при которых предварительное напряжение конструкций
осуществляется непосредственно в процессе строительст-
ва. Вследствие этого напрягаемые анкеры не только
обеспечивают обжатие бетона, но и играют очень важ-
ную роль как средство сопряжения отдельных элементов
конструкции.
Простота изготовления сборных железобетонных эле-
ментов в заводских условиях и их транспортабельность
позволили резко сократить объем монтажных работ на
131
строительных площадках и привести к значительному
укрупнению первичного сборного элемента. Удачное со-
четание напряжения и технологии монтажа сооружений
из предварительно-напряженных элементов будет спо-
собствовать дальнейшему развитию строительства.
В настоящее время основным фактором, определяю-
щим массу и размеры элемента, является грузоподъем-
ность кранового оборудования и транспортных средств.
Тем не менее в мировой практике строительства соору-
жений из сборного предварительно-напряженного же-
лезобетона имеется немало примеров, когда монтажная
масса сборных элементов достигает нескольких сотен
тонн. Так, например, на строительстве трубопровода
«Джоржия» (Канада) были применены предваритель-
но-напряженные балки длиной 37 м, устанавливаемые
кранами грузоподъемностью 2 МН. В Советском Союзе
на строительстве мостов установка пролетных строений
длиной 70,1 м массой около 800 т производилась с по-
мощью специальных понтонов и т. д.
4.2. Бетоны для предварительно-напряженных
конструкций
Одним из основных и перспективных конструктивных
материалов в современном строительстве является высо-
копрочный сборный предварительно-напряженный желе-
зобетон, исключительные технические свойства, а также
экономичность которого расширили масштабы его при-
менения. Повышение эффективности и совершенствова-
ния технологии его производства является актуальной
задачей.
Наша страна является самым крупным производи-
телем и потребителем сборного предварительно-напря-
женного железобетона. Несомненные успехи, достигну-
тые советскими учеными и инженерами в постоянном
совершенствовании сборного предварительно-напряжен-
ного железобетона, поставили его в разряд наиболее
прогрессивных строительных материалов.
Комиссия ФИП по методам получения высокопроч-
ных бетонов, исходя из достигнутого в ряде стран уров-
ня технологии бетонных работ, определила нижний пре-
дел прочности для понятия «высокопрочный бетон» рав-
ным 100 МПа при испытании куба или цилиндра
стандартного размера. Однако исследования высоко-
132
прочного бетона проводились различными странами в
лабораторных условиях на образцах малого размера с
использованием обычно искусственных заполнителей, а
также с применением в отдельных случаях прессования.
Поэтому весьма высокие показатели по прочности
100 .. . 200 МПа не могут пока широко использоваться
при производстве конструкций. Широкое внедрение высо-
копрочных железобетонов в строительстве является ак-
туальной задачей.
В отечественной практике изготовление конструкций
из бетона марки 800 по традиционной технологии завод-
ского производства сборного железобетона уже в ряде
мест освоено. Так, например, на заводах ЖБИ (Бровар-
ском, Московском) для практического применения изго-
товлены стропильные и подстропильные фермы из бето-
на марки 800 и большие партии колонн для многоэтаж-
ных зданий из бетона марки 600 . . . 700. Минтранс-
строем СССР для облицовки тоннелей метро вместо чу-
гунных тюбингов применяются тюбинги из бетона
прочностью 95 МПа. Кроме того, из высокопрочного
бетона выполнен ряд мостовых конструкций.
На основании результатов, полученных у нас в ходе
исследований, включены в новую главу СНиП-П-21—75
прочностные и деформативные характеристики бетона
марки 800 с соответствующими расчетными характери-
стиками, а также внесен ряд изменений в методику рас-
чета железобетонных элементов, учитывающих особен-
ности работы конструкций из высокопрочного бетона под
нагрузкой.
Применение повышенных марок бетона является од-
ним из основных направлений технического прогресса
при производстве бетона. С повышением марки бетона
многие конструкции будут существенно облегчены, а
стоимость их снижена. Конструкции, выполненные из
высокопрочного бетона, отличаются повышенной сопро-
тивляемостью воздействиям агрессивной среды и боль-
шой долговечностью [20].
4.3. Конструкции предварительно-напряженных анкеров
Предварительно-напряженные анкеры, применяемые
для напряжения и укрупнения сборных железобетонных
конструкций, изготавливаются преимущественно из
пучков высокопрочной проволоки диаметром 5 ... 8 мм
133
и арматурных прядей класса К-7 и К-19. Высокая проч-
ность проволоки достигается не легированием, как при
производстве других прочных сталей, а механической об-
работкой. Для этого проволока сначала разогревается
до 900 . . . 1000° С, затем охлаждается в свинцовой или
соляной ванне. После охлаждения проволока 5 ... 6 раз
протягивается через строго калиброванную матрицу при
комнатной температуре. Для повышения физико-механи-
ческих свойств проволоку и пряди в некоторых странах
подвергают стабилизации, т е. низкотемпературному
отпуску в напряженном состоянии. Такая технологиче-
ская обработка проволоки повышает ее релаксационную
стойкость и прочностные свойства.
Вместе с тем уделяется большое внимание вопросам
защиты напрягаемой арматуры анкеров от коррозии в
период ее хранения, транспортирования и производства
работ. Некоторые зарубежные фирмы добиваются повы-
шения коррозионной стойкости изменением ее химиче-
ского состава, соответствующей термической обработ-
кой, воздействием многократно повторяемых нагрузок
И т. д.
Многолетний отечественный и зарубежный опыт при-
менения предварительно-напряженных анкеров для соз-
дания сборных крупноразмерных конструкций показал
их техническое преимущество и высокую экономичность.
В связи с тем что за последние годы значительно
улучшилось качество производства высокопрочной прово-
локи и арматурных прядей, для напряжения бетона ста-
ла применяться проволока с высокими упругодеформа-
тивными свойствами, повышенной релаксационной и
противокоррозионной стойкостью. Это позволило расши-
рить область применения предварительно-напряженных
анкеров проволочной и прядевой конструкций.
Наибольшее распространение среди анкерных систем
для напряжения бетона получили системы ББРВ,
«Фрейсине-Моногруп» и «Сопа-Multi» (рис. 4.1 и 4.2).
Анкерные головки предназначены для натяжения и
фиксирования анкеров на бетоне или на опорном уст-
ройстве. Такой способ закрепления позволяет не только
обеспечить при изготовлении пучка одинаковую длину
проволок и исключить возможность их проскальзывания
в процессе напряжения и эксплуатации, но и избежать
образования дополнительных потерь предварительного
напряжения за счет неравномерного удлинения.
134
Рис. 4.1. Предварительно-напряженные анкеры:
а — система ББРВ:
1 — пучок проволок; 2 — анкерная головка; 3 — анкерная гайка; 4—анкер-
ная втулка
б — система «Фрейсине»:
/ — пряди; 2 —конус; 3— коническая втулка; 4 — опорное кольцо; 5 —про
кладка
Рис. 4.2. Анкерная
головка системы ББРВ
Разработана целая серия типоразмеров подвижных
и неподвижных анкерных головок, используемых в са-
мых различных условиях. Анкеры этой системы могут
монтироваться из большого числа проволок и создавать
анкерное усилие 12 000 кН и более. Все типоразмеры ан-
керных головок могут быть использованы для повторно-
го или пофазного натяжения анкеров. Однако повторное
натяжение в целях контроля или компенсации потерь
предварительного напряжения возможно только до тех
пор, пока свободная часть анкера не будет закреплена в
канале цементным раствором.
Для облегчения практического пользования анкера-
ми системы ББРВ они стандартизированы (табл. 4.1).
Таблица 4.1
Типоразмеры анкеров системы ББРВ
Несущая способ- ность анкера, кН Число проволок 07 мм Площадь попе- речного сечения проволоки, см* Масса прово- локи, кг/м Усилие предварительного напряжения для проволоки при На = 1700 МПа Разрывное усилие, кН Внутренний диа- метр защитной Зтрубы, мм
На - 0,70 кН На = 0,75 кН
300 7 2,69 2.Н 320 340 460 30
600 14 5,39 4,22 640 690 920 40
1030 22 8,47 6,61 1010 1080 1440 50
1500 32 12,32 9,66 1470 1570 2090 55
2000 42 16,16 12,68 1920 2050 2750 65
2500 52 20,01 15,70 2380 2550 3400 75
3000 62 23,85 18,72 2810 ЗОЮ 4030 80
4000 82 31,53 24,76 3760 4020 5360 90
5000 102 39,26 30,80 4680 5000 6680 100
Примечание. Типоразмеры анкеров приведены в соответ-
ствии с классификацией, принятой в Югославии.
При натяжении анкеров большой длины, располо-
женных в криволинейных каналах, возникают дополни-
тельные силы сопротивления, вызываемые трением; в
этом случае используются более мощные вспомогатель-
ные анкерные головки типа В (рис. 4.3). Иногда вспомо-
гательные анкерные головки устанавливаются на обоих
концах напрягаемого анкера, тогда напряжение может
производиться одновременно с обоих концов.
136
Этот тип анкерных головок применяется также при
предварительном напряжении большеразмерных моно-
литных бетонных конструкций с натяжением на бетон.
При бетонировании монолитных конструкций предвари-
тельно-напряженные анкеры прокладываются в защит-
Рис. 4.3. Вспомогательная анкерная головка типа В:
а — установленная в опалубка; б — после предваритель-
ного напряжения: 1 — крепежный болт; 2 — опалубка;
3— кожух; 4 — спираль; 5 — съемная опорная плита; 6 —
стопорная гайка
ных, обычно полипропиленовых, трубах, подвешиваемых
на кронштейнах в проектном положении. Расстояние ме-
жду кронштейнами выбирается таким образом, чтобы
анкеры не создавали провесов. Перед напряжением бе-
тона и инъецированием каналов защитные трубы не
удаляются [28].
Анкерная головка типа В (табл. 4.2) устанавливает-
ся в опалубке с таким расчетом, чтобы она соединитель-
ным болтом была закреплена в точно заданном месте.
Размеры заглубления и защитного слоя бетона в целях
предохранения от воздействия коррозии следует выби-
Г37
4-^
00
юо
Таблица 4.2
Анкерная головка типа В для анкера системы ББРВ
Тип анкера 30 60 100 150 200 250
Число проволок ф 7 мм 7 14 22 32 42 52
Подвижная головка, мм: Lg 40 60 80 90 120 120
De 75 100 115 130 150 175
Гайка, мм: Lm 22 30 40 50 58 65
Dm 105 175 155 180 205 232
Кожух, мм: £е 120 155 170 190 210 230
Lk по 130 150 170 190 210
Dk 87 112 128 148 168 193
Съемная плита, мм: L р 140X140 180X180 220X220 260X260 300X300 340X340
Яр 4 16 20 25 35 40
Спираль, мм: L. 250 250 250 250 250 250
D, 140 180 220 260 300 340
рать таким образом, чтобы все части анкера были тща-
тельно забетонированы. Размеры заглубления определя-
ются исходя из предельного положения подвижной голов-
ки после предварительного напряжения.
Если анкер устанавливается перпендикулярно к опа-
лубке, то углубление в бетоне можно не делать, но в
этом случае над анкерной головкой укладывается за-
щитный слой бетона 6 см.
Рис. 4.4. Подвижная анкерная головка типа L:
а — до предварительного напряжения; б — после предварительного на-
пряжения; 1 — отверстие в опалубке; 2 — крепежный болт; 3 — кожух;
4 — спираль; 5 — удлинительный болт; 6 — съемная опорная плита
При выполнении поэтапного способа предварительно-
го напряжения монолитных бетонных конструкций или
укрупнения сборных предварительно-напряженных же-
лезобетонных элементов, когда анкерная головка в про-
цессе натяжения анкера остается внутри кожуха, приме-
няется подвижная анкерная головка типа L (рис. 4.4 и
табл. 4.3).
При снятии опалубки и удалении соединительного
винта анкерная головка становится подготовленной к
выполнению предварительного напряжения анкера. Для
139
Таблица 4.3
Анкерная головка типа L для анкера системы ББРВ
Тип анкера 30 60 100 150
Число проволок ф 7 мм Подвижная анкерная головка, мм: 7 14 22 32
Lg 35 45 60 70
Dg Кожух, мм: 74 95 НО 125
Le 215 280 330 350
Lh 140 218 260 263
Dh Съемная опорная плита, мм: 82 107 122 142
Lp Спираль, мм: 140 218 250 263
L, 160 170 220 220
D, 130 170 220 220
а
Рис. 4.5. Анкерные головки типа S и D:
а — неподвижная анкерная головка
1 — патрубок для инъецирования; 2 — отверстие в опа-
лубке; 3 — неподвижная анкерная головка (пластинка)
б — неподвижная анкерная головка ь):
1 — съемная опорная плита; 2 — патрубок для инъе-
цирования; 3 — кожух
140
осуществления нйпрйЖеййй в отверстие анкерной голоб-
ки ввинчивается удлинительный винт с гайкой и уста-
навливается опорная металлическая подкладка. При
натяжении анкера он с помощью удлинительного винта
и гайки закрепляется в нужном положении на бетоне.
После соответствующего выдерживания под нагрузкой
анкер вновь натягивается, доводится до расчетного по-
ложения и окончательно закрепляется.
Для закрепления неподвижного конца анкера на бе-
тонной конструкции применяется несколько типов непо-
движных анкерных головок. Наибольшее распростране-
ние получили неподвижные анкерные головки типа S и
D (рис. 4.5 и табл. 4.4).
Таблица 4.4
Анкерные головки типа S и D для анкера системы ББРВ
Тип анкера 30 60 100 150 200 250
Число проволок ф .7 мм 1 7 1 14 | 22 1 32 | 42 52
Анкерная головка типа S
Квадратная пластина, мм:
Da 180 180 180 180 183 180
L 1 — 220 260 300 340
В — 220 260 300 340
S - г* - 550 650 750 850
Прямоугольная пластина,
мм:
Da 180 180 180 180 180 180
L 150 220 300 360 450 500
В 120 150 160 160 200 220
S 500 550 550 550 750 850
Полоса, мм:
D, 180 180 180 180 180 180
L 300 400 560 560 650 700
В 60 80 80 120 140 160
S 500 600 700 750 850 950
А н к е р н а я головка типа D
Съемная опорная плита,
мм:
Z/ п 120Х юох 200Х 240Х 270Х 310Х
Х120 Х'60 Х200 Х240 Х270 хзю
Кожух, мм:
Lh 265 270 275 280 290 295
Dk 55 70 76 90 100 114
Спираль, мм:
D, 130 130 170 220 270 270
Гайка, мм:
Dm 80 98 113 130 142 158
Вт 30 35 45 50 60 70
141
Неподвижная анкерная головка типа 5 передает уси-
лие натяжения анкера непосредственно на бетон через
пластину, связанную с пучком проволок анкера. В зави-
симости от размеров бетонируемой конструкции приме-
няют пластины различной формы: квадратной, прямо-
угольной или в виде полосы. Неподвижная анкерная го-
ловка S успешно применяется в сочетании с различными
неподвижными анкерными головками, т. е. в любом ан-
кере. Если бетонная конструкция напрягается одновре-
менно несколькими анкерами, целесообразно анкерные
головки устанавливать на концах конструкции попере-
менно, с таким расчетом, чтобы на каждом конце нахо-
дилось приблизительно одинаковое число подвижных и
неподвижных анкерных головок.
Патрубок, устраиваемый на анкерной головке для
инъецирования цементного раствора, одновременно слу-
жит приспособлением для укрепления анкерной головки
в опалубке и отвода воздуха из анкерного канала при
инъецировании,
В отличие от анкерной головки типа S неподвижная
анкерная головка типа D состоит из концентрически
расположенных отверстий для проволок, съемной опор-
ной плиты и кожуха.
Анкерная головка типа D используется для закрепле-
ния неподвижного конца анкера и протаскивания анке-
ра через предварительно уложенную в бетон защитную
трубу (канал). Кроме того, она успешно применяется в
комбинации с анкерами ББРВ любой мощности.
Для сопряжения предварительно-напряженных желе-
зобетонных конструкций и наращивания напрягаемых
анкеров разработано несколько типов соединительных
муфт. Наиболее широкое распространение среди них по-
лучили муфты типа ВК и КК (рис. 4.6). Соединение
конструкций и удлинение анкеров с помощью этих муфт
осуществляется с помощью винта. Такое соединение поз-
воляет одновременно производить монтаж и напряжение
и применяется обычно в том случае, когда нужно про-
изводить посекционное бетонирование. Кроме того, муф-
ты КК целесообразно применять при очень длинных
анкерах, которые в целях упрощения их транспортиро-
вания и удобства производства работ разрезаются на не-
сколько частей. В некоторых конструкциях на одном и
том же предварительно-напряженном анкере иногда ис-
пользуются одновременно муфты ВК и КК. Конструк-
142
Рис. 4.6. Соединительные муфты:
а — неподвижная соединительная муфта типа ВК:
1 — изоляционная лента; 2 — соединительный винт; 3 — уплотнитель-
ная смесь; 4 — соединительная головка;
б — подвижная соединительная муфта типа КК:
1 — соединительный винт; 2 — кожух; 3 — соединительная головка;
4 — контрольный патрубок
ции и размеры элементов соединительных муфт ВК и
КК в зависимости от несущей способности анкеров пред-
ставлены в табл. 4.5.
Разновидностью соединительных муфт ВК и КК яв-
ляются муфты CV и VV (табл. 4.6). Неподвижная муф-
та СV (рис. 4.7) позволяет обеспечить конструктивную
связь между бетонными конструкциями соединением
между собой анкеров уже в напряженном и даже за-
инъецированном состоянии. Соединение осуществляет-
ся с помощью гайки и винта.
Дополнительно к методу предварительного напряже-
ния и сопряжения железобетонных конструкций с по-
мощью системы анкеров ББРВ фирмой «Вигеи» разра-
ботана система предварительно-напряженных анкеров
«Сопа-Multi» (рис. 4.8). В анкерах этой системы вместо
пучков из параллельных проволок применены арматур-
ные пряди.
143
Таблица 4.5
Элементы соединительных муфт ВК и КК
Тип муфты 30 69 100 159
Число проволок ф 7 мм 7 14 22 32
Муфта типа ВК
Кожух, мм:
L 200 220 250 250
Lh 110 130 150 170
Dk 75 112 128 148
Муфта типа КК
Кожух, мм: 1 1 1
L В зависимости от длины
и положения анкера
Lk 110 130 150 170
Dk 75 112 128 148
Таблица 4.6
Элементы соединительных муфт CV и VV
Тип муфты 200 250
Число проволок ф 7 мм 42 52
Муфта типа CV
Кожух, мм:
Lh ЗЮ 350
145 155
Dk 147 162
Муфта типа VV
Кожух, мм:
L В зависимости от длины
и положения анкера
Lk 147 162
Dk 210 230
144
6
Рис. 4.7. Соединительные муфты:
а — неподвижная соединительная муфта типа CV:
1 — изоляционная лента; 2 — соединительный винт; 3 — соединительная
гайка; 4—соединительная головка
б — соединительная муфта типа VV:
/ — соединительная головка; 2 — соединительная гайка; 3 — кожух
Рис. 4.8. Предварительно-напряженный анкер
системы «Cona-Multj»
Крепление прядей в анкерных головках предусмот-
рено с помощью специальных пружинных фиксаторов и
клиньев. Конструкция такого крепления отличается
большим удобством при сборке анкеров и позволяет лег-
ко и быстро выполнять процесс их напряжения. Сборка
анкеров этой системы производится непосредственно на
месте работ перед установкой их в конструкцию
(табл. 4.7).
Таблица 4.7
Параметры анкерной головки
Число прядей ф 12,7 мм 7 12 19 31 55
Усилие предварительного на- пряжения, кН 400 670 1070 1700 3000
Число прядей ф 15,2 мм — 7 12 19 —
Усилие предварительного на- пряжения, кН Анкерная головка, мм: —— 550 960 1500 1
опорная плита «а» 200 265 335 425 565
корпус «в» 125 125 130 140 170
корпус, длина «с» 200 400 500 650 900
корпус, диаметр «д» 81 114 144 186 250
Примечание. Усилие предварительного напряжения приве-
дено для 80%, нормативного сопротивления /?”= 1900 МПа.
Рис. 4.9. ‘Подвижные и неподвижные анкерные головки:
а — стандартная неподвижная анкерная головка; б —неподвиж-
ная веерная анкерная головка
146
Для закрепления анкеров в железобетонных конст-
рукциях применяются подвижные и неподвижные анкер-
ные головки, которые конструктивно идентичны. Но, ког-
да анкеры устанавливаются в конструкцию до начала
ее бетонирования, применяются неподвижные анкерные
головки веерообразного типа (рис. 4.9,6 и табл. 4.8).
Таблица 4.8
Параметры подвижной и неподвижной анкерных головок
Числа прядей 0 42,7 мм 7 12 19 31 55
Число прядей 0 15,2 мм —- 7 12 19 —
Опорная плита «а», мм . 200 265 335 425 565
Анкерное соединение «в», мм 125 125 130 140 170
Длина корпуса «с», мм . 200 400 500 650 900
Диаметр корпуса «d», мм 81 114 144 186 250
Веерная головка «т», мм 200 270 340 430 570
Веерная головка «п/о», мм 120/360 160/480 200/600 :50/750 330/990
Веерная головка «р», мм 700 850 1200 1500 2000
При удлинении анкеров применяются неподвижные и
подвижные конструкции соединений системы «Сопа-
Multi». Неподвижные соединения используются для на-
ращивания предварительно-напряженных анкеров уже в
закрепленных конструкциях сооружений. Подвижные со-
единения позволяют связывать два ненапряженных ан-
кера и более.
Рис. 4.10. Подвижные и неподвижные конструкции анкер-
ных соединений:
а — неподвижное соединение; б — подвижное соединение
147
Конструкций указанных соединений отличаются
большой прочностью и простотой исполнения (рис. 4.10
и табл. 4.9).
