PL199940B1 - Kotew gruntowa i urządzenie do wprowadzania i otwierania kotwi w gruncie - Google Patents

Abstract

Kotew gruntowa posiadaj aca ci egno ma dwie p lyty (1) po laczone przegubowo sworzniem (2), wyposa zone w zespó l lacz acy je z ci egniem (3), na ko ncu którego, od strony p lyt (1), znajduje si e trzpie n (8), zaopatrzony w g lowic e (9). Urz adze- nie do wprowadzania i otwierania kotwi w grun- cie posiada osadzacz (12), umieszczony na ci agnie (3) kotwi, które wystaje z osadzacza (12) przez otwór w pokrywie (15) zamykaj acej osa- dzacz (12) i na które jest nakr econa tuleja na- p edowa (18) wyposa zona w zaczep (17), na- kr etk e (19) ustalaj ac a po lo zenie zaczepu (17) i podk ladk e dystansow a (16) oraz jest po la- czony poprzez pokryw e (15) za po srednic- twem dwóch srub napinaj acych (21) wyposa- zonych w nakr etki (20, 22), z korpusem (24). PL PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest kotew gruntowa i urządzenie do wprowadzania i otwierania kotwi w gruncie. Kotwie gruntowe mają zastosowanie w budowlanych konstrukcjach inżynierskich i służą do zakotwienia w otaczającym gruncie obciążonych elementów konstrukcji w celu zachowania ich stateczności.

Znana jest i stosowana powszechnie kotew gruntowa typu iniekcyjnego, której elementem kotwiącym(oparciem) w gruncie jest podłużna buława ze związanego zaczynu cementowego, utworzona poprzez wypełnienie różnymi technikami iniekcji wcześniej wykonanego głębokiego (20-30 m) okrągłego otworu. Podczas wykonywania iniekcji w buławie tej osadzane jest cięgno. Stosuje się cięgna sztywne jak i linowe. Długość takiej buławy wynosi od 6-10 m, a średnica w zależności od rodzaju gruntu, techniki iniekcji oraz średnicy przygotowanego otworu od 20-50 cm.

Nośność takiej kotwi jest wypadkową wielkości tarcia pobocznicy buławy (jej powierzchni bocznej) o otaczający ją grunt. Po wykorzystaniu - praktycznie nie ma możliwości usunięcia jej z gruntu. Może to stwarzać duże problemy przy realizacji w tym rejonie innych obiektów głęboko posadawianych, co w warunkach miejskich zdarza się coraz częściej.

Znana jest kotew z opisu US 1844273. Kotew ta posiada wał oraz płyty połączone przegubowo sworzniem. Płyty wyposażone są w sprężyny i łukowe elementy służące do otwierania jej i mocowania w gruncie. Kotew według tego rozwiązania jest małych rozmiarów i służ y do kotwienia małych elementów i wytrzymuje małe obciążenia.

Kotew gruntowa posiadająca cięgno oraz dwie płyty połączone przegubowo sworzniem, według wynalazku, charakteryzuje się tym, że płyty wyposażone są w zespół łączący je z cięgnem, na końcu którego, od strony płyt znajduje się trzpień zaopatrzony w głowicę.

Zespół łączący składa się z ramion przymocowanych przegubowo poprzez sworznie jednym końcem do płyt, a drugim końcem do nakrętki cięgna.

Korzystnie każda z płyt zaopatrzona jest w dwa ramiona, zaś nakrętka ma kształt prostopadłościanu, o stosunku długości boków 1:1:4.

Ponadto ramiona przymocowane są do płyt niesymetrycznie w stosunku do ich środków ciężkości, korzystnie w odległości 2/5 rozpiętości od sworznia połączenia przegubowego płyt.

Cięgno korzystnie jest cięgnem prętowym.

Boki płyt równoległe do sworznia są sfazowane korzystnie pod kątem 45°, a każda z płyt zaopatrzona jest w dwa zaczepy umieszczone przy sfazowanych bokach.

