Грунтовый анкер остаётся одним из наиболее рациональных инструментов геотехники при разработке глубоких котлованов, стабилизации откосов и усилении существующих оснований. В данной статье рассмотрены основные типы грунтовых анкеров, их конструктивные особенности, нормативная база, критерии выбора.
Что такое грунтовый анкер и для чего он нужен
Грунтовый анкер – это закреплённый в толще породы стержневой или канатный элемент, воспринимающий выдёргивающие усилия с последующей передачей их на устойчивые слои основания. Основное назначение анкеров заключается в передаче выдергивающих и растягивающих нагрузок от инженерных сооружений на глубокие, несущие слои грунта. Область применения охватывает крепление подпорных стен, стабилизацию откосов, фиксацию шпунтовых ограждений, противодействие гидростатическому всплытию фундаментов, усиление существующих оснований.
Основное применение грунтовых анкеров включает несколько ключевых направлений:
- Крепление ограждений котлованов при глубокой выемке грунта.
- Усиление шпунтовых ограждений и стен подземных сооружений.
- Стабилизация оползневых склонов, насыпей автомобильных дорог.
- Обеспечение устойчивости подпорных стен набережных, мостовых опор, тоннельных порталов.
- Закрепление опускных колодцев и предотвращение всплытия заглублённых сооружений.
- Прижим плитных фундаментов для компенсации гидростатического давления подземных вод.
- Удержание фундаментов высоких сооружений — мачт, башен, дымовых труб.
- Усиление существующих конструкций при реконструкции зданий.
Применение анкерного крепления особенно эффективно в условиях плотной городской застройки, поскольку освобождает котлован от распорок, обеспечивает свободное внутреннее пространство и позволяет вести работы рядом с существующими зданиями без риска чрезмерных деформаций. При этом применение ограничено — анкеры не рекомендуются в набухающих, просадочных и сильносжимаемых грунтах, а также в илах, торфах и глинах текучей консистенции.
Конструкция грунтового анкера и основные элементы
Конструкция грунтовых анкеров стандартизирована, как правило, состоит из трёх основных частей — оголовка, свободной части (тяги) и заделки (корня).
Головная (замковая) часть (оголовок) фиксирует тягу на закрепляемом сооружении. Она состоит из опорной плиты, сферической шайбы, запирающего устройства. Для канатных тяг используется грунтовый анкер с клиновым зажимом, надёжно фиксирующий пряди каната в конусной обойме. Стержневые тяги закрепляются гайкой с контргайкой.
Свободная длина (тяга) — участок тяги, изолированный от окружающей породы гладкой полиэтиленовой оболочкой или смазкой. Этот участок обеспечивает передачу усилия от головы к корню без трения о массив.
Корневая часть (заделка) — зона, где тяга соединяется с грунтом. В зависимости от технологии это может быть цементный камень, расширенная лопасть, раскрывающийся механизм или инъецированный раствор.
Виды грунтовых анкеров
Классификация грунтовых анкеров опирается на несколько признаков — способ погружения, материал тяги, конструкцию корня, срок службы, уровень преднапряжения.
По конструкции тяги
Тяга является основным элементом, воспринимающим растягивающее усилие и передающим его на корень анкера.
- Стержневые (баровые) грунтовые анкеры. Изготавливаются из высокопрочной горячекатаной арматуры периодического профиля или специальных резьбовых шпилек. Из-за высокой жесткости их монтируют отдельными звеньями с помощью соединительных муфт, что упрощает сборку на строительной площадке. Такие устройства работают за счет сцепления цементного камня вокруг стержня с окружающим грунтом. Они наиболее востребованы при креплении средненагруженных подпорных стен, армировании склонов и устройстве фундаментов мачт электропередач в устойчивых грунтах.
- Прядевые (канатные) грунтовые анкеры. Состоят из пучка семипроволочных стальных канатов (прядей, стрендов). Пряди обеспечивают значительную разрывную прочность при сравнительно малом сечении, что позволяет воспринимать нагрузки от нескольких сотен до нескольких тысяч килоньютонов. Головная часть прядевых конструкций оборудуется многоклиновым зажимом, фиксирующим каждую прядь индивидуально. Такие решения применяются при креплении глубоких котлованов, мостовых опор, массивных подпорных стен.
