Расчет анкеров и составление паспорта

4.30. Параметры анкерной крепи - тип, размеры замка длина анкеров, расстояние между ними, величина натяжения стержней - определяются строением горного массива механическими свойствами грунтов и размерами подземной выработки. Как правило, параметры анкерной крепи следует назначать с учетом опыта ее применения в аналогичных инженерно-геологических условиях.

4.31. Основной эффект от крепления выработок анкерами состоит в том, что окружающие выработку породы, имеющие склонность к расслоению и обрушению, прикрепляются к устойчивым областям горного массива, лежащим за пределами расчетного свода давления, при помощи анкеров. В отдельных случаях кровля выработки, закрепленная анкерами, может рассматриваться как несущая армокаменная конструкция, уменьшающая высоту свода давления грунта.

4.32. Анкеры, применяемые в качестве временной крепи подземных сооружений, рассчитывают по прочности закрепления замков и прочности стержней по аналогии с соответствующими требованиями глав строительных норм и правил на проектирование тоннелей и бетонных (железобетонных) конструкций.

Под прочностью закрепления замка анкера понимают максимальную нагрузку, при приложении которой к стержню установленного анкера осевое перемещение его конца не превышает 10 мм.

4.33. В расчете основных параметров анкерной крепи (рис. 9), исходя из гипотезы «подвешивания» зоны возможного обрушения к ненарушенным грунтам, согласно требованиям к временному креплению, расчет следует производить в следующем порядке:

определить расчетную (рабочую) длину стержня анкера l _р;

определить длину части анкера, заглубленную в ненарушенный грунт (замковой части) l₃;

определить предельное расстояние между анкерами а по прочности закрепления заглубленной части замка;

выбирать диаметр и материал стержня d _ст.

Рис. 9. Основные параметры анкерной крепи:

1 - анкер; 2 - шайба или подхват; 3 - граница зоны возможного обрушения

4.34. Расчетную длину стержня анкера l _р следует назначать равной не менее высоты возможного обрушения , принимаемой на основании опыта строительства в аналогичных инженерно-геологических условиях.

При отсутствии опытных данных расчетную глубину зоны возможного обрушения следует определять по формуле, м:

где К_т - коэффициент учета трещиноватости скальных грунтов, принимаемый здесь равным: для слаботрещиноватых грунтов 1; для трещиноватых 2; для сильнотрещиноватых 2,5.

Если коэффициент крепости грунта f (см. приложение 11) определен с учетом трещиноватости, то К_т=1.

В слабоустойчивых грунтах типа аргиллитов должно удовлетворяться условие l _р ³ 0,5В (z - 1),

где z - относительная величина, принимаемая в зависимости от глубины заложения тоннеля Н и предела прочности грунта на сжатие s _к по номограмме (рис. 10).

Расчетную величину прочности закрепления заглубленной части необходимо корректировать натурными испытаниями согласно пп. 4.40.

4.35. Длину замковой части l₃ и концевой части l_к, выступающей в выработку, следует назначать конструктивно в зависимости от типа замка и конструкции крепления подхвата. При этом для клинощелевых анкеров длина замковой части должна быть не менее 20 см.

Рис. 10. Номограмма для определения относительных размеров зоны возможного обрушения z в зависимости от глубины заложения тоннеля

4.36. Разница между диаметрами шпура и замка клинощелевого анкера не должна превышать 8 мм. Толщину клина в в основании рекомендуется назначать равной диаметру замка анкера, но не менее величины, определяемой из выражения

в_min = 2l + (d _ш – d _а) + t _п ,

где l - глубина внедрения «усов» анкеров и породу, принимаемая при отсутствии фактических данных но табл. 8; d _ш и d_a - соответственно диаметры шнура и замка анкера; t _п - ширина прорези.

Таблица 8

Длину клина следует назначать конструктивно, но при условии, что его длина не должна превышать половину основания более чем в 12 раз.

4.37. Правильность назначения параметров замка необходимо обязательно проверить путем испытаний прочности за крепления замков в производственных условиях, проводимых в соответствии с указаниями пп. 4.71 - 4.81 настоящих Норм.

Для конструкций замков, приведенных в пп. 4.13; 4.14 и предназначенных для применения в грунтах с коэффициентом крепости 6 - 10 («в куске»), разрешается принимать расчетную прочность закрепления по табл. 9 без предварительных испытаний.

