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Stabförmiger, durch Bodenschichten von unterschiedlichem elektrischem Potential hindurchführbarer Leiter
Die Erfindung betrifft einen stabförmigen elektrischen Leiter, welcher durch übereinanderliegende Bodenschichten von unterschiedlichem elektrischem Potential hindurchführbar ist und dadurch zum Ausgleich der zwischen diesen Schichten bestehenden Potentialdifferenzen und somit zur Auslösung von Nebenwirkungen, insbesondere von. solchen elektroosmotischer Art, beispielsweise zur Verhinderung von Hangrutschungen, Frostaufbrüchen, Aufquellen von Tunnelwänden usw. dient, welcher Leiter für alle Arbeiten im gesamten Tiefbau verwendbar ist, wie z. B. im Grund-, Strassen-, Eisenbahn-, Tunnelund Wasserbau.
In dem, den Unterbau von Strassen, Dämmen usw. tragenden gewachsenen Boden bzw. in dem unter natürlichen Hängen, unter Einschnitten oder auch in Tunnel-Aushüben liegenden Boden entsteht bekanntlich zwischen der tieferen bzw. inneren, d. h. häufig frostfreien, Bodenschicht und der darüberliegenden bzw. äusseren, häufig gefrorenen, Schicht ein elektrisches Potential-Gefälle, durch das ein Wasserfluss aus der tieferen, frostfreien Schicht in die darüberliegende, frostgefährdete Schicht verursacht wird, welcher seinerseits wieder die Bildung von höheren Wasserdrücken und die Ausbildung bzw.
Vergrösserung von sogenannten'Eis-Linsen'zur Folge hat ; durch diese Erscheinung werden letztlich unerwünschte Terrain-Bewegungen hervorgerufen, wie Boden-Erhebungen oder Frostaufbrüche an der Decke von Strassenkörpern bzw. an der Oberfläche von Grundbauwerken ; Rutschungen an schrägen Hängen ; Aufquellen von Tunnelwänden u. ähnl. mehr.
In den deutschen Patentschriften Nr. 1178884, Nr. 1059846 und Nr. 1129893 sind nun verschiedene Verfahren beschrieben, bei denen in übereinanderliegende Bodenschichten stabförmige elektrische Leiter senkrecht oder auch geneigt zur betreffenden Oberfläche bis in die untere Schicht eingebracht werden ; mittels dieser elektrischen Leiter wird nun ein zwischen den Bodenschichten entstehendes elektrisches Potential-Gefälle sofort ausgeglichen und dadurch die Bildung von schädlichen Wasser-Bewegungen sowie die dadurch bedingten Boden-Bewegungen mit Erfolgt verhindert, wie eben beispielsweise Frostaufbrüche, Hang-Rutschungen usw.
Bei Anwendung dieses 'Nagelungs-Verfahrens'im Grundbau, insbesondere im Strassenbau, Dammbau aber auch beim Aushub von Tunnels, werden also die erwähten, stabförmigen elektrischen Leiter in den gewachsenen Boden durch die der Frost-Eindringtiefe entsprechende Bodenschicht hindurch bis in die darunterliegende, im allgemeinen frostfreie Schicht eingebracht, beispielsweise eingerammt, eingebohrt oder eingespült.
Nach der Lehre dieser bekannten Verfahren wurden nun als elektrische Leiter einfache, gerade Eisenstäbe, z. B. Rundeisen, verwendet und in den Boden nach einer bewährten Methode eingebracht. Solche einfache, glatte Eisenstäbe können aber erfahrungsgemäss mit der Zeit durch den Unterbau von
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Fahrzeuge eine Gefahr bilden ; anderseits sollen aber diese, in den Boden eingesetzten elektrischen Leiter die natürlichen Boden-Bewegungen sogar in gewissem Ausmass mitmachen können.
Nach der Erfindung werden nun bei stabförmigen elektrischen Leitern zur Verwendung für Arbeiten im gesamten Tiefbau diese erwähnten Nachteile in einfacher und verlässlicher Weise dadurch
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vermieden, dass der Leiter entweder aus einem Gemisch von bautechnischem Injektionsgut oder von
Kunststoff mit einem elektrisch leitenden Material, beispielsweise mit Drähten, Drahtstücken,
Metallspänen, Metallpulver od. dgl., oder in bekannter Weise aus Metall besteht und dass an der
Oberfläche dieses stabförmigen, metallischen Leiters mindestens stellenweise radial abstehende
Vorsprünge, vorzugsweise widerhakenartig, angeordnet sind bzw., dass die Oberfläche des Leiters zum gleichen Zweck profiliert ist, wodurch in jedem Falle ein etwaiges Aufsteigen des Leiters im Boden verhindert wird.
