Alluvialanker und Verfahren zur Herstellung desselben Die vorliegende Erfindung betrifft einen Alluvialan- ker mit Spannkabeln, die auf einer Haftstrecke mittels Injektionsmaterials in einer Bohrung verankert sind. Solche Anker werden allgemein verwendet zur Siche rung von Stützmauern, Baugruben und Fundamenten gegen den aktiven Druck.
Bisher wurde zur Herstellung solcher Anker eine Bohrung vorgetrieben und verrohrt, worauf in das Rohr die Spannkabel oder dergleichen Zugorgan eingebracht und schliesslich unter Rückziehung des Rohres Injek tionsmaterial in die Bohrung eingebracht wurde.
Dabei entstand hauptsächlich in wenig durchlässigem Material ein Verankerungskörper aus Injektionsmaterial, dessen die Bohrungswandung berührende Haftaussenfläche im wesentlichen zylindrische Form aufwies und lediglich durch die zufällige natürliche Rauhigkeit der Bohrungs wandung verhältnismässig schlechten Halt aufwies, wobei die Verankerung praktisch durch Haftreibung erfolgte.
Die vorliegende Erfindung strebt nun eine wesentli che Verbesserung der Verankerung durch eine bewusste Formgebung der Bohrungswandung an. Demgemäss ist der erfindungsgemässe Anker dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrungswandung bzw. die Haftaussenfläche des Injektionsmaterials mehrere Abschnitte verschiede nen Durchmessers aufweist. Es ist dabei möglich, eine erheblich höher belastbare Verankerung zu erzielen, weil die Verankerung nicht mehr vorwiegend auf Haft reibung, sondern ausserdem auf Scherbeanspruchung beruht.
Die Erfindung betrifft ebenfalls ein Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemässen Ankers, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass :das der Haftstrecke entsprechende Teilstück der Bohrung in mehreren in Bohrrichtung versetzten Abschnitten auf verschiedene Querabmessungen ausgebohrt wird. Die Bohrung wird vorzugsweise mittels eines in der Weite verstellbaren Bohrkopfes hergestellt, dessen wirksame Öffnung zur Herstellung von Bohrungsabschnitten verschiedenen Durchmessers verstellt wird.
Zur Schonung der in dieser Weise erstellten unebenen Bohrungswandlung kann vor zugsweise dem Bohrkopf ein Rohr nachgeschoben wer den, dessen Aussendurchmesser etwa dem kleineren Bohrungsdurchmesser entspricht.
Anhand der Zeichnung sind im folgenden ein Aus führungsbeispiel :des erfindungsgemässen Ankers, ein Verfahrensbeispiel zur Herstellung desselben sowie einige Ausführungsvarianten erläutert.
Fig. 1 veranschaulicht .die Erstellung der Bohrung, Fig. 2 zeigt eine schematische Draufsicht auf den Bohrkopf nach Fig. 1, bei weggenommenem Bohrge stänge, in grösserem Massstab, Fig. 3 zeigt ein Baustadium nach dem Einbringen der Spannkabel in die Bohrung und Fig. 4 zeigt einen Schnitt nach Linie IV-VI in Fig. 3, in grösserem Massstab.
Der Einfachheit halber ist in Fig. 1 angenommen, die Bohrung sei in s--nkrechter Richtung zu erstellen, doch ist dasselbe Verfahren bei der Herstellung hori zontaler bzw. leicht geneigter Anker anwendbar. Die in Fig. 1 nur teilweise dargestellte Bohrausrüstung weist ein als Bohrgestänge dienendes Rohr 1 mit einem Kupp lungsflansch 2 für den Bohrkopf auf, welches Rohr mit tels einer nicht dargestellten, an sich bekannten Vor richtung in beliebigem Drehsinn angetrieben werden kann.
Der eigentliche Bohrkopf weist einen Befesti gungsflansch 3 auf, welcher mit dem Kupplungsflansch 2 des Rohres 1 verbunden ist. Mit dem Flansch 3 ist eine Säule 4 drehbar verbunden, an deren unterem Ende Bohrrollen 5 drehbar gelagert sind, welche zum Vor bohren auf einen bestimmten Durchmesser dienen. An schwenkbar gelagerten, zweiarmigen Hebeln 6 sind wei tere Bohrrollen 7 drehbar gelagert, welche der Ausboh- rung auf den gewünschten Durchmesser dienen. Die den Rollen 7 gegenüberliegenden Enden der Hebel 6 sind mit Zapfen 8 verbunden, welche in winkelförmige Nuten 9 des Flansches 3 greifen.
