11.1.4 Розрахунок несучої здатності стержневих, дискових та гвинтових анкерних пристроїв, які закріплюються способом вморожування

Приведена в данному разділі методика визначення несучої здатності стержневих, дискових, та гвинтових анкерних пристроїв, які закріплюються способом вморожування розповсюджується на анкера вказанних конструкцій, які працюють у грунтах з засоленістюбільше 0,1 %, в мерзлих грунтах із наявністю льоду більше 0,4 % та в біогенних грунтах.

Несучу здатність стержневих, дискових, та гвинтових анкерних пристроїв, які закріплюються способом вморожування необхідно визначати розрахунком або на основі результатів польових випробувань статичним навантаженням.

Несуча здатність даних анкерних пристроїв, яка визначається розрахунковим шляхом визначається за формулою

Б_а=Z_а т_а Р_анк , (11.30)

де, Z_а – число анкерів в одному анкерному пристрої, (Z_а=2);

т_а – коефіцієнт умов роботи анкерного пристрою, рівний т_а=1;

Р_анк – розрахункова несуча здатність

Значення розрахункової несучої здатності анкерних пристроїв, які закріплюються способом вморожування, визначається згідно формул

, (11.31)

де k_у.р - коэфіцієнт умов роботи анкера, приймається рівним 1,2;

i - номер диску (лопасті);

п - число дисків (лопастей);

R_i – розрахунковий тиск i-ого диску (лопасті) на мерзлий грунт або грунтовий розчин;

F_i - площа i-ого диску або лопасті (за виключенням площі перетину стержня);

k_п.в - коэфіцієнт, що залежить від типу поверхні вмерзання стержня із грунтом, приймається рівним: 0,7 – для горячекатаного прокату, 1,0 – арматури періодичного профіля;

j - номер шару грунту;

т - число шарів грунту;

- разрахунковий опір j-ого шару мерзлого грунту або грунтового розчину зсуву вздовж поверхні вмерзання із стержнем (тягою);

- площа поверхі вмерзання j-ого шару з бічною поверхнею стержня.

При розрахунку стержневих анкерів перший доданок в формулі (11.31) принимаєтся равним нулю.

Расрахунковий тиск i-ого диску на мерзлий грунт або грунтовий розчин приймається рівним тиску під кінцем палі згідно вимог СНиП 2.02.04-87.

Для орієнтовних розрахунків значення R_i можна прийняти в залежності від грунту (грунтового розчину) та максимальної температури грунту на рівні диску (лопасті) відповідно до даних приведених в табл. 11.9. Температура грунту визначається на основі теплотехнічного розрахунку для найбільш несприятливого режиму та часу експлуатації трубопроводу.

Відстань між дисками (лопостями) повинна бути не менше чотирьох діаметрів диску (лопасті.

Розрахунковий опір мерзлого грунту або грунтового розчину зсуву вздовж поверхні вмерзання із стержнем (тягою) для середини кожнього j-ого по температурі грунту шару у відповідності із вимогами СНиП 2.02.04-87 “Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах” в залежності від грунтів та грунтових розчинів приведені в табл. 11.10 для льдистих грунтів при i_i < 0,2.

Таблиця 11.10 – Розрахунковий опір мерзлого грунту або грунтового розчину зсуву вздовж поверхні вмерзання із стержнем (тягою)

Грунти	(МПа) при температурі грунту, °С
	-0,3	-0,5	-1,0	-1,5	-2,0	-2,5	-3,0	-3,5	-4	-6	-8	-10
Глинисті	0,04	0,06	0,10	,13	,15	,18	,20	,23	,25	,30	,34	,38
Піскові	0,05	0,08	0,13	,16	,20	,23	,26	,29	,33	,38	,44	,50
Вапня- ково–піс-ковий розчин	0,06	0,09	0,16	,20	,23	,26	,28	,30	,35	,40	,46	,52

Зауваження. 1. 1. При промежних значенях температури, не вказаних табл. 11.10. 2, значение визначають шляхом лінійної інтерполяції. 2. Значения взяті для вапняково-піскового розчину наступного склау (на 1 м³): пісоку средньозернистого - 820 літрів; вапнякового тіста густиною 14 кН/м³ - 300 літрів; води - 230 літрів. 3.Осадка конуса – (10-12) см.