Dieser stabförmige elektrische Leiter ist nun im einfachsten Falle derart aufgebaut, dass an einem metallischen Leiter als radial abstehende Vorsprünge in Längsrichtung aufwärts abstehende
Stahlblattfedern angebracht und mit ihrem unteren Ende in üblicher Weise Verbindungselemente, z. B. durch Nieten, Schweissung usw., befestigt sind. Bei andern Varianten sind an einem solchen Metallstab die radial abstehenden Vorsprünge sägezahnartig angeordnet oder an demselben ist ein schraubenlinienförmig verlaufender Wulst angeformt.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist der metallische Leiter zweckmässig an seinem unteren
Ende radial verbreitert, vorzugsweise als Hammerkopf ausgeformt bzw. mit einem über den
Durchmesser abstehenden Gewinde versehen und ferner ist der Leiter oberhalb dieser Verbreiterung mit einem, in das Rohrloch eingefüllten plastischen Material, beispielsweise mit Bitumen, Asphalt od. dgl., umgeben.
Bei einer andern vorteilhaften Ausführungsform des elektrischen Leiters ist an einem vollen oder hohen Metallstab oben, d. i. an seinem Kopfende, eine querliegend Verankerungsplatte, vorzugsweise gelenkig und mit geringer Verschwenkung angebracht, welche zu seiner axialen Verankerung dient ; dieser stabförmige Leiter kann insbesondere auch an seiner Einsatzstelle auftretende Boden-Bewegungen in gewissem Ausmasse mitmachen.
Alle diese starren, elektrischen Leiter können, wie bereits erwähnt, auch als hohle Metallstäbe ausgebildet sein ; d. h. der Metallstab ist zweckmässig mit einer zentralen Spül-Bohrung versehen und, oberhalb seiner Ramm-Spitze, mit seitlichen Austrittsöffnungen, wobei während seines Vortriebes eine Einsatz-Bohrung mit weiterem Durchmesser ausgespült und danach der ringförmige Hohlraum mit einem plastischen Material ausgegossen wird.
Eine bevorzugte Ausführungsform des elektrischen Leiters besteht in bekannter Weise aus mehreren, teleskopartig ineinanderschiebbaren Rohrabschnitten, wobei vorzugsweise der unterste Abschnitt mit entsprechenden Vorsprüngen versehen ist, beispielsweise mit widerhakenartig abstehenden Stahlfedern ; dieses Teleskop-Rohr wird nun mittels einer zentral eingesetzten Ramm-Stange in den Boden eingetrieben ; und es kann dann etwa auftretende vertikale Boden-Bewegungen in seiner Längsrichtung elastisch aufnehmen.
Der in den Boden einzusetzende, stabförmige elektrische Leiter kann in besonders vorteilhafter Weise auch derart ausgebildet sein, dass er aus einem Gemisch eines plastischen Baumaterials oder eines Kunststoffes mit einem elektrisch gut leitenden Material, wie Drähte, Drahtstücke, Splitter, Späne oder Pulver aus Metall, besteht, welches Gemisch in ein im Boden vorbereitetes, unregelmässig profiliertes Bohrloch oder Spülloch eingefüllt und danach abbinden bzw. aushärten gelassen wird. Vorzugsweise ist dabei in einem Stützkörper aus plastischem, aushärtbarem Füll-Stoff über die ganze Länge eine Draht-Spirale eingegossen.
In den Zeichnungen sind in Fig. l bis 10 zehn besonders vorteilhafte beispielsweise Ausführungsformen von erfmdungsgemäss ausgebildeten, stabförmigen elektrischen Leitern veranschaulicht, wie solche zum Einsatz bei Grundbauten durch übereinanderliegende Bodenschichten hindurch verwendet werden können ; weiters zeigen Fig. 11 und 12 zwei praktische Anwendungs-Möglichkeiten für den Einsatz solcher elektrischer Leiter an einem schrägen Hang zur Sicherung gegen Gelände-Rutschung (Fig.11) bzw. in einer Tunnel-Röhre zur Verhinderung des Aufquellen von Bodenmaterial.
In Fig. l ist ein Vertikalschnitt durch ein Grundbauwerk, hier durch eine Strasse, dargestellt, bei welchem in den gewachsenen Boden--A--stabförmige elektrische Leiter --10-- vertikal bis in die frostfreie Bodenschicht hinein eingeschlagen sind ;
an mehreren Stellen dieses Leiters sind nun
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Strasse und darüber die Strassendecke-S-- ; diese elektrischen Leiter-10-können durchaus mit ihren oberen Enden auch noch etwas in den Unterbau--R--hineinragen. Beim Einschlagen oder Einrammen dieser elektrischen Leiter--10--in den Boden--A--werden die elastischen
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Bewegungen oder Schiebungen des Bodens-A-ein etwaiges Aufwärts-Wandern der Leiter --10-- bzw. gar ein Hindurchstossen derselben bis durch die Strassendecke-5-mit Sicherheit vermieden wird.