Wie Fig. 2 veranschaulicht, können die Zapfen 8 drei verschiedene Stellungen in den Nuten 9 einnehmen, für welche Stellungen der Zap fen 8 die Rollen 7 entsprechend verschiedene radiale Stellungen einnehmen. Während in Fig.2 zur Veran schaulichung dieser Möglichkeiten jeder Zapfen 8 bzw. jede Rolle 7 in je einer der drei typischen Stellungen dargestellt ist, nehmen natürlich normalerweise alle Zapfen bzw. Rollen 7 dieselbe Lage ein, wie später er läutert wird.
Da der Flansch 3 gegenüber der Säule 4 und den damit verbundenen Hebeln 6 drehbar angeord net ist, wird das Drehmoment vom Flansch 3 über die Zapfen 8 auf die eigentlichen Bohrwerkzeuge übertra gen. Es ist jedoch auch möglich, besondere Anschläge vorzusehen, über welche das Drehmoment je nach Drehrichtung bei den in Fig. 2 unten bzw. links darge stellten Endstellungen der Zapfen 8 auf die Säule 4 übertragen wird.
Zur Erstellung der Bohrung wird vorerst bis auf eine bestimmte Tiefe, welche etwa der Vorspannstrecke des Ankers entspricht, eine Bohrung kleineren Durchmes sers erstellt. Das wird dadurch erleichtert, dass das Rohr 1 und die Flansche 2 und 3 in Fig. 2 gesehen im Gegen uhrzeigersinn angetrieben werden, in welchem Falle die Zapfen 8 in den Nuten 9 in die in Fig. 2 links darge stellte stabile Endstellung gelangen,
für welche Stellung sich die Rollen 7 in einer inneren wirksamen Arbeits lage befinden und eine Bohrung des in Fig. 1 angegebe nen Durchmessers Dl erzeugen. Dem Bohrkopf unmit telbar folgend wird ein Rohr 10 abgesenkt, dessen Aus sendurchmesser nur unbedeutend kleiner ist, als der kleinere Bohrungsdurchmesser D1.
Zur Erstellung der Bohrung auf der Haftstrecke wird nun der Bohrkopf über das Rohr 1 abwechslungsweise in entgegengesetzter Richtung angetrieben. Erfolgt,der Antrieb in Fig. 2 ge sehen im Uhrzeigersinn, so gelangen die Zapfen 8 in die in Fig. 2 unten dargestellte Endlage, für welche sich die Rollen 7 in einer äussersten Arbeitsstellung befinden und eine Bohrung vom Durchmesser D2 erzeugen.
Da durch entstehen gemäss Fig. 1 in der Haftstrecke Boh rungsabschnitte oder Zonen abwechslungsweise ver schiedenen Durchmessers, wobei :das laufend abgesenkte Rohr 10 verhindert, dass die so gestaltete Bohrungswan dung durch das Bohrgestänge oder Teile des Bohrkopfes beschädigt wird und einstürzt.
Hat die Bohrung die erforderliche Tiefe erreicht, so wird das Rohr 1 mit den Flanschen 2 und 3 so lange gedreht, bis sich die Zapfen 8 in der in Fig. 2 rechts dar gestellten Lage befinden, in welcher die Rollen 7 in eine innerste Stellung gebracht sind, in welcher sie wie eben falls aus Fig. 2 ersichtlich ist, durch das Rohr 10 zu rückgezogen werden können. Zur Erreichung dieser dritten Stellung könnte natürlich auch ein anderer Mechanismus vorgesehen sein.
Es wäre beispielsweise denkbar, dass die Rollen 7 automatisch in eine innerste Stellung gebracht werden, wenn das Rohr 1 zurückgezo gen wird. Es sei noch erwähnt, dass das Spülwasser während des Bohrens gemäss den Pfeilen in Fig. 1 durch das Rohr 10 eingeleitet und durch das Rohr 1 zurückge leitet wird oder umgekehrt.
Ist in der oben bereits angedeuteten Weise der Bohr kopf durch das Rohr 10 zurückgezogen, so werden die um ein Injektionsrohr 11 gebündelten Zugkabel 12 ein gebracht. Sodann wird das Rohr 10 unter Einbringen von Injektionsmaterial durch das Rohr 11 in die Veran- kerungszone allmählich in die in Fig. 3 dargestellte Lage zurückgezogen. Dank der grossen Bohrung kann ein verhältnismässig weites Rohr 11 verwendet werden, durch welches ein relativ grobes Gemisch einbringbar ist,
was besonders bei durchlässigem Boden zur Vermei dung von Verlusten vorteilhaft ist. Die Zugkabel 12 sind mittels Stützringe 13 und Klemmringe 14 so gebündelt, dass das Bündel wellenartig verschiedene Durchmesser aufweist. Wie Fig. 3 zeigt, wird. das Bündel vorzugsweise so eingebracht, dass die weiteren Stellen des Bündels an den weiteren Stellen der Bohrung liegen.