Таблица 4.9
Параметры надвижных и неподвижных соединений
Число прядей 0 12,7 мм . 7 12 19 31 55
Число прядей 0 15,2 мм . — 7 12 19 —
Неподвижное соединение «г», мм 425 625 735 905 1215
Неподвижное соединение «5», мм 175 210 248 306 396
Подвижное соединение «/», мм 635 1035 1245 1565 2125
Подвижное соединение «V», мм 190 225 262 320 410
4.4. Размещение предварительно-напряженных
анкеров в сборных железобетонных конструкциях
В современных сборных железобетонных конструкци-
ях для прокладки предварительно-напряженных анке-
ров устраиваются каналы. Гибкость оболочек противо-
коррозионной защиты позволяет располагать анкеры в
каналах с криволинейным направлением. Однако при
этом должны строго соблюдаться минимальные радиусы
кривизны каналов. При увеличении кривизны оси ан-
керов в местах перегиба могут возникать растягиваю-
щие напряжения изгиба и может происходить вдавли-
вание проволок анкера в стенки защитной оболочки
(табл. 4.10).
Таблица 4.10
Допускаемый изгиб предварительно-напряженных анкеров
Несущая способ- ность анкера, кН Радиус кривизны ^min» м Расстояние прямо- линейного участка между анкерной головкой или муфтой и искривлением анкера Л, м Диаметр защит- ной трубы ан- кера £>, мм
300 2.0 0,5 35
600 3,0 0,7 45
1000 3,5 0,9 56
1500 4,0 1,1 61
2000 4,5 1,3 72
2500 5,0 1.5 82
Если размеры изделия позволяют в месте закрепле-
ния анкеров разместить несколько анкерных головок,
напрягаемые анкеры целесообразно располагать таким
образом, чтобы подвижные и неподвижные анкерные го-
148
ловки размещались попеременно на обоих концах йздё-
лия. В этом случае предварительное напряжение в из-
делии будет распределяться по всей длине более равно-
мерно, а величина потерь предварительного напряжения
при натяжении анкеров будет примерно одинаковой в
любом сечении.
При проектировании сборных предварительно-напря-
женных железобетонных конструкций с применением
предварительно-напряженных анкеров важное значение
имеет правильное размещение анкеров, особенно в угло-
вых узлах рамных конструкций. При этом должно обра-
щаться внимание на взаимодействие анкеров с ненапря-
женной арматурой элементов конструкции. Спиральная
арматура в этом случае обычно заменяется ортогональ-
ным армированием. Размеры углов конструкции при
проектировании должны быть выбраны такими, чтобы
не менее двух анкеров могли быть размещены симмет-
рично рядом друг с другом (рис. 4.11).
Рис. 4.11. Армирование углов балок и рамных конструкций
149
Ё современном строительстве зданий и сооружений
наибольшее распространение получили сборные предва-
рительно-напряженные балки и плиты больших проле-
тов. Они изготавливаются составными из блоков завод-
ского изготовления. В качестве напрягаемой арматуры
применяются типовые системы предварительно-напря-
женных анкеров обычно из пучков проволок или прядей
с технологией натяжения на бетон. Предварительно-
напряженные анкеры размещают таким образом, чтобы
обеспечить повышение трещиностойкости, прочности
балки по наклонным сечениям и более равномерного
распределения усилий в опорных сечениях.
В связи с этим рассмотрим несколько примеров рас-
положения предварительно-напряженных анкеров в кон-
струкциях построенных сооружений различного назна-
чения.
В период 1966— 1970 гг. в ряде стран из предвари-
тельно-напряженного железобетона было построено мно-
го сборных и монолитных акведуков. Применение пред-
варительного напряжения, особенно трехосного, откры-
вает широкие возможности получения эффективных
решений конструкций акведуков больших сечений и про-
летов.
Во Франции через р. Абэу осуществлено строительст-
во напорного акведука длиной 143 м из предварительно-
напряженных трубчатых блоков с обжатием предвари-
тельно-напряженными анкерами с натяжением на бетон.
Анкеры размещены в каналах, расположенных по пе-
риметру поперечного сечения блоков. Блоки длиной
9 ... 11 м по внешнему контуру поперечного сечения
имеют очертания квадрата со стороной 5,85 м и срезан-
ными углами; внутреннее очертание — круг диаметром
5,05 м (рис. 4.12).
Предварительно-напряженные анкеры выполнены из
пучков 20 высокопрочных проволок с временным сопро-
тивлением 1600 МПа. Сборка блоков, изготовленных на
полигоне из бетона марки 500, производилась на желе-
зобетонной ребристой площадке, расположенной на уре-
зе реки. По мере обжатия блоков предварительно-напря-
женнымц анкерами они с помощью домкратов передви-
гались к первой речной опоре акведука. Для облегчения
надвижки блоков на опоры акведука первый блок был
снабжен специальной стальной формой. Стыки между
блоками уплотнялись прокладками из неопрена. Гидрав-
150
лическая опрессовка акведука подтвердила достаточную
трещиностойкость и непроницаемость стенок, а также
плотность стыков.
5,85
в
Рис. 4.12. Предварительно-напряженный сборный железобе-
тонный акведук:
а — размещение предварительно-напряженных анкеров по высоте ак-
ведука; б — разрезка пролетного строения акведука на блоки; в — по-
перечное сечение акведука (продольное армирование не показано)
Другим примером строительства акведуков из труб-
чатых блоков является акведук диаметром 2,72 м с тол-
щиной стенок 16 см, построенный через ирригационный
канал на о. Сардиния (Италия). Блоки изготавливались
нц заводе длиной: крайние раструбные — 3,6 м, а сред-
151
ние — 4,5 м. С завода их доставляли к месту монтажа.
Сборка блоков выполнялась на подмостях с помощью
портального крана. Предварительно-напряженные ан-
керы из пучков высокопрочной проволоки натягивались
на всю длину акведука, концы их закреплялись в утол-
щенных стенках раструбов крайних блоков (рис. 4.13).
Рис. 4.13. Предварительно-напряженный железобетонный ак-
ведук:
а — продольный и поперечный разрезы; б — общий вид акведука в про-
цессе монтажа
При строительстве вышеназванных акведуков было
использовано натяжение предварительно-напряженных
анкеров на бетон с последующей инъекцией в каналы
цементного раствора. При проектировании акведуков в
расчетах приняты наиболее неблагоприятные сочетания
эксплуатационных нагрузок.
152
В Голландии на строительстве здания пролетом 33,7 м
были применены сборные предварительно-напряженные
полые балки покрытий массой 80 т. Балки монтирова-
лись из пяти секций, изготовленных в заводских услови-
ях. В каждой секции было предусмотрено 14 каналов
для прокладки предварительно-напряженных анкеров.
В средних секциях каналы располагаются: в нижней зо-
не— горизонтально, в крайних секциях — криволинейно
Рис. 4.14. Сборная предварительно-напряженная полая балка
с подъемом вверх. В торцевой части балок каналы рас-
пределены равномерно по всей высоте сечения. Объеди-
нение секций в большепролетные конструкции балок вы-
полнялось на месте их подъема. Швы между секциями
заполнялись цементным раствором (рис. 4.14). В глав-
ных балках, уложенных с шагом 7,1 м, предусмотрены
отверстия для укладки второстепенных балок, по кото-
рым настилаются кровельные плиты.
Армирование железобетонных конструкций предва-
рительно-напряженными анкерами получило развитие и
в мостостроении.
Построено большое количество автодорожных мостов
на пересечениях дорог с каналами ирригационных сетей
и пересечениях ирригационных каналов. В следующем
примере рассматривается армирование железобетонной
плиты пролетного строения автодорожного моста, в ко-
торой заключен водовод ирригационного канала в че-
тыре трубы диаметром 1,5 м (рис. 4.15).
Пролетное строение моста представляет собой желе-
зобетонную плиту толщиной 1,98 м с продольными круг-
лыми водопропускными отверстиями. Отверстия образо-
153
Ё£йЫ звеньями железобетонных труб длиной 2 м и тОЛ-
щиной стенок 4,5 см. Армирование плиты осуществлено
с помощью предварительно-напряженных анкеров из
пучков высокопрочной проволоки по 42 проволоки диа-
метром 6 мм с пределом сопротивления 1850 МПа.
Рис. 4.15. Плита пролетного строения моста, канала (размеры в м):
а — поперечный разрез пролетного строения; б — армирование поперечного
сечения; в — армирование пролетного строения в продольном направлении
В нижней зоне плиты, между отверстиями, размещено
по 16 анкеров с рабочим усилием по 1050 кН в каж-
дом. Наибольшее сжимающее усилие в бетоне при натя-
жении анкеров составляет 12,5 МПа.
Натяжение анкеров на бетон осуществлялось поста-
дийно: через 7 дней после бетонирования плиты анкеры
натягивались усилием до 300 кН; через 21 сутки — уси-
лием 1100 кН, а через 30 суток — усилием до 1370 кН.
Сплошные предварительно-напряженные железобе-
тонные плиты используются при возведении фундамен-
тов на слабых грунтах при значительных нагрузках для
выравнивания неравномерной осадки фундаментов.
Предварительно-напряженная плита размером в пла-
не 41X12 м толщиной 1,4 м предназначена для возведе-
ния фундамента под 12-этажное здание. Плита армиро-
154
вана предварительно-напряженными анкерами из пучков
высокопрочной проволоки с размещением их способом
линейно-петлевой системы, что позволяет получить ли-
нейное обжатие плиты по длине. Кроме пучков анкеров,
имеющих петлевое очертание в плане, их концы криво-
линейно выводятся на верхнюю грань плиты.
Рис.- 4.16. Предварительно-напряженная железобетонная фунда-
ментная плита:
1 — колонны; 2—предварительно-напряженные анкеры; 3—вертикальные
предварительно-напряженные анкеры, заделанные одним концом в
грунт; 4 — скальный грунт; 5 — гнездо для заделки анкера
Для того чтобы предотвратить отрыв от грунта кон-
цов плиты, удаленных от места передачи на нее основ-
ной вертикальной нагрузки, торцы плиты закреплены в
грунт с помощью предварительно-напряженных анке-
ров (рис. 4.16).
4.5. Образование каналов в конструкциях
и нагнетание цементного раствора
Для образования каналов в предварительно-напря-
женных сборных железобетонных конструкциях приме-
155
няются извлекаемые и неизвлекаемые каналообразова-
тели. Извлекаемые каналообразователи устраиваются
обычно из жестких стальных и проволочных спиральных
труб, а также надувных резиновых шлангов.
Устройство прямолинейных каналов небольшой дли-
ны (15 . . . 18 м) с помощью жестких стальных труб
и резиновых надувных шлангов практикой оправдано.
Резиновые надувные шланги обладают большой универ-
сальностью и поэтому могут быть успешно использованы
для образования не только прямолинейных, но и криво-
линейных каналов. Существенным недостатком надув-
ных шлангов является то, что для их размещения в
конструкции требуется устройство фиксаторов, обеспе-
чивающих проектное положение прокладываемых анке-
ров. С помощью проволочных спиральных труб, вывер-
тываемых из забетонированной конструкции, можно вы-
полнять прямолинейные и криволинейные каналы. На
криволинейных участках канала витки спиральной тру-
бы несколько расходятся, и при бетонировании конструк-
ции внутрь ее может проникнуть цементное молоко. Од-
нако опыт проведенных работ в Чехословакии показал,
что пробки в канале не остаются, так как вывертывание
спирали из конструкции производится, когда бетон име-
ет еще небольшую прочность, легко отделяется от сте-
нок канала и извлекается вместе с каналообразовате-
лем. Однако этот способ каналообразования пока не
получил распространения, по-видимому, из-за сложности
заготовки спирали и некоторых трудностей, возникае-
мых при вывертывании из бетона.
К существенным недостаткам каналов с бетонными
стенками можно отнести возможность проникновения
нагнетаемого раствора через поры и раковины в бетоне
в соседние каналы и образования в них пробки. Вместе
с тем преимущество применения извлекаемых канало-
образователей заключается в том, что каналы получа-
ются с бетонными стенками, а это создает возмож-
ность отсоса выделяемой свободной воды из нагнетае-
мого раствора. Извлекаемые каналообразователи из
жестких стальных труб и гибких надувных резиновых
шлангов очень удобны и экономичны, так как могут
многократно использоваться.
Неизвлекаемые каналообразователи устраивают из
гофрированной тонкой стальной ленты и гофрированных
пропиленовых труб, которые полностью исключают воз-
156
можность образования в канале пробок. За рубежом эти
каналообразователи получили весьма широкое приме-
нение. Они универсальны и пригодны для любой длины
и кривизны каналов. Трубы хорошо скрепляются с бето-
ном и создают герметическую оболочку для предвари-
тельно-напряженных анкеров.
К недостаткам этих каналообразователей следует от-
нести необходимость устройства фиксаторов в виде
сварных сеток, каркасов, подвесок и других приспособ-
лений для обеспечения проектного расположения кана-
лов. Известно, что смещение каналов относительно про-
ектного положения может привести при напряжении ан-
керов к неучтенному расчетом эксцентриситету прило-
жения усилий и, как следствие, к недопустимому искрив-
лению конструкции, а возможно, и к появлению и разви-
тию трещин.
Цементные растворы, нагнетаемые в каналы для за-
крепления предварительно-напряженных анкеров, при-
меняются следующего состава:
— портландцемент средней тонкости помола, не со-
держащий шлаков,— 100%;
— заполнитель — дробленый кварц, известняк, крем-
нистые гранулы, трасс или песок крупностью 1,0 мм, не
более 30% к массе цемента;
— водоцементное отношение — от 0,38 до 0,45.
Для повышения удобоукладываемости, снижения во-
доотделения ,воздухоудерживания или расширения раст-
вора разрешается применять добавки. Добавки не долж-
ны содержать веществ ,которые могли бы повредить ар-
матуру или раствор, например хлориды, нитраты, суль-
фиты, сульфаты и т. д.
Водоотделение инъецируемого раствора при 20° С не
должно превышать 2% по объему через 3 ч после при-
готовления.
Предел прочности раствора на 7-е и 28-е сутки твер-
дения при температуре +20° С и относительной влаж-
ности воздуха около 70% должен быть не ниже соответ-
ственно 20 и 30 МПа.
Цементный раствор рекомендуется готовить в раст-
воромешалках, состоящих из двух отделений: верхнего,
предназначенного для подготовки раствора, и нижнего,
предназначенного для аккумулирования раствора в це-
лях обеспечения непрерывной работы насоса. Скорость
перемешивания раствора не должна допускать осажде-
157
ния твердых фракций, а консистенция раствора по воз-
можности должна быть коллоидной. В верхнем отделе-
нии следует обеспечить высокоскоростное турбулентное
перемешивание для скорейшего достижения максималь-
ной однородности раствора. Все рабочие операции в ра-
створомешалке должны быть синхронизированы с на-
сосом для обеспечения регулирования давления и ско-
рости подачи раствора в канал.
Дозировка составляющих раствора тщательно про-
изводится в подготовительном отделении.
Нагнетание раствора производится сразу же после
натяжения анкеров. Перед началом нагнетания каналы
должны быть тщательно очищены сжатым воздухом и
промыты теплой водой, а каналообразователи, там где
это предусмотрено, удалены.
Нагнетание раствора в каналы рекомендуется произ-
водить поршневыми насосами, развивающими давление
до 1,5 МПа. Шланги, патрубки и краны, применяемые
для нагнетания раствора, должны иметь проходные от-
верстия не менее 3,5 см2. При нагнетании шланги для
подачи раствора должны быть присоединены к каналу
герметически, чтобы исключить возможность подсоса
воздуха. Нагнетание раствора должно производиться
медленно и непрерывно до тех пор, пока с противопо-
ложного конца канала не появится равномерно выте-
кающая струя раствора заданной консистенции. После
этого все отверстия в канале закрываются, и нагнетание
на этом заканчивается. В зависимости от длины канала
давление нагнетания доводится до 0,6 .. . 1,0 МПа.
Большее давление не допускается из-за опасности раз-
рушения бетона.
В каналах длиной до 50 м нагнетание производит-
ся только с одной точки, а в более длинных — в несколь-
ких местах, причем патрубки для отвода воздуха иногда
используются в качестве штуцеров для подключения
нагнетательного шланга.
Для повышения качества инъецирования через не-
которое время рекомендуется произвести дополнитель-
ное нагнетание через другие отверстия, чтобы заполнить
оставшиеся пустоты в полости канала.
При нагнетании раствора в условиях низких темпе-
ратур следует принять следующие меры:
— обеспечить температуру в трубах не ниже +5° С
158
непосредственно перед нагнетанием и в течение 48 ч
после него;
— подогревать нагнетаемый раствор до температу-
ры не выше +25° С;
— для обеспечения необходимой температуры в ка-
нале допускается внешний обогрев конструкции.
По окончании нагнетания, чтобы исключить возмож-
ность попадания в каналы воды, солей и других средств
коррозионного воздействия, все отверстия в каналах гер-
метически закупориваются. Для проверки герметизации
после закупорки отверстий в канале давление раствора
поднимают до 0,35 МПа и поддерживают в этом состоя-
нии не менее 1 мин.
4.6. Конструкции стыков в предварительно-
напряженных элементах
В ряде стран при возведении сборных предвари-
тельно-напряженных конструкций широко применяется
способ соединения элементов натяжением предвари-
тельно-напряженных анкеров на бетон. В этом случае
анкеры пересекают шов сопряжения и создают обжатие
стыка. При выполнении сжимаемых стыков важно пра-
вильно и качественно заполнить шов между соединяемы-
ми элементами. Наиболее широкое распространение по-
лучил способ заполнения шва бетоном или жестким це-
ментным раствором. Недостатком заполнения шва
бетоном является то, что он не позволяет производить
натяжение анкеров до тех пор, пока бетон не наберет
достаточной прочности, кроме того, требует специально-
го устройства для образования каналов в стыках. При
чеканке швов жестким цементным раствором анкеры
можно натягивать при незатвердевшем растворе,, но в
этом случае трудно защитить каналы от проникно-
вения в них раствора.
В докладах ФИП по вопросу предварительно-напря-
женных железобетонных конструкций заводского изго-
товления высказывались предложения об отказе ис-
пользовать бетон и раствор в обжимаемых стыках и ре-
комендовалось применять клеевые составы, приготов-
ленные на основе эпоксидных смол и тиокола. Клей,
приготовленный на основе эпоксидных смол, не только
обеспечивает прочное соединение элементов, но и пре-
вышает прочность бетона на растяжение, сжатие и срез,
159
й также обеспечивает водонепроницаемость в месте сты-
ка. Важным свойством клея является его жизнеспособ-
ность— время, в течение которого клей на стыкуемые
поверхности можно наносить жесткой щеткой. Эпоксид-
ные клеи твердеют без усадки, но в период полимериза-
ции очень чувствительны к изменению температуры.
При температуре 10° С полимеризации почти не про-
исходит. В этом случае для ускорения процесса полиме-
ризации клея применяют пятиминутный электропрогрев.
Через 15 мин после такого прогрева, например, сваю из
сборных элементов можно погружать даже при темпера-
туре воздуха —10,5° С. Наилучшие механические свойст-
ва клея проявляются к концу полимеризации.
При испытании стыков на срез с нанесением клея на
чистую поверхность установлено, что разрушение проис-
ходит, как правило, по бетону. Прочность на растяжение
стыка, склеенного эпоксидным клеем, оказалась выше
прочности затвердевшего бетона в 80% случаев, когда
поверхность была сухая, и в 50% случаев, когда поверх-
ность была влажной [3].
Поэтому особое внимание должно быть обращено на
тщательную подготовку поверхности стыков: обработку
пескоструйным аппаратом, удаление жира растворите-
лем, сушку, очистку соляной кислотой с последующей ее
нейтрализацией и промывкой. При склеивании хорошо
подготовленной поверхности стыка толщину слоя клея
можно уменьшать до нескольких долей миллиметра, что
приведет к уменьшению деформации в стыке и к эконо-
мии клея. Стыки в этом случае, прежде чем произойдет
отвердение клея, могут быть напряжены анкерами, од-
нако может произойти выдавливание из стыка излиш-
не нанесенного количества клея, что только улучшит
качество склеивания соединения. Более толстые слои
клея применяются, когда он содержит наполнитель.
В отечественной практике для стыков толщиной
0,2 . . 0,8 мм используется клей, приготовленный на ос-
нове эпоксидной смолы с заполнителем из цемента.
В некоторых странах в настоящее время предприни-
маются попытки наравне с клеевыми стыками использо-
вать «сухие» стыки. Применение «сухих» стыков без
сцепления требует обеспечения хорошо подготовленной
поверхности стыков. Так, для соединения 220 элементов
сухие стыки были использованы при реконструкции мо-
ста Окленд (США).
160
В Советском Союзе для склеивания предварительно-
напряженных железобетонных элементов пролетных
строений и опор мостов применяются клеевые составы,
приготовленные на основе алкилрезорциновой эпоксид-
ной смолы марки ЭИС-1 (ТУ 38-109-1—71). Смола
ЭИС-1 является более дешевой и менее дефицитной, а
по своим прочностным и деформативным свойствам не
уступает эпоксидно-диановой смоле марки ЭД-20
(ЭД-5)\
Испытание клеевых стыков на полноту реакции пока-
зало, что полимеризация и ускоренное старение, водо-
стойкость и морозостойкость, а также температурно-
влажностные свойства клеев на смоле ЭИС-1 достаточно
высоки. Так, потеря массы образцов из отвердевшего
клея при экстракции растворителем составляет
2 ... 14%, в то время как потеря массы образцов из
клеев, выполненных на смоле ЭД-20, 1 ... 12%, а при
испытании ускоренного старения образцы разрушались
по бетону [16].
Исследования по определению оптимального количе-
ства модификатора в зависимости от прочности, дефор-
мативности и морозостойкости клеевых стыков показали,
что для склеивания элементов пролетных строений необ-
ходимо применять 30 м. ч., а для склеивания опор —
70 м. ч. модификатора каменноугольного дегтя. Клей
модифицирующей добавкой эпоксидно-диановыми смо-
лами в количестве 10 м. ч. можно применять при склеи-
вании стыков на опорах и в пролетных строениях моста.
Отвердитель в состав клея вводится в таком коли-
честве, чтобы технологическая жизнедеятельность оста-
валась в пределах 1 ч, а адгезионная (время, в течение
которого можно склеивать конструкцию) — 4 ... 6 ч.