Płyty stanowią prostokątne blachy o stosunku długości boków 5:6.

Głowica osadzona jest na cięgnie zakończonym trzpieniem poprzez prostopadle umieszczony do niego zatrzask.

Cięgno umieszczone jest w osadzaczu, który ma postać rury o prostokątnym przekroju poprzecznym o stosunku długości boków 1:2.

Ponadto osadzacz ma zakończenie obustronnie ścięte tworzące równoległe równoramienne trójkąty o kącie wierzchołkowym 35°.

Osadzacz na drugim końcu zamknięty jest pokrywą przez którą wystaje cięgno.

Głowica ma szerokość równą wewnętrznej szerokości osadzacza.

Kąt rozwarcia płyt wynosi od 35° do 330°.

Urządzenie do wprowadzania i otwierania kotwi w gruncie według wynalazku charakteryzuje się tym, że osadzacz umieszczony jest na cięgnie kotwi, które wystaje z osadzacza przez otwór w pokrywie zamykającej osadzacz, i na które jest nakręcona tuleja napędowa wyposażona w zaczep, nakrętkę ustalającą położenie zaczepu i podkładkę dystansową oraz jest połączony poprzez pokrywę za pośrednictwem dwóch śrub napinających wyposażonych w nakrętki, z korpusem.

Ponadto końcówka cięgna, która przechodzi przez tylną ścianę korpusu jest o nią zablokowana z moż liwoś cią obrotu.

Śruby napinające mają różne gwinty w miejscach położenia nakrętek.

Pokrywa ma gniazda stanowiące połączenie bagnetowe obrotowo-przesuwne do zaczepiania śrub napinających poprzez nakrętki, a gniazda pokrywy mają elementy blokujące obrót nakrętek, posiadających korzystnie wydłużoną długość.

Tuleja napędowa ma postać wydrążonej śruby z gwintem wewnętrznym.

Pokrywa i zaczep mają otwory o średnicy równej średnicy zewnętrznej gwintu zewnętrznego tulei napędowej.

PL 199 940 B1

Zaczep ma gniazda stanowiące połączenie bagnetowe obrotowo-przesuwne do zaczepiania śrub napinających poprzez nakrętki, korzystnie gniazda zaczepu mają elementy blokujące obrót nakrętek.

Podkładka dystansowa jest podkładką otwartą.

Ponadto osadzacz ma postać rury o prostokątnym przekroju poprzecznym, którego stosunek długości boków wynosi 1:2. Osadzacz od strony kotwi ma dwa równoległe boki zakończone równoramiennymi trójkątami o kątach wierzchołkowych równych 35°.

W osi cięgna na kotwi od czoła umieszczona jest cylindryczna prowadnica.

Konstrukcja kotwi pozwala na wprowadzenie jej do gruntu w stanie złożonym i otwarcie jej, za pomocą urządzenia według wynalazku, w wyznaczonym miejscu na zasadzie otwierania parasola.

Przedmiot wynalazku przedstawiony jest w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia przekrój poziomy kotwi otwartej, fig. 2 - przekrój pionowy kotwi otwartej, fig. 3 przedstawia przekrój poziomy urządzenia do wprowadzania i otwierania kotwi w gruncie wraz z zamkniętą kotwą, a fig. 4 i 5 - kolejne fazy działania tego urządzenia.

Zgodnie z fig. 1, według wynalazku, elementem kotwiącym jest prostokątna płyta stalowa umieszczona na końcu sztywnego cięgna w płaszczyźnie prostopadłej do jego osi.

Kotew stanowią dwie prostokątne płyty 1 (proporcje wymiarów 5:6) połączone przegubowo sworzniem 2 wzdłuż dłuższego boku (jak zawiasa taśmowa) w sposób umożliwiający rozwarcie w zakresie ką tów od 35° do 330°. W stanie zł o ż onym, podczas wprowadzania do gruntu ką t ten wynosi 35°, a po otwarciu do docelowego-roboczego ustawienia - 180°. W przypadku użycia kotwi jako tymczasowej kąt rozwarcia może osiągnąć wartość 330°, co umożliwi wyciągnięcie kotwi w całości tą samą drogą, którą została wprowadzona. Boki płyt 1 równoległe do sworznia 2 są sfazowane korzystnie pod kątem 45°. Każda z płyt 1 zaopatrzona jest w dwa zaczepy 10 umieszczone przy sfazowanych bokach.

