Verfahren zum Verstärken einer Gesteinsformation und Gesteinsanker zur Durchführung des Verfahrens Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verstärken einer Gesteinsformation, das dadurch gekennzeichnet ist, dass ein Loch in die Gesteinsformation gebohrt, ein Leitungselement in dieses Bohrloch eingesetzt und eine bestimmte Menge von Mörtel in das Bohrloch eingespritzt wird, um dieses mindestens teilweise aus zufüllen.
Nach dem teilweisen Abbinden des bereits eingespritzten Mörtels kann zusätzlicher Mörtel in das Bohrloch eingespritzt werden, um allenfalls in der Loch wandung vorhandene Risse und Lücken aufzufüllen.
Beim Einsetzen des Gesteinsankers wird dieser zweckmässig zusammen mit seinem Verankerungsele- ment in die Gesteinsformation eingeführt. Dann kann das Entlüftungsrohr in den äusseren Abschnitt des Bohr loches eingesetzt werden. Vorteilhaft wird das offene Bohrlochende mittels einer Dichtung verschlossen, um den Mörtel unter den erforderlichen Druck setzen zu können.
Es ist dabei darauf zu achten, dass das Entlüftungs rohr richtig angeordnet werden kann, damit dieses durch die üblicherweise verwendete Gewindemutter und die Lagerplatte nicht beschädigt wird.
Der erfindungsgemässe Gesteinsanker, der diese Schwierigkeit beseitigt, ist gekennzeichnet durch einen Bolzen, dessen eines Ende mit einem Glied zum Ver ankern des Bolzens im Bohrloch der Gesteinsformation versehen ist, während das andere, mit einem Gewinde versehene Ende Mittel zum Sichern eines Entlüftungs rohres in bezug auf den Bolzen und eine Lagerplatte aufweist, die eine über dem den Bolzen aufnehmen den Bohrloch liegende öffnung besitzt, die kleiner ist als das Bohrloch und zur Aufnahme des Entlüftungs rohres dient, sowie einen zwischen der Lagerplatte und einer auf den Bolzen aufgesetzten Gewindemutter an geordneten Abstandsring,
wobei sich die genannte öff- nung ausserhalb des Abätandsringeis befindet, so dass die Mutter ohne Behinderung durch das Entlüftungs- rohr mittels herkömmlicher Werkzeuge drehbar ist.
Der Gesteinsanker ist in den Zeichnungen in einem Erläuterungsbeispiel dargestellt, das nachfolgend be schrieben ist. In den Zeichnungen ist Fig. 1 ein Schnitt, der die Lage eines Gesteins ankers in der Bohrung einer Gesteinsformation zeigt, fertig zum Ausgiessen mit Vergussmaterial, Fig. 2 eine Draufsicht auf eine Lagerplatte, Fig. 3 eine Draufsicht auf einen Abstandsring, Fig.4 eine Seitenansicht des Abstandsringes,
und Fig. 5 ist eine Endansicht des das Entlüftungsrohr haltenden Halters.
Fig. 6 zeigt einen Teil der in Fig. 1 dargestellten Anordnung nach dem Beendigen des Einspritzens des Vergussmaberials.
Fig. 7 ist ein Schnitt nach Linie 7-7 der Fig. 6. In die Gesteinsformation 10 ist entsprechend der üblichen Technik eine Bohrung 11 gebohrt, in die ein Gesteinsanker 12 eingesetzt wird, dessen Verankerungs- vorrichtung 13 durch Drehen des Ankerbolzens 14 gesetzt wird, so dass die Verankerungsvorriehtung 13 fest an den Wänden der Bohrung 11 anliegt.
Die Verankerungsvorrichtung 13 weist einen kegeligen Spreizkörper 13a, der in Gewindeeingriff mit dem Ankerbolzen 14 steht, und eine C-förmige Spreizhülse 13b auf. Mit dem Ankerbolzen 14 ist eine Druckplatte 13c fest verbunden. Ein geschmierter Gleitring 13d oder mehrere derartige Gleitringe 13d sind in Axialrichtung zwischen der Druckplatte<B>13e</B> und der Spreizhülse 13b gelagert. Der Ankerbolzen 14 hat die übliche hohle Ausführung, so dass der Ankerbolzen eine Rohrleitung bildet, die zum Innenende der Bohrung 11 führt.
Der Ankerbolzen 14 weist auf dem über die Gesteinsfor mation vorstehenden Ende ein Gewinde 15 auf, auf dem eine Gewindemutter 16 und ein Abstandsring 17 aufgesetzt sind. Letzterer stellt den Abstand zwischen der Gewindemutter 16 und einer Lagerplatte 18 her. Nachdem der Gesteinsanker gesetzt und ein Ent lüftungsrohr 20 am Ankerbolzen 14 mittels des Halters 21 befestigt worden ist, wird vorzugsweise eine Kunst- stoffmasse 19 um den Ankerbolzen 14 gegossen. Der Halter 21 (Fig. 5) hat zwei sich gegenüberstehende elastische Arme 22 und 23,
die den Ankerbolzen 14 umfassen, und hat ferner eine Ausbiegung 24, die sich an das Entlüftungsrohr 20 anlegt. Der Halter 21 kann in Axialrichtung längs des Ankerbolzens 14 auf seine Stelle bewegt werden, was geschieht, nachdem die Drehung des Ankerbolzens 14 beendet worden ist. Es ist kaum jemals ein genügend grosser Seitenspielraum am Eintrittsende der Bohrung 11 vorhanden, als dass das Aufsetzen des Halters 21 auf den Ankerbolzen 14 von der Seite aus erfolgen könnte.
