Автор:
Александр Осмачкин
Кандидат экономических наук
История грунтовых анкеров началась 30 лет назад, когда компании Foresight Products LLC было поручено решение задачи закрепления нефтяных разрабатывающих платформ в Мексиканском заливе. Для решения этой задачи были разработаны специальные системы якорей. Именно развитие этой идеи и перенесение таких якорей из океана на сушу и привело в конечном счете к появлению грунтовых анкеров. Грунтовые анкеры решают проблемы, связанные с закреплением различных объектов и сооружений в разных инженерно-геологических условиях.
Классические методы по закреплению объектов и сооружений предполагают использование бетонных или деревянных якорей. По техническим характеристикам использование технологий ООО «ВАР» не уступает классическим методам, но имеет ряд существенных преимуществ, которые делают этот подход революционным – удобство в установке, отсутствие необходимости в разрушении грунтов и склонов, в рытье котлованов, в устройстве фундаментов. Точность, гибкость и быстрота установки (даже в труднодоступных местах), конкурентоспособная цена по сравнению с другими вариантами решения аналогичных задач, возможность подбора решений для разных типов грунта сделали данный способ закрепления объектов передовым решением. Вот всего лишь несколько примеров новаторства в области применения грунтовых анкеров. Применение самораскрывающихся грунтовых анкеров при устройстве шпунта, к примеру, наряду с традиционными вибрационным и ударным методами, позволяет не только просто и технологично решить задачу устройства ограждающих конструкций, но и значительно экономить ресурсы. Еще одно применение самораскрывающихся грунтовых анкеров с несущей способностью до 40 тонн – использование их для крепления подпорных стен в качестве альтернативы буроинъекционным сваям (РИТ, ТИТАН и др). Оно наиболее полно раскрывает все их преимущества перед этими традиционно используемыми методами.
Грунтовые анкеры Duckbill, Manta Ray и Stingray представляют собой своеобразные самораскрывающиеся грунтовые «якоря». Они состоят из погружаемых в землю пластин особой формы, способных оказывать сопротивление растягивающим нагрузкам, анкерных тяг и соединительных элементов. После погружения анкеров на заданную глубину забивающий инструмент, именуемый «стальным стержнем», вынимается. Затем анкер раскрывается в грунте (опрокидывается, взводится) из сложенного положения таким образом, что его пластина становится несущей поверхностью (якорем), которая работает как «плита в грунте».
При этом он тестируется с помощью анкерного нагрузочного механизма. Этот процесс называется «фиксацией под нагрузкой» и является немедленным испытанием для каждого анкера. Анкеры сконструированы для погружения в грунт под любым углом от вертикального до горизонтального. Заостренные направляющие кромки и звездочка в вершине помогают фронтальным частям анкера с малым поперечным сечением пробиться через плотные слои грунта.
Область использования анкерного крепления анкерами Duckbill, Manta Ray и Stingray очень широка. Данные анкеры используются как для частного применения (растяжки/оттяжки для деревьев и столбов, защита от кражи предметов), так и в промышленности и строительстве. Анкеры применяются при креплении мачт, труб и других высотных конструкций; при укреплении трубопроводов, а также кессонов и резервуаров для предотвращения всплытия; при креплении фундаментных плит; при креплении шпунтовых ограждений, подпорных стенок, стен котлованов и траншей; при креплении георешеток и других удерживающих грунт систем; при креплении полотна в дорожных и ландшафтных работах; при строительстве в акваториях рек и морей; при борьбе с эрозией почв.
Предлагаемый ниже перечень является далеко не исчерпывающим, а лишь обозначает основные направления использования самораскрывающихся грунтовых анкеров.
Крепление инженерных сетей. Фиксация от всплытия, подвижек и линейного расширения подземных трубопроводов, колодцев, КНС, лотков поверхностного водосбора.
Крепление стенок траншей и котлованов. Самораскрывающиеся погружные анкеры особенно эффективны для укрепления стенок траншей и котлованов при проведении работ в стесненных условиях городской застройки, когда нет возможности обеспечить выполнение всех строительных норм при проведении земляных работ. В частности, обеспечить требуемый угол между направлением откоса и горизонталью.