В результате исследований были определены соста-
вы клеев для склеивания сборных конструкций при раз-
личных положительных температурах. Для склеивания
элементов пролетных строений рекомендуется состав из
100 м.ч. смолы ЭИС-1, 30 ... 50 м. ч. модификатора —
каменноугольного дегтя Д-З, Д-4 или Д-5, 20 м. ч. пла-
стификатора— фурилового спирта, дибутилфталата или
карбамидной смолы, 150 . . . 200 м.ч. наполнителя —
цемента или молотого песка' и отвердителя — полиэти-
ленполиамина (ППА) и триэтаноламина (ТЭА), коли-
чество которых в зависимости от температуры склеива-
ния приведено в табл. 4.11.
161
Таблица 4.11
Дозировка отвердителя в зависимости от температуры
при склеивании стыков
Температура склеивания, ° С Отвердитель Жизнеспособность, ч
Марка Количе- ство, м. ч. техноло- гическая адгезион- ная когезия
25...30 ТЭА 7 1,0 4,0 24
20...25 ППА 8
15...20 ТЭА 5 ho 4,0 24
10...15 ППА 9
15...20 ППА 12 1,0 4,5 24
10...15 ППА 17 1,5 4,5 24
5... 10 ППА 20 1,0 4,5 18
9... 15 ППА 20 2,0 6,о 24
При склеивании элементов опор взамен каменно-
угольного дегтя допускается использование эпоксидных
смол марок ЭД-22, ЭД-20, ЭД-16 и ЭД-14 в количестве
не менее 10 м. ч.
На основании лабораторных исследований и опытных
работ СоюздорНИИ составлены и изданы Методиче-
ские рекомендации по приготовлению и применению смо-
лы марки ЭИС-1 для склеивания составных предвари-
тельно-напряженных железобетонных пролетных строе-
ний и опор мостов.
Впервые в практике отечественного мостостроения че-
рез р. Суру в Пензе был построен многопролетный мост
из сборного предварительно-напряженного железобето-
на с клеевыми стыками на эпоксидной смоле с обжати-
ем предварительно-напряженными анкерами (арматур-
ными элементами). Пролетное строение моста состоит из
сборных двухшарнирных рам коробчатого сечения дли-
ной 53 ... 73 м. В поперечном сечении пролетного
строения размещены три рамы с шагом 6,3 м.
» Рамы собраны из 19 или 20 железобетонных элемен-
тов марки 500 массой до 37 т. Опоры моста выполнены
из монолитного железобетона на свайном основании из
полых цилиндрических свай диаметром 60 см длиной
22 м. Конструкция моста была испытана учеными кафед-
ры мостов и тоннелей Саратовского политехнического
института.
В результате проведенных статических испытаний ус-
тановлено, что величина прогибов во всех сечениях ра-
162
мы ниже или близка к теоретической, а максимальные
замеренные напряжения значительно ниже теоретиче-
ских. Это свидетельствует о достаточной жесткости и
прочности конструкции.
В практике современного строительства сооружений
из сборного предварительно-напряженного железобетона
для сочленения блоков применяется несколько типов
конструкций шарнирного соединения смежных участков,
которые представляют собой стальные опорные части в
виде «пальца», передающего вертикальные усилия, име-
ющего свободное продольное перемещение и восприни-
мающего поперечную силу 600 кН.
В деформативных стыках между блоками, имеющих
среднюю ширину 50 мм, устанавливаются стальные зуб-
чатые пластины. Известно, что ширина стыка в процес-
се эксплуатации изменяется в зависимости от продоль-
ных горизонтальных перемещений, которые происходят
очень медленно с изменением температуры, а также в
результате усадки и ползучести бетона. В то же время
переменные нагрузки вызывают быстрые перемещения.
Однако рассмотренные соединения блоков не устра-
няют быстрые горизонтальные перемещения в стыках и
даже не замедляют их. Эта проблема была решена пу-
тем разработки и внедрения амортизаторов удара, ко-
торые противодействуют быстрым перемещениям и
делают их медленными с очень небольшой силой проти-
водействия (рис. 4.17).
Действие амортизаторов основано на принципе гид-
равлического домкрата. Амортизаторы состоят из кор-
пуса, шарнирно прикрепленного к одному концу блока,
Рис. 4.17. Конструкция соединительного шарнира и
амортизатора:
а — соединительный шарнир; б — амортизатор
а
163
и тяги поршня, прикрепленного шарнирно к другому
концу соединяемого блока. Раскрытие стыков в соеди-
нениях концов блоков ограничивается движением порш-
ня амортизаторов, которое регулируется прохождением
количества гидравлической жидкости через маленькое
отверстие, предусмотренное в поршне. Поэтому аморти-
заторы ударов противодействуют быстрым горизонталь-
ным перемещениям и замедляют их. Правильно подо-
брав размер отверстия в поршне, можно получить необ-
ходимую упругость амортизаторов. С помощью двух или
трех амортизаторов можно создать противодействующее
усилие горизонтальным перемещениям, равное соответ-
ственно 1200 и 1800 кН.
4.7. Предварительно-напряженные
плиты и балки
В современном строительстве широко применяются
предварительно-напряженные составные балки различ-
ных профилей сечений: сплошные, полые, двутавровые,
тавровые с полками по низу и т. д. Укрупнительная сбор-
ка балок из предварительно-напряженных элементов
иногда используется для специальных целей при изго-
товлении и формировании крупных и сложных конструк-
ций, например при изготовлении балок пролетного
строения длиной 44 м массой около 100 т для строи-
тельства моста через р. Бовен-Морвиде (Нидерланды).
Блоки бетонировались в стальных формах с откидыва-
ющимися бортами. Предварительно-напряженная арма-
тура состояла из 10 предварительно-напряженных анке-
ров, выполненных из пучков по 12 проволок диаметром
7 мм. Изготовление балок производилось непосредствен-
но на строительстве (на обоих берегах). В определен-
ной последовательности в торцевые концы форм уклады-
вали готовые сборные концевые блоки, через каналы
которых пропускали пучки проволок предварительно-
напряженных анкеров. Затем в формы устанавливали не-
напряженные каркасы и производили бетонирование.
После набора бетоном соответствующей прочности натя-
гивали предварительно-напряженные анкеры и инъеци-
ровали каналы цементным раствором. Готовые балки с
помощью портальных кранов транспортировали к месту
укладки, где их устанавливали на небольшие катки, а
затем надвигали в проектное положение,
164
На строительстве фабрики в Йорке (Англия) для по-
крытия были применены двутавровые балки пролетом
34 м. Высота балок посередине 1,4 м, у опор 1,07 м, ши-
рина верхней и нижней полок соответственно составляла
710 и 460 мм. Стенка балки толщиной внизу 165 мм и
наверху 125 мм усилена по длине семью ребрами жест-
кости. Балку массой 39 т собирали на стройплощадке из
элементов длиной 6,7 м и напрягали семью проволочны-
ми, пучками по 12 проволок в каждом.
Каналы в балках были образованы с помощью гиб-
ких труб, закрепленных в конструкции фиксаторами с
шагом 460 мм. При сборке балок после выверки поло-
жения отдельных блоков сваривали арматурные выпу-
ски и заполняли стыки быстротвердеющим бетоном;
затем были натянуты предварительно-напряженные ан-
керы и заинъецированы цементным раствором каналы.
Строительство автодорожного моста в дельтах
р. Рейна, Шельди и Меузы длиной 5021,7 м, состоящего
из 50 пролетов по 95 м (балки рамно-консольной систе-
мы) и разводного пролета с судоходным габаритом 40 м,
осуществлено на участках с глубинами воды
30 ... 35 м. Конструкции пролетных строений и опор
моста выполнены из сборного предварительно-напря-
женного железобетона. Конструктивные элементы моста
изготавливались на крупном высокомеханизированном
полигоне строительства.
Мост смонтирован из элементов семи типов:
— оболочки фундаментов опор диаметром 4,25 м
при толщине стенок 0,3 м, общей длиной до 50 м, мас-
сой 500 т;
— насадки на оболочки массой по 400 т;
— рамные конструкции опор по 410 т;
— секции пролетного строения типа А массой по
600 т, типа В — 275 т, типа С — 225 т и типа Д по 190 т
(рис. 4.18).
Значительное количество однотипных элементов про-
летных строений и опор определило целесообразность
поточного производства и монтажа конструкций моста и
сведение к минимуму количества операций сборки на
воде.
Для изготовления сборных элементов и монтажа
конструкций моста были использованы: плавучий мор-
ской кран грузоподъемностью 6 МН, два портальных
крана грузоподъемностью по 3 МН, восемь портальных
165
кранов грузоподъемностью 80... 750 кН, металлический
понтон и баржи для перевозки элементов по воде и дру-
гое оборудование. Кроме того, были построены произ-
водственные сооружения: бетонный завод, котельная,
компрессорная, арматурный цех, сети подкрановых пу-
тей и автомобильных дорог.
Рис. 4.18. Конструктивная схема сборных элементов моста
Оболочки опор диаметром 4,2 м изготавливались
секциями по 6 м в вертикальном положении с помощью
вибростендов, а потом в горизонтальном положении объ-
единялись на полную длину с помощью кантователей.
Бетонирование стыков между секциями оболочек и пред-
варительное напряжение оболочек выполнялись с по-
мощью предварительно-напряженных анкеров системы
ББРВ, состоящих из 12 пучков по 22 проволоки диа-
метром 7 мм в каждом. Анкерные пучки протягивались
через каналы, устроенные в стенках секций. После натя-
жения анкерных пучков каналы инъецировались цемент-
ным раствором.
Установка оболочек на подготовленное основание
производилась с помощью плавучего портального крана.
После установки оболочек в проектные положения во
внутреннем их пространстве бетонировались подводные
пробки высотой 4 м, которые служили основанием для
оболочек.
С помощью плавучего крана сборные насадки укла-
дывались на оболочки с использованием домкратов для
166
более точной их установки в проектное положение. Для
бетонирования внутреннего пространства насадки и за-
зоров между насадкой и оболочками была использована
плавучая опалубка. Зазоры между оболочками и на-
садкой заполнялись жестким бетоном. Напряжение на-
садок осуществлялось натяжением пучков предвари-
тельно-напряженных анкеров системы «Фрейсси», а ка-
налы инъецировались цементным раствором.
- Опорные блоки рамной конструкции массой 410 т
с насадкой объединялись с помощью предварительно-
напряженных анкеров системы ББРВ.
Элементы пролетного строения коробчатого сечения
с трехосным предварительно-напряженным армирова-
нием изготавливались в строганых стальных формах с
небольшим наружным уклоном. Сочленение стыков эле-
ментов между собой осуществлялось с помощью эпоксид-
ных клеев. В середине пролетов для сопряжения сосед-
них участков консольной части пролетов применялось
шарнирное устройство, работающее на передачу попе-
речной силы, а для компенсации или замедления гори-
зонтальных перемещений в соединении стыков консолей
использовались амортизаторы ударов.
Концы соседних пролетов были соединены с помо-
щью стальных зубчатых пластин. Пластины устанавли-
вались в деформативных стыках, имеющих среднюю ши-
рину 50 мм. Ширина стыков во время эксплуатаций из-
менялась в зависимости от продольных перемещений,
которые происходят очень медленно с изменением темпе-
ратуры, из-за усадки и ползучести бетона и очень бы-
стро от воздействия подвижных нагрузок.
Высота пролетного строения составляла около 5 м на
опоре и уменьшалась до 1,5 м в конце консольного про-
лета, в соответствии с чем количество предварительно-
напряженных анкеров системы «Фрейсси», расположен-
ных в плите проезжей части, менялось от 145 над опо-
рой до 11 у конца консоли.
Элемент пролетного строения типа А крепился к
опорному блоку 40 анкерами системы «Дивидаг» диа-
метром 32 мм.
Монтаж пролетного строения производился методом
навесной сборки с помощью двухпролетного неразрез-
ного крана-фермы, перемещающегося вдоль моста по ме-
ре его сборки. Кран-ферма длиной 250 м передвигался,
опираясь на опорные балки пролетных строений, что
167
обеспечивало проведение сборки одновременно в двух
пролетах. Монтаж конструкций пролетных строений
осуществлялся четырьмя кранами грузоподъемностью
1,5 МН, перемещающимися по рельсовым путям, проло-
женным по верхнему поясу крана-фермы [3].
4.8. Предварительно-напряженные
железобетонные сваи и оболочки
При строительстве морских и речных портов, опор
мостов и линий электропередач, различных зданий и со-
оружений широкое развитие в ряде стран получили
предварительно-напряженные сваи больших диаметров.
Предварительно-напряженные сваи обладают целым ря-
дом преимуществ перед ненапряженными; они позволя-
ют значительно повышать несущую способность и по-
гружать их на большие глубины, поэтому объем их при-
менения постоянно расширяется. Благодаря тому что
улучшается конструкция свай и совершенствуется техно-
логия их производства и погружения, номенклатура
предварительно-напряженных свай весьма разнообразна
как по формам, размерам поперечного сечения и дли-
нам, так и по видам применяемого бетона и арматуры.
Сваи изготавливаются сплошными и полыми, цилиндри-
ческими, прямоугольными и многогранными.
Наряду с предварительно-напряженными железобе-
тонными сваями в мостовом и портовом строительстве
широко применяются и сборные оболочки диаметром
0,8 .. . 10,7 м. Многие специалисты считают, что пред-
варительно-напряженные сваи и оболочки обладают вы-
сокими конструктивными возможностями, технологично-
стью и экономичностью.
За последние годы в ряде стран стали применяться
предварительно-напряженные составные сваи большой
длины (30 ... 61 м), обжимаемые предварительно-
напряженными анкерами преимущественно из пучков
высокопрочной проволоки или прядей. Эти сваи выпол-
няются из бетона обычно марок 300 . . . 800 с интенсив-
ностью сжатия бетона 5,0 .. . 5,5 МПа. Несущая спо-
собность их в зависимости от размера составляет
550 . . . 2250 кН при средних инженерно-геологических
условиях. Несущая способность свай и глубина их по-
гружения в каждом конкретном случае устанавливаются
168
в зависимости от местных грунтовых условий с учетом
результатов статических и динамических испытаний.
Некоторые данные о конструкциях и расчетных ха-
рактеристиках предварительно-напряженных свай боль-
шой длины, получивших широкое применение за рубе-
жом, представлены в табл. 4.12 (по материалам ФИП).
Наряду с предварительно-напряженными железо-
бетонными сваями для строительства причалов, опор мо-
стов и других сооружений применяются сваи-оболочки и
оболочки диаметром 0,8 .. . 10,7 м. Использование
свай-оболочек больших диаметров стало возможным
благодаря развитию индустриальных методов их произ-
водства, применению высокопроизводительного оборудо-
вания для погружения в грунт сборных элементов и про-
ходки скважин (выработок).
Предварительно-напряженные секции железобетон-
ных свай-оболочек длиной 4 ... 12 м погружаются в
грунт обычно с открытыми нижними концами, но часто
снабжаются стальными наконечниками (башмаками).
Оболочки погружаются в грунт либо в готовые скважи-
ны, либо вибрированием. Иногда погружение оболочек
производится без удаления грунта из их полости, в этом
случае в полости оболочки создается грунтовое ядро,
участвующее в передаче нагрузки на основание. Однако
наиболее распространенный способ проходки скважин и
выработок для погружения оболочек — удаление грунта
из полости оболочек с помощью грейферов, гидроэлева-
торов, что позволяет погружать оболочки на глубину
40 ... 80 м. При этом внутреннее пространство их
обычно заполняется бетоном.
Для удобства транспортирования оболочки большого
диаметра расчленяют на 4 ... 10 сегментов, которые
затем объединяются на стройплощадке путем сварки вы-
пусков арматуры и обжатия предварительно-напряжен-
ными анкерами.
Если проектом предусматривается заделка низа обо-
лочки в скальные грунты, через погруженную оболочку
бурят скважины необходимой глубины и заполняют ее
нижнюю часть бетоном. Затем оболочки заполняют бе-
тоном на всю их длину. В глинистых грунтах целесооб-
разно уширять основание оболочки.
Интересным практическим примером применения
предварительно-напряженных свай-оболочек является
возведение опор при строительстве в 1967 г. второй оче-
169
Таблица 4.12
Характеристики предварительно-напряженных железобетонных свай большой длины
Максимальная длина, м Внешние раз- меры сече- ния, см Диаметр внутренней полости, см Количество прядей 09,5 мм Предвари- тельное об- жатие, кН Предварительное напряжение сжатия бетона, МПа Площадь сечения бе- тона, см8 Расчетная несу- щая способность, кН
30,5 30,5 Сплошная 8 430 5,6 768 550
39,7 55,6 » 10 520 5,0 1045 720
42,7 40,6 13 685 5,0 1370 950
45,8 45,7 16 840 4.9 1709 1200
48,8 50,8 27,9 16 840 5,5 1529 1070
48,8 50,8. 27,9 20 1055 5.4 1955 1380
48,8 61,0 38,1 17 895 5,0 1774 1240
61,0 91,0 66,0 32 1680 5,4 3141 2250
Примечание. Таблица составлена по данным профессора Б. Гервика (США).
реди моста в Абиджане (Берег Слоновой Кости) длиной
592 м с пролетными строениями, равными 60 м. Здесь
были применены сборные предварительно-напряженные
крупноразмерные элементы заводского изготовления
[14].
Опоры моста выполнены из четырех вертикальных и
шести наклонных сборных предварительно-напряженных
железобетонных свай-оболочек длиной 65 м диаметром
1,35 .м. Глубина погружения свай-оболочек в песчаный
грунт составляла около 15 м. Максимальная несущая
способность сваи при наиболее неблагоприятном сочета-
нии нагрузок была принята 6500 кН. Насадка длиной
26 м, шириной 6,5 м и высотой 4,4 м сконструирована та-
ким образом, чтобы к месту установки ее можно было
бы транспортировать на плаву. Вместе с тем при буре-
нии скважин и установке в них свай-оболочек она ис-
пользовалась в качестве кондуктора. Бурение скважин
диаметром 1,5 м производилось по методу Беното. Сваи-
оболочки собирались по длине из центрифугированных
восьмиметровых секций с толщиной стенок 14 см.
В стенках были предусмотрены каналы для пропуска
предварительно-напряженных анкеров из пучков по ше-
сти проволок диаметром 7 мм. Элементы свай-оболочек
соединялись между собой эпоксидным клеем. Процесс
сооружения опор (рис. 4.19) из сборных предваритель-
но-напряженных железобетонных элементов завершался
инъецированием каналов, бетонированием полости свай-
оболочек на полную длину и насадки на высоту 2 м для
заделки головок свай.
В отечественном мостостроении также широко ис-
пользуются сборные предварительно-напряженные желе-
зобетонные конструкции, изготавливаемые на заводах и
механизированных полигонах. К числу наиболее значи-
тельных мостов, построенных навесным способом, отно-
сятся мосты: через р. Москву Автозаводский со средним
судоходным пролетом 148 м и Краснопресненский с
пролетом 128 м; через р. Дон с судоходным пролетом
132 м; автодорожный мост через р. Волгу с судоходным
пролетом 166 м и др.
При сооружении морских и речных причалов широко
применяются предварительно-напряженные сваи-обо-
лочки. В связи с этим представляет интерес строитель-
ство в Англии причала длиной 900 м. Конструкция при-
чала опирается на три ряда свай-оболочек диаметром
171
A
Рис. 4.19. Конструкция речной опоры моста (размеры в м):
а — общий вид: б — конструкция предварительно-напряженной насадки: 1 —
предварительно-напряженные сваи; 2 — предварительно-напряженная насадка;
3 — предварительно-напряженные анкеры системы ББРВ; 4 — отверстия для
свай
172
1,83 м. Оболочки собираются из отдельных трубчатых
секций, имеющих в стенках по семи каналов. В каналах
прокладываются предварительно-напряженные анкеры
стержневой конструкции диаметром 22 мм. После натя-
жения анкеров и инъецирования каналов цементным
Рис. 4.20. Монтаж -сборных конструкций причала
раствором полость оболочки заполнялась сначала пес-
ком, а затем сверху тощим бетоном. На оголовке свай-
оболочек устанавливалось по две балки двутаврового
сечения. В пространство между балками в трубах укла-
дывались предварительно-напряженные анкеры из пуч-
ков проволок, которые располагали криволинейно, а ан-
керные головки закрепляли в оголовке опор. Простран-
ства между балками заполняли бетоном и при наборе-
им необходимой прочности напрягали анкеры. В попереч-
ном направлении плиты настила также скреплялись
предварительно-напряженными анкерами. Таким обра-
зом, настил причала, состоящий из отдельных железо-
бетонных плит, с помощью предварительно-напряжен-
ных анкеров был скреплен в единую конструкцию
(рис. 4.20).
Впервые в отечественной практике глубоководный
грузовой причал из сборных железобетонных оболочек
173
был сооружен в 1975 г. в Новороссийском порту. Обо-
лочки выполнены из двух одинаковых звеньев с наруж-
ным диаметром 10,7 м, толщиной стенок 20 см и длиной
•6 м (рис. 4.21). Звенья оболочек изготовлены из гидро-
технического бетона марки 400, армированного стержне-
вой арматурой класса А-П и A-I диаметром 18 мм. Из-
готовление звеньев было организовано на специальном
Рис. 4.21. Поперечный разрез причала на оболочках диамет-
ром 10,7 м:
1 — каменная постель; 2— нижнее звено; 3 — верхнее звено; 4 — элемент
надстройки; 5 — подкрановая балка; 6 — щебеночный контрфильтр; 7 —
опорное кольцо; 8—плиты покрытия; 9 — засыпка верхней части пирса
песком; 10 — существующая конструкция пирса; 11 — камень-окол
стенде открытого полигона, хорошо оснащенном совре-
менным технологическим и крановым оборудованием. На
тщательно выровненную каменную постель оболочки
устанавливались в один ряд с расстоянием между обо-
лочками 40 см. Монтаж оболочек производился с по-
мощью плавучего крана грузоподъемностью 1 МН. Сна-
чала устанавливалось нижнее звено оболочки, затем на
нижнее звено устанавливалось верхнее звено. Сборка
звеньев производилась водолазами, с применением на-
правляющих устройств и геодезических инструментов.