An einer Stelle, die dem äusseren Ende der Haftstrecke entspricht, ist das Zugkabelbündel von .einer ringartigen, vorzugsweise dichten Hülle 15 umgeben, deren Ränder mit einem Rohrstück 16 verbunden sind. Durch das Rohrstück 16 ist eine Injektionsleitung 17 und eine Entlüftungsleitung 17a in die Hülle 15 und eine Entlüftungsleitung 18 in den Verankerungsraum durchgeführt.
Der Raum zwi schen dem Rohr 16 und dem Rohr 11 ist durch eine Vergussmasse 19 dicht vergossen (Fig. 4). Das untere Ende der Entlüftungsleitung 18 ragt durch die Vergies- sung 19 in das obere Ende der Ankerbohrung.
Ist das Zugkabelbündel mit der Hülle 15, welche vorerst schlaff über dem Rohrstück 16 liegt, und nicht die in Fig. 3 dargestellte endgültige Form aufweist, in der Bohrung in :
die richtige Lage gebracht, welche so gewählt wird, dass auch die Hülle 15 mindestens teil weise in der Umgebung einer erweiterten Bohrungsstelle liegt, wird durch die Leitung 17 ein geeignetes Füllmate- rial schliesslich in die erweiterte Bohrungsstelle ein dringt und dieselbe erfüllt, wie Fig. 3 darstellt.
Das Füll material, z. B. während der nachfolgenden Injektion in den Verankerungsraum ständig unter Druck gehaltenes Wasser, bildet einen druckfesten und weitgehend dichten Abschluss .des Verankerungsraumes der Bohrung.
Es ist daher jetzt möglich, durch das Hauptinjektionsrohr 11 das Injektionsmaterial für den eigentlichen Anker unter hohem Druck von 20 bis 30 Atmosphären einzubringen, wobei der überdruck und die Geschwindigkeit des In jektionsfortschritts gegebenenfalls durch Öffnen und Schliessen eines Ventils in der Entlüftungsleitung 18 geregelt werden kann.
Durch dieses Einbringen des In jektionsmaterials unter hohem Druck kann die Wirkung der Unebenheit der Bohrungswandung noch unterstützt bzw. jedenfalls voll ausgenützt werden, weil das Injek tionsmaterial unter dem hohen Druck in alle vorhande nen Unebenheiten der Bohrungswandung eindringen wird. Die Vorspannstrecke wird. in üblicher Weise fer tiggestellt und das Rohr 10 entfernt.
Anstelle des in Fig. 3 veranschaulichten Verfahrens kann auch ein anderes Verfahren zur Anwendung kom men, bei welchem ohne die Hülle 15 gearbeitet wird.
In diesem Falle wird das Zugkabelbündel in das Rohr 10 eingesetzt, worauf das Injektionsmaterial durch das ver- hältnismässig weite Rohr 10 eingebracht wird. In diesem Falle ist es zwar schwierig, das Injektionsmaterial unter sehr hohem Druck einzubringen. Dafür ist es möglich, verglichen mit dem sonst üblichen Injektionsmaterial verhältnismässig grobkörniges Injektionsmaterial z. B. Beton zu verwenden.
Diese Möglichkeit hängt auch zu sammen mit der durch das erfindungsgemässe Verfahren gegebenen Erstellung verhältnismässig weiter Bohruri gen, bei welchem der kleinere Durchmesser Dl z. B. 400 und der grössere Durchmesser D2 z.
B. 550 mm betragen kann. Ein: weiterer Vorteil einer solchen ver- hältnismässig weiten Bohrung und. der Verwendung druckfesten Injektionsmaterials besteht darin, dass ins besondere senkrechte Anker zugleich auf Zug und als Pfahl auf Druck beansprucht werden können.
Bei Bean spruchung des Ankers auf Druck müsste natürlich auch die ausserhalb der eigentlichen Verankerungszone lie- gende Vorspannstrecke mit einem druckfesten, das Zug kabelbündel umgebenden Bauwerk versehen werden. Ein besonderer Vorteil der bisher beschriebenen Anker bzw. Verfahren zur Herstellung derselben liegt in ihrer universellen Anwendbarkeit.