Крепление шпунтовых свай. Шпунтовые сваи – это часто применяемая технология для устройства ограждающих конструкций при строительстве подпорных стен, мостов, эстакад, преграждающих сооружений, причалов, шлюзов. По технологии, шпунтовые сваи погружают в грунт до 2/3 общей длины, а 1/3 является рабочей. Закрепив верхнюю часть самораскрывающимися грунтовыми анкерами, можно увеличить рабочую часть до 1/2 от общей длины, что позволит сэкономить на количестве применяемого шпунта и на работах по его погружению и последующему извлечению.
Крепление подпорных стенок и бортов глубоких котлованов – использование самораскрывающихся грунтовых анкеров с несущей способностью до 40 тонн для крепления подпорных стен наиболее полно раскрывает все их преимущества перед традиционно используемыми. Предлагаемое решение гораздо более экономично, менее ресурсо- и трудоемкое, не требует дополнительных земляных и бетонных работ. Сроки производства работ существенно ниже, поскольку нет необходимости выдерживать технологические паузы для застывания раствора, как в случае с буроинъекционными сваями. Кроме того, сразу после установки несущую способность самораскрывающихся грунтовых анкеров можно проверить, что практически исключает вероятность аварийных ситуаций и разрушения подпорных стенок.
Инженерная защита сетей и коммуникаций в пересеченной и горной местности. Фиксация трубороводов и кабельных линий, защита их от деформаций, вызванных смещением грунтов.
Крепление грунтов. Защита от опасных геологических процессов.
Антиоползневая и антилавинная защита. Закрепление тела оползня. Защита от поверхностной эрозии горных склонов.
Укрепление и озеленение откосов автомобильных дорог. Укрепление и озеленение откосов железных дорог. Крепление габионов. Грунтовые анкеры облегчает установку габионов на крутых склонах, увеличивая стабильность каменных «матрасов».
Посадка и закрепление деревьев. Недорогие системы крепления деревьев и крупномеров существенно облегчают и ускоряют процесс посадки. Особенно удобны при посадках в стесненных условиях и на склонах.
Подводные и надводные сооружения. Грунтовые анкеры незаменимы при строительстве пристаней, причалов и понтонов. Быстрота установки, компактный инструмент и возможность контроля инсталляции с поверхности существенно упрощают процесс и позволяют экономить время и деньги.
Укрепление берегов. Использование самораскрывающихся грунтовых анкеров при производстве работ по берегоукреплению исключает специальные, очень трудоемкие работы по инъекции цементным раствором. Анкеры легко устанавливаются через отверстия гребня. Эта система предотвращает разрушение берегов от эрозии, особенно при паводках.
Крепление малых архитектурных форм, защита от краж. Грунтовые анкеры используются во многих странах для защиты предметов от краж и нежелательного перемещения. Возможность установки одним человеком без применения дорогостоящего оборудования экономит время и трудозатраты.
Среди анкеров компании Foresight Products следует упомянуть три линейки грунтовых анкеров: Duckbill, Manta Ray и Stingray.
Самые маленькие грунтовые анкеры Duckbill предлагают наиболее эффективное, легкое и экономичное решение задач по креплению покровных сеток и георешеток, защиты от краж, крепления небольших деревьев при посадке. Их установка не требует применения техники для бурения, разработки грунта. Погружение может осуществляться при помощи ручного инструмента. Отличительной чертой грунтовых анкеров Duckbill является применение стального тросса, а не анкерного стержня с резьбой, в качестве несущего элемента.
Грунтовые анкеры Manta Ray являются наиболее часто используемым решением. Предлагается восемь типов грунтовых анкеров Manta Ray, от легких до тяжелых для больших нагрузок. Выбор конкретной модели определяется необходимой несущей способностью и параметрами грунтов. Анкеры сделаны из оцинкованной вязкой стали и погружаются с помощью стандартных толкателей. Площадь поверхности анкеров Manta Ray варьируется от 31 см2 до 2374 см2 и обеспечивает до 20 тонн несущей способности в различных грунтах. При установке анкеров на участках с консолидированным грунтом и глыбовыми включениями необходимо пробурить направляющее лидерное отверстие.
Грунтовые анкеры Stingray обеспечивают наибольшую несущую способность – до 50 тонн в зависимости от типа грунтов. Они применяются в наиболее тяжелых условиях эксплуатации и случаях, когда предъявляются наиболее высокие требования к монтажу. Для анкеров Stingray используются стержни с прочным ядром (SCR). Площадь поверхности предлагаемых моделей анкеров Stingray варьируется от 742 см2 до 2419 см2. При установке анкеров на участках с консолидированным грунтом и глыбовыми включениями необходимо пробурить направляющее лидерное отверстие.
