17.2. КОНСТРУКТИВНЫЕ РЕШЕНИЯ
Инъекционный предварительно напряженный анкер (далее — анкер) представляет собой устройство, один конец которого закрепляется в грунте путем инъецирования твердеющего раствора, а другой после предварительного напряжения фиксируется на удерживаемом сооружении.
Анкеры подразделяются на две категории в зависимости от их конечного назначения:
- – временные анкеры, удерживающие какое-либо сооружение (временное или постоянное) определенное время и становящиеся ненужными после проведения соответствующей стадии строительных работ;
- – постоянные анкеры, являющиеся составной частью конструкции и обеспечивающие устойчивость капитального сооружения в течение длительного времени, предусмотренного проектом.
Конструктивно анкеры состоят из оголовка, анкерной тяги и анкерной заделки. Оголовок — часть анкера, обеспечивающая натяжение анкера и удержание анкеруемого сооружения от смещения. Анкерная тяга — напрягаемый элемент анкера, передающий выдергивающее усилие от анкеруемого сооружения в анкерную заделку. Анкерная заделка — часть анкера, обеспечивающая передачу выдергивающего усилия от сооружения окружающему грунту.
В зависимости от способа связи анкерной тяги с окружающим грунтом существуют два основных типа анкерной заделки (рис. 17.2).
Анкерная заделка первого типа выполняется в виде цементного ядра, которое связывает анкерную тягу с окружающим грунтом. При передаче выдергивающего усилия грунту цементное ядро подвергается растяжению (см. рис. 17.2, а), что вызывает появление в нем радиальных трещин. Анкерная заделка второго типа выполняется в виде зацементированной в окружающий грунт опорной трубы, нижний конец которой соединен с анкерной тягой. Здесь выдергивающее усилие передается окружающему грунту от нижнего конца опорной трубы через ее наружную поверхность (рис. 17.2, б). Анкерную тягу запрессовывают цементным раствором соотношением В/Ц = 0,25÷0,35 [3].
Во временных анкерах применяют анкерную заделку первого типа (рис. 17.3, а), которая имеет сравнительно простую конструкцию и несложную защиту от коррозии — покрытие анкерной тяги цементным камнем.
В отдельных случаях анкерную заделку первого типа используют и для постоянных анкеров, выполняя ее следующим образом (рис. 17.3, б). Анкерную тягу запрессовывают цементным раствором в ребристую полиэтиленовую оболочку и располагают в цементном ядре зоны заделки. Хотя при передаче выдергивающего усилия в цементе и образуются трещины, присущие анкерной заделке первого типа, ребристая полиэтиленовая оболочка обеспечивает анкерной тяге достаточную защиту от коррозии.
В постоянных анкерах применяют анкерную заделку второго типа, где выдергивающее усилие, передаваемое окружающему грунту, сжимает цементное ядро, которое защищает от коррозии стальную опорную трубу (рис. 17.3, в).
В качестве напрягаемого элемента в анкерах используют одиночные арматурные стержни, пучки из отдельных проволок и пучки из семипроволочных прядей. Несущая способность анкеров в виде одиночных стержней ограничена сечением и классом стержневой арматуры, выпускаемой промышленностью. Применение в анкерах высокопрочной арматурной проволоки и семипроволочных прядей позволяет подбирать сечение анкерной тяги, близкое к расчетному, и использовать анкеры в широком диапазоне нагрузок.
Число проволок или прядей в пучке подбирают исходя из условия симметричного их расположения относительно оси анкера.
Оголовок анкера из стержневой арматуры представляет собой шпильку с резьбой, упорную полусферу и гайку, которые равнопрочны анкерной тяге. Шпильку к анкерной тяге приваривают ванным способом. Упорная полусфера образует шарнир с полусферической опорной плитой, закрепленной на анкеруемом сооружении,
Оголовок анкера из высокопрочной проволоки или арматурных прядей выполняют в виде конусной обоймы и запрессовывающего конуса с пазами для размещения арматурного пучка. Обойма и конус обычно используются при предварительном натяжении железобетонных конструкций,
При устройстве анкеров применяют материалы, соответствующие требованиям государственных стандартов или технических условий, утвержденных в установленном порядке.
Для создания высококачественной зоны заделки в анкерах применяют цементный раствор, приготовленный из портландцемента марки М400 и выше, воды и пластифицирующих добавок. В качестве пластифицирующих добавок применяют СДБ или мылонафт. СДБ вводят в количестве 0,2 % сухого вещества от массы цемента, а мылонафт — 0,12—0,15 %. Цементный раствор должен обладать оптимальной вязкостью, минимальным водоотделением и защищать от коррозии анкерную тягу. Оптимальная вязкость определяется в процессе опытных работ и достигается для песчаных грунтов при водоцементном отношении В/Ц = 0,4÷0,6, а для глинистых грунтов — при В/Ц = 0,25÷0,35 [3].