Таблица 9

_________

¹Расчетная прочность закрепления приведена для фрезерованных поверхностей прорези и боковых граней клина анкера.

4.38. В случаях, когда замки анкеров могут подвергаться воздействию попеременного замораживания и оттаивания, испытания замков на прочность закрепления следует проводить в талом грунте.

4.39. Длину замковой части железобетонных анкеров сначала назначают ориентировочно, как правило, в пределах от 20 до 60 см. При этом прочность N¹, МПа, закрепления замка определяют по формуле

,

где  - предварительная длина замка, см; d _ст - диаметр армирующего стержня, см; t _{сц -} удельное сцепление бетона с армирующим стержнем, МПа, принимая по табл. 10.

Таблица 10

Примечания: 1. Удельные сцепления даны для следующих быстротвердеющих растворов:

указанного в п. 4.22 (для набивных анкеров); раствора из глиноземистого цемента марок 400 - 500 и воды (В/Ц=0,45 - 0,55) с добавкой 6 % хлористого кальция от массы цемента (для нагнетаемых анкеров).

2. Удельное сцепление цементно-песчаных растворов состава 1 : 1 без ускорителей твердения следует принимать равным 4,5 МПа при глиноземистом цементе марок 400 - 500 в возрасте 48 ч и более; портландцементе марок 400 - 500 в возрасте 72 ч и более.

Ориентировочно прочность закрепления железобетонных анкеров с замковой частью длиной 50 см при температуре в шпуре не ниже +5 °С допускается принимать:

при содержании СаСl₂ 5 – 6 % от массы цемента 50 кН через 6 ч и 100 кН через 24 ч после установки; при содержании CaCI₂ менее 3 % от массы цемента 100 кН через 48 ч после установки.

Прочность закрепления замков железобетонных анкеров должна быть подтверждена результатами испытаний (см. п. 4.37).

4.40. Если результаты проведенных испытаний покажут прочность закрепления замков анкеров ниже расчетной, необходимо изменить конструкцию замка или отдельные параметры (диаметр, толщину клина и т.д.).

Длину замковой части железобетонных анкеров l₃, м, на основе результатов испытаний следует откорректировать по соотношению:

,

где N - расчетная прочность закрепления, определяемая в результате испытаний, кН.

4.41. Для крепления тоннельных выработок запрещается применять анкеры длиной менее 1 м, а также анкеры с прочностью закрепления замка менее 40 кН.

4.42. Предельное расстояние между анкерами а,м, следует определять по формуле

,

гдеg _гр - объемный вес грунта, кН/м³.

4.43. Чтобы исключить возможность образования вывалов между анкерами, должно быть выполнено условие а £ l_р.

В сильнотрещиноватых породах расстояние между анкерами следует назначать не более 0,5 l _р.

4.44. Расчетная нагрузка Р, кН, на анкер будет

P=1,5g a² l_р,

где 1,5 - коэффициент перегрузки.

4.45. Ориентировочно выбранный диаметр стержня анкера необходимо корректировать по формуле

,

где Р= l,5g_гра²L, Ra - расчетное сопротивление материала стержня, кПа.

4.46. Для нетрещиноватых, слаботрещиноватых и трещиноватых грунтов с одной или двумя системами трещин, где возможно омоноличивание грунтовых блоков анкерами, крепь рекомендуется рассчитывать по гипотезе образования несущей конструкции из окружающих выработку грунтов (рис. 11). Представляя эту конструкцию в виде породной арки, следует пользоваться соотношением, связывающим длину анкеров l_a и расстояние между ними (межанкерное расстояние) а.

где коэффициент m принимается равным

, для одиночных анкеров;

, при наличии групповой шайбы или подхватов;

s_р - предел прочности породы на растяжение (табл. 11)

;

Таблица 11

Рис. 11. Схема несущей породной конструкции, образуемой вокруг выработки с помощью анкеров:

1 - анкер; 2 - несущая породная конструкция

4.47. При установке анкеров непосредственно возле забоя сразу после обнажения выработки в стержнях возникают дополнительные усилия, связанные с взаимовлияющим деформированием крепи и породы. Определение этих усилий рекомендуется выполнять по программе для ЭВМ «Анкер-контакт» (см. приложение 10), в которой учтены взаимное влияние анкеров, место и время их установки, ползучесть окружающего выработку грунта.