17.4. ТЕХНОЛОГИЯ РАБОТ
Работы по изготовлению и устройству анкеров проводят в соответствии с рабочими чертежами и проектом производства работ. При устройстве анкеров выполняют обычно следующие процессы: проходку скважины; установку анкера; цементацию зоны заделки; натяжение анкера.
Зарубежные фирмы, выполняющие работы по устройству анкеров, применяют каждая собственную технологию, разработанную для соответствующей конструкции анкера.
Французская фирма «Сиф-Баши» устанавливает анкеры типа TMS в таком порядке. Полностью собранный анкер (см. рис. 17.4, а) погружают в скважину, заполненную цементным раствором. После этого внутрь гофрированной трубы ТМ через инъекционную трубку закачивают под небольшим давлением цементный раствор, который медленно заполняет гофрированную трубу ТМ и покрывает арматуру. Поступая в вершину внутренней части анкерной заделки, раствор проникает в пакер, раздувает его и прижимает к стенкам скважины, обеспечивая тем самым наружное отделение зоны заделки от свободной зоны. По мере увеличения давления открываются клапаны, расположенные в гофрированной трубе ТМ вдоль зоны заделки, и раствор проникает в затрубное пространство, создавая там требуемое избыточное давление.
Технология устройства анкеров TMD (см. рис. 17.4, б) содержит следующие операции. В буровую скважину, предварительно заполненную цементным раствором, погружают соединенные защитную полиэтиленовую трубу и стальную трубу ТМ, имеющую на своей поверхности пакер и клапаны. Внутрь этих труб помещают инъецирующее устройство, которое состоит из заглушённой с одного конца перфорированной трубы, ограниченной по краям резиновыми уплотнителями и соединенной с инъекционной трубкой, выходящей на поверхность.
Это устройство располагают на уровне пакера, куда медленно закачивают цементный раствор, обеспечивая таким образом наружное разделение зоны заделки и свободной части скважины. Затем инъецирующее устройство располагают напротив каждого клапана стальной трубы и инъецируют цементный раствор в пространстве между трубой и стенками скважины. Таким образом, труба оказывается прочно зацементированной в грунт. После первой инъекции через несколько часов проводится вторая инъекция, и так до тех пор, пока зона заделки будет поглощать цементный раствор без появления разрывов окружающего грунта. После того как труба оказывается закрепленной в грунте, ее заполняют на величину анкерной заделки цементным раствором требуемой марки или эпоксидной смолой и вставляют арматуру анкера для закрепления ее внутри трубы. Свободную часть анкера через полиэтиленовую трубку заполняют материалом, предназначенным для защиты от коррозии.
Фирма «Бауэр» ФРГ для устройства анкеров собственной конструкции применяет технологию, показанную на рис. 17.11.
Фирма «Штумп» ФРГ для устройства постоянных анкеров использует следующую технологию (рис. 17.12). Бурят скважину без обсадных труб с промывкой ее водой или бентонитовой суспензией. Затем заполняют скважину цементным раствором с вытеснением из нее бентонитовой суспензии. После этого в скважину, заполненную раствором, погружают анкер, имеющий на нижнем конце опорную трубу и резиновый пакер, который отделяет зону заделки от остальной части скважины. Пакер раскрывают путем закачивания в него сжатого воздуха. По мере расширения пакер перекрывает пространство между анкерной тягой и стенками скважины, а также создает избыточное давление на цементный раствор в зоне заделки.