- Трубчатые (самозабуривающиеся) грунтовые анкеры. Тягой служит полая стальная труба с винтовой нарезкой и с перфорацией в зоне корня. Она одновременно выполняет роль буровой штанги, инъекционной трубки и несущего элемента, что значительно ускоряет монтаж в слабых грунтах. Трубчатые модели особенно эффективны в неустойчивых, обводнённых грунтах, где стенки скважины склонны к обрушению.
По способу образования заделки (корня)
Корень анкера обеспечивает непосредственное сцепление с окружающим грунтовым массивом. В зависимости от способа устройства заделки корня грунтовые анкера бывают нескольких типов.
Инъекционные грунтовые анкеры
Буроинъекционные анкера – это конструкции, при устройстве которых тяга помещается в пробуренную скважину, после чего выполняется нагнетание (инъекция) цементного раствора под давлением. Раствор заполняет затрубное пространство, пропитывает окружающий грунт, формируя массивное грунтоцементное тело вокруг тяги и повышая несущую способность.
Технология позволяет создавать уширения без механических устройств, используя лишь давление инъекции. Буроинъекционные решения универсальны, подходят для широкого диапазона инженерно-геологических условий — от слабых водонасыщенных песков до трещиноватых скальных массивов. Именно этот тип получил наибольшее распространение в современной геотехнической практике.
Бурорасширяемые (механические расширения) грунтовые анкеры
Бурорасширяемые анкеры функционируют по принципу механического заклинивания. На конце скважины специальным уширителем создается механическая пята. После раскрытия лопастей уширителя в зону корня под давлением закачивается бетонная смесь, формируя массивную опорную пяту для увеличения сопротивления выдергиванию. При возникновении выдергивающей нагрузки анкер работает не только за счет трения по боковой поверхности, но и за счет лобового сопротивления этой пяты о грунт.
Данная технология незаменима в слабых, песчаных или глинистых грунтах, а также при строительстве гидротехнических сооружений и защите заглубленных резервуаров от всплытия.
Винтовые грунтовые анкеры
Винтовой грунтовый анкер представляет собой стальной стержень с одной или несколькими спиральными лопастями, навариваемыми на ствол. Анкер завинчивается в грунт без предварительного бурения и извлечения выработанной породы. Лопасти одновременно служат несущими элементами корня, врезаясь в породу подобно шнеку.
Преимущества такой конструкции — высокая скорость монтажа, отсутствие мокрых процессов, возможность повторного извлечения. Винтовые модели востребованы при креплении временных ограждений, опор ЛЭП, фундаментов быстровозводимых зданий.
Забивные (раскрывающиеся) грунтовые анкеры
Забивной грунтовый анкер погружается в массив ударным или вибрационным способом. Тяга, как правило, выполнена из стального стержня или трубы с заострённым наконечником. Самораскрывающийся грунтовый анкер оснащён механизмом, который в сложенном состоянии проходит через скважину, а при натяжении тяги раскрывает лопасти или рычаги, создавая опорную площадку в массиве. Приложении обратного выдергивающего усилия заставляет наконечник развернуться перпендикулярно оси тяги, блокируя анкер.
Конструкция обеспечивает высокую несущую способность при относительно малом диаметре бурения. Забивные модели эффективны в сложных стеснённых условиях, в плотных суглинках, моренных отложениях, полускальных грунтах, где бурение затруднено, а несущий слой располагается неглубоко.
Выбор типа заделки определяется несущей способностью окружающего массива, расчётной нагрузкой.
По степени натяжения тяги
Режим взаимодействия анкера с удерживаемой конструкцией определяет распределение деформаций.
- Предварительно напряженные. Анкер принудительно натягивают с помощью домкратов до расчетного усилия еще до начала деформации удерживаемой стены. Преднапряжение ограничивает перемещения конструкции, активирует корень ещё до приложения эксплуатационной нагрузки, минимизирует любые подвижки грунта за контуром ограждения. Преднапряженные грунтовые анкера незаменимы на ответственных объектах с жёстко нормированными допустимыми деформациями.
- Ненапряженные (пассивные). Грунтовый анкер-нагель — пассивный элемент армирования, работающий на сдвиг, на растяжение одновременно. Он представляет собой стальной стержень, замоноличенный по всей длине в скважине цементным раствором. В отличие от преднапряжённых тяг нагель включается в работу только по мере деформации грунтового массива или удерживаемой конструкции. Нагельное крепление широко используется при устройстве грунтовых стен «сверху вниз» (метод Soil Nailing), стабилизации откосов, укреплении тоннельных обделок.