Таблиця 11.9 – Орієнтовне значення розрахункового тиску i-ого диску (лопасті) на мерзлий грунт або грунтовий розчин

Пористість ii;	Глубина	Ri (МПа) при температурі грунту, °С
грунту	занурення диска, м	-0,3	-0,5	-1,0	-1,5	-2,0	-2,5	-3,0	-3,5	-4	-6	-8	-10
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14
ii < 0,2
Крупнообломкові	При любій глубині	2,5	3,0	3,5	4,0	4,3	4,5	4,8	53	5,8	6,3	6,8	7,3
Піски крупні і средньої крупності	При любой глубині	1,5	1,8	2,1	2,4	2,5	2,7	2,8	3,1	3,4	3,7	4,6	5,5
Пески дрібні пороховаті	3-5	0,85	1,30	1,40	1,50	1,70	1,90	1,90	2,00	2,10	2,60	3,00	3,5
	10	1,00	1,55	1,65	1,75	2,00	2,10	2,20	2,30	2,50	3,00	3,50	4,0
	15 та більше	1,10	1,70	1,80	1,90	2,20	2,30	2,40	2,50	2,70	3,30	3,80	4,3
Супіски	3-5	0,75	0,85	1,10	1,20	1,30	1,40	1,50	1,70	1,80	2,30	2,70	3,0
	10	0,85	0,95	1,25	1,35	1,45	1,60	1,70	1,90	2,00	2,60	3,00	3,5
	15 та більше	0,95	1,05	1,40	1,50	1,60	1,80	1,90	2,10	2,20	2,90	3,40	3,9
Закінчення табл. 11.9
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14
Суглинки та глини	3-5	0,65	0,75	0,85	0,95	1,10	1,20	1,30	1,40	1,50	1,80	2,30	2,8
	10	0,80	0,85	0,95	1,10	1,25	1,35	1,45	1,60	1,70	2,00	2,60	3,0
	15та більше	0,90	0,95	1,10	1,25	1,40	1,50	1,60	1,80	1,90	2,20	2,90	3,5
0,2  ii  0,4
Все види грунтів, Приведених раніше	3-5	0,40	0,50	0,60	0,75	0,85	095	1,00	1,10	1,15	1,50	1,60	1,7
	10	0,45	0,55	0,70	0,80	0,90	1,00	1,05	1,15	1,25	1,60	1,70	1,8
	15 та більше	0,55	0,60	0,75	0,85	0,95	1,05	1,10	1,30	1,35	1,70	1,80	1,9

При інших складах розчину, а также для цементно-піскового розчину значення необхідно визначати дослідним шляхом.

При наявності льоду в мерзлому грунті в межах 0,2  i_i  0,4 приведені в табл. 11.8 значения необхідно помножити на коефіцієнт, рівний 0,9.

Несучу здатність дискового та анкерів, що вморожуються, необхідно перевіряти із умови зсуву вздовж бічної поверхні циліндричного тіла за формулою

, (11.32)

де – розрахунковий опір j-го мерзлого шару зсуву ґрунту або по грунтовому розчині;

– площа поверхні зсуву взмерзання j-го шару вічномерзлого ґрунту з боковою поверхнею анкера.

Якщо розчин, що заповнює свердловину, відрізняється від природнього грунту, то обчислення за формулою (11.32) проводится для двох випадків зсуву вздовж бічної поверхні циліндричного тіла з площею перетину рівною:

- площі диску (зсув по розчину) при розрахунку дискових анкерів;

- площі перетину свердловини (зсув по грунту, тобто вздовж бічній поверхні свердловини) при розрахунку дискових та гвинтових анкерів.

