• Сегодня: Четверг, Ноябрь 23, 2017

Грунтовые анкерные системы как элемент инженерной защиты склонов и конструкций

Грунтовые анкерные системы

Автор:
Павел Гресков
Генеральный директор ООО «ЭСТМ»


Современное строительство windows product key формирует повышенный запрос на инженерную безопасность инфраструктурных объектов и зданий. Одним из способов обеспечения инженерной защиты склонов и конструкцийwindows 10 key Online
buy windows 10 key является использование грунтовых анкерных систем.

С ростом интенсивности строительства в зонах активного присутствия человека повышаются требования к качеству сооружаемых объектов и конструкций, а также их последующей защите о разрушения под воздействием внешних факторов. Одной из важных задач становится обеспечение устойчивости и стабильности естественных или искусственных склонов, входящих в состав сложного инженерного сооружения либо расположенных в непосредственной близости от него.

При сооружении земляного полотна или выемки в грунте нарушается устойчивое равновесное состояние почвогрунта, сложившееся ранее. В выемках обнажаются глубокие горизонты материнских пород, насыпи возводятся из грунтов карьеров и резервов с нарушенной структурой. Насыпи и выемки имеют значительные рабочие отметки, а откосы большую крутизну. Все это создает условия для разрушения поверхностей земляного полотна под постоянным, с момента его сооружения, воздействием природных факторов. Вызываемые водной эрозией смыв грунта и размывы откосов нарушают целостность, проектные очертания земляного полотна, способствуют потере его устойчивости, серьезные повреждения в виде оползней или глубоких обвалов со срывом значительных масс грунта.

Причины, вызывающие разрушения, собираются в активные (климатические) и пассивные (характеристические) группы.

К активным относятся:

windows 10 key Online
buy windows 10 key

  • температурные; последствия — морозное пучение увлажненных глинистых грунтов, образование льда и морозобойных трещин; усадка глинистых грунтов при высушивании, образование усадочных трещин амплитудных колебаний температуры. Эти воздействия ослабляют структурные связи между минеральными частицами, уменьшают плотность, повышают пористость и влагоемкость грунта.
  • действия водных потоков; механические удары дождевых капель разбивают грунт на отдельные минеральные частицы, стекающие потоки воды захватывают и уносят эти частицы, вызывая смыв грунта с поверхности. Переувлажнение грунта снижает несущую способность.
  • действие ветра; вызывает смещение грунта, вынос большого количества частиц, особенно в мало-связных песчаных грунтах.

Пассивные факторы объединяют физические параметры грунтов, слагающих склон (гранулометрический состав, структура, текстура) и определяющих характеристики: несущую способности, пористость, водопроницаемость, плотность, водопоглощение, водонасыщаемость.

С повышением влажности грунта сокращается период инфильтрации, увеличиваются продолжительность и объем стока. Безусловно, важны и проектные характеристики — крутизна и длина откоса, наличие берм, водоотводной архитектуры, надоткосные площадки и площадь водосборного бассейна.


Предотвращение эрозионных деформаций, имеющих массовое и практически повсеместное распространение, является важным условием обеспечения стабильности земляного полотна


Задачи по стабилизации грунта склонов можно условно разделить на уровни по глубине возникающих проблем:

  • противодействие поверхностной и линейной водной эрозии, эоловым процессам
  • предотвращение неглубоких, поверхностных оползней
  • обеспечение устойчивости и снижение риска глубокого обвала.

Часто задача по обеспечению устойчивости склона сочетает в себе все уровни и может быть решена комплексно.

Для защиты от эрозии обычно применяется противоэрозионное озеленение с последующим развитием корневой системы. Наиболее эффективным методом является гидропосев. Применяемые материалы имеют градацию по сложности задачи (длина, крутизна склонов), также подбирается подходящая по условиям травосмесь. С увеличением уровня воздействия факторов эрозии озеленение дополняется армированием противоэрозионными матами, затем силовым армированием с применением высокопрочных стальных сеток. Задачи обеспечения устойчивости грунта делают необходимым применение анкерных систем поверхностного заложения или глубинных грунтовых анкеров. Анкерные системы обеспечивают необходимую нагрузку на грунт и, в сочетании с поверхностным армированием, защищают склон от деформаций, связанных с внешней нагрузкой или разрушающими факторами.

Специфика реализации большинства проектов ставит определённые требования к применяемым системам стабилизации: надежность, универсальность, скорость монтажа, минимальное время между установкой и использованием, сочетаемость с другими материалами и экономическая эффективность. В ряде случаев пространственные или транспортные условия создают дополнительные ограничения на применяемые технологии и материалы.