Рис. 17.11. Технология устройства анкеров фирмы «Бауэр»
а — проходка скважины с обсадкой трубами; б — установка анкера; в — инъецирование цементным раствором зоны заделки анкера с извлечением обсадных труб; г — предварительное натяжение анкера; д — рабочее состояние анкера; 1 — буровой станок; 2 — анкеруемое сооружение; 3 — обсадная груба; 4 — конусный наконечник; 5 — защитная полиэтиленовая оболочка; 6 — анкерная тяга; 7 — головка для цементации; 8 — цементное ядро; 9 — натяжное устройство; 10 — оголовок |
Рис. 17.12. Технология устройства постоянных анкеров фирмы «Штумп»
а — бурение скважины под бентонитовой суспензией; б — заполнение скважины цементным раствором; в — установка анкера; г — анкер, готовый к натяжению; 1 — бентонитовая суспензия; 2 — буровой инструмент; 3 — инъекционная трубка; 4 — цементный раствор; 5 — пакер фирмы «Штумп»; 6 — опорная труба; 7 — анкерная тяга; 8 — защитная полиэтиленовая оболочка |
В Советском Союзе пока нет специально разработанного оборудования для устройства анкеров, но имеется достаточно механизмов, которые можно использовать для этих работ [6].
Скважины под наклонные анкеры можно бурить буровыми станками колонкового и шнекового вращательного бурения, технические характеристики которых приведены в табл. 17.1.
Кроме буровых станков для проходки скважин под анкеры могут быть использованы пневмопробойники (табл. 17.2). Конструкция пневмопробойника достаточно проста. В его корпусе находится ударный механизм, ударник которого приводится в действие сжатым воздухом от компрессора. Под действием этого механизма цилиндрическое тело пробойника перемещается в грунте. Ударный механизм снабжен реверсивным устройством. После достижения пневмопробойником необходимой глубины проходки это устройство переключают на другую схему подачи сжатого воздуха для движения снаряда в обратном направлении и таким образом извлекают его из скважины.
Применение для проходки скважин пневмопробойников вместо буровых установок позволяет исключить такие дорогостоящие и трудоемкие операции, как крепление скважин обсадными трубами и их извлечение, и тем самым повысить эффективность анкерного крепления в целом. Однако успешное применение пневмопробойников ограничивается грунтами естественной влажности. При проходке скважин в переувлажненных глинистых грунтах и водонасыщенных песках, когда пневмопробойник не имеет для своего движения достаточного сцепления с грунтом или скважина после проходки пневмопробойником затягивается грунтом, могут возникнуть значительные осложнения. В этих случаях пневмопробойник чаще всего остается в грунте, так как вернуть его по скважине, обратно практически невозможно.
ТАБЛИЦА 17.1. БУРОВЫЕ СТАНКИ ВРАЩАТЕЛЬНОГО БУРЕНИЯ
| Параметры | Марка станка | |||||
| СБА-500 | СБА-500 | УБК-200/300 | БСК-2М-100 | СВБ-2 (шнек) | УЛБ-130 (шнек) | |
| Глубина бурения, м | 500 | 800 | 300 | 100 | 25 | До 130 |
| Диаметр бурения, мм | 141 | 151 | 132 | 93 | 150 | 200 |
| Угол наклона скважин к горизонтальной поверхности, град |