Cięgno 3 kotwi stanowi pręt stalowy nagwintowany na obu końcach. Połączenie cięgna 3 z płytami 1 następuje za pośrednictwem nakrętki 4 w kształcie podłużnego prostopadłościanu (proporcje wymiarowe 1:1:4), która z kolei połączona jest przegubowo poprzez sworznie 7 dwoma parami ramion 5 z obiema pł ytami 1 zaczepionymi niesymetrycznie w stosunku do ś rodków ciężkoś ci pł yt 1. Ramiona 5 połączone są z płytami 1 poprzez sworznie 6. Umieszczone są one w odległości 2/5 rozpiętości od sworznia 2 połączenia przegubowego płyt 1. Oparcie krawędzi płyt 1 połączonych przegubem 2 o wkręconą w nakrętkę 4 końcówkę cięgna 3 zakoń czoną głowicą 9 pozwala na ustabilizowanie pełnego rozwarcia (180°) płyt 1. Tworzą one prostopadle ustawioną do osi cięgna 3 płaszczyznę o wymiarach 10:6 (2 x 5:6). Cięgno 3 zakończone jest trzpieniem 8, na którym poprzez zatrzask 11 osadzona jest specjalnie ukształtowana głowica 9. Wkręcanie cięgna 3 w nakrętkę 4 powoduje zbliżanie się głowicy 9 do płyt 1.

Cięgno 3 umieszczone jest w osadzaczu 12 (fig. 1, 3), który stanowi rura o prostokątnym przekroju poprzecznym o stosunku długości boków 1:2. Osadzacz 12 ma zakończenie obustronnie ścięte tworzące równoległe równoramienne trójkąty 13 o kącie wierzchołkowym 35°.

Głowica 9 ma szerokość równą wewnętrznej szerokości osadzacza 12.

Osadzacz 12 stanowić może element ochronny dla cięgna 3, gdy pozostawiony będzie z kotwą w gruncie, ale przede wszystkim sł u ż y do wprowadzania kotwi w grunt.

Złożone płyty 1 do kąta 35° nasadzane na osadzacz 12, tworzą dwuspadowy daszek - klin sprężony znajdującym się we wnętrzu osadzacza 12 cięgnem 3 za pomocą nakrętki 19 na jego drugim końcu opartej o pokrywę 15 za pośrednictwem tulei napędowej 18 i zaczepu 17 z podkładką 16. Przez takie połączenie uzyskuje się zamknięty element w kształcie pala zakończonego klinowym grotem.

Tak przygotowany „pal dość łatwo już można wprowadzić w grunt na przykład w przygotowany wcześniej okrągły wiercony otwór o odpowiedniej średnicy. Dla zapewnienia osiowego wprowadzenia pala w okrągły otwór na grot nasadzona zostaje cylindryczna prowadnica 14 (fig. 3). Po osadzeniu i otwarciu kotwi w gruncie osadzacz 12 jest wycią gany i sł u ż y do ponownego uż ytku.

Powierzchnia płyty kotwiącej jest około 3,5-krotnie większa od powierzchni przekroju poprzecznego otworu, przez który została wprowadzona do gruntu, co powoduje uzyskanie dostatecznie dużego jej oporu przy obciążaniu jej siłą działającą wzdłuż osi zaczepionego do niej cięgna 3.

Otwieranie kotwi w gruncie odbywa się w dwóch etapach. Etap pierwszy - cięgno 3 wkręcane w nakrętkę 4 powoduje rozpieranie głowicą 9 płyt 1. W tym etapie kąt rozwarcia płyt 1 uzyskuje wartość ~ 72°. Zablokowane cięgno 3 stoi w miejscu a na jego głowicę 9 najeżdżają płyty 1 rozchylając się na boki.