Грунтовые анкеры Duckbill, Manta Ray и Stingray состоят из погружаемых в грунт опрокидывающихся пластин, способных оказывать сопротивление растягивающим нагрузкам. Для погружения анкеров в грунт, в зависимости от типов грунта и размеров анкера, используется ручной инструмент или специальная техника. В качестве ручного инструмента обычно применяется отбойный молоток. Для этой цели подходят как пневматические, так и гидравлические отбойные молотки с энергией удара более 120 Дж. Обычно вручную устанавливают небольшие анкеры Duckbill и Manta Ray. Установка анкеров Stingray вручную не рекомендуется. В качестве техники для погружения анкеров наиболее часто используются экскаваторы с гидромолотом, виброплитой либо вибропогружателем. Их использование требует специального инструмента и приспособления для погружения. Машины весом от 1,5 т до 7 т с гидромолотом с энергией удара до 650 Дж лучше использовать для анкеров Duckbill и Manta Ray, а машины c весом от 7 т с гидромолотом с энергией удара более 650 Дж – для Stingray.
В твердом грунте и непрочной скальной породе бурильное оборудование используется для бурения лидерного отверстия. Инструмент для скального бурения может быть модифицирован и для установки самих анкеров.
Duckbill, Manta Ray и Stingray хорошо работают на растяжение при грунтах с параметрами от 7 кПа до 50 кПа по стандартному испытанию на забивку (ASTM D1586). Более мелкие анкеры используются в более твердых грунтах, а более крупные – в мягких грунтах. В более твердых грунтах возможность погружения ограничена предельной прочностью анкера. В мягких же грунтах она ограничена прочностью самого грунта. В грунтах с параметрами 35–50 кПа и более при установке анкера необходимо сначала пробурить лидерное отверстие: 100 мм для Manta Ray и 150 мм для Stingray. Это позволяет уменьшить время погружения. Хотя анкеры не предназначены для установки в скальных породах, некоторые модели могут быть успешно установлены в скальных породах с низким значением ROD (Классификация горных пород). Обычно для такой установки требуется лидерное отверстие, но в выветрившуюся, слоистую, разрушенную горную породу возможно установить анкер и без предварительного бурения. Анкеры сконструированы так, чтобы выдерживать растягивающее усилие, действующее вдоль оси анкерного стержня. Они не сконструированы так, чтобы выдерживать сжимающую, горизонтальную или касательную нагрузку. Однако их несущую способность можно распространить на указанные нагрузки, если усилить анкеры бетонной заливкой, которая значительно увеличит их несущую способность. Это увеличение зависит от размера заливки и типа грунта. Параметры стержней со сплошной резьбой (CTB) и стержней с прочным ядром (SCR) превосходят деформационные характеристики арматуры стандарта ASTM 615. Для подпорных стенок анкеры Manta Ray должны устанавливаться минимум на 2 метра позади плоскости сдвига после пробной проверки. Анкеры Stingray должны устанавливаться как минимум на 3 метра позади плоскости сдвига. Минимальная толщина покрывающего пласта грунта для Manta Ray должна быть 1,2 метра, а для Stingray – 2,1 метра. Все анкера должны быть проверены нагрузкой, составляющей 90% от предела текучести грунта. Рабочие нагрузки обычно находятся в диапазоне 50%–90% от величины этой пробной нагрузки.
Активное развитие дорожного строительства в районах со значительными природными рисками, в частности, в Северокавказском регионе, создает предпосылки для масштабного применения анкерных технологий. Анкеры компании Foresight Products хорошо показали себя в олимпийском строительстве – так, компания «Внедрение альтернативных решений» успешно реализовала ряд проектов с использованием данной технологии. Среди них инженерная защита федеральной автодороги и систем искусственного снегообразования для горнолыжного курорта (ГЛК) «Газпром», при креплении противолавинных систем, сетей водоснабжения и хозяйственно-бытовой канализации для ГЛК «Альпика-Сервис», а также при креплении противопожарных резервуаров Hobas и работах по инженерной защите опор канатной дороги 3S для ГЛК «Роза Хутор».