Между собой звенья оболочки соединялись с помощью
упругого стыка, путем наклеивания куска транспортер-
ной ленты шириной 20 см. После окончательной установ-
ки оболочки в проектное положение полость ее заполня-
174
лась камнем массой 15 . . . 100 кг и уплотнялась с по-
мощью специального виброуплотнителя. Вертикальные
щели между оболочками перекрывались железобетонным
нацельником специальной конструкции.
Конструкции элементов верхнего строения причала
выполнены из сборного железобетона. Монтаж сборных
железобетонных элементов верхнего строения произво-
дился плавучим краном грузоподъемностью 1 МН.
В современном строительстве применяется достаточ-
но широкая номенклатура предварительно-напряженных
железобетонных шпунтовых свай (рис. 4.22). Наряду с
Рис. 4.22. Предварительно-напряженные
железобетонные шпунтовые сваи:
а — поперечные сечения шпунтовых свай:
1, 2 и 3 — поперечные сечения плоских (сплош-
ных и пустотелых) шпунтовых свай с железобе-
тонными направляющими гребнями; 4, 5 — по-
перечные сечения плоских свай без направляю-
щих гребней; 6, 7 — поперечные сечения фигур-
ных шпунтовых свай;
б — шпунтовая предварительно-напряженная свая
(вид спереди);
в — поперечное сечение предварительно-напря-
женной плоской шпунтовой сваи со стальными
направляющими:
/ — закладные стальные направляющие; 2 — шов,
заполняемый раствором на расширяющемся це-
менте
175
плоскими шпунтовыми сваями используются сваи фигур-
ного очертания без направляющих гребней. В этом слу-
чае для погружения шпунта применяются специальные
стальные съемные направляющие, которые по мере по-
гружения шпунтовых свай извлекаются, а зазоры запол-
няются цементным раствором. В Японии вместо сталь-
ных направляющих используются полиэтиленовые, кото-
рые отличаются большой гибкостью и коррозионной
стойкостью.
Шпунтовые сваи выполняются с центральным обжа-
тием с учетом знакопеременности эпюры изгибающих
моментов по длине сваи, работающей в составе шпун-
тового ограждения, что приводит обычно к некоторому
перерасходу материалов.
4.9. Плавучие аэропорты, волноломы,
причалы и мосты
Английской фирмой «Харис и Сатерленд» проведены
исследования и разработана система строительства пла-
вучего аэропорта (рис. 4.23). Эта разработка получила
широкую рекламу, так как строительство плавучего
аэропорта эффективно решает ряд принципиальных тех-
нических проблем и вопросов, связанных с отчуждением
зеленых насаждений, пахотных и заселенных земель, а
также с максимальным снижением шумового влияния
на население городов и населенных пунктов.
Строительство плавучего аэропорта предусматривает
сооружение двух пар взлетно-посадочных полос разме-
ром в плане 30x5000 м каждая. Расстояние между ося-
ми соседних полос 830 м, а между осями обеих пар по-
лос— 2250 м. В промежутке между взлетно-посадочны-
ми полосами размещается центральная плавучая пло-
щадка, на которой должен быть возведен ряд служеб-
ных и вспомогательных зданий и сооружений, таких,
как аэровокзал, ангар, гараж, склады различного назна-
чения, вертолетная станция и др.
В проекте мощность аэропорта с двумя парами взлет-
но-посадочных полос должна обеспечивать до 120 взле-
то-посадок в час, а грузоподъемность рассчитана на по-
садку самолетов массой свыше 450 т.
В США, Японии и Венесуэле вблизи больших горо-
дов в настоящее время выполнены также проектные
проработки по сооружению плавучих аэропортов.
176
330 I 2250
Рис. 4.23. Схематический план плавучего аэропорта:
а — схема порта:
Л 2, 3 и 4 — взлетно-посадочные полосы; 5 — здание аэровокзала: 6 — от-
крытая стоянка автомашин; 7 — рулежные дорожки; 8 — плавучая эстакада,
соединяющая аэропорт с берегом;
б —фрагмент плавучей площадки:
1 — ось площадки; 2 — продольные предварительно-напряженные анкеры (пря-
ди); 3 — поперечные предварительно-напряженные анкеры; 4, 5 — понтоны;
6 — ось трубопровода для коммуникаций
Основным конструктивным элементом для сооруже-
ния плавучих взлетно-посадочных полос и площадок
является понтон, выполненный из предварительно-напря-
женного железобетона. Пентон изготавливается в виде
ящика размером в плане 30X30 м высотой 1 ... 1,2 м
177
с расположенными внутри взаимно перпендикулярными
диафрагмами толщиной 10 ... 20 см с расстоянием
между ними 1,8 м. Пространство между диафрагмами
понтона на всю высоту выполняется пенополистиролом,
что гарантирует их непотопляемость даже в случае по-
вреждения боковых стенок и днища. Сверху понтоны пе-
рекрыты предварительно-напряженной железобетонной
плитой толщиной 12,5 см.
Для ограждения и защиты от водяных брызг на пон-
тонах по периметру взлетно-посадочных полос,- рулеж-
ных дорожек и центральной площадки устраиваются
специальные железобетонные защитные козырьки.
Монтаж взлетно-посадочных полос и площадок про-
изводится на плаву методом укрупнительной сборки.
Этот метод широко применяется для сборки крупнораз-
мерных конструкций, например плавучих платформ, баз,
причалов и аэропортов. Скрепление понтонов между со-
бой осуществляется с помощью предварительно-напря-
женных анкеров, обычно проволочных или прядевых
конструкций. В рассматриваемом случае крепление вы-
полнено анкерами из семипроволочных прядей, прохо-
дящих через 3 ... 5 понтонов. На понтонах пряди за-
крепляются в середине понтона на специальных упорах.
Секции плавучего аэропорта с грунтом морского
дна скрепляются с помощью специальных якорных уст-
ройств. Однако целесообразно для этой цели использо-
вать предварительнб-иапряженные анкеры, закрепляе-
мые в грунте, которые могут устанавливаться верти-
кально и наклонно на больших глубинах и развивать
большие тяговые усилия.
Шарнирное соединение понтонов рассчитывается на
восприятие складывающихся усилий и на предотвраще-
ние отслаивания бетона. Неверно принятое проектное
решение по устройству шарнирных соединений приводи-
ло к расстройству и выводу из строя конструкций или
стыков. Так, например, неправильное проектное решение
при разработке шарнирных соединений привело к не-
обходимости замены одного основного плавучего моста
в г. Хобарт (о. Тасмания) и полной реконструкции мо-
ста Худ Кэнел Бридж (Вашингтон, США).
Понтоны для сборки плавучих крупноразмерных со-
оружений изготавливаются обычно на прибрежных по-
лигонах или в котлованах на стапелях с разборными пе-
ремычками, а также в сухих и плавучих доках.
178
Практика показывает, что при хорошо разработан-
ной технологии бетонирования и производства арматур-
ных работ можно изготавливать предварительно-напря-
женные железобетонные понтоны высокого качества для
укрупнителыюй сборки конструкций плавучего аэро-
порта.
При сооружении крупных морских и океанских пла-
вучих баз, громадных платформ различного назначения,.
Рис. 4.24. Фрагмент наплавного моста с эстакадой:
/ — уровень воды во время прилива; 2 — уровень воды во время от-
лива; 3 — часть эстакады с частичной плавучестью понтонов; 4 —
часть моста с полной плавучестью понтонов
аэропортов большой площади и других комплексов ук-
рупнительную сборку на плаву с использованием пред-
варительноунапряженных анкеров следует рассматривать
весьма перспективным средством сопряжения.
Соединение с берегом центральной плавучей площад-
ки аэропорта, на которой возведены служебные здания
и различные сооружения, предусмотрено осуществить с
помощью автомобильного плавучего моста и сопрягаю-
щей свайной эстакады. Плавучая часть моста собирает-
ся из предварительно-напряженных железобетонных
понтонов размером 30X7,5 м, скрепляемых между со-
бой предварительно-напряженными анкерами, а с грун-
том морского дна — с помощью якорного устройства.
Конструкция сопрягаемой части свайной эстакады спро-
ектирована таким образом, чтобы отдельные участки
плавучего моста в период прилива всплывали, а во вре-
мя отлива опускались на опоры эстакады (рис. 4.24).
Для обеспечения постоянства положения эстакады при
всплытии пролетного строения оно якорится ко дну моря
специальными оттяжками.
Защита плавучего аэропорта от волнового воздейст-
вия в штормовую погоду предусмотрена с помощью пла-
вучего волнолома зигзагообразного очертания
(рис. 4.25). Волнолом запроектирован длиной 1000 м из
179
Рис. 4.25. Фрагмент пла-
вучего волнолома:
/ — предварительно-напря-
женные железобетонные пон«
тоны; 2 — защищаемая ак-
ватория; 3 — открытая аква-
тория; 4 — заполнение из
полистироля; 5 — якорное
устройство; 6 — связи из
стальных труб
Рис. 4.26. Плавучий волнолом
непотопляемых предварительно-напряженных железобе-
тонных понтонов размером 30x7,5 м, устанавливаемых
на специальных якорных устройствах, такой же конст-
рукции, что и плавучий аэропорт.
В поперечном направлении понтоны скреплены свя-
зями из стальных труб.
Фирмой «Мак Алпин» (Шотландия) в Северном море
построен плавучий волнолом (рис. 4.26) для защиты
временного плавучего пешеходного моста. По мосту
проложен трубопровод, подающий бетонную смесь к
строящемуся нефтепромыслу, расположенному на рас-
стоянии 200 м от берега. Волнолом выполнен решетча-
той конструкции из типовых балок сечением 300x300 мм,
хотя ранее предполагалось конструкцию выполнить из
предварительно-напряженных железобетонных элемен-
тов, заполненных пенопластом.
Волнолом состоит из трех секций размером 18X18 м
длиной 54 м. Размеры волнолома определяются в зави-
симости от параметров волн (длины, высоты и периода).
Так, например, при длине волны, вдвое превышающей
ширину волнолома, высота волны обычно уменьшается
на 50%, а при более коротких волнах — еще больше.
Рассматриваемый волнолом подвергался несколько раз
воздействию волн высотой до 2 м. Проведенные изме-
рения показали, что в результате действия волнолома
высота волны уменьшалась на 75%.
В порту Ванкувер (Канада) сооружено два анало-
гичных плавучих пассажирских причала (рис. 4.27) из
предварительно-напряженных железобетонных понтонов
(блоков). Понтоны изготавливались в сухом доке из
высокопрочного бетона марки 490, а объединение их в
единую конструкцию осуществлялось на плаву. Основу
причала составляет продольный понтон размером
72X16 м, к которому примыкают понтоны, образующие
пирсы. Центральный пирс состоит из понтона размером
64X16 м, а два крайних пирса выполнены из понтонов
размером 35,6X8,2 м. Высота всех понтонов одинаковая
и равна 5,2 м.
Для сопряжения причала с берегом построена шпун-
товая стенка и сооружены железобетонные палы сечени-
ем 10X10 м. Палы одновременно используются в каче-
стве швартовых устройств. Такое сопряжение причала
с берегом исключает необходимость применения якор-
181
ных устройств и береговых оттяжек, а также позволяет
причалу свободно перемещаться в вертикальной плоско-
сти в связи с колебаниями горизонта воды, вызываемыми
действием приливов и отливов. Поэтому платформа при-
Рис. 4.27. Схематический план плавучего причала:
/ — продольный понтон; 2 — железобетонный пал; 3 — шпунто-
вая стенка; 4 — пирс; 5 — судно; 6 — центральный пирс
чала всегда находится в одной плоскости с палубой па-
рома, что создает большие удобства для пассажиров.
Напряжение бетона понтонов производилось с по-
мощью предварительно-напряженных анкеров прядевой
конструкции, прокладываемых в специальных каналах.
Так, например, в днище и верхней плите в больших пон-
тонах размещено по 24 предварительно-напряженных
182
анкера Из четырех прядей диаметром 15 мм, в боковых
стенках — по 16 таких анкеров. В стенках понтонов на-
ряду с горизонтальным размещением предварительно-
напряженных анкеров применено вертикальное и наклон-
ное расположение.
Бетонирование понтонов производилось непрерывно,
бетонная смесь подавалась бетононасосами и уплотня-
лась вибрированием.
При наборе бетоном прочности на сжатие 17,6 МПа
снимается опалубка, а по достижении бетоном прочно-
сти 28,1 МПа производится первичное напряжение ан-
керов на 70% проектной прочности. Окончательное на-
пряжение анкеров выполняется по достижении бетоном
проектной прочности — 49,0 МПа.
По окончании напряжения днища и стенок понтонов
они вывозятся из дока и буксируются к месту их уста-
новки. По завершении работ по установке и закреплению
понтонов производится бетонирование верхней плиты.
Сначала укладываются сборные железобетонные плиты
толщиной 10 см, по которым бетонируется монолитная
плита толщиной 17,5 см, напрягаемая затем предвари-
тельно-напряженными анкерами.
4.10. Подводные тоннели, дюкеры и хранилища
, В материалах V Международного конгресса ФИП от-
мечается, что в последние годы в ряде стран из предва-
рительно-напряженного железобетона построено значи-
тельное количество подводных тоннелей. Наибольшее
распространение в строительстве получили тоннели пря-
моугольного поперечного сечения. Прямоугольное сече-
ние тоннелей позволяет более эффективно использовать
тоннельное пространство, так как оно дает возможность
разместить примерно в 2 ... 3 раза больше путевых
колей, чем в круглом, и свести при этом к минимуму ко-
личество и размеры вентиляционных отсеков. Одной из
существенных особенностей многих подводных тоннелей,
построенных из предварительно-напряженного железо-
бетона, являются большие размеры их поперечных сече-
ний.
Некоторые данные транспортных тоннелей, построен-
ных через водные преграды, приводятся в табл. 4.13.
183
Таблица 4.13
Краткая характеристика транспортных тоннелей
из предварительно-напряженного железобетона
Страна Год возве- дения Местонахождение тоннеля Длина, м Количество путевых ко- лей
1. Круглого или восьмиугольного поперечного
сечения
США 1957 Порт Балтимора 2092 2
п 1957 Норфолк (Виргиния) 2335 2X2
» 1963 Второй Оклендский (Калифор- ния) 1018 2
л 1963 Чеспинский залив (Виргиния) 1585 2
2. Прямоугольного поперечного сечения
Куба 1958 Порт Гавана 800 4
Канада 1959 Остров Диас (Ванкувер) 658 4
ФРГ 1961 Кильский канал (Рендсбург) 636 4
Швеция 1966 Тингстед (Готтенбург) 636 4
Канада 1966 Луи-Ипполит Лафонтэн (Мон- 1390 6
Нидерлан- 1966 1 d j Коэн (Амстердам) 587 4
ды То же 1966 Ия (Амстердам) 1039 4
» 1936 Бенилюкс (Роттердам) 1067 4
Практический интерес представляет строительство
подводного тоннеля Луи-Ипполит Лафонтэн в Канаде
(рис. 4.28). Построенный в 1966 г. тоннель Лафонтэн в
Монреале длиной 1390 м, подводная часть которого рав-
на 770 м, непосредственно пересекает русло р. Св. Лав-
рентия. Подводная часть тоннеля выполнена из трехсек-
ционных коробчатых сборных предварительно-напряжен-
ных элементов размером 7,7x36,6 м и длиной 15,7 м
[36]. Размеры путевых отсеков и отсеков вентиляцион-
ных устройств в свету соответственно равны 12,5X4,8 и
6,7 X 4,8 м.
Изготовление сборных предварительно-напряженных
железобетонных элементов тоннеля производилось в су-
хом доке размером 300x60 м. В доке из семи элементов
собирались блоки длиной ПО м и массой около 34 тыс. т.
В качестве продольной напрягаемой арматуры были
использованы предварительно-напряженные анкеры си-
184
а
160 •. 2520—770^,60
монмия^йорный i/vac- шнолипныи^
'ный участок ток ** участок
36,6
Рис. 4.28. Предварительно-напряженный железобетонный тон-
нель. «Л афонтэн»:
а — ситуационный план; б — продольный и поперечный разрезы, распо-
ложение предварительно-напряженных анкеров системы ББРВ в попереч-
ном сечении тоннеля^ детали анкеровки
Узел А
СТемы ББРЁ, состоящие из Пучка проволок диаметром
7 мм, расположенных через 27 см по длине элемента.
Применялись анкеры длиной 44 м. Тяговое усилие, соз-
даваемое в каждом пучке анкера при натяжении с упо-
ром на бетон, достигало 2300 кН. Натяжение анкеров
производилось только после того, как бетон достигал
прочности 20,0 МПа. Для размещения анкеров ББРВ в
конструкции, плитах и боковых стенках каждого сбор-
ного элемента блока устраивались каналы, в которых
прокладывались 48 анкеров. Благодаря возможности
укладки и натяжения анкеров системы ББРВ в кана-
лах с криволинейным направлением удалось отказать-
ся от устройства вутов в сопряжениях верхней и нижней
плит со стенками (см. рис. 4.11). В конструкции тон-
нельного блока нижняя плита рассчитывалась на давле-
ние 0,30 МПа, а верхняя — 0,93 МПа. Обжатие швов
блоков производилось с помощью натяжения анкеров
после достижения бетоном прочности 8,0 .. . 10,0 МПа.
Натяжение анкеров, расположенных в криволиней-
ных каналах, осуществлялось попеременно с двух кон-
цов, при этом в нижних и верхних плитах возникали
изгибающие моменты значительной величины, которые
должны были погаситься моментами от внешней нагруз-
ки. Поэтому для нейтрализации изгибающих моментов
от предварительного напряжения на период изготовле-
ния; буксировки и установки блоков были временно натя-
нуты вертикально по осевым линиям каждого из край-
них отсеков блока монтажные предварительно-напря-
женные анкеры.
Готовые блоки тоннеля массой 34 тыс. т, торцы ко-
торых герметически заделывались временными перебор-
ками, выводились из дока и буксировались на плаву к
месту их установки. Для закрепления блоков и плаву-
чих средств от сноса в результате воздействия гидроди-
намического давления потока реки, которое в этом рай-
оне достигало 3000 кН. На дне реки были установлены
небольшие бетонные массивы, которые предварительно-
напряженными анкерами закреплялись в скальном грун-
те дна реки, создавая таким образом тяговое усилие
около 9600 кН. К заанкерованным массивам с помощью
тросов и лебедок в процессе погружения и установки
крепились тоннельные блоки и плавучие технические
средства, используемые при выполнении работ.
При строительстве экспресс-линии парижского мет-
186
9,80
ро под р. Сеной из предварительно-напряженного сбор-
ного железобетона сооружен тоннель прямоугольного
сечения (рис. 4.29). Подводная часть тоннеля общей
Рис. 4.29. Поперечное сечение предварительно-напряженного же-
лезобетонного тоннеля на переходе под рекой
длиной 220 м смонтирована из семи блоков длиной
21,0 . . . 34,3 м. Тоннель по дну реки проложен в тран-
шее глубиной 8 ... 9 м с таким расчетом, чтобы отмет-
ка верхней плиты была расположена на глубине
7 ... 8 м ниже уровня реки. Боковые стенки нижней
части тоннеля устроены с выступами, образуя подтон-
нельную камеру для кессонных работ.
Для напряжения плит и стенок блоков были приме-
нены предварительно-напряженные анкеры из пучков
семипроволочных прядей, по четыре пряди в каждом ан-
187
кере с общим усилием натяжения 490 кН. Напряжение
блоков осуществлено в трех направлениях (поперечном, -
горизонтальном и вертикальном). Предварительные на-
пряжения на сжатие в бетоне по продольным сечениям
блока после проявления потерь предварительного напря-
жения (усадки, ползучести и релаксации) составило
около 2,5 МПа.
Продольное обжатие в блоках осуществлялось так-
же предварительно-напряженными анкерами, выполнен-
ными из арматурных прядей несущей способностью
1190 кН каждый. Предварительное напряжение на сжа-
тие в бетоне по поперечным сечениям после учета прояв-
ления потерь напряжения достигало около 2 МПа.
Смонтированные блоки массой около 3000 т на плаву
транспортировались к месту их установки, где с помо-
щью мощных кранов устанавливались в подготовленные
траншеи.
Для снабжения Каира водой по дну Нила из предва-
рительно-напряженного сборного железобетона был про-
ложен дюкер длиной 500 м диаметром 3,26 м. Элементы
дюкера изготавливались на полигоне длиной по 4,93 м,
затем с помощью 25 предварительно-напряженных ан-
керов объединялись в секции длиной 56,26 м. К месту
укладки секции транспортировались на плаву.
На время транспортирования и укладки секций дю-
кера торцы их закрывались герметическими стальными
заглушками, которые крепились к металлическим рамам,
устраиваемым на концах секций. Одновременно рамы
являлись упорами для закрепления напрягаемых анке-
ров. Для бетонирования опор дюкера использовалась де-
ревянная опалубка, подвешиваемая к секциям. Вплот-
ную к опалубке примыкал бетонный выступ, устроенный
на секции в виде фланца, предназначенный для боково-
го уплотнения опалубки при бетонировании стыков сек-
ций. Между выступами устанавливалась полукруглая
деревянная опалубка, после чего стык заливался цемент-
ным раствором.
В целях предупреждения просачивания цементного
раствора в пространство между заглушками соединяе-
мых секций водолазы прокладывали вокруг стыка рези-
новый бандаж шириной 20 см и толщиной 0,5 см, кото-
рый прижимался к поверхности секции стальными на-
кладками с болтовым соединением. При наборе раство-
ром необходимой прочности вода из пространства между
188
заглушками секций откачивалась и заглушки удалялись.
После этого с внутренней стороны производилась окон-
чательная герметизация швов. Для этого использова-
лись стальные полосы полукруглого сечения, изогнутые
но внутреннему радиусу, которые приваривались к
стальным рамам.
Для соединения под водой секций дюкеров приме-
нялся специальный метод. Суть этого метода заключает-
ся в том, что после укладки секции в проектное положе-
ние следующая секция дюкера с помощью крюков гид-
равлического действия захватывается и подтягивается к
ранее уложенной. Для уплотнения стыков между секци-
ями используется резиновая прокладка. Прокладка вы-
полняется в виде пустотелого кольца, заполненного во-
дой. После соединения секций вода из камер удаляется.