W drugim etapie w wyniku działania siły osiowej na cięgno 3 następuje dalsze otwieranie kotwi na skutek zapierania się bocznych sfazowanych krawędzi płyt 1 o grunt.

PL 199 940 B1

Pełne otwarcie następuje gdy kąt rozwarcia płyt 1 osiągnie wartość 180°, co widać na fig. 1.

Krawędzie płyt 1 w linii sworznia 2 oprą się wtedy na głowicy 9 co nie pozwoli na dalsze odchylanie się płyt 1. O zakończeniu otwierania się płyty świadczyć będzie wyraźny opór przy napinaniu cięgna 3. Jest to pozycja robocza.

Na fig. 3-5 przedstawione jest urządzenie do wprowadzania i otwierania kotwi w gruncie posiada dwie śruby napinające 21 z nakrętkami 20, 22 zaczepione o pokrywę 15 oraz o zaczep 17. Śruby napinające 21 mają różne gwinty w miejscach położenia nakrętek 20 i 22. Na cięgnie 3 wystającym z osadzacza 12 przez otwór w pokrywie 15 znajduje się nakrę cona tuleja napędowa 18, na której suwliwie osadzony jest zaczep 17 pełniący funkcję orczyka z podkładką dystansową 16 i nakrętka 19 służąca do odpowiedniego ustalania położenia zaczepu 17 na długości tulei napędowej 18 oraz do sprężenia całości kotwi z osadzaczem 12.

Nakrętki 20 mają wydłużoną długość.

Tuleja napędowa 18 ma postać wydrążonej śruby z gwintem wewnętrznym.

Pokrywa 15 i zaczep 17 mają otwory o średnicy równej średnicy zewnętrznej gwintu zewnętrznego tulei napędowej 18. Ponadto zaczep 17 ma gniazda stanowiące połączenie bagnetowe obrotowo-przesuwne do zaczepiania śrub napinających 21 poprzez nakrętki 22. Gniazda zaczepu 17 mają elementy 25 blokujące obrót nakrętek 22.

Podkładka dystansowa 16 jest podkładką otwartą.

Końcówka cięgna 3 przechodzi przez tylną ścianę korpusu 24 urządzenia i jest o nią zablokowana z możliwością obrotu. Otwieranie kotwy następuje po wykonaniu kolejnych operacji. Po zwolnieniu naciągu nakrętki 19 i odkręceniu jej do końca tulei napędowej 18 uruchamiane są śruby napinające 21. Ich obrót (wkręcanie) powoduje wstępne wyciągnięcie osadzacza 12 za pośrednictwem przesuwających się nakrętek 20 do momentu oparcia pokrywy 15, podkładki 16 i zaczepu 17 o odkręconą wcześniej nakrętkę 19, co widać na fig. 4 - faza 1, zgodnie ze strzałkami 1 i 2. Następnie wykonane obroty cięgna 3 (wkręcanie) powodują wstępne rozwieranie płyt 1 nasuwanych na głowicę 9 oraz przesuwanie się tulei napędowej 18 w kierunku tylnej ściany korpusu 24, co widać na fig. 4 - faza 2, zgodnie ze strzałkami 3. Następnie zaczep 17 należy nałożyć na nakrętki 22 na śrubach napinających 21 i zablokować dokrę coną do niego nakrę tką 19, fig. 4 - faza 2, strzałka 4 i fig. 5 - faza 3, strzał ka 5. Teraz dalsze obracanie śrub napinających 21 powoduje wyciąganie cięgna 3 za pośrednictwem tulei napędowej 18 i równoczesne dalsze wyciąganie osadzacza 12 z gruntu, fig. 5 - faza 4, strzałka 6. Wyciąganie cięgna w tym etapie powoduje ostateczne rozwieranie się płyt 1 do położenia docelowego - 180°. Pojawienie się wyraźnego oporu na obracanych śrubach napinających 21 świadczy o zakończeniu otwierania się kotwy.