По сроку эксплуатации
Время работы анкера определяет требования к его антикоррозийной защите и конструктивному исполнению.
- Временные (срок службы до 2 лет). Не требуют усиленной антикоррозионной зашиты. Применяются для удержания ограждений котлованов на период строительства. По окончании работ они либо забрасываются, либо деактивируются. Примером служат временные грунтовые прядевые анкеры, фиксирующие шпунтовые стенки котлованов.
- Постоянные (срок службы более 2 лет). Рассчитаны на весь период эксплуатации основного сооружения (подпорные стены, причалы, защита откосов). Требуют многослойной антикоррозийной защиты тяги и оголовка.
- Извлекаемые. Разновидность временных анкеров, конструкция которых позволяет полностью или частично вытащить стальную тягу из грунта после завершения строительства, чтобы не загромождать подземное пространство соседних участков.
По пространственному расположению
Направление бурения и установки выбирается исходя из схемы распределения нагрузок от удерживаемого объекта.
- Наклонные. Наиболее распространенный тип (угол наклона обычно от 10° до 45° к горизонту). Используются для крепления подпорных стен и бортов котлованов.
- Вертикальные. Устанавливаются строго вертикально для восприятия гидростатического противодавления (защита от всплытия днищ сухих доков, заглубленных резервуаров) или для усиления фундаментов высотных мачт.
Материалы производства грунтовых анкеров
Грунтовые анкеры также классифицируются по материалам их основных элементов (тяги и защитных оболочек), так как от этого зависят несущая способность, гибкость и коррозионная стойкость конструкции.
По составу материалов анкеры делятся на следующие группы:
Стальные грунтовые анкеры
Традиционный и самый распространенный тип, где тяга выполнена из высокопрочной стали.
- Углеродистые и легированные стали. Применяются для стандартных стержневых и прядевых анкеров. Требуют обязательной антикоррозийной защиты (цементная рубашка, полимерные оболочки).
- Оцинкованная сталь. Используется для временных или среднесрочных анкеров для повышения стойкости к атмосферной влаге.
- Нержавеющая сталь. Применяется редко из-за высокой стоимости, в основном в постоянных анкерах для ответственных сооружений в агрессивных средах (например, в морской воде).
Композитные (полимерные) грунтовые анкеры
Современная альтернатива металлу, где тяга изготавливается из непрерывных волокон, связанных полимерной смолой.
- Стеклопластиковые (СПА / GFRP). Самый популярный композитный тип. Они легкие, абсолютно не подвержены коррозии и легко перерезаются проходческими щитами при последующем освоении подземного пространства.
- Углепластиковые (CFRP). Обладают экстремально высокой прочностью на растяжение и минимальным растяжением под нагрузкой, но имеют высокую стоимость.
- Базальтопластиковые (БПА / BFRP). Устойчивы к щелочной среде цементного раствора и агрессивным грунтовым водам.
Комбинированные и многокомпонентные системы
Включают в себя сочетание металлов, пластиков и строительных растворов для обеспечения проектного срока службы.
- Сталеполимерные. Тяга из стали заключена в сплошную пластиковую гофрированную трубку (оболочку из полиэтилена высокой плотности — HDPE), а межтрубное пространство заполнено цементным составом. Это стандарт для постоянных анкеров с «двойной защитой от коррозии» (DCP).
Характеристики грунтовых анкеров
Проектировщик обращает внимание в первую очередь на следующие характеристики грунтовых анкеров:
- Несущая способность (расчётное усилие на вырыв) — от 100 до 5 000 кН в зависимости от сечения тяги, длины корня.
- Общая длина — от 3 до 60 м; определяется глубиной залегания устойчивого слоя.
- Длина свободной части — обеспечивает расположение корня за пределами призмы обрушения.
- Длина корня (заделки) — обычно от 3 до 12 м; рассчитывается исходя из бокового трения «цементный камень — грунт».
- Диаметр скважины — от 90 до 250 мм для буроинъекционных конструкций.
Размеры грунтового анкера подбираются по результатам инженерно-геологических изысканий, статического расчёта. Для подтверждения проектных значений на площадке проводятся пробные (контрольные) испытания согласно ГОСТ 5686.