Затем стыки изнутри камер окончательно заделываются
и секции дюкера обжимаются предварительно-напря-
женными анкерами.
Этот метод строительства использован при соору-
жении крупных транспортных тоннелей Дис Айленд,
Ванкувер, метро Роттердам, Коен — Амстердам, Бени-
люкс, Роттердам, Шелье — Антверпен, Хайнееурд — Ни-
дерланды, Пингтад — Г етеборг, Лимсерд — Аалтерг
(Дания) и др.
Строительство подводных резервуаров и емкостей
различного назначения из сборного предварительно-на-
пряженного железобетона в настоящее время приобрело
весьма актуальное значение. Тем не менее нельзя не счи-
таться с некоторыми особенностями сооружений, возво-
димых из сборного предварительно-напряженного желе-
зобетона и эксплуатируемых в водной среде морей и
океанов. К ним относятся, например, водопроницаемость
стыков бетона и солевая коррозия. Для повышения не-
проницаемости бетона и уплотнения рабочих стыков
конструкций широко применяются различные клеи и
лакокрасочные композиции, приготовленные на основе
эпоксидных смол, синтетические и резиновые проклад-
ки, стеклопластики, а также облицовки внутренней по-
верхности сооружений из тонкой листовой малоуглеро-
дистой стали. Стальная облицовка, покрытая лакокра-
сочными материалами и снабженная катодной защитой,
не только является надежным средством защиты, но и
может быть успешно использована в качестве внутрен-
ней опалубки при бетонировании элементов и блоков.
189
Однако наиболее эффективным и перспективным
материалом, обеспечивающим непроницаемость и долго-
вечность подводных сооружений, является бетон. Про-
питанный мономером, например метилметакрилатом, и
Рис. 4.30. Схема подводной базы для хра-
нения нефти из цилиндрических предва-
рительно-напряженных резервуаров ба-
рабанного типа
подвергнутый облучению кобальтом-60 или дополни-
тельной термообработке, он приобретает ряд новых ка-
честв, делающих его незаменимым материалом для под-
водных сооружений.
При проектировании подводных сооружений должна
учитываться знакопеременность усилий и напряжений,
вызываемых действием гидростатического давления, как
190
В Процессе их заливки и опорожнений, так и установки
конструкций в проектное положение.
В подводных сооружениях обычно применяется объ-
емное армирование с использованием сборных предвари-
тельно-напряженных блоков, объединяемых предвари-
тельно-напряженными анкерами с натяжением на бетон.
Определяющим расчетным фактором подводных соору-
жений является величина гидростатического давления.
Рис. 4.31. Схема подводной базы для хранения нефти в пред-
варительно-напряженных железобетонных цистернах, соби-
раемых из пустотелых блоков овального сечения
В 1969 г. в штате Калифорния (США) были прове-
дены исследования работы конструкций из высокопроч-
ного железобетона для глубоководных условий. Ис-
следования показали принципиальную возможность соз-
дания из высокопрочного предварительно-напряженного
бетона конструкций глубоководных сооружений, пригод-
ных для работы при гидростатических давлениях, экви-
валентных глубинам более 1000 м (рис. 4.30 и 4.31).
Укрупнительная сборка блоков и подводных соору-
жений небольших размеров из предварительно-напря-
женных железобетонных элементов заводского изготов-
ления производится в сухих доках, на слипах или в кот-
лованах на специальных стапелях и др. После заверше-
ния работ по укрупнению элементов по спусковым до-
рожкам доков и слипов или путем разборки перемычки
и затопления котлованов их спускают на воду. Укруп-
191
нительную сборку указанных сооружений также произ-
водят непосредственно на плаву или под водой. О ме-
тодике откачки воды из межстыковых пространств и их
герметизации при стыковании блоков уже упоминалось.
Вопросы спуска на воду, буксировки и швартовки круп-
ных блоков железобетонных сооружений, а также уста-
новки их на дно моря или океана требуют тщательной
разработки проектов производства работ и организации
надлежащей службы слежения с использованием под-
водного телевидения, дистанционных указателей поло-
жения и наклона опускаемого сооружения.
Метод строительства морских и океанских плавучих
и подводных комплексов из сборного предварительно-
напряженного железобетона с применением для укруп-
нительной сборки и напряжения предварительно-напря-
женных анкеров, позволяющий возводить сооружения не-
обычно больших размеров, является весьма прогрессив-
ным и экономически выгодным.
ВЫВОДЫ
1. Опыт строительства многочисленных инженерных
сооружений из сборных предварительно-напряженных
железобетонных элементов, объединяемых с помощью
предварительно-напряженных анкеров в большеразмер-
ные конструкции, подтвердил их неоспоримую актуаль-
ность. Предварительно-напряженные анкеры не только
обеспечивают необходимое обжатие бетона, но и явля-
ются важным средством сопряжения отдельных конст-
руктивных элементов между собой. Этот метод монтажа
сооружений особенно эффективен тогда, когда одна
часть их конструкций напрягается на заводе при изго-
товлении, а другая — непосредственно при сборке зда-
ний и сооружений. Вместе с тем данный метод раскры-
вает большие возможности создания перспективных кон-
струкций и сооружений больших размеров. Это обстоя-
тельство имеет важное значение особенно при строитель-
стве морских плавучих, подводных и причальных соору-
жений, а также при устройстве искусственных оснований
фундаментов для различных зданий и сооружений.
2. Одновременно с расширением областей примене-
ния монолитных, сборно-монолитных и сборных конст-
рукций, монтируемых с натяжением арматуры на бетон,
значительно увеличились объемы производства и при-
192
менения сборных элементов заводского изготовления с
механическим и электрическим натяжением на упоры.
В ряде стран существенно увеличились объемы произ-
водства и применения легких бетонов прочностью до
50 МПа и тяжелых бетонов прочностью 100 МПа. Важ-
ная роль в повышении долговечности железобетонных
сооружений принадлежит высокопрочным бетонам, от-
личающимся повышенной сопротивляемостью воздейст-
вию агрессивной среды.
ГЛАВА 5
ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КОНСТРУКЦИЙ
ПРЕДВАРИТЕЛЬНО-НАПРЯЖЕННЫХ АНКЕРОВ
Изготовление конструкций предварительно-напря-
женных анкеров целесообразно осуществлять централи-
зованно в специальных цехах действующих предприятий
по производству металлоконструкций или железобетона.
На предприятиях-изготовителях анкерные конструкции
должны доводиться до высокой степени готовности и
поставляться на стройки пригодными для непосредст-
венного применения [6].
Технология изготовления конструкций анкеров раз-
работана в двух вариантах. Первый вариант предусмат-
ривает высокий уровень механизации технологических
процессов изготовления, а второй — технологию по упро-
щенной схеме. Оба варианта рассчитаны на изготов-
ление полностью законченных конструкций анкеров и
поставку их на стройки свернутыми в бухты диаметром
2,5 ... 3 м массой до 3 т.
При разработке технологии изготовления конструк-
ций предварительно-напряженных анкеров были исполь-
зованы принципиальные технологические схемы дейст-
вующих полигонов Минтрансстроя СССР по изготов-
лению арматурных элементов пролетных строений мо-
стов и оборудования, которым они оснащены [8], [11]
и [12].
5.1. Цех для изготовления конструкций анкеров
Цех состоит из двух частей. Одна часть его разме-
щена в неотапливаемом здании складского типа, а дру-
гая— на открытой площадке (рис. 5.1). В здании цеха
размещаются все технологическое оборудование, места
складирования материалов и подсобные службы. На
194
1
Рис. 5.1. План размещения оборудования для изготовления предварительно-напряженных анкеров из высоко-
прочной проволоки:
/ — складирование мотков проволоки; 2 — подвесной электрический кран грузоподъемностью 3 т; 3 —тяговый барабан; 4 —
правильный станок; 5 — электрическая лебедка; 6 — механизм укладки проволоки; 7 — устройство для очистки проволоки; 8 —
автоматическое приспособление для выключения тягового барабана; 9 — бухтодержатели технологической линии I; 10 — бухто*
держателй технологической линии II; // — место складирования бухт из многопроволочных пучков; 12 — место складирования*
готовой продукции (анкеров); 13—направляющие стойки; 14—направляющие рамки; 15 — направляющие пресс-ножницы; 16 —
обмоточный станок; /7 — пресс для высадки утолщений на концах проволок; 18 — стапель для вытяжки анкеров; 19 — мерная
линейка; 20 — пульт управления; 21 — тяговый барабан для сматывания анкеров в бухты; 22 —стапель для окончательной
сборки и устройства противокоррозионной защиты; 23 — мастерская; 24 — складирование анкерных головок; 25 — складирование-
полиэтиленовых трубок; 26 — концевые блоки
открытой площадке устраиваются стапели ДлЯ ёЫТЯЖ-
ки анкеров и выполнения работ по противокоррозионной
защите.
Здание цеха принято типовое размером 18X54 м и
высотой 5,4 м, собираемое из элементов временных уни-
фицированных типовых секций (ВУТС) 20-00-12, аль-
бом I и II, в стальном каркасе со стеновыми и кровель-
ными панелями из асбоцементных листов. Все стальные
конструкции (колонны, фермы, связи) выполняются из
низколегированной стали (ГОСТ 380—71). Стапели
представляют собой площадки типа низких эстакад с де-
ревянным настилом длиной 100 м шириной 3 ... 3,5 м.
Технология цеха рассчитана на изготовление анкеров
несущей способностью 0,1 ... 2 МН длиной до 100 м
из пучков высокопрочной проволоки диаметром 5 мм.
Для этой цели в цехе предусмотрены три отдельные, па-
раллельно действующие технологические линии. Техно-
логическая линия I является вспомогательной и предна-
значается для формирования бухт из 10-проволочных
пучков, а также для правки и очистки проволоки. На
главной технологической линии II производятся вытяж-
ка и сборка анкеров из 10-проволочных пучков с вы-
садкой утолщений на концах проволок, а также отреза-
ние их на заданную длину. Технологическая линия III
используется для устройства противокоррозионной защи-
ты и свертывания анкеров в бухты.
Хранение месячного запаса готовой продукции и по-
луфабрикатов, а также материалов, поставляемых для
изготовления анкеров, кроме компонентов противокорро-
зионной защиты, предусмотрено непосредственно в цехе.
Такое размещение складируемых материалов и готовой
продукции значительно упрощает технологию производ-
ства, позволяет обеспечить все технологические процессы
и погрузочно-разгрузочные операции одним подвесным
электрическим краном грузоподъемностью 30 кН. В зда-
нии цеха предусмотрен сквозной проезд для транс-
порта.
5.2. Технологическая линия I
Технология формирования 10-проволочных пучков
осуществляется в следующем порядке. Подобранные из
одной партии поставки мотки проволок равной длины и
диаметра устанавливаются на барабан бухтодержате-
ля. Мотки проволок одинаковой длины позволяют сокра-
196
Щйть количество остановок для заправки их в бараба-
ны, а также более точно определить выход готовой про-
дукции (пучков) с наименьшими отходами. Затем пучок
из 10 проволок, с каждого барабана по одной проволоке,
пропускается через приспособление автоматического вы-
ключателя, станок правки, устройство очистки прово-
локи и закрепляется на тяговом барабане. После соот-
ветствующей проверки включается в работу тяговый ба-
рабан.
При вращении тягового барабана пучок проволок со
скоростью 30 ... 40 м/мин протягивается через всю си-
стему указанных механизмов и приспособлений. С по-
мощью механизма рядовой укладки, смонтированного на
бухтодержателе, проволоки укладываются на ободе ба-
рабана плотными рядами по 10 проволок. По мере за-
полнения барабана проволокой слои намотки разделя-
ются прокладками из коротких прутков проволоки.
В процессе наматывания проволок по 2 ... 3 проклад-
ки ставятся между каждым слоем во избежание воз-
можности продавливания и застревания проволок между
слоями намотки. При разматывании бухт прокладки вы-
свобождаются и используются для повторного примене-
ния.
Длина пучков проволок подбирается кратной длине
анкеров и должна быть равна примерно 2000 м. В связи
с этим проволока должна поставляться в мотках массой
не менее 300 кг.
По окончании намотки бухта вместе с траверсой сни-
мается с барабана и с помощью подвесного электрокра-
на устанавливается в бухтодержатели или складируется
на площадке. Горизонтальное расположение барабанов
бухтодержателей и тягового барабана значительно об-
легчает операции по снятию и установке мотков и бухт.
Управление всеми механизмами и устройствами, ра-
ботающими от индивидуальных приводов, объединено на
специальном пульте управления.
Тяговый барабан (рис. 5.2) предназначен для форми-
рования 10-проволочных пучков из проволоки диамет-
ром 5 мм и представляет собой сварную конструкцию
с центральной втулкой, надевающейся на ось опоры.
Для крепления проволок в барабане к стенке корпуса
приваривается замок с вертикальным пазом. Высажен-
ные на концах проволок утолщения закладываются в
этот паз и закрепляются винтом. В барабане имеется
197
1005
2600
09£ 09£
380
Рис. 5.2. Тяговый барабан:
— привод; 2 — барабан; 3 — механизм .укладки проволоки;
— опора барабана; 5 — роликовая опора; 6 — рама; 7 — сектор;-
8 — замок рычажного типа
сектор шарнирно-запорного устройства, который одним
концом (неподвижно) закреплен на ободе барабана, а
другим (подвижным) через рычажный замок опирается
на центральную втулку барабана.
Вращение тягового барабана осуществляется с по-
мощью электродвигателя мощностью 13 кВт, соединен-
ного с муфтой червячным редуктором РЧП-180А.
Рис. 5.3. Станок для правки проволоки:
/ — пучок проволок; 2 — отклоняющие диски; 3 —стой-
ка; 4 — привод; 5 — рама
На раме тягового барабана устроен механизм уклад-
ки проволоки. Привод механизма укладки осуществля-
ется от звездочки, укрепленной на барабане, через цеп-
ную передачу, для натяжения которой имеется натяжной
ролик. Тяговый барабан устанавливается на бетонном
фундаменте на четырех роликовых опорах.
Намотав бухту проволоки массой примерно 3000 кг,
барабан останавливают и с помощью рычажного замка
открывают сектор. При этом диаметр барабана умень-
шается и бухта легко снимается с барабана. Для остро-
повки бухт в корпусе барабана предусмотрены отвер-
стия. После снятия бухты с барабана сектор приводится
в исходное положение, и цикл повторяется.
Многолетний опыт работы с высокопрочной проволо-
кой показал, что выпрямление ее необходимо даже при
поставках в мотках большого диаметра. От качества
прямления проволок зависит производительность ра-
боты технологических линий цеха. Для правки проволок
предусмотрен станок конструкции ЦНИИ (рис. 5.3).
199
В прямильном барабане этого станка имеются два от-
клоняющих диска, позволяющих создавать двойную вол-
ну на проволоке. Создание двойной волны на проволоке
значительно улучшает качество правки. Если не тре-
буется правка проволоки, станок не включается. Станок
рассчитан на одновременную правку до 24 проволок.
Рис. 5.4. Автоматический выключатель:
1 — неподвижные ролики; 2 — подвижный ролик;
3 — пружина; 4 — пучок проволок; 5 — контакт-
ный выключатель; 6 — выступ; 7 — груз; 8 — тяга
Приспособление для автоматического выключения
барабана предусмотрено на случай обрыва или запуты-
вания проволок во время их перематывания. Действие
автоматического выключателя (рис. 5.4) основано на
принципе устройства ограничителей грузоподъемности.
Пучок проволок при намотке на барабан постоянно со-
прикасается с двумя неподвижными роликами и подвиж-
ным роликом, подвешенным на пружине с грузом. Масса
груза подобрана так, чтобы во время нормальной рабо-
ты технологической линии пучок проволок под действи-
ем груза имел небольшой прогиб. При запутывании про-
волок в мотках вследствие возрастания усилия натяже-
ния в пучке последний стремится выпрямиться, ролик и
груз, соединенные между собой тяговым тросиком, при
200
этом переместятся вверх, с помощью выступа соединят-
ся с контактным выключателем и выключат тяговый ба-
рабан.
Двухбарабанный бухтодержатель
(рис. 5.5) с независимым вращением барабанов предна-
Рис. 5.5. Бухтодержатель:
/ — рама; 2 — стойка; 3 — пружина; 4 — тормозное устройство;
5 — выступ; 6 — упоры нижнего барабана; 7 — втулка
барабана; 8 — упоры верхнего барабана; 9, 10 — ограждения;
.11 — вертикальная ось; 12 — упор
значен для разматывания проволочных бухт и мотков
диаметром 750 . . . 2500 мм массой до 3000 кг. Бухто-
держатель монтируется на металлической раме и уста-
навливается на бетонном фундаменте. Нижний барабан
201
Рис. 5.6. Схема устройства для уста-
новки бухт проволок:
/ — стойка; 2 — шарнир; 3 — поворотная
консольная балка; 4 — диск; 5 — приемное
кольцо; 6 — упор; 7 — бухта
опирается на площадку рамы, а верхний — на промежу-
точную втулку-площадку, закрепленную на вертикаль-
ной оси. Для закрепления на барабане бухт разного диа-
метра используются упоры. На верхнем барабане при-
меняются Г-образные упоры, а на нижнем — в виде
прямого стержня. Упоры выполняются из труб. Бухты и
мотки проволок на бухтодержатели устанавливаются с
помощью подвесного электрического крана.
Размотка бухт и мотков с барабанов бухтодержате-
лей осуществляется тяговым барабаном, для остановки
которого при прекращении сматывания проволоки пре-
дусмотрен тормоз. Усилие прижатия колодки тормоза
регулируется пружиной, создающей максимальное тор-
мозное усилие на ободе барабана 2000 Н. Вместе с тем
конструкция бухтодержателя имеет существенный недо-
статок, связанный с расположением на них барабанов
в два яруса. Поэтому для замены бухт нижнего бара-
бана требуется вначале снять барабан верхнего яруса,
что связано с определенным неудобством и непроизво-
дительной затратой
времени.
На Бескудников-
ском заводе мосто-
вых железобетонных
конструкций Мосто-
треста разработано и
внедрено устройство
(рис. 5.6), представ-
ляющее собой трехъ-
ярусный бухтодер-
жатель, рассчитан-
ный на установку
бухт диаметром 1 ...
3 м. Применение это-
го устройства позво-
ляет не только умень-
шить полезную пло-
щадь цеха по срав-
нению с бухтодержа-
телями при двухъ-
ярусном расположе-
нии барабанов, но и
значительно сокра-
тить время на опе-
202
рации по установке и снятию с него проволочник
бухт.
Устройство представляет собой конструкцию, на
стойке которого смонтированы на шарнире поворотные
балки консольного типа. На балках закреплены диски
с прижимными кольцами и упорами.
Для установки бухт на устройство необходимо кон-
сольные балки отвести в сторону так, чтобы диски за-
няли удобное положение.
5.3. Технологическая линия II
Бухты, сформированные из 10-проволочных пучков,
устанавливаются на бухтодержатели. Разматываемые с
них проволоки пропускаются через направляющие при-
способления и режущие вкладыши ножевого устройства
гидравлических пресс-ножниц (ГПН-100). После отре-
зания концов проволок в бункер ножниц устанавливает-
ся анкерная головка. Отверстия в режущих вкладышах
должны строго соответствовать расположению отверстий
в анкерной головке. При помещении анкерной головки в
бункер производится регулирование совмещения ее от-
верстий с отверстиями во вкладышах. После этого ка-
ретка с анкерной головкой перемещается в крайнее ле-
вое положение. В процессе этого перемещения проволоки
проходят чрез отверстия в анкерной головке.
На выступающих из анкерной головки концах про-
волок двумя гидравлическими прессами высаживают
утолщения. Затем каретку ножниц вновь возвращают в
исходное положение. Анкерная головка освобождается
от закрепления, захватывается специальным приспособ-
лением, и пучок проволок с помощью лебедки протяги-
вается по стапелю (рольгангу) на заданную длину. Вто-
рой конец вытянутого пучка проволок закрепляют в за-
жиме ножниц. Положение режущей части ножниц
фиксируют по специальной мерке, нанесенной на раме
ГПН-100, и отрезают. На проволоках противоположного
конца анкера надевают вторую анкерную головку и гид-
равлическими прессами высаживают утолщения. Полно-
стью законченный анкер со стапеля перемещают на ста-
пель технологической линии III.
Одновременно с высаживанием утолщений на втором
конце пучка проволок устанавливают анкерную головку
в бункер ножниц для следующего пучка, и цикл работы
повторяется.
203
Поставка заводами проволоки в однопроволочных
Или многопроволочных мотках, не требующих правки и
чистки, позволяет формировать анкеры, минуя техноло-
гическую линию I. С помощью 12 бухтодержателей, ус-
тановленных на линиях, можно изготавливать анкеры
из однопроволочных мотков несущей способностью до
500 кН (24 проволоки), а многопроволочных — до
2000 кН (96 проволок).
В случае использования липких лент в качестве про-
тивокоррозионной защиты предварительно-напряженных
анкеров пучок проволок анкера должен быть скреплен
вязальной проволокой. Для этой цели применяется спе-
циальная конструкция механизма обмотки. Механизм
обмотки в технологической линии устанавливается сра-
зу же после ГПН-100. Липкие ленты накладывают на
высохшую загрунтованную поверхность анкера. С по-
мощью изоляционной машины, выполненной по анало-
гии с машиной ИМПЛ-2, применяемой для противокорро-
зионной защиты подземных трубопроводов, можно обер-
тывать анкеры липкими лентами и стеклотканью.
Обмоточная машина устанавливается на технологиче-
ской линии III .
788
204
Протаскивание йроболочного пучка анкера по ста*
пелю производится электрической двухбарабанной ле-
бедкой с тяговым усилием 100 кН. Возврат приспособ-
ления для протягивания анкера в исходное положение
осуществляется с помощью второго барабана лебедки.
Кроме того, использование лебедки предусмотрено для
разматывания барабанов бухтодержателей при заправке
проволоки в направляющие и режущие устройства.
Большое тяговое усилие лебедки обусловлено затра-
той сил на преодоление трения в узлах направляющих и
режущих устройств, а также на разматывание бухт с ба-
рабанов бухтодержателей при вытяжке пучка проволок.