Розрахунковий опір мерзлого грунту зсуву в j-ому шарі необхідно приймати при температурі рівній температурі в середині данного шару.

Для звичайних мерзлих (незасолених тп небіогенних) грунтів значення приведено в табл. 11.11.

Для дискових та гвинтових анкерів, що вморожуються, несуча здатність принимається рівній меншому із двох значень, отриманих згідно формул (11.31) та (11.32).

Таблиця 11.11 – Розрахунковий опір j-го мерзлого шару зсуву ґрунту або по грунтовому розчині)

Грунти	(МПа) при температурі грунту, °С
	-03	-0,5	-1,0	-1,5	-2,0	-2,5	-3,0	-3,5	-4	-6	-8	-10
Глинисті	0,05	0,08	0,12	0,15	0,17	0,19	0,21	0,23	0,25	0,30	0,34	0,38
Піскові	0,08	0,12	0,17	0,21	0,24	0,27	0,30	0,32	0,34	0,42	0,48	0,54

Якщо несучу здатність анкера визначають експериментальним шляхом, то тоді її корегують і визначають за формулою

, (11.33)

де k – коефіцієнт, що враховує відмінність в умовах роботи дослідного та запроектованого анкерів, рівний

; (11.34)

Р_пр, Р_д – значення несучої здатності, відповідно запроектованого та дослідного анкерів, визначені розрахунком за формулою (11.33), відповідно, для запроектованого трубопроводу – при розрахунковій температурі, а для експери-ментального анкера – при температурі виміряній, в період проведення випробування;

Р – розрахунковий опір анкера, що чинить статичному витягуванню, рівний

; (11.35)

де k_б – коефіцієнт безпеки з ґрунту, рівний k_б =1,1;

Р^н – нормативне значення граничного тривалого опору анкера статичному витягуючому навантаженню, при якому проходить вихід анкера із ґрунту, рівне

, (11.36)

де k_кр – коефіцієнт, що враховує короткотривалість випробовування анкера при будівництві (закріпленні трубопроводу), то в даному випадку k_кр = 0,65, а при випробовуванні k_кр = 1,0

Р_в – критичне навантаження при випробуванні (визначається найбільше навантаження на анкера) в процесі якого не проходить переміщення анкера із збільшенням швидкості навантаження на анкер.

Якщо анкерний пристій обладнаний комперсатором, то тоді значення несучої здатності розраховується за формулою

, (11.37)

де Р_к – зусилля, при якому починає спрацьовувати компенсатор;

k_к – коефіцієнт надійності компенсатора, k_к =1,2.

Параметри анкерів повинні задовольняти наступні умови

; (11.38)

та

∆к ≥ ∆вип, (11.39)

де ∆к, ∆вип – відповідно, компенсуюча здатність компенсатора та максимальне вертикальне переміщення трубопроводу при випучуванні мерзлого ґрунту.

Відстань між осями анкерних пристроїв, при закріпленні трубопроводу у вічномерзлих ґрунтах, розраховується за формулою (11.3).

Якщо трубопровід закріплюється за допомогою анкерних пристроїв з компенсаторами (прокладається в ґрунтах схильних до морозяного випучування), то його необхідно додатково перевірити на міцність та стійке положення при дії сил випучування, згідно вимог СНиП 2.03.05-85.

В даному випадку в стінках трубопроводу виникають додаткові напруження згину від дії сил морозяного випучування (q_м.в), значення яких, що приходять на один погонний метр довжини трубопроводу, визначають за формулою

. (11.40)

Відповідно, при розрахунку нормативної ваги баласту у воді , необхідно врахувати додаткові напруження згину від дії сил морозяного випучування (q_м.в).

Після цього визначається відстань між анкерними пристроями (приймається найменше) та потреба в них.