0—360 | 45—90 | 0—360 | 0—360 | 60—90 | 10 |
| Диаметр бурильных труб, мм | 33,5; 42; 50 | 42; 50; 63,5 | 42; 50 | 33,5; 42 | – | – |
| Внутренний диаметр шпинделя, мм | 52 | 65 | – | 46 | – | – |
| Максимальная грузоподъемная сила цилиндров гидропривода, кН |
60 | 87 | 40 | 12 | – | – |
| Ход шпинделя, мм | 400 | 500 | 500 | 450 | – | 900 |
| Частота вращения шпинделя, мин | 104—1015 | 130—800 | 110—15 | 300—600 | – | 5—165 |
| Мощность электродвигателя, кВт | 32 | 60 | 30 | – | – | – |
| Тип бурового насоса | ГРИ-16/40 | ГРИ-16/40 | НБ-11 | 2НБ-79 | – | – |
| Габариты станка, мм: длина ширина высота |
1670 1130 1620 |
2150 1100 1890 |
2290 890 1485 |
1710 710 1400 |
– – – |
2500 1000 1450 |
| Масса станка, кг | 1112 | 1970 | 1115 | 480 | 1000 | 4000 |
ТАБЛИЦА 17.2. ПНЕВМОПРОБОЙНИКИ
| Параметры | Марка пневмопробойника | ||
| ИП-4601 | ИП-4603 | ПР-400 | |
| Диаметр пробиваемых скважин, мм: без расширители с расширителем |
95 160 |
130 200 и 300 |
152 400 |
| Средняя скорость пробивания скважин (без расширителя) м/ч | 1—50 | 10—80 | 40 |
| Энергия единичного удара при прямом ходе, Дж | 8 | 20 | 60 |
| Номинальное, давление сжатого воздуха, МПа | 0,6 | 0,6-0,7 | 0,6 |
| Расход сжатого воздуха, м3/мин | 4 | 3,5 | 6 |
| Внутренний диаметр воздухоподводящих шлангов, мм | 25 | 25 | 25 |
| Длина пневмопробойника, мм | 1500 | 1550 | 1880 |
| Масса пневмопробойника (без расширителя и шлангов), кг | 55 | 80 | 140 |
ТАБЛИЦА 17.3. РАСТВОРОСМЕСИТЕЛИ
| Параметры | Марка растворосмесителя | |||||
| С-771 | С-334 | С-772 | С-635 | С-220А | С-289А | |
| Объем готового замеса, л | 30 | 65 | 65 | 65 | 125 | 250 |
| Вместимость смесительного барабана по загрузке, л | 40 | 80 | 80 | 80 | 150 | 325 |
| Частота вращения лопаточного вала, мин-1 | 46 | 31 | 31 | 31 | 31,2 | 25 |
| Мощность электродвигателя, кВт | 1 | 1,7 | 1,5 | 2,2 | 2,8 | 4,5 |
| Частота вращения вала электродвигателя, мин-1 | 1410 | 930 | 950 | 2200 | 1400 | 1400 |
| Средняя производительность по готовому раствору, м3/ч | 1 | 1,5 | 1,5 | 1,5 | 2,5 | 5 |
| Габарита, мм: длина ширина высота |
1240 845 540 |
2895 730 1115 |
1860 725 1105 |
2975 730 1105 |
1340 1495 1690 |
1775 2180 2140 |
| Масса, кг | 76 | 325 | 210 | 360 | 840 | 1430 |
Для устройства скважин в таких грунтах рекомендуется применять трубы с коническим наконечником, используя при этом пневмопробойник снаружи как ударный узел. Для приготовления инъекционных растворов используются различного рода передвижные растворосмесители, характеристики которых приведены в табл. 17.3.
При производстве работ по нагнетанию цементно-песчаных растворов в пробуренные скважины рекомендуется использовать диафрагмовые насосы различной производительности (табл. 17.4).
Предварительное натяжение анкеров производится для предотвращения или максимального ограничения перемещений анкеруемой конструкции. Операции натяжения анкерных тяг можно выполнить с использованием отечественных домкратов (табл. 17.5).