Гидравлические пресс-ножницы ГПН-100
(рис. 5.7) предназначены для формирования и одно-
временного реза пучка из 100 высокопрочных проволок
диаметром 5 мм, а также механизированного надевания
на них анкерных головок. Гидравлические пресс-нож-
ницы рассчитаны на стационарную работу в заводских
условиях. Работа их обеспечивается гидравлической на-
сосной станцией. Управление работой отдельных узлов
ножниц осуществляется от пульта с кнопочным управле-
нием.
Вид А
Рис. 5.7. Гидравлические пресс-ножницы
(ГПН-100):
1 — рама ножниц; 2 — тормозное устройство;
3 — механизм (гидроцилиндр) перемещения ка-
ретки; 4 — каретка; 5 — кронштейн для уста-
новки гидропресса
Ножницы уста-
навливаются на ме-
таллической раме и
состоят из следую-
щих основных узлов:
каретки с рабочими
цилиндрами и режу-
щими вкладышами,
тормозного устрой-
ства, механизма пе-
редвижения, крон-
штейна для установ-
ки гидропресса и
бункера.
Работа ГПН-100
осуществляется в та-
кой последователь-
ности. При разматы-
вании бухт, установ-
ленных на бухтодер-
жателях, проволоки
пропускаются через
205
Тормозное устройство и режущие вкладыши с выпуском
концов на 3 ... 4 см. Для выравнивания и торцовки
концов проволок делается первый рез. В бункер поме-
щаются анкерные головки, где их закрепляют зажимом
и перемещают каретку в крайнее левое положение. В мо-
мент перемещения каретки проволоки, пронизывая ан-
керные головки, насаживают их на пучок. На выступаю-
щих из анкерных головок концах проволок высаживают-
ся утолщения. Затем каретка возвращается в исходное
положение, анкерная головка освобождается от зажима,
анкер обрезается и вытягивается по стапелю на проект-
ную длину.
На противоположном конце пучка проволок высажи-
ваются утолщения, и цикл повторяется.
Ножницы позволяют одновременно резать до 100 про-
волок диаметром 5 мм, обеспечивая при этом разность
в длине проволок ±0,5 мм на каждые 10 м длины пуч-
ка, без сплющивания, вмятин и скосов *. Это позволяет
изготавливать проволоки равной длины с высоким каче-
ством утолщений, тем самым обеспечивая равномер-
ность в их напряжении при натяжении анкеров.
Изменяя количество и диаметр отверстий в режущих
вкладышах ГПН-100, можно осуществлять резку высо-
копрочной проволоки диаметром до 8 мм. Количество
отверстий в режущих вкладышах должно определяться
расчетом.
Безотказная и качественная работа ножниц в боль-
шой степени зависит от размотки проволок с барабанов
бухтодержателей и возможности получения плотного
многопроволочного пучка на' входе в режущий орган ме-
ханизма. С этой целью применяется тормозное устрой-
ство, направляющее стойки и рамки с 10 отверстиями
(по числу 10-проволочных пучков) и 100 отверстиями
(по числу проволок).
Гидропресс (рис. 5.8) предназначен для образо-
вания утолщений на концах высокопрочных проволок.
Образование утолщений на концах проволок является
ответственной операцией, так как от качества выполне-
ния утолщения зависит надежность работы анкерной
конструкции.
Гидропресс устанавливается на кронштейне, смонти-
* Авторское свидетельство № 236416 на имя Н. Е. Блинкова
и Л. В. Захарова.
206
рованном на гидравлических пресс-ножницах (см.
рис. 5.1). Кронштейн рассчитан на перемещение в гори-
зонтальной плоскости в пределах 180°. Конструкция
пресса отличается компактностью, простотой управления
и небольшой массой.
Рис. 5.8. Принцип устройства и работы гидропресса:
1 — бак; 2 — насосная станция; 3, 14, 4 и 16 — маслопроводы; 5, 11
и 12 — клапаны; 6 — корпус; 7, 8 и 13 — плунжеры; 9 — клинья; 10 —
пружина; 15 — золотник; 17 — предохранительный клапан
Гидропресс приводится в действие с помощью на-
сосной станции, которая через .маслопровод нагнетает
масло под плунжер. Плунжер, перемещаясь вправо, пе-
редвигает плунжер до упора в клинья. В результате в
полости корпуса образуется вакуум и клапан открыва-
ется, тогда по маслопроводу масло из бака будет заса-
сываться под плунжер и заполнит полость. Продолжая
нагнетать масло в полость цилиндра под плунжер и пре-
одолевая усилие пружины клапана, плунжер создает
давление 20 ... 25 МПа в полости корпуса. Клинья
под воздействием плунжера зажмут проволоку, а плун-
жер через пуансон,-нажимая на конец проволоки, выса-
живает на ней утолщение. Затем золотник переключают
в другое положение, и насосная станция через маслопро-
вод нагнетает масло в полость возврата.
Плунжер, перемещаясь в левом направлении, выжи-
мает масло из полости корпуса в бак через клапан, мас-
лопровод, золотник и маслопровод. Пружина отжимает
плунжер в исходное положение. Клинья высвобождают-
ся, проволоку с высаженным утолщением извлекают, и
цикл работы гидропресса повторяется.
207
Механизм обмотки (рис. 5.9) применяется для
скрепления проволочных пучков вязальной проволокой.
Состоит он из внутренней трубы с раструбом, предна-
значенным для обеспечения плавного входа протягивае-
мого пучка с анкерными головками в трубу. Механизм
Рис. 5.9. Механизм обмотки:
/ — стойка; 2— внутренняя труба (неподвижная); 3 — раст-
руб; 4—катушка; 5 — шкив; 6 — вязальная проволока диа-
метром 1,6... 2 мм; 7 — редуктор; 8 — электродвигатель:
9 —.пружинный тормоз; 10 — вертушка для мотка вязальной
проволоки
укрепляется обычно на стойках. Катушка с необходи-
мым запасом вязальной проволоки свободно насажена
на внутреннюю трубу. Вращением шкива протаскивае-
мый анкер обматывается вязальной проволокой. Меха-
низм обмотки приводится в действие электродвигателем
мощностью 1 кВт через редуктор. Пополнение вязальной
проволоки осуществляется с вертушки. Торможением
катушки регулируется степень натяжения обмотки. Шаг
обмотки определяется скоростью вращения шкива и по-
ступательного движения анкерного пучка. Шаг обмотки
обычно принимается равным 10 . . . 15 см. Обмотка ме-
ханизированным способом заметно улучшает качество
пучка проволок.
208
5.4. Технологическая линия III
На эту линию анкеры поступают уже в законченном
виде. Здесь выполняются работы только по устройству
противокоррозионной защиты анкеров и сматыванию их
в бухты.
Наложение липких лент на анкеры производится ма-
шиной, сконструированной на основе общеизвестной ма-
шины ИМПЛ-2, в настоящее время широко используе-
мой для изоляции подземных трубопроводов. Машина ус-
танавливается на стапеле технологической линии III. По-
крытие из липких лент шириной 4 ... 5 см наносится в
два слоя внахлест ленты на ленту. Обертывание лип-
кими лентами анкера производится в процессе протяги-
вания его через машину.
Защита от коррозии с помощью пластмассовых труб
осуществляется также на этом стапеле. Трубы наматы-
ваются на барабан бухтодержателя и с помощью тяго-
вого барабана натягиваются на анкер.
Перед наложением липких лент и надеванием труб
на свободную часть анкера наносится грунтовка, обычно
праймер, а на заделываемую часть — эпоксидно-каучу-
ковое покрытие. При применении защиты методом за-
полнения скважины битумно-резиновой мастикой огра-
ничиваются только консервационным покрытием анкера.
По завершении всех операций по противокоррозион-
ной защите на торцы анкерных головок ставят предо-
хранительные шайбы и размещенный на стапеле анкер
с помощью тягового барабана сматывают в бухту.
В процессе сматывания анкеров в бухты диамет-
ром 2,0 .. . 2,5 м строго соблюдают их маркировку,
положение анкерных головок и производят скрепление
бухт вязальной проволокой. Готовые бухты складируют
под укрытием на деревянных прокладках.
Транспортируются бухты на стройплощадки автома-
шинами или железнодорожным транспортом.
5.5. Временный полигон для изготовления
предварительно-напряженных анкеров
Полигон является временным сооружением и рассчи-
тан на производство небольшого объема предваритель-
но-напряженных анкеров. Полигон открытого типа пре-
дусмотрено разместить в одном из южных районов стра-
209
Рис. 5.10. Упрощенная технологическая
схема полигона для изготовления анке-
ров из пучков параллельных проволок:
1 — бухтодержатели; 2 — направляющие ро-
лики (стойки); 3 — гидравлические пресс-нож-
ницы (ГПН-7); 4 — гидравлический пресс для
высадки утолщений; 5 — механизм обмотки;
6 — пульт управления; 7 — электролебедка;
8 — настил для вытяжки анкера; 9 — конце-
вой блок; 10 — площадка для формирования
из семипроволочных пучков анкеров и устрой-
ства противокоррозионной защиты; 11 — тяго-
вый барабан; /2 —рольганг для надевания
противокоррозионной трубы и сматывания
анкеров в бухты; 13— ванна для нанесения
защитного покрытия; 14 — ручная лебедка
ны. Способ формирования анкеров напоминает ранее
рассмотренную технологию. По этому способу однопро-
волочные мотки устанавливаются на четыре двухбара-
банных бухтодержателя (рис. 5.10). Семь проволок с
бухтодержателей заправляют в режущее устройство гид-
равлических пресс-ножниц (ГПН-7) с выпуском их кон-
цов за пределы ножей на 3 ... 4 см. Для выравнива-
ния и торцовки концов проволоки делается первый рез,
после чего режущее устройство ножниц перемещается в
крайнее левое положение. На свободных концах прово-
лок производят высадку утолщений, за которые с по-
мощью специальной металлической гребенки зацепляют
трос и 7-проволочный пучок лебедкой вытаскивают на
заданную длину. После произведенных замеров длины
делается второй рез. Высадки утолщений на втором кон-
це пучка в это время не делается, а его просто скручи-
вают вязальной проволокой. Для обеспечения одинако-
вой длины проволок в процессе вытягивания пучка он
по всей длине с помощью механизма обмотки туго скреп-
ляется вязальной проволокой.
Сформированные на стапеле 7-проволочные пучки
вручную объединяют по 14 7-проволочных пучков в еди-
ный 98-проволочный пучок.
Для нанесения на свободную часть анкера грунтовоч-
ного слоя пучок проволок погружают в специальные ван-
ны, заполненные праймером или другими противокорро-
зионными средствами. После стекания и высыхания
грунтовочного покрытия на пучок надевается вручную
подвижная анкерная головка и гидропрессом высажива-
ется на конце проволок утолщение. Второй конец пучка,
на котором ранее были высажены утолщения, скреп-
ляется с помощью бугеля со специальной скобой.
Для нанесения эпоксидно-каучукового покрытия на
поверхность пучка проволок для заделываемой части ан-
кера рациональный механизированный способ пока не
найден, поэтому покрывают вручную с помощью кисти.
По завершении указанных операций анкер переме-
щается на рольганг, где на него надеваются полиэтиле-
новый рукав и сборная неподвижная анкерная головка.
При применении защиты анкера липкими лентами
сборная неподвижная анкерная головка может наде-
ваться одновременно с подвижой головкой.
В связи с исключением из технологии изготовления
212
анкерных конструкции станка для правки проволоки не-
обходимо добиваться от заводов поставки проволоки в
мотках диаметром не менее 2 м.
5.6. Формирование пучков из 7-проволочных
прядей для предварительно-напряженных анкеров
Формирование пучков из 7-проволочных прядей за-
водского изготовления для предварительно-напряжен-
ных анкеров выполняется по упрощенной схеме непо-
средственно на стройке.
Для изготовления арматурных элементов пролетных
мостовых строений из 7 и 12 прядей СоюздорНИИ раз-
работана технологическая линия (рис. 5.11). На этой
Рис. 5.11. Схема технологической линии для формирования пря-
девых пучков:
/ — станок для обмотки пучка прядей вязальной проволокой; 2 — бухтодер-
жатели с пучками прядей; 3 — направляющая рамка; 4 — вертушка с вя-
зальной проволокой; 5 — машина для резки прядей; 6 — тележка с захватом;
7 — стапель; 8 — двухбарабанная лебедка; 9 — стеллаж для готовых пучков;
10 — готовый пучок прядей
линии предусмотрено использование двухбарабанных
бухтодержателей. Как и в предыдущих технологических
схемах, для образования пучка из 7-проволочных прядей
на бухтодержатели устанавливаются прядевые бухты
в количестве, необходимом для формирования анкера
заданной несущей способности. При разматывании с
барабанов пряди пропускают через направляющие рам-
ки и с помощью специальной тележки с захватным уст-
ройством по желобу (лебедкой) вытаскивают пучок пря-
дей на проектную длину и перерезают. Направляющие
рамки представляют собой металлические плиты с от-
верстиями по числу прядей формируемого пучка. Для
резания прядей могут применяться разные средства: бен-
зорезы, керосинорезы, автогенная и электродуговая
резки.
213
По мере протаскивания пучок прядей обматывается
вязальной проволокой с помощью механизма обмотки.
Обоймы анкерных головок устанавливаются в тор-
цах железобетонных блоков при их изготовлении. Во из-
бежание среза прядей при натяжении анкеров обоймы
необходимо устанавливать с большой точностью по от-
ношению к скважинам. Натяжение анкеров гидравличе-
скими домкратами осуществляется обычным способом.
ВЫВОДЫ
1. Цех или полигон для изготовления конструкций
предварительно-напряженных анкеров целесообразно
размещать на действующих предприятиях по производ-
ству сборного железобетона или металлоконструкций.
2. Цех должен быть оснащен высокопроизводитель-
ным оборудованием, обеспечивающим высокий уровень
механизации всех технологических процессов.
3. Проволоку целесообразно поставлять в многопро-
волочных мотках массой не менее 3 т, обеспечивающих
при разматывании сохранение ее прямолинейности, а
также защиту от коррозии консервационны.м покрытием.
ГЛАВА 6
ПРИМЕРЫ АНКЕРНОГО КРЕПЛЕНИЯ
СООРУЖЕНИЙ
6.1. Анкерное крепление плотины
Институтом «Гидроспецпроект» при участии автора
разработан проект повышения устойчивости плотины
Фархадской ГЭС. В проекте предусмотрено повышение
существующей отметки горизонта водохранилища на
1,0 м.
На основании исследований было сделано предполо-
жение о возможности раскрытия швов в бетонной клад-
ке плотины и нарушения контакта «бетон — скала».
В связи с этим потребовалось разработать мероприятия
по ликвидации растягивающих напряжений и повыше-
нию устойчивости плотины на сдвиг. Наиболее рацио-
нальным решением этой проблемы оказался способ
искусственного обжатия бетонной кладки плотины с по-
мощью предварительно-напряженных анкеров. Примене-
ние предварительно-напряженных анкеров позволило не
только повысить прочностные качества бетона плотины в
результате его обжатия, но и создать дополнительные
вертикальные силы, повышающие ее устойчивость про-
тив сдвига. Вместе с тем произвести крепление плотины
без снижения отметки водохранилища и нарушения нор-
мального режима работы гидроэлектростанции в про-
цессе анкерного крепления.
При определении необходимой величины анкерного
усилия с учетом состояния плотины были сделаны сле-
дующие допущения:
1. Прочность контакта бетона плотины со скальным
основанием нарушена, поэтому сцепление (параметр С)
не учитывалось. Горизонтальным силам, действующим
на плотину, противодействуют только силы трения. При
215
этом величина коэффициента трения против сдвига при-
нята повышенной — 0,75.
2. Усилия, создаваемые предварительно-напряженны-
ми анкерами, по всей длине плотины распределяются
равномерно.
3. Водосливная часть плотины отделена от быков
сквозными швами, а устроенные в швах штрабы запол-
нены кладкой из мелких бетонных блоков, .надежность
работы которых вызывает сомнение. В связи с этим ве-
личина анкерного усилия подбиралась из условий ус-
тойчивости водослива и быков при раздельной их ра-
боте [6].
Следует заметить, что противофильтрационная заве-
са и дренаж в плотине отсутствуют. Запас высоты в со-
оружениях гидроузла на случай повышения отметки во-
дохранилища на 1,0 м обеспечен.
Анкерное усилие (7V), необходимое для обеспечения
устойчивости плотины на сдвиг и ликвидации растяги-
вающих напряжений в основании, определялось соот-
ветственно по формулам:
ц __ Кед S Е
N = isP — zM
(6.1)
(6.2)
где — сумма горизонтальных действующих сил;
SP — сумма вертикальных действующих сил;
SM — суммарный момент действующих сил относи-
тельно низовой грани;
Кед — коэффициент запаса на сдвиг;
f — коэффициент трения;
L — плечо приложенного анкерного усилия относи-
тельно низовой грани;
I — плечо суммы вертикальных сил, приложенных
в пределах низовой грани средней трети сече-
ния.
Произведенные расчеты показали, что анкерное уси-
лие 12 000 кН, необходимое для обеспечения устойчиво-
сти, оказалось равным как для пролета водослива, так
и для быка (рис. 6.1). Результаты вычислений приведе-
ны в табл. 6.1.
216
2
План
Рис. 6.1. Размещение предваритель-
но-напряженных анкеров на плоти-
не:
/ — предварительно-напряженные анкеры;
2 — оголовок; 3 — скважина; 4 — глубина
заложения анкерной заделки в грунте;
5 — заделываемая часть анкера; 6 — сво-
бодная часть анкера; 7 — выемка в теле
плотины для установки оголовков
Таблица 6.1
Напряжения в основании и коэффициенты устойчивости плотины
на сдвиг
Место при- ложения нагрузки Сочетание нагрузки Без анкерного усилия С учетом анкерного усилия 12 000 кН
Напряжения в основании, кПа Напряжения в основании, кПа К<5Д
верховая грань низовая грань верховая грань низовая грань
1 2 3 4 б 6 7 8
Водослив Основное —13 300 0,93 112 288 1,31
Особое —53 340 0,77 74 326 и
Быки Основное —16 950 1,67 131 884 2,1
Особое —26 1053 1,38 30 985 1.8
Сравнение граф 3, 4 и 5 табл. 6.1 соответственно с
графами 6, 7 и 8 свидетельствует о положительном влия-
нии анкерного усилия на изменение напряжения в осно-
вании плотины и устойчивость сооружения против сдви-
га. Расчетное сопротивление растяжению проволок при-
нято равным 10,8-103 МПа (СНиП-П-21—75). Для на-
тяжения и закрепления анкеров в грунте и на опорных
плитах на их концах предусмотрены специальные цилин-
дрические головки с отверстиями диаметром 5,5 мм по
числу проволок, образующих анкер.
В целях повышения эффективности работы конст-
рукции и упрощения технологии производства монтаж-
ных работ анкеры объединены в блоки (по три анке-
ра), создающие общее усилие 6 МН. В пролетах водо-
слива и на быках устанавливается по два анкерных
блока с общим усилием 12 МН (рис. 6.2).
Анкеры объединяются в блоки с помощью железобе-
тонных оголовков размером 1,4X1,4X1,2 м. Примене-
ние оголовков позволяет распределить сосредоточенное
анкерное усилие на большую площадь бетонной кладки
сооружения и осуществить натяжение анкерных блоков,
используя гидравлические домкраты с меньшим усили-
ем (2,4 МН), что упрощает производство работ по натя-
жению и изготовлению анкеров.
218
Вид A
Рис. 6.2. Схема анкерного блока несущей спо-
собностью 6 МН:
/ — анкерный оголовок; 2—анкерный канал; 3 — канал
для инъекционной трубы; 4 — защитный колпак; 5 —
подвижная анкерная головка; 6 — опорная гайка; 7 —
опорная металлическая плита; 8 — трубка для заливки
противокоррозионного материала; 9 — расширенная часть
скважины; 10 — скважина; // — заглушка в противокор-
розионной оболочке; 12 — цементный раствор; 13 — не-
подвижная анкерная головка; 14 — металлическая плат-
форма для скрепления неподвижных анкерных головок;
15 — направляющее устройство; 16 — инъекционная труб-
ка; 17 — фланец для крепления противокоррозионной обо-
лочки; 18— опорное кольцо для установки анкерной го-
ловки; 19 — противокоррозионная оболочка
Конструкция предварительно-напряженных анкеров
из пучков параллельных проволок обладает высокими*
упругодеформативными свойствами, что повышает ста-
бильность работы сооружений. В связи с тем что вели-
чина предварительного напряжения анкеров всегда пре-
вышает расчетную нагрузку, а при изменении нагрузок
в диапазоне предварительного напряжения остается
примерно постоянной, в сооружении и его основании не
происходит сколько-нибудь заметных изменений напря-
жений. Малые амплитуды колебаний напряжений позво-
ляют конструкции легко воспринимать не только стати-
ческие, но и переменные нагрузки.
Возможность осуществления постоянного контроля
анкерного усилия, передаваемого на сооружение, а при
необходимости и изменения его путем дополнительного
повышения или снижения анкерного усилия делает этот
вид крепления весьма эффективным, а иногда и единст-
венно возможным решением. Это обстоятельство имеет
особо важное значение в связи с тем, что рассматривае-
мое сооружение расположено в сейсмическом районе.
Известно, что повышение устойчивости сооружения пу-
тем увеличения его собственной массы в сейсмических
районах увеличивает опасность сдвига и опрокидывания
инерционными сейсмическими силами.
Динамическая связь между грунтом и анкером осу-
ществляется с помощью стенки скважины и цементной
заделки анкера. Сложность распределения напряжений
в зоне заделки и зависимость их от многих факторов не
позволяют точно определить параметры заделки. Длина
анкерной заделки практически определяется по эмпири-
ческой формуле, согласно которой анкерное усилие срав-
нивается с общим сопротивлением срезу, боковой по-
верхности цементной заделки (пробки) диаметром, рав-
ным диаметру скважины. Величина удельного сцепле-
ния С на контакте «цементный раствор — скала» при-
нимается практически для скального грунта равной
1 ... 1,2 МПа. Поэтому в расчетную формулу (6.3)
вводится коэффициент /и, уменьшающий величину С
по сравнению с данными лабораторных исследований
в 3 ... 4 раза.