Sehr loses Material ist nämlich im allgemeinen sehr gut injizierbar, so dass in solchem Material eine gute Verankerung erzielt wird, selbst wenn die Oberflächengestaltung der Bohrung nicht genau der angestrebten Formgebung entspricht, während in schlecht injizierbarem, festem Material die schraubenartige Gestaltung der Bohrung bzw. der Haft fläche des Ankers eine gute Verankerung gewährleistet.
Bei senkrechten Bohrungen könnte auch ohne Rohr 10 vorzugsweise unter Anwendung von Dickspülung gearbeitet werden.
Alluvial anchor and method for producing the same. The present invention relates to an alluvial anchor with tensioning cables which are anchored on an adhesive path by means of injection material in a bore. Such anchors are generally used to secure retaining walls, excavations and foundations against active pressure.
So far, a bore was driven and piped for the production of such an anchor, whereupon the tensioning cable or the like pulling element was introduced into the tube and finally injection material was introduced into the bore with retraction of the tube.
This mainly resulted in an anchoring body made of injection material in a less permeable material, the outer surface of which was in contact with the wall of the bore and was essentially cylindrical in shape and only had a relatively poor hold due to the random natural roughness of the wall of the bore, the anchoring being practically carried out by static friction.
The present invention now seeks to improve the anchoring by a deliberate shaping of the bore wall. Accordingly, the anchor according to the invention is characterized in that the bore wall or the outer adhesive surface of the injection material has a plurality of sections of different diameters. It is possible to achieve an anchorage that is significantly more resilient because the anchorage is no longer based primarily on static friction, but also on shear stress.
The invention also relates to a method for producing the anchor according to the invention, which is characterized in that: the section of the hole corresponding to the adhesive path is drilled out in several sections offset in the drilling direction to different transverse dimensions. The bore is preferably produced by means of a drill head adjustable in width, the effective opening of which is adjusted for producing bore sections of different diameters.
To protect the uneven bore conversion created in this way, a pipe can be pushed in front of the drill head, the outside diameter of which corresponds approximately to the smaller bore diameter.
With the aid of the drawing, an exemplary embodiment of the armature according to the invention, an example of a method for producing the same, and some design variants are explained below.
Fig. 1 illustrates the creation of the bore, Fig. 2 shows a schematic plan view of the drill head according to Fig. 1, with the Bohrge removed, on a larger scale, Fig. 3 shows a construction stage after the tensioning cable has been introduced into the bore and 4 shows a section along line IV-VI in FIG. 3, on a larger scale.
For the sake of simplicity, it is assumed in FIG. 1 that the bore is to be made in the vertical direction, but the same method can be used for the production of horizontal or slightly inclined anchors. The drilling equipment shown only partially in Fig. 1 has a pipe 1 serving as a drill pipe with a coupling flange 2 for the drill head, which pipe can be driven in any direction with means of a device, not shown, known per se.
The actual drill head has a fastening flange 3 which is connected to the coupling flange 2 of the pipe 1. With the flange 3, a column 4 is rotatably connected, at the lower end of which drilling rollers 5 are rotatably mounted, which are used to drill to a certain diameter before. Further drilling rollers 7 are rotatably mounted on pivotably mounted, two-armed levers 6, which are used for drilling to the desired diameter. The ends of the levers 6 opposite the rollers 7 are connected to pins 8 which engage in angular grooves 9 in the flange 3.
As Fig. 2 illustrates, the pins 8 can occupy three different positions in the grooves 9, for which positions the Zap fen 8, the rollers 7 occupy different radial positions accordingly. While in Figure 2 to illustrate these possibilities each pin 8 or each roller 7 is shown in each of the three typical positions, of course, all pins or rollers 7 normally assume the same position, as it will be explained later.
Since the flange 3 relative to the column 4 and the associated levers 6 is rotatably net angeord, the torque is transmitted from the flange 3 via the pin 8 to the actual drilling tools. However, it is also possible to provide special stops through which the torque depending on the direction of rotation at the bottom or left in Fig. 2 Darge presented end positions of the pin 8 is transferred to the column 4.
To create the hole, a hole with a smaller diameter is initially created up to a certain depth, which corresponds approximately to the prestressing distance of the anchor. This is facilitated by the fact that the tube 1 and the flanges 2 and 3 are driven counterclockwise as seen in FIG. 2, in which case the pins 8 in the grooves 9 reach the stable end position shown on the left in FIG. 2,
For which position the rollers 7 are in an inner effective working position and generate a bore of the diameter Dl indicated in Fig. 1. Immediately following the drill head, a pipe 10 is lowered, the diameter of which is only slightly smaller than the smaller bore diameter D1.