Fig. 2 und 3 zeigen zwei Varianten dieses elektrischen Leiters-10- : im ersten Falle sind am elektrischen Leiter --10-- mehrere sägezahnartige Vorsprünge --12-- versetzt angeordnet und beim zweiten Beispiel ist am Leiter --10-- ein wendelförmiger Wulst --13-- angebracht; auf dem elektrischen Leiter-10-können diese sägezahnartigen Vorsprünge --12-- selbstverständlich auch in beliebiger anderer Verteilung angeordnet sein, wie z. B. in vertikalen Zahnreihen oder auch kranzförmig.
In Fig. 4 ist eine besondere einfache und wirksame Ausführungsform des elektrischen Leiters dargestellt, bei welchem an dem, beispielsweise glatten, Metallstab --20-- am oberen Ende mit einem Niet--21--eine waagrechte Platte--22--von erheblich grösserem Durchmesser angesetzt ist, zweckmässig gelenkig mit geringem Spiel.
Dieser elektrische Leiter --20-- wird wieder in den gewachsenen Boden-A--bis zum Aufliegen dieser Platte--22-eingerammt und über derselben dann der Unterbau --R-- aufgeschüttet, so dass durch die querstehende platte --22-- jedwede Aufwärtsbewegung des Stabes verhindert wird ; bei dieser Anordnung können infolge der gelenkigen Verbindung des Leiters --20-- mit der platte --22-- etwa auftretende Boden-Bewegungen aufgenommen werden.
In Fig. 5 und 6 ist eine andere Type des elektrischen Leiters dargestellt : am unteren Ende des Metallstabes-30-ist ein hammerkopfartiger Vorsprung --31-- bzw. ein radial vorstehendes Gewinde --32-- angebracht bzw. angeformt ; diese an der Spitze des Metallstabes-30-- angesetzte radiale Verbreiterung kann selbstverständlich auch in einer andern Weise profiliert oder ausgeformt sein, welche eben im speziellen Fall für die Verankerung im Boden besonders geeignet ist.
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rohrförmige Zwischenraum mit einem plastischen Material ausgefüllt wird, z.
B. mit Bitumen, Asphalt, Mörtel od. dgl. ; nach Aushärten oder Abbinden dieses Füllstoffes ist der elektrische Leiter-30 bis 31 bzw. 30 bis 32--im Boden--A--wieder fest verankert und gegen etwaiges Aufwärtssteigen gesichert. Der elektrische Leiter-30-gemäss Fig. 6 mit der Schraub-Spitze-32-trägt an seinem Kopfende zweckmässig noch einen Ansatz --33-- für einen Schraubenschlüssel ; dieser Leiter --30-- wird dann nach Einsatz in ein etwas kürzeres Bohrloch --B'-- am Grunde desselben in den festen Boden-A--eingeschraubt.
Der in Fig. 7 veranschaulichte elektrische Leiter ist als hohler Metallstab --40-- mit einer
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bisher an Hand der Fig. l bis 6 beschriebenen Verankerungs-Profilen ausgestattet werden, zweckmässig wohl mit einer verbreiterten Spitze gemäss Fig. 5 oder Fig. 6. Diese hohlen Metallstäbe werden dann in den Boden--A--in durchaus bekannter Weise'eingespült', wobei das durch die seitliche öffnung - -40b-- austretende Spülwasser die Bodenteile entlang des Leiters-40-wegspült und dadurch das diesem gegenüber weitere Spülloch-B-bildet, welches schliesslich, d. h. nach beendetem
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3,5, 6 und 7 kann zusätzlich an seinem Kopfende eine waagrechte Platte-22- (Fig. 4) angebracht werden, falls dies unter Umständen bei speziellen Bodenverhältnissen vorteilhaft sein sollte.
Fig. 8 zeigt nun eine spezielle Ausgestaltung des elektrischen Leiters, welcher aus vier teleskopartig ineinandergreifenden Rohrabschnitten-50, 50', 50", 50'''-- zusammengesetzt ist, an dessen unterstem Abschnitt --50'''-- widerhakenartig aufwärtsstehende Stahlfedern --51--, oder auch anders geformte Vorsprünge, befestigt sind. Dieser teleskopartige Leiter wird nun mittels einer Rammstange--52--, welche in das vorerst zusammengeschobene Rohr-Paket eingesetzt wird, in den Boden--A--eingetrieben, bis die dargestellte End-Stellung erreicht ist.