Do wykonania operacji otwierania płyt kotwi służy dodatkowy mechanizm napędowy 23 uruchamiany za pomocą zespołu przekładni zębatych, który nie jest przedmiotem niniejszego wynalazku.

Wszystkie kolejne ruchy (obroty śrub, nakrętek, przesuwy) wyżej wymienionych elementów urządzenia mają ściśle wyznaczone wartości. To gwarantuje prawidłowy przebieg otwierania się kotwi w gruncie. Pozostaje jeszcze operacja całkowitego wyciągnięcia osadzacza 12 i demontaż wszystkich elementów z cięgna. Kotwa jest gotowa do naciągu.

Przedmiot wynalazku może znaleźć zastosowanie w kotwieniu w gruntach nieskalistych ścianek szczelnych, ścian szczelinowych jako obudowy wykopów, ścian oporowych, obudów wykopów i tuneli, kotwieniu masztów i słupów. Osadzenie w gruncie jest możliwe pod każdym kątem: od pionowego w dół do pionowego do góry (na przykł ad do podtrzymania stropu tunelu). Szczególnie przydatna może być w sytuacjach awaryjnych, gdyż natychmiast po jej osadzeniu może być w pełni obciążona do założonej wartości jej nośności. Może być w całości usunięta z gruntu po jej wykorzystaniu, jako tymczasowej i użyta ponownie (pod warunkiem, że nie została w jakiś sposób trwale uszkodzona lub po wymianie tylko uszkodzonego elementu).

Nośność kotwi tego typu jest praktycznie nieograniczona. Zależy ona od głębokości osadzenia, od warunków gruntowych i parametrów wytrzymałościowych materiałów zastosowanych do jej wykonania.

Claims (31)

1. Kotew gruntowa posiadająca cięgno (3) oraz dwie płyty (1) połączone przegubowo sworzniem (2), znamienna tym, że płyty (1) wyposażone są w zespół łączący je z cięgnem (3) na końcu którego, od strony płyt (1) usytuowany jest trzpień (8) zaopatrzony w głowicę (9).

2. Kotew według zastrz. 1, znamienna tym, że zespół łączący składa się z ramion (5) przymocowanych jednym końcem poprzez sworznie (6) do płyt (1), a drugim końcem do nakrętki (4) cięgna (3) poprzez sworznie (7).

3. Kotew według zastrz. 2, znamienna tym, że każda z płyt (1) zaopatrzona jest w dwa ramiona (5).

4. Kotew wedł ug zastrz. 2, znamienna tym, ż e nakr ę tka (4) ma kształ t prostopadł oś cianu, o stosunku długoś ci boków 1:1:4.

5. Kotew według zastrz. 2 albo 3, znamienna tym, ż e ramiona (5) przymocowane są do płyt (1) niesymetrycznie w stosunku do ich środków ciężkości.

6. Kotew według zastrz. 5, znamienna tym, że ramiona (5) przymocowane są do płyt (1) w odległości 2:5 od sworznia (2) .

7. Kotew wedł ug zastrz. 1 albo 2, znamienna tym, ż e cię gno (3) jest cięgnem prę towym.

8. Kotew wedł ug zastrz. 1, znamienna tym, ż e boki pł yt (1) równoległ e do sworznia (2) są sfazowane korzystnie pod kątem 45°

9. Kotew wedł ug zastrz. 1 albo 8, znamienna tym, ż e każda z pł yt (1) zaopatrzona jest w dwa zaczepy (10) umieszczone przy sfazowanych bokach.

10. Kotew według zastrz. 1, znamienna tym, że płyty (1) stanowią prostokątne blachy o stosunku długości boków 5:6.

11. Kotew według zastrz. 1, znamienna tym, że głowica (9) osadzona jest na cięgnie (3) zakończonym trzpieniem (8) poprzez prostopadle umieszczony do niego zatrzask (11).

