Результат интеллектуальной деятельности: ВИНТОВОЙ АНКЕР

Изобретение относится к строительству, в частности, к креплению к грунту различных конструкций, и может найти применение в нефтяной промышленности для закрепления трубопроводов в условиях крайнего севера.

Известен винтовой анкер (Пат. РФ №12419), содержащий цилиндрическую штангу, наконечник и винтовую лопасть, выполненную с диаметром, увеличивающимся снизу вверх, причем винтовая лопасть имеет тороидальный или параболический профиль, кроме того, соотношение максимального диаметра винтовой лопасти и диаметра штанги составляет от 1,5 до 2,5. Такой винтовой анкер очень легко завинтить в грунт, не прилагая особых усилий.

Недостатком винтового анкера является низкая несущая способность, обусловленная растеплением грунта и отсутствием его дополнительного укрепления.

Известен способ закрепления трубопровода (Пат. РФ №2205317), заключающийся во внедрении в грунт винтового анкера с последующей инъекцией вяжущего вещества в грунт. Данный винтовой анкер является наиболее близким техническим решением к предлагаемому и принят в качестве прототипа.

Указанный винтовой анкер содержит винтовую лопасть, размещенную вокруг наконечника, штангу, выполненную в виде трубы, снабженную в верхней части штуцером, причем штанга имеет отверстия для подачи вещества в грунт. Такой винтовой анкер способен удержать трубопровод на слабых, песчаных грунтах.

Недостатками прототипа являются невозможность его использования в условиях крайнего севера. Во-первых, упрочнение грунта происходит только в области штанги, что приводит как к нагреву грунта около наконечника, так и к нарушению его целостности и в скором времени уменьшению несущей способности винтового анкера. Во-вторых, слой сезоннооттаивающего грунта содержит глину и другие прочные грунты. При закручивании анкера грунт попадает в полость внутри анкера и может полностью закупорить отверстия для вывода вяжущего вещества.

Техническим результатом заявленного решения является увеличение несущей способности винтового анкера, облегчение вхождения анкера в грунт и предотвращение закупоривания отверстий для вывода тампонажного раствора в грунт.

Указанный технический результат достигается тем, что в винтовом анкере, содержащем цилиндрическую штангу с отверстиями и штуцером для подачи тампонажного раствора, наконечник с винтовой лопастью, новым является то, в наконечнике также выполнены отверстия для прохода раствора в грунт, причем лопасть наконечника выполнена увеличивающейся снизу вверх, а внутри штанги установлена съемная втулка.

При установке винтового анкера в грунт, для увеличения несущей способности анкера и для прекращения теплообмена в среде анкер-грунт, через отверстия в цилиндрической штанге и в наконечнике под давлением подается тампонажный раствор, уплотняя и закрепляя сам грунт, что увеличивает жесткость закрепления и нарушает теплообмен между анкером и грунтом. Винтовая лопасть в виде увеличивающегося снизу вверх профиля обеспечивает более легкое вхождение анкера в грунт. Внутри штанги установлена съемная втулка, представляющая собой полую трубу без каких-либо отверстий. Втулка предотвращает проникновение грунта в полость анкера при его завинчивании, и как следствие - закупоривание отверстий для вывода тампонажного раствора.

Изобретение поясняется чертежами: на фиг.1 изображен винтовой анкер - общий вид и вид А - размещение втулки внутри штанги; на фиг.2 изображено закрепление анкера - общий вид, на фиг.3 - вид А с фиг.2 - крепление трубопровода к анкеру.

Винтовой анкер содержит цилиндрическую штангу 1, в виде трубы, в которой на одинаковом расстоянии друг от друга проделаны отверстия 2. В верхней части штанги 1 имеется штуцер 3 для подачи тампонажного раствора. Штанга 1 соединена при помощи резьбы 4 с наконечником 5, также имеющим отверстия 2. На наконечнике 5 выполнена винтовая лопасть 6, увеличивающаяся снизу вверх. В штанге 1 установлена съемная втулка 7. Причем штанга 1 должна иметь длину 1-3 м, это связано с величиной промерзания слоя фунта в условиях крайнего севера. Максимальный диаметр винтовой лопасти 6 должен находиться в пределах 0,4-0,5 м - это связано с увеличением эффекта разрушения породы, что может привести к уменьшению несущей способности анкера.

Устройство работает следующим образом.

Закручивают штангу 1 в наконечник 5 при помощи резьбы 4. Далее устанавливают съемную втулку 7 в полость штанги 1 и завинчивают анкер в грунт. Для завинчивания анкера можно использовать ключи (типа газовых) или предусмотреть на конце штанги 1 специальное приспособления для завинчивания анкера при помощи трактора. Наконечник 5 должен находиться в вечномерзлом грунте 8, а сама штанга 1 в глинистом слое 9 (оттаивающем слое вечномерзлого грунта). После завинчивания анкера вынимают съемную втулку 7 из полости штанги. Съемная втулка 7 предотвращает проникновение грунта в полость анкера при его завинчивании и, как следствие, закупоривание отверстий 2, тем самым облегчает закачку тампонажного раствора. Далее устанавливают на штуцер 3 до упора силовой пояс 10 (гнутый металлический профиль) трубопровода 11 и затягивают его гайкой 12. Затем соединяют штуцер 3 со шлангом насосной установки (на чертеже не указана). После этого в штангу 1 под давлением (опыт применения инъекционных анкеров в строительстве показывает, что при этом достаточно создать давление порядка 2 МПа, что технически осуществить несложно) подается тампонажный раствор, который попадает во внутреннюю полость штанги 1 и в наконечник 5, затем через отверстия 2 - в грунт, уплотняя и закрепляя его. При этом также разделяется граница анкер-грунт, что способствует нарушению теплообмена. В результате чего, грунт в области штанги 1 и наконечника 5 не получает тепла и находится в своем прежнем состоянии, что способствует жесткому закреплению анкера.

В качестве тампонажного раствора на основе вяжущего вещества можно использовать нефтяные битумы, цементные растворы, жидкое натриевое стекло.

Наилучшими показателями в роли тампонажного раствора для условий крайнего севера обладает пеноцемент. При его использовании достигают следующих преимуществ:

- значительно увеличивается зона охвата пеной грунта вследствие закупоривающих свойств;

- малая плотность и упругость системы;

- хорошая изоляция тепла.