To create the hole on the adhesive section, the drill head is now alternately driven in opposite directions via the pipe 1. If the drive in Fig. 2 ge see clockwise, the pin 8 reach the end position shown in Fig. 2 below, for which the rollers 7 are in an extreme working position and generate a bore of diameter D2.
Since according to Fig. 1 in the bond line Boh approximately sections or zones alternately ver different diameter, wherein: the continuously lowered pipe 10 prevents the so designed Bohrungswan extension from being damaged by the drill rod or parts of the drill head and collapses.
When the hole has reached the required depth, the tube 1 with the flanges 2 and 3 is rotated until the pins 8 are in the position shown on the right in Fig. 2, in which the rollers 7 are brought into an innermost position are, in which they can be withdrawn through the pipe 10 to be withdrawn as just if from Fig. 2 can be seen. A different mechanism could of course also be provided to achieve this third position.
It would be conceivable, for example, that the rollers 7 are automatically brought into an innermost position when the tube 1 is withdrawn. It should also be mentioned that the rinsing water is introduced during drilling according to the arrows in Fig. 1 through the pipe 10 and passed back through the pipe 1 or vice versa.
If the drill head is withdrawn through the pipe 10 in the manner already indicated above, the pulling cables 12 bundled around an injection pipe 11 are brought in. The tube 10 is then gradually withdrawn into the position shown in FIG. 3 while injection material is introduced through the tube 11 into the anchoring zone. Thanks to the large bore, a relatively wide tube 11 can be used through which a relatively coarse mixture can be introduced,
which is particularly advantageous in permeable soil to avoid losses. The pull cables 12 are bundled by means of support rings 13 and clamping rings 14 in such a way that the bundle has different diameters like waves. As Fig. 3 shows,. the bundle is preferably introduced in such a way that the further points of the bundle lie at the further points of the bore.
At a point that corresponds to the outer end of the adhesive section, the pull cable bundle is surrounded by a ring-like, preferably tight sheath 15, the edges of which are connected to a pipe section 16. An injection line 17 and a vent line 17a are passed through the pipe section 16 into the casing 15 and a vent line 18 into the anchoring space.
The space between tween the tube 16 and the tube 11 is sealed by a potting compound 19 (Fig. 4). The lower end of the vent line 18 protrudes through the encapsulation 19 into the upper end of the anchor bore.
If the pull cable bundle with the sheath 15, which is initially slack over the pipe section 16, and does not have the final shape shown in Fig. 3, is in the bore in:
brought the correct position, which is chosen so that the shell 15 is at least partially in the vicinity of an enlarged hole location, a suitable filling material is finally penetrated through the line 17 into the extended hole location and fulfills the same, as Fig. 3 represents.
The filling material, e.g. B. During the subsequent injection into the anchoring space constantly kept under pressure water, forms a pressure-resistant and largely tight closure .des anchoring space of the hole.
It is therefore now possible to introduce the injection material for the actual anchor through the main injection tube 11 under high pressure of 20 to 30 atmospheres, with the overpressure and the speed of the injection progress possibly being regulated by opening and closing a valve in the vent line 18.
By introducing the injection material under high pressure, the effect of the unevenness of the bore wall can still be supported or in any case fully exploited because the injection material will penetrate under the high pressure in all existing bumps in the bore wall. The prestressing section is. finished in the usual way and the tube 10 removed.
Instead of the method illustrated in FIG. 3, another method can also be used, in which operation is carried out without the casing 15.
In this case, the pull cable bundle is inserted into the tube 10, whereupon the injection material is introduced through the relatively wide tube 10. In this case it is difficult to introduce the injection material under very high pressure. For this it is possible, compared with the otherwise usual injection material, relatively coarse-grained injection material z. B. to use concrete.
This possibility also depends on the creation of relatively further Bohruri conditions given by the method according to the invention, in which the smaller diameter Dl z. B. 400 and the larger diameter D2 z.
B. can be 550 mm. Another advantage of such a relatively wide bore and. The use of pressure-resistant injection material consists in the fact that vertical anchors in particular can be subjected to both tension and pressure as a pile.
If the anchor is subjected to pressure, the prestressing section outside the actual anchoring zone would of course also have to be provided with a pressure-resistant structure surrounding the tension cable bundle. A particular advantage of the previously described anchors or methods for producing the same lies in their universal applicability.
Very loose material is generally very easy to inject, so that good anchoring is achieved in such a material, even if the surface design of the bore does not exactly correspond to the desired shape, while the screw-like configuration of the bore or the in poorly injectable, solid material Adhesive surface of the anchor ensures good anchoring.
In the case of vertical bores, work could also be carried out without pipe 10, preferably using thick flushing.