Dieser, in axialer Richtung nachgiebige, elektrische Leiter--50 bis 50"'--ist einerseits durch die Vorsprünge oder Widerhaken - gegen Aufwärtssteigen gesichert und er kann anderseits Boden-Bewegungen verschiedener Richtung elastisch aufnehmen, u. zw. ohne Bruchgefahr für den eingesetzten Leiter selbst und auch ohne vertikale Verschiebung gegen die Strassendecke.
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In Fig. 9 und 10 ist schliesslich eine andere Grundtype des stabförmigen elektrischen Leiters zum Einsatz in Grundbauwerken dargestellt ; dieser Leiter besteht aus einem Gemisch bzw. einer Verbindung eines plastischen Baumaterial oder eines Kunststoffes mit einem elektrisch gut leitenden Material, welches noch in weichem Zustande in ein im Boden--A--vorbereitetes, rohes Bohrloch oder Spulloch--B--eingegossen und danach abbinden gelassen wird. Bei der Ausführungsform gemäss Fig. 9 besteht der elektrische Leiter--60--aus einem Füllstoff--C--, z. B. aus Bitumen, Asphalt, Mörtel od. dgl., welcher mit kleinen Drahtstücken, Splittern, Spänen oder Pulver aus Metall vermischt ist.
Bei der Variante gemäss Fig. 10 ist über die ganze Länge des Leiters--70--in den plastisch aushärtbaren Füllstoff--D--eine Drahtspirale--72--eingegossen. In beiden Fällen wird in ein ausreichend unregelmässiges Bohrloch--B--der stabförmige elektrische Leiter--60 bzw. 70-noch in plastischem Zustand eingebracht, so dass im Bohrloch--B--der fertige, erstarrte Gusskörper durch die an ihm vorhandenen ungleichmässigen Profilierungen einwandfrei verankert ist.
In Fig. 11 und 12 sind schliesslich zwei weitere praktische Anwendungsbeispiele für den Einsatz der erfindungsgemässen elektrischen Leiter veranschaulicht. Fig. 11 zeigt einen schrägen Hang im vertikalen Schnitt, bei welchem auf dem festen Boden--A--eine obere Schichte--E--von anderer geologischer Struktur aufliegt, welche dazu neigt, entlang der Trennungsschicht--F-abwärts zu rutschen ; der Untergrund-A--kann beispielsweise aus festem Ton oder auch aus festem, alkalisch reagierendem Schiefer bestehen und die darauf liegende Schichte-E-dann aus lehmigem Ton mit Kalkgehalt bzw. durch Zersetzung des ursprünglichen Schiefermaterials unter dem Einfluss von Regenwasser überwiegend aus rötlichem Ton mit saurer Reagenz ;
beide Schichten--A und E--unterscheiden sich also sowohl in ihrem physikalischen Aufbau als auch in ihrem chemischen Verhalten. Zwischen diesen beiden aufeinanderliegenden, verschiedenartigen Schichten-A und E-bildet sich nun im allgemeinen ein elektrisches Potential-Gefälle aus ; unter diesem elektrischen Einfluss wird nun bekanntlich der kapillare Aufstieg des Grundwassers von der Schicht--A--in die Schicht - E-und der damit verbundene elektroosmotische Druck stark gefördert, so dass sich gerade in der etwas lockeren Grenzschicht--F--verhältnismässig mehr Wasser sammelt und eine Art'Schmierung' für das Rutschen der oberen Schicht--E--auf dem festen Untergrund--A--bildet.
Durch Einschlagen der stabförmigen elektrischen Leiter--10--mit ihren Vorsprüngen oder Widerhaken --11-- durch die obere lockere Schicht-E--hindurch bis in den festen Boden heran wird nun die erwähnte elektrische Potentialdifferenz ausgeglichen bzw. kurzgeschlossen und damit auch das Aufsteigen von Wasser in die obere Schicht--E--weitgehend gedrosselt ; durch Einsatz dieser elektrischen Leiter, sei es etwa senkrecht zur Oberfläche oder auch geneigt, wird also das Rutschen des Geländes verhindert bzw. eine Konsolidierung des Hanges erreicht.
In Fig. 12 ist schliesslich ein
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"Tunnel-Röhre" dargestellt : zwischenTunnel-Röhre--G--treten auch wieder elektrische Potentialdifferenzen auf, unter deren Einfluss, wie bereits oben beschrieben, das kapillare Einströmen des Grundwassers in diese Randschichte - H- gefört wird und dadurch die Wände der Tunnel-Röhre--G--aufquellen und schliesslich sogar auch ausbrechen können. Durch die auch hier im allgemeinen senkrecht zur Röhren-Wand eingeschlagenen, stabförmigen elektrischen Leiter --10-- mit Vorsprüngen oder Widerhaken-11wird diese Potentialdifferenz durch Kurzschluss ausgeglichen, die Kapillar-Strömung zur Röhren-Wand unterbunden und damit letztlich das Aufquellen derselben verhindert.
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