Какво е геотехнически анкер?
Геотехническият анкер е конструктивен елемент, предназначен да предава изтеглящи (опъни) сили от конструкцията към почвата или скалата. За разлика от пилотите, работещи предимно на натиск, анкерите поемат опъни – те „закачват" конструкцията за стабилната земя зад или под потенциалната зона на нестабилност.
Анкерите се прилагат при: укрепване на дълбоки котловани (анкерирани шпунтови и пилотни стени), стабилизиране на свлачища и нестабилни откоси, закрепване на подпорни стени, предотвратяване на изплаване на подземни конструкции и резервоари, анкериране на мостни кули и пилони, и в скалната механика за укрепване на тунели и скални откоси.
Конструкция на анкера
Типичният геотехнически анкер се състои от три зони:
- Свободна зона – участъкът от анкера, преминаващ през потенциалната зона на разрушаване. Тук анкерът не е свързан с почвата – тя трябва да може свободно да се движи, без да активира анкера. Дължината на свободната зона трябва да надхвърля потенциалната плъзгаща повърхнина.
- Корен (анкерна тяло) – участъкът, заклинен в стабилната почва или скала чрез инжектиране на циментово мляко. Именно тук се развива носимостта на анкера чрез триене между циментовото тяло и почвата или скалата.
- Глава – конструкцията на повърхността, свързваща анкера с укрепваемата конструкция (разпределителна плоча, закопчалка, хидравличен крик за предварително напрягане).
Видове анкери по срок на използване
Временни анкери
Временните анкери са проектирани за живот до 2 години – типично за периода на строителство на котлована. След изграждане на постоянната конструкция те стават ненужни. Поради краткия живот не се изисква пълна антикорозионна защита. Могат да се изпълняват по-икономично. При необходимост могат да се „развъртят" (destressing) след употреба.
Постоянни анкери
Постоянните анкери функционират за целия живот на конструкцията (50–100 години). Изискват пълна двойна антикорозионна защита (пластмасова тръбичка и циментово тяло), периодичен мониторинг на силата и специфично проектиране по Еврокод 7. Прилагат се при постоянни подпорни стени, при дългосрочно укрепване на свлачища и при стабилизиране на скални откоси.
Видове анкери по тип на зацепване
Анкери с цилиндрично тяло (Straight shaft)
Стандартният вид – цилиндричен сондажен отвор, запълнен с циментово мляко. Носимостта зависи от диаметъра на отвора, дължината на анкерното тяло и специфичното гранично триене по повърхността на циментовото тяло. Подходящи за пясъчни и глинести почви и скала.
Анкери с разширено тяло (Under-reamed)
В края на анкерното тяло се изпълнява разширение чрез специален инструмент. Разширеното тяло значително увеличава носимостта при добри почвени условия. Приложими само при сухи, стабилни кохезивни почви.
Анкери с многократно инжектиране (MAI – Multi-stage Grouting)
Циментовото мляко се инжектира под налягане на няколко пъти след втвърдяването на предишния пласт, уголемявайки ефективния диаметър и значително увеличавайки носимостта. Методът е особено ефективен при по-слаби почви.
Скални болтове и набивни анкери
При работа в скала (тунели, скални откоси, кариери) се прилагат скални болтове – по-прости и по-евтини конструкции. Стоманените пръти или тръби се вкарват в пробити отвори и фиксирани с циментово мляко или механично (разклинващи се патрони). Скалните болтове работят на опън и срязване, задържайки скалните блокове заедно. При тунелното строителство по NATM метода те са задължителен елемент на първичното укрепване.
Нейлинг (soil nailing)
Нейлингът е технология, при която пасивни стоманени пръти (нейлове) се вкарват плътно наредени в откоса – без предварително напрягане. Нейловете работят на опън и срязване при деформация на масива, осигурявайки своеобразно „армиране" на почвения масив. Откосната повърхност се покрива с торкрет-бетон (shotcrete). Нейлингът е много по-евтин от анкерирането, но е подходящ само за стабилни кохезивни почви и не може да поема значителни сили преди деформация.
Проектиране на анкери
Проектирането по Еврокод 7 (EN 1997-1) и EN 1537 включва: определяне на необходимата сила на анкера от статичния анализ на укрепваемата конструкция, избор на тип и размери на анкера, изчисляване на носимостта на корена (по триене), изчисляване на якостта на анкерния прът, проверка на глобалната устойчивост (включително и анкерите) и определяне на предварителното напрягане.
Изпитване на анкери
Всички анкери се изпитват преди пускане в служба. Изпитвателното (следствено) натоварване е 1,25 пъти проектното. Приемателното изпитване проверява носимостта, загубата на сила и деформациите. Контролните анкери (около 2–5% от броя) се изпитват до 1,5 пъти проектното натоварване за верификация на проекта.
Мониторинг на постоянни анкери
При постоянните анкери е задължителен периодичен мониторинг на силата (load cells) и деформациите. Загубата на предварително напрягане поради ползване на стоманата и релаксация на почвата е нормална – обикновено 5–15% за 10 години. При по-голяма загуба е необходимо допрегване.