12. Kotew według zastrz. 1, znamienna tym, że cięgno (3) umieszczone jest w osadzaczu (12).

13. Kotew według zastrz. 12, znamienna tym, że osadzacz (12) ma postać rury o prostokątnym przekroju poprzecznym, którego stosunek długości boków wynosi 1:2.

14. Kotew według zastrz. 12 albo 13, znamienna tym, że osadzacz (12) ma zakończenie dwustronnie ścięte tworzące równoległe równoramienne trójkąty (13) o kącie wierzchołkowym 35°.

15. Kotew według zastrz. 12, znamienna tym, że osadzacz (12) na drugim końcu zamknięty jest pokrywą (15) przez którą wystaje cięgno (3).

16. Kotew według zastrz. 1 albo 11, znamienna tym, że głowica (9) ma szerokość równą wewnętrznej szerokości osadzacza (12).

17. Kotew według zastrz. 1, znamienna tym, że kąt rozwarcia płyt (1) wynosi od 35° do 330°.

18. Urządzenie do wprowadzania i otwierania kotwi w gruncie, znamienne tym, że osadzacz (12) umieszczony jest na cięgnie (3) kotwi, które wystaje z osadzacza (12) przez otwór w pokrywie (15) zamykającej osadzacz (12), i na które jest nakręcona tuleja napędowa (18) wyposażona w zaczep (17), nakrętkę (19) ustalającą położenie zaczepu (17) i podkładkę dystansową (16) oraz jest połączony poprzez pokrywę (15) za pośrednictwem dwóch śrub napinających (21) wyposażonych w nakrętki (20, 22), z korpusem (24).

19. Urządzenie według zastrz. 18, znamienne tym, że końcówka cięgna (3), która przechodzi przez tylną ścianę korpusu (24) jest o nią zablokowana z możliwością obrotu.

20. Urządzenie według zastrz. 18, znamienne tym, że śruby napinające (21) mają różne gwinty w miejscach położenia nakrętek (20, 22).

21. Urządzenie według zastrz. 18, znamienne tym, że pokrywa (15) ma gniazda stanowiące połączenie bagnetowe obrotowo-przesuwne do zaczepiania śrub napinających (21) poprzez nakrętki (20).

22. Urządzenie według zastrz. 21, znamienne tym, że gniazda pokrywy (15) mają elementy (25) blokujące obrót nakrętek (20).

23. Urządzenie według zastrz. 18 albo 22, znamienne tym, że nakrętki (20) mają wydłużoną długość.

24. Urządzenie według zastrz. 18, znamienne tym, że tuleja napędowa (18) ma postać wydrążonej śruby z gwintem wewnętrznym.

25. Urządzenie według zastrz. 18, znamienne tym, że pokrywa (15) i zaczep (17) mają otwory o ś rednicy równej ś rednicy zewnę trznej gwintu zewnę trznego tulei napę dowej (18).

26. Urządzenie według zastrz. 18, znamienne tym, że zaczep (17) ma gniazda stanowiące połączenie bagnetowe obrotowo-przesuwne do zaczepiania śrub napinających (21) poprzez nakrętki (22).

PL 199 940 B1

27. Urządzenie według zastrz. 26, znamienne tym, że gniazda zaczepu (17) mają elementy (25) blokujące obrót nakrętek (22).

28. Urządzenie według zastrz. 18, znamienne tym, że podkładka dystansowa (16) jest podkładką otwartą.

29. Urządzenie według zastrz. 18, znamienne tym, że osadzacz (12) ma postać rury o prostokątnym przekroju poprzecznym, którego stosunek długości boków wynosi 1:2.

30. Urządzenie według zastrz. 18, znamienne tym, że osadzacz (12) od strony kotwi ma dwa równoległe boki zakończone równoramiennymi trójkątami (13) o kątach wierzchołkowych równych 35°.

31. Urządzenie według zastrz. 18, znamienne tym, że w osi cięgna (3) na kotwi od czoła umieszczona jest cylindryczna prowadnica (14).