Анкерные ударные системы анкеров с опрокидывающимся грунтовым анкером во многих случаях становятся  идеальным решением в задах стабилизации склонов. Быстрая установка, возможность мгновенного тестирования нагрузки и применения, отсутствие факторов загрязнения среды, совместимость с большинством армирующих сетевых систем.

Рассмотрим механику процесса установки анкера и модель его работы в грунте.

Установка производится в три этапа: забивка анкера, удаление ударного стержня и нагружение с фиксацией. Забитый на глубину анкер, поворачиваясь в положение фиксации, резко увеличивает свою несущую способность.

Грунтовые анкерные системы
Рабочая схема монтажа Анкера

Распределение напряжений у нагруженного анкера можно смоделировать с помощью теории предельного напряженного состояния грунтов, начало которой положили работы Карла Терзаги. Конечная эффективность (несущая способность) анкера в почве определяется нагрузкой, при которой концентрация напряжений непосредственно перед анкером превышает несущую способность грунта.

Факторы, которые влияют на максимальную несущую способность анкера, включают в себя угол сцепления грунта φ, удельное сцепление, размер анкера, глубину установки, внутрипоровое давление воды в грунте.

Грунтовые анкерные системы
Схема работы анкера в почве

Ударные грунтовые анкеры имеют отличные показатели в несвязном грунте и характеризуются короткими расстояниями фиксации, широким грунтовым конусом и способностью выдерживать чрезвычайно высокие нагрузки. Жесткие связные грунты, такие как валунная глина, также могут давать отличные результаты. Для достижения расчетных нагрузок в более слабых связных грунтах, таких как мягкие аллювиальные глины, может потребоваться больший размер анкера и  увеличенная глубина монтажа.

Грунтовые анкерные системы

Положительной особенностью системы является возможность в любой момент на каждом анкере проверить соответствие нагрузки проектным параметрам, «дотянуть» анкер до норматива после монтажа в водонасыщенных грунтах.  Проведение тестов на несущую способность анкеров на предварительном этапе позволяет точно подобрать необходимые параметры анкерной системы, использовать их в проектировании и сметных расчетах, избегая лишних затрат или коррекций проекта в процессе строительства.


Pf = K1·C·Nc + P0 (Nq-1) + K2·YP·B·Ny

Pf — предельное давление в напряженном состоянии, KH/m2
C — удельное сцепление грунта
P0 — давление грунта на анкер на заданной глубине, KH/m2
YP — удельная плотность грунта, KH/m2
B — ширина основания (анкера), м
K1, K2 — коэффициенты формы анкера. Для наших анкеров K1=1.3, K2=0.4
NC, Nq, Ny — коэффициенты несущей способности с учетом собственного веса грунта и уплотненности ядра.
Есть эмпирические таблицы, а также расчетная модель Кодуто (Coduto) с точностью интерполяции >95%. Модель предложена К. Терзаги и развита в СССР В. В. Соколовым, Н. А. Цытовычем и другими учеными.


Отдельно стоит упомянуть возможность систем у ряда производителей к понижению порового давления воды в толще грунта. Это особенно ценно в задачах укрепления подпорных стен и склонов с водонасыщенными грунтами при предотвращении обвалов. В таких случаях грунтовый анкер с закрепленной дренажной лентой забивается на необходимую глубину в толщу грунта так, чтобы вытесняемая из пор вода выводилась по дренажной ленте наружу.

Грунтовые анкерные системы

Другим значимым применением систем ударных анкеров является укрепление шпунтовых свай  при монтаже подпорных стен, мостов, котлованов, берегоукрепления.


Применение поворотных грунтовых анкеров позволяет экономить ресурсы, увеличив рабочую часть сваи с традиционных 33% до 50%


Экономия проявляется на длине сваи, затратах на погружение и извлечение ее из грунта.

Грунтовые анкерные системы
Элементы анкера

В проектах по инженерной защите и оборудованию горной инфраструктуры грунтовые анкерные системы применяются везде, где необходима быстрая организация надежной точки крепления при отсутствии твердой скальной породы. Это могут быть петли для стабилизации мачт на оттяжках, вспомогательные элементы натяжения противолавинных и противоселевых систем, организация крепления трубопроводов, резервуаров и другие приложения.

Примерами широкого применения систем стали объекты Олимпиады-2014, где грунтовые анкерные системы применялись в разнообразных проектах стабилизации склонов, совместно с комплексами Flexterra, GreenArmor, Mighty Net, повышения устойчивости высотных конструкций, противолавинных систем, организации грузовых канатных лифтов и других приложениях.

Павел Гресков

Генеральный директор ООО «ЭСТМ»