ТАБЛИЦА 17.4. РАСТВОРОНАСОСЫ
| Параметры | Марка растворонасоса | |||||||||
| РН-1 | С-210А | С-211 | С-211А | С-232 | C-251 | C-255 | С-263 | С-317 | ПНК-10 | |
| Производительность, м3/ч | 6 | 6 | 3 | 3 | 6 | 1 | 2 | 3 | 6 | До 4 |
| Рабочее давление, МПа | 1,5 | 1,5 | 1,5 | 1,5 | 1,5 | 1,5 | 1,5 | 1,5 | 1,5 | 1,5 |
| Диаметр выходного отверстия, мм | 65 | 65 | 65 | 65 | 65 | 38 | 50 | 50 | 65 | – |
| Мощность электродвигателя, кВт | 7 | 7 | 3,7 | 3,5 | 7 | 1,7 | 2,2 | 2,2 | 7 | 3,5 |
| Вместимость бункера, л | 120 | 120 | 120 | 120 | 120 | 120 | 120 | 120 | 120 | – |
| Дальность подачи раствора, м: по горизонтали по вертикали |
125 40 |
125 40 |
125 40 |
125 40 |
125 40 |
75 25 |
100 35 |
100 35 |
125 40 |
– – |
| Габариты, мм: длина ширина высота |
2950 1130 1450 |
2870 900 1300 |
2015 830 1200 |
2080 800 1300 |
2000 800 1300 |
1240 445 760 |
1240 445 760 |
1240 445 760 |
1200 560 1000 |
1400 1050 535 |
| Масса, кг: растворонасоса растворопровода |
1450 450 |
1120 450 |
800 300 |
750 300 |
750 300 |
180 20 |
180 – |
180 130 |
400 250 |
535 – |
ТАБЛИЦА 17.5. ДОМКРАТЫ ДЛЯ НАТЯЖЕНИЯ АНКЕРОВ
| Параметры | Марка домкрата | ||||
| 6280С | ДС-63-315 | ДП-63-315 | 4С-30-200 | СМ-537 | |
| Максимальное тяговое усилие, кН | 1000 | 630 | 630 | 300 | 500 |
| Ход поршня, мм | 150 | 315 | 315 | 200 | 150 |
| Диаметр натягиваемой арматуры, мм | 16—40 | 28—40 | 5—7 | 20—28 | 16—42 |
| Масса, кг | – | 84 | 82 | 31 | 69 |
| Арматура, рекомендуемая для натяжения | Стержневая прядевая | Проволочная | Стержневая | ||
При устройстве анкеров проводят пробные, контрольные и приемочные испытания [4].
Пробные испытания проводят на опытной площадке проектируемого сооружения для определения приемлемости выбранного типа и конструкции анкера, уточнения технологии устройства анкера и его несущей способности по грунту. Испытанию подвергают 3—5 анкеров для каждого слоя грунтового основания, в котором предполагается устройство заделки анкера.
При контрольных испытаниях определяют соответствие фактической несущей способности рабочих анкеров расчетной нагрузке, заложенной в проекте. Число контрольных испытаний определяется проектом и должно составлять не менее 10 % общего числа устанавливаемых анкеров.
Пробные и контрольные испытания проводят статическими ступенчато возрастающими выдергивающими нагрузками. Первая ступень нагрузки составляет, как правило, 0,1 испытательной нагрузки Na, определенной проектом. Последующие ступени возрастают на 0,1 испытательной нагрузки. Причем на каждой ступени через интервал времени t, равный 1; 3; 5; 7,5; 10,5; 15; 21; 42 и 60 мин, измеряют перемещение ua оголовка анкера с точностью 0,01 мм. После выдержки на испытательной нагрузке производится разгрузка до рабочей нагрузки с последующим закреплением анкера на сооружении.
По результатам испытаний строят графики ua = f (Na); ua = f (t); Δua/lgt = f (Na), по которым определяют критическую нагрузку. Если отношение испытательной нагрузки к критической в контрольных испытаниях будет равно (или меньше) отношению аналогичных нагрузок, определенных в проекте на основании пробных испытаний, то анкер считается пригодным к эксплуатации.
При приемочных испытаниях определяют пригодность анкера к работе в сооружении. Эти испытания проводят путем бесступенчатого нагружения выдергивающей нагрузкой до величины испытательной нагрузки. После выдержки на испытательной нагрузке в течение 60 мин с фиксацией перемещений оголовка анкера в указанные ранее интервалы времени, производят, разгружение до рабочей нагрузки с последующим закреплением анкера на сооружении. По результатам испытаний строят график ua = f (t) на последней ступени.
Анкер считается пригодным к эксплуатации, если при выдержке времени на испытательной нагрузке разность деформаций в интервалах времени остается одинаковой или уменьшается.