Арматурные стали выбирают в зависимости от конструкции анкера, воспринимаемой им нагрузки, а также от условий возведения и эксплуатации сооружения. Для анкеров рекомендуется преимущественно применять высокопрочную арматурную проволоку классов В-П, Вр-II и арматурные канаты класса К-7, термически упрочненную стержневую арматуру классов Ат-IV и AT-V, горячекатаную стержневую арматуру класса A-V. Допускается также применять стержневую арматуру: горячекатаную класса A-IV, термически упрочненную класса Ат-IV, упрочненную вытяжкой класса А-III в, а также новые виды арматуры, осваиваемые промышленностью [8].
Для предохранения металла анкерной тяги от коррозии его покрывают различными лакокрасочными защитными покрытиями и мастиками или используют полиэтиленовые и металлические трубы, оклеечную изоляцию, полимерные пленки и пр.
В качестве противокоррозионных защитных покрытий металла на основе лакокрасочных материалов применяют краски: этинолевую ЭКЖС-40, эпоксидно-каучуковую ЭКН и эпоксидно-фурфуролацетоновую ЭФАЖС.
Противокоррозионные мастики представляют собой композиции битума с минеральными наполнителями и полимерными добавками, а также битумно-эпоксидные композиции. Широкое применение имеют битумно-резиновые мастики заводского изготовления МБР-65, МБР-75, МБР-90 и МБР-100 [1].
Во временных анкерах напрягаемую часть вплоть до зоны заделки защищают лакокрасочным покрытием в два слоя или надевают полиэтиленовую трубу.
В постоянных анкерах сплошное противокоррозионное лакокрасочное покрытие, нанесенное на всю длину анкерной тяги, защищают от механических повреждений дополнительной полиэтиленовой трубой, а пространство между трубой и анкерной тягой заполняют герметикой или мастикой.
Во временных анкерах оголовок и выступающую часть анкерной тяги покрывают двойным слоем краски, с тем чтобы предотвратить воздействие вредных разрушительных агентов. Оголовок постоянного анкера имеет двойную защиту от коррозии — он закрыт колпаком, который заполнен герметикой или мастикой.
В качестве примеров можно привести описание инъекционных анкеров, распространенных в зарубежных странах.
Во Франции фирма «Сиф-Баши» разработала два типа анкеров: TMS и TMD.
В анкерах TMS (рис. 17.4, а) закрепление полиэтиленовой оболочки ТМ в нескальном грунте и заделка арматуры в полиэтиленовую оболочку производятся одновременно. Анкерная тяга выполнена в виде отдельного арматурного стержня, пучка проволок или прядей. Оголовок анкера типовой, используемый при предварительном напряжении железобетона (соответствует применяемой арматуре). По длине свободной части анкера арматура защищена толстой полиэтиленовой трубой. В анкерной заделке арматура центрируется и защищается снаружи ребристой полиэтиленовой оболочкой, в которой имеются клапаны, распределенные по всей длине анкерной заделки. Внутри разделение свободной части анкера и анкерной заделки выполняется уплотнительной пробкой, на которой закрепляются ребристая полиэтиленовая оболочка и защитная труба. Снаружи анкерная заделка отделяется расширяющимся устройством цилиндрической формы — пакером, который сообщается с внутренней частью анкерной заделки. Пакер выполнен из ткани, пропускающей воду и задерживающей частицы цемента. Имеются две полиэтиленовые трубки: одна — для инъецирования цементного раствора (доходит до низа анкерной заделки), а другая — для заполнения свободной части анкера противокоррозионной мастикой (доходит до низа свободной части).
Анкер полностью собирается в заводских условиях и готовым поставляется на строительную площадку.
Заделка анкера TMD (рис. 17.4, б) в грунте проводится в две фазы: сначала закрепляется в нескальном грунте стальная труба, а затем в эту трубу заделывается арматура. Анкер TMD содержит такую же арматуру и имеет тот же оголовок, что и анкер TMS. По длине свободной части арматура защищена толстой поливинилхлоридной трубой. В анкерной заделке арматура центрируется и защищается снаружи стальной трубой с клапанами, распределенными по всей длине зоны заделки. Труба имеет кольцевые выступы, предназначенные для улучшения анкеровки трубы в скважине и арматуры в трубе. Свободная часть анкера отделяется от анкерной заделки пакером той же конструкции, что и пакер анкера TMS.
Западногерманская фирма «Бауэр» разработала и широко применяет в нескальных грунтах анкеры различных типов, показанные на рис. 17.5.