Анкерные системы для различных типов грунтов
Подбор конструкции должен учитывать инженерно-геологические условия, поскольку несущая способность корня зависит от класса грунта. Грунтовые анкерные системы подбираются индивидуально.
- В песках и водонасыщенных основаниях эффективны буроинъекционные штанги, работающие без обсадной трубы.
- В слабых глинистых отложениях предпочтительны буроинъекционные конструкции с многоразовой опрессовкой.
- В плотных моренных, полускальных породах эффективны забивные, винтовые решения.
- В скальных и обломочных породах применяют анкерное крепление оползнеопасных массивов, а также нагели.
Цена на грунтовые анкеры формируется из стоимости материалов (стальной тяги, цемента, защитных оболочек), затрат на бурение, инъекцию, а также расходов на испытания. На стоимость грунтового анкера влияют длина, диаметр скважины, глубина залегания несущего слоя, необходимость многоразовой опрессовки.
Окончательный расчёт выполняется после инженерно-геологических изысканий, разработки проектной документации.
Нормативная база
К основным стандартам относятся следующие документы.
- ГОСТ 5765-2022 «Анкеры грунтовые. Технические условия» — устанавливает общие требования к конструкции, материалам, антикоррозионной защите.
- ГОСТ 5686-2020 «Грунты. Методы полевых испытаний сваями, анкерами» — регламентирует порядок проведения пробных, приёмочных испытаний.
- СП 22.13330 «Основания зданий, сооружений» — содержит расчётные положения для анкерного крепления.
- EN 1537 (европейский стандарт) — применяется при проектировании объектов с использованием зарубежных технологий.
Соблюдение нормативных требований обеспечивает надёжность, безопасность анкерного крепления на протяжении всего жизненного цикла сооружения.
Буроинъекционные анкера Титан
Среди представленных на рынке грунтовых анкерных систем особого внимания заслуживает система Титан (TITAN), реализуемая геотехнической компанией «Геобилдинг». Анкеры Титан представляют собой самобурящие буроинъекционные тяги из полых стальных штанг с непрерывной резьбой по всей длине.
Ключевые преимущества системы.
- Совмещение операций — штанга выполняет роль бурового инструмента, обсадной трубы, несущей тяги одновременно, что сокращает время монтажа в 2–3 раза по сравнению с классическими прядевыми конструкциями.
- Непрерывная резьба — позволяет наращивать тягу муфтами до любой проектной длины, задавать произвольное положение корневой зоны.
- Инъекция через полость штанги — цементный раствор подаётся под давлением через внутренний канал, выходит через перфорацию коронки, обеспечивая надёжное заполнение затрубного пространства.
- Широкий типоразмерный ряд — диаметры штанг от 30 до 103 мм, несущая способность от 200 до 3 000 кН.
Компания «Геобилдинг» выполняет полный цикл работ — от проектирования анкерного крепления до приёмочных испытаний на объекте. Специалисты подберут анкерные системы для различных типов грунтов, рассчитают оптимальные размеры грунтового анкера, обеспечат соответствие требованиям действующих нормативов.
Источники
- ГОСТ 5765-2022 «Анкеры грунтовые. Технические условия». М., Стандартинформ, 2022.
- ГОСТ Р 57355-2016/EN 1537:2014 «Анкеры грунтовые. Правила производства работ».
- ГОСТ 5686-2020 «Грунты. Методы полевых испытаний сваями, анкерами». М., Стандартинформ, 2020.
- ГОСТ Р 57787-2017 «Крепления анкерные для строительства. Термины и определения. Классификация».
- СП 22.13330.2016 «Основания зданий, сооружений» (актуализированная редакция СНиП 2.02.01-83*).
- СП 45.13330.2017 «Земляные сооружения, основания и фундаменты» (актуализированная редакция СНиП 3.02.01-87).
- СП 381.1325800.2018 «Грунтовые анкеры. Правила проектирования».
- СТО НОСТРОЙ 2.5.126-2013 «Устройство грунтовых анкеров, нагелей и микросвай».
- EN 1537:2013 «Execution of special geotechnical works — Ground anchors».
- Ильичёв В. А., Мангушев Р. А. «Справочник геотехника. Основания, фундаменты, подземные сооружения». М., Издательство АСВ, 2016.