При применении конструкции анкеров ГСП с ниж-
ней жесткой головкой возможность проскальзывания
пучка проволок в цементной заделке исключается, поэто-
му поверка на этот случай не производится.
220
Длина анкерной заделки /зад определяется по фор-
муле
/зад = ' (6,3)
где N — анкерное усилие;
D—диаметр скважины;
С — удельное сцепление породы с цементным ра-
створом;
т — коэффициент запаса на сцепление.
Глубина заложения анкерной заделки определяется
по методу Койна.
При этом учитывается, что высота породового клина
и конуса ограничивается двумя плоскостями: плоско-
стью, проходящей через контакт «заделка — свободная
часть анкера», и подошвой плотины. Длина клина при-
нимается равной расстоянию между анкерами. На этом
принципе основаны расчеты определения глубины зало-
жения анкерной заделки абсолютного большинства по-
строенных й восстановленных плотин.
Заложение анкерной заделки определяется по фор-
мулам:
для быков
для водослива
(6.4)
(6.5)
где г —радиус основания конуса (высота конуса);
N — анкерное усилие;
у — плотность породы;
Н — высота клина;
I — длина клина.
Подставляя числовые значения в формулы (6.3),
(6.4) и (6.5), получаем глубину скважины в основании
водосливной части плотины и быков, равную 16 м (дли-
на заделки 6 м, глубина заложения заделки 10 м). За-
пас глубины скважины, равный 1 м, принят по конструк-
тивным соображениям для размещения направляющего
устройства анкерного блока и на случай засорения сква-
жины в процессе установки в нее анкеров. Таким обра-
зом, для размещения блоков предварительно-напряжен-
221
иых анкеров несущей способностью 6 МН в бетоне пло-
тины и грунте основания диаметр скважины определил-
ся равным 346 мм, а глубины соответственно для водо-
слива и быков — 26 и 43 м.
Защитное покрытие свободной части анкера запро-
ектировано из пластмассовых труб (оболочек) диа-
метром 140 мм, заполненных смазкой ПВК
(ГОСТ 19537—74). Пространство между стенками
скважины и защитными оболочками в зоне свободной
части анкера после натяжения анкеров заполняется
цементным или глинистым раствором.
Разное назначение работы заделываемой и свобод-
ной частей анкера требует различного конструктивного
решения защитного покрытия. Если для защиты свобод-
ной части анкера в процессе эксплуатации сооружения
должна быть обеспечена возможность свободного пере-
мещения внутри оболочки, то защита заделываемой ча-
сти анкера должна обладать хорошей адгезией с метал-
лом и цементным раствором. Такое защитное покрытие
на основе эпоксидной смолы и каучука (ЭКН) обладает
высокой прочностью сцепления с металлом и цемент-
ным раствором. Сцепление с металлом после нанесения
ЭКН через месяц и год достигает соответственно 2,1 и
7 МПа, а сцепление с цементным раствором — 2,3 и
2,5 МПа.
Монтаж анкерного крепления запроектирован из кон-
струкций и деталей заводского изготовления. Постав-
ка товарного бетона для омоноличивания оголовков пре-
дусмотрена с близлежащих бетоносмесительных заво-
дов. На строительной площадке, кроме приготовления
цементных растворов для инъецирования, никаких дру-
гих вспомогательных строительных процессов не преду-
смотрено.
Производство работ по бурению скважин, установке
и натяжению анкеров выполняется со специальных пе-
редвижных подмостей (рис. 6.3). На них же производит-
ся и сборка анкерных блоков.
Подмости представляют собой балочную мостовую
конструкцию на катках (тележку) размером 4,6X11,4 м.
Для опускания анкерных блоков и железобетонных ого-
ловков на подмостях предусмотрены три открывающих-
ся люка размером 1,8X1,8 м. По периметру люки имеют
металлическое ограждение. Подмости устанавливаются
в пролетах плотины на рельсах, проложенных по быкам.
222
Для выполнения работ предусмотрено четыре комп-
лекта подмостей. Два комплекта используются для раз-
мещения бурового агрегата и инструмента, а третий и
четвертый — для установки оборудования и приспособ-
лений, применяемых для выполнения других работ.
Рис. 6.3. Расположение оборудования на подмостях для про-
изводства установки анкерного блока в скважину:
1 — подмости; 2 — железобетонная балка; 3 — рельс; 4 — блоки;
5 — железобетонный оголовок с анкерным блоком; 6 — бухтодержатели;
7 — бункер для раствора; 8 — насос НГР 250 X 50; 9 — рольганг; 10 —
электролебедка
Способ бурения анкерных скважин и тип применяе-
мого оборудования не регламентируются. Бурение сква-
жин должно осуществляться оборудованием, отвечаю-
щим инженерно-геологическим условиям и обеспечива-
ющим получение скважин необходимого диаметра и
223
глубины с наименьшим отклонением ее от заданного
направления.
Вертикальность скважин, пройденных в теле плоти-
ны и ее основании, не должна иметь отклонения от вер-
тикали, превышающего 1 : 120, а степень отклонения от
прямолинейности не допускается более 1:240 длины ан-
кера. Для бурения скважин, превышающих диаметр
120 мм, предпочтение отдается вращательному бурению.
Вращательное бурение твердосплавным инструментом в
данных условиях дает наилучшие результаты. Указан-
ным требованиям вполне отвечают буровые агрегаты ти-
па 16А15В. Мачта бурового агрегата при бурении опи-
рается на специальные переносные бетонные тумбы, ус-
танавливаемые на быках, а в пролетах — непосредст-
венно на подмости. В рабочем положении мачта рас-
крепляется тросовыми растяжками, которые крепятся к
специальным анкерам, устроенным на быках. Перемеще-
ние бурового агрегата в пролете осуществляется вместе
с подмостями, а между пролетами — либо собственным
ходом по подмостям или переставляется с помощью пор-
тального крана. При всех видах перемещения агрегата
мачта должна находиться в транспортном положении.
Для сопряжения анкеров с опорной частью устье
скважины на глубину до 2 м бурится большим диамет-
ром— 396 мм, далее на всю глубину — диаметром
346 мм. Бурение предусмотрено роторным способом
трехшарошечным долотом типа Т. Для обеспечения вер-
тикальности скважины и создания нагрузок на долото в
качестве бурильной колонны используются утяжеленные
бурильные трубы (УБТ) диаметром 146 мм длиной 8 м.
Нагрузка на долото принята: при бурении на водо-
сливе— от 15 до 35 кН; при бурении на быках — от 5 до
35 кН. Расход промывочной жидкости — до 18 м3/ч.
В качестве промывочной жидкости используется вода.
Бурение скважин по проекту производится одной бу-
ровой установкой типа 16А15В при трехсменной работе
бригадой в составе 12 человек, состоящей из четырех
звеньев. Контроль вертикальности скважин осуществ-
ляется с помощью инклинометра.
Сборка анкерного блока производится на подмостях.
Для этого железобетонный оголовок устанавливается
над люком подмостей на металлических подкладках.
При разматывании анкерных бухт анкеры пропускаются
через каналы оголовка и по рольгангу (рис. 6.4) опу-
224
1400
500*
1450
Рис. 6.4. Рольганг:
/ — опорная рама рольганга; 2 — направляющий ролик; 3, 4 и 8 — огра-
ничительные ролики; 5 — анкеры; 6—канал оголовка; 7 — металлическая
опорная плита; 0 — железобетонный оголовок
скаются на поверхность водослива. На водосливе с по-
мощью металлической плиты или сборной анкерной го-
ловки они объединяются в блок. Затем конец анкерного
блока заправляется в скважину и на тросе с помощью
электролебедки постепенно опускается в нее. После того
как анкерный блок будет опущен в скважину, оголовок*
приподнимают портальным краном, из-под него убира-
ют подкладки и через люк устанавливают в выемку на
водосливе. Конец троса, закрепленный на подмостях, ос-
вобождается и с помощью лебедки извлекается из сква-
жины.
Вместе с анкерным блоком в скважину опускается и
цементационная труба. По мере погружения в скважину
труба наращивается. Соединение звеньев трубы выпол-
няется с помощью муфт. Для контроля за погружением
анкерного блока на трубе несмываемой краской наносят
деления. Скважины с установленными в них анкерами
перед цементированием зоны заделки рекомендуется про-
мыть слабым цементным раствором. Это способствует
лучшему сцеплению цементного раствора с металлом
анкера и грунтом в зоне заделки.
Для закрепления грунтов и скальных массивов в со-
временном строительстве используются главным обра-
зом цементация и анкерное крепление. Использование
сочетания цементации с предварительно-напряженными
анкерами позволяет получить эффективное средство для
консолидации грунтов. Цементация скважин для за-
крепления анкеров мало чем отличается от обычных це-
ментационных работ. Нагнетание цементного раствора в
скважины производится под давлением 0,5 ... 1,0 МПа
с применением тампонов различных конструкций. Наи-
более широкое распространение получили надувные там-
поны. Давление инъекции цементного раствора для за-
крепления грунта вокруг анкерной заделки назначается
сообразно грунтовым условиям. В ряде случаев, когда
скважины бурятся нисходящими или с уклоном, они за-
полняются цементным раствором по трубам самотеком.
В скважинах большего диаметра в этом случае приме-
няется вибрирование.
Опыт цементации анкерных заделок показал, что ог-
раничение притока фильтрационной воды в скважину
имеет большое значение, поскольку разжижение цемент-
ного раствора отрицательно сказывается на прочности
заделки. Для этого необходимо, чтобы водопоглощение
226
скйаЯсины не превышало 0,15 л/мин на 1 м глубины
скважины.
Цементацию скважин при заделке анкеров разделя-
ют на две фазы — первичную и вторичную. Первичная
применяется для заделки анкеров, вторичная — для за-
полнения остальной части скважины. При использова-
нии анкеров, защищенных противокоррозионной оболоч-
кой, фазы первичной и вторичной цементации обычно со-
вмещаются.
Иногда для уплотнения зоны заделки цементный ра-
створ в скважину нагнетают до установки анкера. Затем
через несколько дней, пока раствор еще не набрал боль-
шой прочности, скважина разбуривается меньшим диа-
метром. После этого анкер устанавливают в скважину и
производят окончательную цементацию. В особых слу-
чаях нагнетание раствора в скважины повторяют не-
сколько раз.
Для закрепления в скважинах заделываемой части
анкера обычно используются растворы, приготовленные
на портландцементе марок 400 . . . 500 с водоцемент-
ным отношением 0,45 . . . 0,5. Применяются также це-
ментные растворы с добавками песка в количестве
0,5 ... 1 массовой части по отношению к цементу.
В последнее время все чаще стали использоваться це-
менты с добавками синтетических смол и других поли-
мерных материалов (полимерцемент).
Нагнетание раствора в скважину производится по
цементационной трубе с помощью насосов типа НГР
250x50 или ИГР.
Раствор, нагнетаемый по трубе насосом, устремляет-
ся вниз, имея перед собой специальную скользящую
пробку, которая вытесняет из трубы воду и воздух. Пе-
ред началом заполнения трубы раствором скользящая
пробка погружается в трубу на глубину 10 ... 15 см.
Как только пробка выйдет из трубы, выходящий из нее
раствор образует в забое скважины холмик. По мере
нагнетания раствора холмик увеличивается и заполняет
скважину, вытесняя из нее воду. Нагнетание раствора в
скважину продолжается до тех пор, пока не будет из-
расходован весь запас раствора в бункере насоса.
Количество загружаемого в бункер раствора опреде-
ляется объемом, необходимым для заполнения скважи-
ны на длину анкерной заделки.
227
После завершения цементации анкерной заделки тру*
ба извлекается из скважины, промывается и готовитсй
для повторного применения.
Анкерные блоки запроектированы таким образом,
чтобы можно было осуществить одновременно натяже-
ние трех анкеров или каждого анкера в отдельности
(рис. 6.5).
Рис. 6.5. Напряжение анкеров:
1 — гидравлические домкраты с тяговым усилием 2,4 МН; 2 — железобе-
тонный оголовок; 3 — анкерная головка перед натяжением анкера;
4 — опорное кольцо; 5 — трещотка для завинчивания стопорной гайки;
6 — трещотка для завинчивания штока домкрата в анкерную головку;
7 — шток; 8 — металлическая опорная плита
Домкраты с помощью портального крана устанавли-
ваются на опорные плиты железобетонного оголовка. Со-
единение анкерных головок с домкратами выполняется
с помощью штока. Завинчивание штока в анкерную го-
ловку производится трещоткой, смонтированной в верх-
ней части домкрата. Каждый домкрат работает от са-
мостоятельной насосной станции. Станции размещаются
на подмостях.
Натяжение анкеров контролируется измерением дав-
ления в гидросистеме и абсолютного удлинения пучка
228
Проволок По специальной
рейке. Суммарное переме-
щение верхней анкерной го-
ловки складывается из об-
жатия элементов анкерного
крепления, деформации за-
делки и абсолютного удли-
нения свободной части анке-
ра. С учетом этих деформа-
ций анкерная головка разме-
щается на соответствующей
глубине в канале оголовка.
По мере натяжения на ан-
керную головку с помощью
нижней трещотки домкрата
навинчивается стопорная
гайка.
Анкеры напрягаются уси-
лием, превышающим рас-
четное на 5% • Под этой на-
грузкой их выдерживают в
течение 10 ... 12 ч, после
чего усилие снижается до
нуля, а затем вновь подни-
мается до первоначальной
величины. Если после часо-
вой выдержки анкерное уси-
лие не снижается, на этом
процесс предварительного
напряжения анкеров закан-
чивается. Повторное техно-
логическое натяжение анке-
ров предусмотрено для ча-
стичной компенсации потерь
предварительного напряже-
ния на релаксацию, а также
для погашения возможных
деформаций в цементной за-
делке и скальном основании.
В то же время этот процесс
является своеобразным кон-
тролем работы сооружения
перед вводом его в действие.
Рис. 6.6. Сетевой график анкерного крепления плотины
22»
Для отражения технологической зависимости между
отдельными видами работ и процессами, а также про-
должительности их выполнения на рис. 6.6 представлен
укрупненный сетевой график работ и ресурсов по анкер-
ному креплению плотины. Сетевой график является гра-
фоматематической моделью производства работ, в кото-
рой удачно сочетаются технология и ресурсы со срока-
ми всего комплекса работ. По графику длина (продол-
жительность) критического пути составляет 223 кален-
дарных дня. На критическом пути находятся работы по
бурению скважин и время твердения цементного раст-
вора. Работы могут быть оптимизированы за счет под-
ключения второго бурового агрегата и применения бы-
стротвердеющих цементных растворов.
6.2. Работы по анкерному креплению откосов
котлована плотины ИнгуриГЭС
Для крепления откосов котлована плотины на строи-
тельстве ИнгуриГЭС институтом «Гидроспецпроект»
при участии автора разработаны предварительно-напря-
женные анкеры двух систем — из стержней арматурной
стали и пучков высокопрочной проволоки. Анкеры стерж-
невой конструкции выполняются из арматурной стали
периодического профиля класса A-IV диаметром 32 мм
СНиП-П-21—75 несущей способностью 400 кН. Соеди-
нение стержневых заготовок предусмотрено с помощью
муфт или электросварки.'
Предварительно-напряженные анкеры проволочной
конструкции ГСП запроектированы из пучка 24 высо-
копрочных проволок диаметром 5 мм, с высаженными
на концах утолщениями (ГОСТ 7348—63), несущей спо-
собностью 500 кН. На концы анкеров насажены анкер-
ные головки. Длина анкеров запроектирована
15 ... 35 м.
На откосе котлована анкеры размещаются ярусами
через каждые 15 ... 25 м. На ярусах устраиваются
железобетонные пояса размером 315X108 см длиной,
равной длине яруса (рис. 6.7). Расположение анкеров на
поясе предусмотрено в шахматном порядке по верти-
кальной оси через 1,6 м, по горизонтальной—1,5 м.
Для выполнения работ по анкерному креплению на
откосах котлована устраиваются сплошные подмости
шириной 2,5 м. Подмости монтируются на консолях из
230
швеллерных балок № 18. Концы балок заделываются в
железобетонный пояс. Грузоподъемность их рассчитана
на 80 кН.
Рис. 6.7. Верхние ярусы откоса котлована:
1 — предварительно-напряженные анкеры; 2 — подмости; 3 — железобетон-
ный пояс; 4 — защитная сетка; 5 — рабочая площадка
Для установления предварительно-напряженных ан-
керов бурятся скважины диаметром 105 мм глубиной
15,5 . . . 35,5 м.
Бурение скважин предусмотрено с подмостей буро-
вым полуавтоматическим станком НКР-ЮОМ. Для уста-
231
новки и перемещения станка в вертикальной и горизон-
тальной плоскостях сконструирована специальная пере-
движная тележка (рис. 6.8). Тележка представляет со-
бой сборно-сварную пространственную раму типа не-
большого портального крана, передвигающуюся на че-
Рис. 6.8. Передвижная тележка для бурения скважин:
/ — буровой станок НКР-100 М; 2 — лестница; 3 — навес; 4 — руч-
ная червячная таль для подъема бурового станка грузоподъ-
емностью 12 кН; 5 — магистраль воды 0 Р/г"; 6 — магистраль воз-
духа 0 Р/г"; 7 — консольный мостик
тырех парах катков по рельсовой дорожке из швеллер-
ных балок, расположенных на разных отметках. Для
крепления швеллерных балок на верху железобетонного
пояса предусмотрены закладные детали. На двух на-
клонных стойках тележки, одновременно являющихся
направляющими, смонтирована каретка. Каретка для
фиксирования положения бурового станка и домкрата
оборудована четырьмя фиксаторами. На горизонтальной
траверсе шарнирно устанавливается буровой станок.
232
Вертикальное перемещение каретки по направляющим
стойкам осуществляется с помощью цепной тали.
Тележка обеспечивает фиксацию бурового станка и
домкрата соосно с любой скважиной в пределах проект-
ной сетки расположения скважин. Конструкция тележ-
ки предусматривает поэлементный монтаж. Тележка до-
пускает регулировку положения стоек и ходовой части
Рис. 6.9. Натяжение анкеров:
1 — передвижная тележка; 2 — гидравлический домкрат с тяговым уси-
лием 1200 кН (конструкция ЦНИИС); 3— подвеска домкрата; 4 — ан-
кер; 5 — анкерная головка; 6 — железобетонный пояс; 7 — скважина;
8 — насосная станция
относительно рельсовой дорожки, проложенной по верху
пояса. Благодаря этому обеспечивается компенсация
возможных отклонений при бетонировании пояса и
монтаже рельсовой дорожки. Перемещение тележки на
новую позицию осуществляется по подмостям вручную
или с помощью ручной лебедки с тяговым усилием 5 кН.
Фиксация ходовой части тележки производится двумя
парами зажимных устройств.
Тележка используется также для установки анкеров
в скважины и для их натяжения. Но для этого на вы-
носной траверсе тележки шарнирно устанавливаются
монтажное и натяжное устройства (рис. 6.9).
Для установки анкеров в скважину тележка снабже-
на направляющей стрелой, на которой монтируются два
пневматических цилиндра с подвижным и неподвижным
устройствами. Эти устройства обеспечивают заталкива-
233
ние анкера в скважину путем перемещения пневмоциА
линдра вперед и назад.
Натяжное устройство предназначается для напряже-
ния анкера и фиксации его в натянутом состоянии. Оно
состоит из шарнирно-подвешенного на траверсе крон-
штейна с двумя направляющими штоками, по которым
перемещается смонтированный на специальных ползунах
гидравлический домкрат.
Одна из направляющих выполнена в виде ходового
винта с ленточной резьбой, находящейся в зацеплении с
ходовой гайкой ползуна домкрата, благодаря чему осу-
ществляется продольное перемещение домкрата до упо-
ра его торца в опорную плиту анкера.
Кинематическая схема подвески монтажного и на-
тяжного устройств обеспечивает их подводку и фикса-
цию соосно с любой скважиной железобетонного по-
яса.
По завершении работ по бурению производятся про-
мывка скважины и установка в нее анкера.
Анкеры в скважине крепятся цементным раствором.
Для приготовления раствора применяется цемент марок
400 . . . 500 с В/Ц=0,45. В связи с наклонным распо-
ложением скважин нагнетание цементного раствора в
них предусмотрено с помощью насоса по трубам диа-
метром 15 мм.
Натяжение анкеров производится ступенями: через
каждые 150 кН нагрузки делаются технологические ос-
тановки на 10 мин; таким образом нагрузка на прово-
лочные анкеры доводится до 500 кН, а на стержневые —
до 420 кН.
По окончании работ по напряжению анкеров сква-
жины цементируются на всю глубину под давлением до
0,5 МПа. Специальной противокоррозионной защиты ан-
керов в проекте не предусматривается.
Для приготовления цементного раствора и нагнета-
ния его в скважины используются растворомешалка
вместимостью 300 л и насос С-263 с напором 16 МПа.
Обеспечение доступа к месту работ, подачи материа-
лов и оборудования для производства работ предусмот-
рено с помощью устройства подвесной канатной дороги
или бремсберга грузоподъемностью до 10 кН. Сообщение
между ярусами осуществляется по металлическим тра-
пам, прокладываемым по откосам котлована.
234
6.3. Анкерное крепление левобережного откоса
котлована Чиркейской ГЭС
Гидроузел Чиркейской ГЭС расположен в узком
каньоне с крутыми труднодоступными берегами р. Су-
лак. Левобережный скальный массив характеризуется
большой трещиноватостью. Трещины тектонического
происхождения с углами падения 40 . . . 80° заполнены
кальцитами и глинистым материалом. Массив содержит
прослои плотных, крепких мергелей и аргелитовых глин.
Глинистые материалы в прослоях в естественных усло-
виях находятся в полутвердом состоянии, но в условиях
разгрузки и увлажнения они становятся потенциальны-
ми плоскостями сдвига пород. В процессе разработки
котлована происходили крупные вывалы. Разборка это-
го блока была признана нецелесообразной, так как это
могло бы вызвать опасность дальнейшего развития про-
цесса разгрузки склона и образование новых трещин, а
также потребовалось бы возведение бетонного устоя пло-
тины объемом более 60 тыс. м3 [9].
Крепление левобережного откоса котлована ГЭС осу-
ществлено с помощью предварительно-напряженных ан-
керов в сочетании с устройством подпорных бетонных
стенок и закрепительной цементации. Примененные ан-
керы с тяговым усилием 520 кН изготовлены из стерж-
невой стали марки 40Х диаметром 56 мм и марки СтЗ
диаметром 60 мм длиной 16 ... 25 м. Предварительно-
напряженные анкеры проложены в штольнях и установ-
лены в наклонных скважинах (рис. 6.10). В продоль-
ных штольнях сечением 4,0 X4,3 м. для закрепления ан-
керов забетонированы железобетонные балки размером
2,4 X 39,0 м, а в поперечных штольнях сечением 3,0 X 3,5 м
проложено по 32 анкера общим усилием 16 600 кН.
Штольни на откосе расположены ярусами. Каждая про-
дольная штольня объединяет по три поперечных штоль-
ни. Это обстоятельство предопределило расстояние меж-
ду осями поперечных штолен равным 14 м. Анкеры, ко-
торые были напряжены до происшедшего землетрясения,
предотвратили возможность оползания откосов котло-
вана.
В процессе строительства лабораторией натурных на-
блюдений ВНИИГ им. Б. Е. Веденеева велись инстру-
ментальные наблюдения за натяжением и поведением
предварительно-напряженных анкеров и устойчивостью
235
откосов котлована. На протяжении полутора лет систе-
матического наблюдения лабораторией были зафиксиро-
ваны изменения усилий, происходящих в анкерах. Лабо-
раторией отмечено, что после натяжения анкеров наблю-
далось снижение первоначального усилия натяжения на
Рис. 6.10. Поперечный разрез закрепляемого участка ле-
вого берега:
/ — поперечная штольня с анкерами; 2 — продольная штольня; 3 — ка-
мера для натяжения; 4 — внутренняя анкерная балка; 5 — наружная
балка; 6 — бетонный упорный массив; 7 — анкеры; 8 — подпорная
стенка; 9— анкеры в скважине
20 ... 60 кН (3,8 . . . 11,5%). Снижение усилий, ви-
димо, можно объяснить происходящими деформациями
в скальном массиве и конструкциях анкерного устрой-
ства. Вместе с тем зафиксировано и увеличение усилий
натяжения анкеров, которое на отдельных участках до-
стигало 6 ... 20% (30 . . . 100 кН) первоначального
236
усилия. Однако по Мере завершения работ по натяже-
нию анкеров па соседних участках рост усилий в них
прекращался, происходило замедление скорости смеще-
ния скального массива. Причиной роста усилий, видимо,
помимо влияния температурного фактора является про-
цесс происходящей разгрузки левобережного склона.
Следовательно, замедление и полное прекращение по-
движек массива является результатом применения эф-
фективной конструкции крепления.
6.4. Анкеровка скального массива
на строительстве гидроузла Либби (США)
В 1971 г. на строительстве гравитационной бетонной
плотины высотой 128 м и длиной по гребню 884 м объ-
единением фирм «Либби дэм билдерс» («Libby Dam
Builders») для крепления откосов скального массива в
левом примыкании плотины были применены предвари-
тельно-напряженные анкеры [33]. Скальный массив пред-
ставлен аргиллитами с известняковыми и песчанистыми
включениями. Породы в этом районе залегают тонкими
пластами различной прочности. Скальный массив пред-
ставляет собой сильно трещиноватую породу. Трещины
распределены неравномерно и раскрыты на значитель-
ную глубину. На поверхности массива в районе строи-
тельной площадки заметных изменений и трещин не на-
блюдается.
В январе 1971 г. в скальном массиве левого примы-
кания произошло обрушение породы объемом
30 ... 35 тыс. м3. После тщательного исследования спе-
циалисты Корпуса военных инженеров (США) предло-
жили использовать для крепления массива предвари-
тельно-напряженные анкеры системы VSL. Анкеры вы-
полнялись из арматурных прядей диаметром 12,7 мм, с
нормативным сопротивлением разрыву 1900 МПа, несу-
щей способностью 1800 кН. Для установки анкеров сква-
жины бурились диаметром 127 мм глубиной
18 ... 45 м.
Для определения степени поглощения цементного ра-
створа в скважину нагнеталось 0,11 м3 раствора, что со-
ответствовало высоте 6 м над забоем. Если при этом
уровень раствора в скважине оставался постоянным,
скважина разбуривалась на проектную глубину и в нее
устанавливались анкеры. В случае падения уровня ра-
237
створа ниже 6 м, что свидетельствовало 0 повышенном
поглощении, скважину заполняли раствором без давле-
ния, а затем вновь разбуривали.
Изготовление анкеров из проволочных прядей осу-
ществлялось на месте, что было одним из преимуществ
их применения. Другим преимуществом являлось то, что
пряди проволок поставлялись на стройплощадку в спе-
циальной упаковке уже с выполненной противокоррози-
онной защитой.
Изготовленные из проволочных прядей анкеры обла-
дают большой гибкостью, включая и конец, подлежащий
заделыванию в скважине. Для установки анкеров в
скважины использовались две лебедки. С помощью од-
ной лебедки анкер опускался в скважину, а другой —
поддерживался, благодаря чему опускание его прохо-
дило плавно.
По проекту длина заделки анкера в скважине была
определена равной 6 м. Нагнетаемый раствор представ-
лял собой водоцементную смесь, приготовленную из рас-
чета 19 л воды на 43 кг портландцемента. Кроме того,
в раствор были введены расширяющие и пластифициру-
ющие добавки. Необходимое количество раствора для
цементации зависело от степени водопоглощения сква-
жины.
Для равномерного распределения анкерного усилия
на скальную поверхность под анкерными головками ус-
танавливались блоки размером 61X61 см из сильноар-
мированного бетона. В блоке заделывались металличе-
ская плита и труба для образования анкерного канала.
Анкерная плита рассчитывалась на предотвращение по-
явления в бетонном блоке напряжений, превышающих
21 МПа.
После того как бетонные блоки и цементная заделка
достигали расчетной прочности, приступали к натяже-
нию анкеров, используя гидравлический домкрат с тяго-
вым усилием 5000 кН.
Напряжение анкеров доводилось до 80% норматив-
ного сопротивления разрыву проволок, в таком состоя-
нии напряжение поддерживалось в течение 5 мин. В это
время замеряли деформации и напряжения в анкере,
после чего напряжение в анкере снижалось до нуля, а
затем вновь поднималось до 70% нормативного сопро-
тивления.
238
Для определения потерь предварительного напряже-
ния анкеры после 24-часового выдерживания в напря-
женном состоянии вновь подвергались испытаниям. Если
в этом случае потери превышали 7%, анкер считался
недостаточно напряженным. Тогда через 7 дней на от-
дельных анкерах производились выборочные замеры
потерь предварительного напряжения. После заверше-
ния работ по предварительному напряжению скважина
полностью заполнялась цементным раствором.
Работа анкеров контролировалась приборами, рабо-
тающими с дистанционным управлением. Контрольно-
измерительная аппаратура с автоматическим управлени-
ем устанавливалась в местах закрепления анкеров, а
результаты передавались на контрольно-измерительную
станцию, расположенную на расстоянии 60 . . . 180 м
от опытных анкеров. Опытные анкеры своими парамет-
рами не отличались от устанавливаемых в сооружение,
за исключением того, что вместо цементного раствора
пространство между стенками скважины заполнялось
нецементирующим материалом, а свободная длина ан-
кера была заключена в полиэтиленовую оболочку. Сво-
бодная часть анкера, помещенная в оболочку, смазыва-
лась специальным составом, предохраняющим его от
коррозии, и в то же время не препятствующим свободно-
му перемещению анкера в оболочке.
В результате проведенных исследований было уста-
новлено, что предварительно-напряженные анкеры поз-
волят стабилизировать скальный массив и тем самым
обеспечат устойчивость откоса. Этот опыт анкерования
был распространен американскими фирмами на строи-
тельстве автомобильных дорог, укреплении откосов кот-
лованов, при разработке открытых горных выработок
угольных разрезов и др.
239
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
1. Многолетний опыт применения предварительно-на-
пряженных анкеров для крепления сооружений и скаль-
ных массивов подтверждает их экономическую и тех-
ническую эффективность. Метод анкерного крепления в
настоящее время является достаточно изученным, а его
использование не представляет особых трудностей. Бла-
годаря простоте производства работ, скорости монтажа,
малой трудоемкости и относительно низкой стоимости в
мировой практике строительства он приобрел широкое
распространение.
2. Все современные системы предварительно-напря-
женных анкеров являются рациональными и могут быть
успешно использованы для крепления различных соору-
жений в любых грунтах. Однако предпочтение отдают
конструкциям анкеров, выполненным из стали с наибо-
лее высокими упругодеформативными свойствами, обла-
дающими большой гибкостью и не требующими стыков-
ки по длине. Наиболее полно этим требованиям отвеча-
ют конструкции, выполненные из пучков высокопрочной
проволоки и арматурных прядей.
3. В настоящее время наблюдается тенденция к уве-
личению несущей способности анкерных конструкций.
Многочисленные примеры анкерного крепления соору-
жений свидетельствуют о том, что оптимальная несущая
способность одиночных анкеров, принимая во внимание
производство работ и использование при монтаже более
транспортабельного, малогабаритного и небольшой
массы оборудования, должна быть ограничена
1000 . . . 2500 кН. При необходимости анкеры могут
быть объединены в блоки с несущей способностью
10 000 кН и более.
240
4. Предварительно-напряженные анкеры позволяют
не только повысить прочностные качества материала, из
которого выполнено сооружение, в результате его обжа-
тия, но и создать дополнительные вертикальные силы не
за счет добавления материала, а за счет создаваемых ан-
керами усилий.
241
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1. Александровский С. Б., Бакума П. Ф.» Михай-
лов -В. В., Марков Н. А. Предварительно-напряженный и само-
напряженный железобетон в США.— М.: Стройиздат, 1974.
2. Басевич А. 3. Проектирование и строительство больших
плотин по материалам VI Международного конгресса по большим
плотинам. — Л.. 1962.
3. Бердичевский Г. И., В а с и л ь е в А. П.» Г в о з д е в А. А.,
Крыльцов Е. И., Михайлов К. В. Предварительно-напря-
женный бетон: По материалам V Международного конгресса
Федерации по предварительно-напряженным конструкциям — ФИП,
Париж, 1966. — М.: Стройиздат, 1968.
4. Бондарь К. Я.» Ершов Б. Л., Соломенно М. Г. По-
лимерные строительные материалы: Справочное пособие.— М.:
Стройиздат, 1974.
5. Бюро М. Применение предварительно-напряженных анкеров
и обделки набрызгбетоном при строительстве подземного машинного
зала крупной ГАЭС.— Гражданское строительство (американского
общества гражданских инженеров), 1970, № 5.
6. Вишневский П. Ф. Повышение устойчивости бетонной
плотины Фархадской ГЭС. Научн. тр. НИИ «Гидропроект», 1974,
Кв 43.
7. Голдер Ч. Применение метода предварительного щелеоб-
разования и анкерного крепления при разработке котлованов на
строительстве.
8. Захаров Л. В., Вейцман С. Г., Блинков Н. Е., Зо-
лота й кин Л. М. Опыт изготовления арматурных элементов из
48 высокопрочностных проволок. Центральный институт норматив-
ных исследований и научно-технической информации «Оргтранс-
строй» Минтрансстроя, М.: 1970.
9. Зверев В. Н., Нейковский А. А. Крепление левобе-
режного откоса под зданием ГЭС Чиркейского гидроузла.— Строи-
тельство гидроэлектростанций, 19713, Кв 5.
10. Маслов Н. Н., Д и а н о в В. Г. Определение необходимой
глубины заделки анкера в скальной толще: Сборник трудов Сред-
неазиатского научно-исследовательского института, 11970, вып. 221.
11. Методические рекомендации по применению высокопрочно-
стной проволоки диаметром 5, 6, 7 и 8 мм с анкеровкой высажен-
ными головками в предварительно-напряженных железобетонных
мостовых конструкциях.— М.: ЦНИИС Минтранстроя, 11972.
12. Поливанов Н. И. Расчет предварительно-напряженных
пролетных строений железобетонных автодорожных мостов. Гос-
издат, 1963.
242
13. Потапов Ю. Б., Солом атов В. И., Сел я ев В. П.
Полимерные покрытия для железобетонных конструкций. — М.:
Стройиздат, 1973.
14. Михайлов К. В., Бердичевский Г. И., Заха-
ров В. В. Предварительно-напряженный железобетон: По мате-
риалам VI Международного конгресса федерации по предваритель-
но-напряженным железобетонным конструкциям — ФИП, Прага,
1970.— М.: Стройиздат, 11<9713.
15. Проектирование и строительство больших плотин: Мате-
риалы VI и VII Международных конгрессов по большим плоти-
нам.— М.: Энергия, 1966.
16. С а к а н с к и й Ю. Н., П у т я е в И. Е. Клей на основе ал-
кирезоциновой эпоксидной смолы марки ЭИС-1 для склеивания мос-
товых конструкций.
17. Томпсон Ф. Укрепление бетонной плотины «Джон
Холенс Бэнкхед».— Гражданское строительство (американского
общества гражданских инженеров), 1969, № 12.
18. Уоссер Т. Крепление стен котлована стяжками при
строительстве здания американского банка.— Гражданское строи-
тельство (американского общества гражданских инженеров),
1970, № 4.
19. Шеннон У. Применение оттяжек для крепления стен
котлована при строительстве здания первого национального банка
в Сиэтле.— Гражданское строительство (американского общества
гражданских инженеров), 1970, № 3.
20. Беликов В. А., Гущ Ю. П., Русанов Л. П. и др.
Сборные железобетонные конструкции из высокопрочного бетона.—
М.: Стройиздат,. 1976.
21. Monson R. Epoxy-anchored rock bolts keep pace with mole.—
Contractor and Engineers Magazine, 1972, August.
22. M u 11 e r H. R. Erfahrungen mit Verankerungen System BBRV
in Fels- und Lockergesteinen. — Schweizerische Bauzeitung, 1966.
Bd. 84, N 4, S. 77—82.
23. Eberhardt A., V e 11 г о p J. A. 1300-Ton-Capacity Prestres-
sed Anchors Stabilize Dam. Journal of the Prestressed Concrete Institu-
te, 1965, vol. N 4, p. 18—43.
24. В i r k e n m a i e r M. Vorgespannte Felsanker.—iSchweizerische
Bauzeitung, 1953, 71, N 47, S. 688—692.
25. Comte Ch. L’utilisation des ancrages en rocher et en terrain
meuble. — Bulletin technique de la Suisse romande, 1965, 9f, N 22,
325—338.
26. R u 11 n e r A. Anwendung von vorgespannten Felsankern
(System BBRV) bei der Erhohung der Spullersee-Fallsperren.—Schwei-
zerische Bauzeitung, 1966, Bd. 84, N 4, S. 83—88.
27. Bendel H. Erdanker, System Stump Bohr AG. — Schweizeri-
sche Bauzeitung, 1966, Bd. 84, N 6, S. 116—119.
28. Weber E. Injektionszuganker, System Stump Bohr AG fur
Verankerungen im Lockergestein und Feis. — Schweizerische Bauzei-
tung, Bd. 84, 1966, N 6, S. 120—123.
29. К u f n e r H. Verankerung der Fundamente des Olympia-Zelt-
daches in Munchen durch Injektionsanker.—Schweizerische Bauzeitung,
1972, Heft 6, S. 125—126.
30. Anchored diaphragm wall for Blyth harhour terminal. — Civil
Engineering and Public Works Review, 1970, 11, V. 65, N 736, p. 159.
243
31. Dr. Leos H о b s t. Pouziti velkych predpinacich jednotek na
stavbetesnici membrany prehrady u zermanic. — Inzenyrske stavby,
1957, N 2.
32. S c h e c h t e r E., В о e к e r H. C. Wedge anchorage system for
strand posttensioning. — Journal of the Prestressed Concrete Institute,
1971, v. 16, N 4, p. 49—63.
33. В u г о M. Rock anchoring at Libby Dam. — Western Construc-
tion, 1972, v. 47, N 3, p. 42, 48, 66.
34. H a n n a T. M. 3-rd Budapest Conference on Soil Mechanics and
Foundation Engineering, 1968, October, p. 15—18.
35. В г о m s В. B. Proc. 3-rd Budapest Conference on Soil Me-
chanics and Foundation Engineering, 1968, October, p. 15—18.
36. C a m b e f о r t H. Les ouvrages ancres au sol. — Travaux, 1966,
N 376.
37. J о r g e G. R. Le tirant IRP reinjectable pour terrains meubles,
karstiques ou a faibles caracteristiques geotechniques. Journal de Con-
struction, 1970, N 9.
38. H a r v e v T. C. New Developments in the Freissinet Systems,
1970.
39. G. Y. Fenoux, I. L. Portier. La mise en precontrainte des
tirants. — Travaux, 1972, N T-8-9.
40. P. Clement, H. N a b a r r o. Les tirants en terrain meuble
Type “TM”, — Travaux, 1972, N 451.
41. Prednapregnuti beton BBRV. — Geotehnika, Zagreb, 1974.
42. К u f n e r H. Verankerung der Fundamente des Olympia-Zelt-
daches in Munchen durch Injektionsanker.—Schweizerische Bauzeitung,
1972, Heft 6, S. 125—126.
244
ОГЛАВЛЕНИЕ
Стр.
Введение.................................................. 3
Глава 1. Принцип работы предварительно-напряженных ан-
керов и методика их расчета.......................... 5
1.1. Принцип работы предварительно-напряженных ан-
керов ................................................—
1.2. Методика определения несущей способности пред-
варительно-напряженных анкеров..................14
1.3. Методика расчета закрепления предварительно-на-
пряженных анкеров в скальных грунтах ... 27
1.4. Методика расчета закрепления предварительно-на-
пряженных анкеров в мягких грунтах .... 42
Глава 2. Конструкции предварительно-напряженных анке-
ров .................................................54
2.1. Основные положения..............................—
2.2. Предварительно-напряженные анкеры стержневой
конструкции..........................................56
2.3. Предварительно-напряженные анкеры из стальных
канатов (тросов) ................................... 62
2.4. Предварительно-напряженные анкеры из арматур-
ных прядей......................................69
2.5. Предварительно-напряженные анкеры системы VSL 74
2.6. Предварительно-напряженные анкеры системы IRP 78
2.7. Предварительно-напряженные анкеры системы
«Фрейсине-Моногруп».........................82
2.8. Предварительно-напряженные анкеры системы
ББРВ ............................................85
245
Стр.
2.9. Предварительно-напряженные анкеры конструкции
«Гидроспецпроект» (ГСП)..............................88
2.10. Трубчатая система предварительно-напряженных
анкеров («Дуплекс-анкер») ....... 94
2.1'1 . Предварительно-напряженные анкеры системы ТМ 98
Глава 3. Противокоррозионная защита предварительно-на-
пряженных анкеров...................................107
3.1. Защитное покрытие..................................—
3.2. Металлическое защитное покрытие..................109
3.3. Консервация поверхности металла анкеров . . 111
3.4. Цементное защитное покрытие......................112
3.5. Битумные защитные покрытия.......................113
3.6. Лакокрасочное защитное покрытие . . . . 119
3.7. Полиэтиленовые оболочки..........................123
3.8 Пленочные покрытия из синтетических материалов 127
Глава 4. Применение предварительно-напряженных анкеров
для укрупнения сборных предварительно-напря-
женных железобетонных конструкций 130
4.1. Предварительно-напряженные железобетонные кон-
струкции ...............................................—
4.2. Бетоны для предварительно-напряженных конст-
рукций ............................................132
4.3. Конструкции предварительно-напряженных анкеров 133
4.4. Размещение предварительно-напряженных анкеров
в сборных железобетонных конструкциях . . 148
4.5. Образование каналов в конструкциях и нагнетание
цементного раствора ................................. 155
4.6. Конструкции стыков в предварительно-напряжен-
ных элементах....................................159
4.7. Предварительно-напряженные плиты и балки . . 164
4.8. Предварительно-напряженные железобетонные сваи
и оболочки.......................................168
4.9. Плавучие аэропорты, волноломы, причалы и мосты 176
4.10. Подводные тоннели, дюкеры и хранилища . . . 183
Глава 5. Технология изготовления конструкций предвари-
тельно- напряженных анкеров ... 194
5.1. Цех для изготовления конструкций анкеров —
5.2. Технологическая линия I......................... 196
5.3. Технологическая линия II........................ 203
246
Стр.
5.4. Технологическая линия III.......................209
5.5. Временный полигон для изготовления предваритель-
но-напряженных анкеров ............................... —
5.6. Формирование пучков из 7-проволочных прядей
для предварительно-напряженных анкеров . . 213
Глава 6. Примеры анкерного крепления сооружений 215
6.1. Анкерное крепление плотины........................—
6.2. Работы по анкерному креплению откосов котлова-
на плотины ИнгуриГЭС..................................230
6.3. Анкерное крепление левобережного откоса котлова-
на Чиркейской ГЭС....................................235
6.4. Анкеровка скального массива на строительстве гид-
роузла Либби (США)...................................237
Заключение.............................................240
Список использованной литературы ..................... 242
Петр Федорович Вишневский
СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ АНКЕРНОГО КРЕПЛЕНИЯ
В СТРОИТЕЛЬСТВЕ
ИБ № 1156
Редактор Ю. П. Волынаев
Редактор (литературный) Н. А. Мисиюк
Художник 3. П. Фролова
Художественный редактор Н. Б. Попова
Технические редакторы Т. В. Фатюхина, Г. В. Дьякова
Корректор Т. А. Королева
Сдано в набор 24.07.81. Подписано в печать 22.06.81.
Г-42778. Формат 84Х108/з2. Бумага тип. № 1. Гарн. литер.
Печать высокая. Печ. л. 7’А. Усл. печ. л. 13,02.
Усл.-кр. отт. 13,27. Уч.-изд. л. 12.88.
Тираж 8000 экз. Изд. № 14/5045. Зак. 451. Цена 85 к.
Воениздат
103160, Москва, К-160
1-я типография Воениздата
103006, Москва, К-6,
проезд Скворцова-Степанова, дом. 3.
247