Die Lagerplatte 25 hat eine schlüssellochartnge öff- nung 25, die in ihrem grossen Abschnitt 26 den Anker- bolzen 14 und in ihrem kleinen Abschnitt 27. das Ent- lüftungsrohr 20 aufnimmt. Diese schlüssellochartige Öffnung 25 stellt das Rohr 20 so ein, dass @es von dem Abstandsring 17 oder von der Gewindemutter 16 nicht gestört wird.
Zu diesem Zweck erstreckt sich der Öffnungsabschnitt 27 in Radialrichtung über den Ring 17 hinaus. Der Ring 17 kann in der in Fig. 4 dar gestellten Weise abgeschrägt sein, um die Winkelstel lung zwischen der Achse der Bohrung 11 und der Oberfläche 27 der Gesteinsformation auszugleichen.
Nimmt der Gesteinsanker 12 die in Fig. 1 dargestellte Lage ein, dann kann der Mörtel in die am Ende 28 des hohlen Ankerbolzens 14 mündende Bohrung ein gepumpt werden, der alsdann die den Ankerbolzen 14 umgebende Bohrung 11 in der Gesteinsformation wenig stens teilweise ausfüllt. Nachdem dieser Mörtel teil weise abgebunden hat, wird weiterer Mörtel eingepresst. Die Luft entweicht über das Entlüftungsrohr 20. Schliesslich kann ein Füllzustand eintreaten, bei dem der Mörtel aus dem Rohr 20 austritt.
Zu dieser Zeit soll sowohl das Rohr 20 als auch die Bohrung im Anker bolzen 14 geschlossen werden, so dass der innerhalb der Bohrung 11 vorhandene, auf den Mörtel wirkende Druck aufrechterhalten bleibt. Das Verschliessen des Ankerbolzens 14 und des Rohres 20 kann beispiels weise durch Einsetzen von bekannten Stopfen 30 und 31 erfolgen. Diese Stopfen werden mindestens so lange an ihrer Stelle belassen, bis sich das Vergussmaterial gesetzt hat.
Beim Abbinden des Mörtels entsteht eine sehr zuverlässige Verbindung zwischen dem Ankerbol zen 14 und der Oberfläche der Bohrung 11.
Der vorstehend beschriebene Gesteinsankeraufbau bezieht sich vorzugsweise auf Gesteinsformationen ohne oder nur mit unwesentlichen Rissen. Der gleiche Ge steinsanker kann indessen auch zum Verstärken einer rissigen Gesteinsformation mit Mörtel verwendet wer den.
Dabei wird zuerst eine Bohrung in der Gesteins- formation angebracht und mit einem Leitungselement eine bestimmte Menge Mörtel zum teilweisen Füllen der Bohrung in diese eingespritzt. Das Einspritzen kann durch den hohlen Bolzen 14 oder durch das Rohr 20 erfolgen. Der Mörtel wird beispielsweise so lange ein- gefüllt, bis die Bohrung 11 mindestens teilweise ge füllt wird, was entweder durch Dosierung der Mörtel menge erfolgt oder dass so lange gefüllt wird,
bis der Mörtel beispielsweise aus der Bohrung des Ankerbol zens 14 überläuft. Im lotzterwähnten Fall ist es erfor derlich, dass die Bohrung gereinigt wird, bevor der Mörtel abbindet, so dass die Bohrung im Ankerbolzen 14 als Zuleitung zur Bohrung 11 verwendet werden kann, worauf der den Ankerbolzen 14 umgebende Mörtel partiell abbinden kann. Alsdann wird weiterer Mörtel in die Bohrung eingepumpt, um alle Hohlräume und Ritzen der Formation zu füllen.
Dabei wird bei- spielsweise ein Druck von 2,0-7,0 kg/cm2 angewendet. Die Abdichtung durch die vorgängig teilweise abgebun dene Mörtelmasse verhindert auch örtliche Sickerungen des Zementschlammes zur Gesteinsoberfläche während des später erfolgenden Einspritzens.
Es ist üblich, für solche Verstärkungsarbeiten Ankerbolzen 14 mit einer Länge von 1,5-4,5 m zu ver wenden. Zum einwandfreien Einspritzen des Mörtels gemäss vorstehender Beschreibung muss der Bohrungs durchmesser des Ankerbolzens 14 bei einem Aussen durchmesser von 32 mm ungefähr 7 mm sein. Bei einem Ankerbolzen von 35 mm muss der Bohrungs durchmesser 8,5 mm betragen. Stahl hoher Zugfestig keit wird empfohlen, da hierdurch die erforderliche Festigkeit mit weniger Materialgewicht erreicht wird.
Die Verankerungsglieder 13 werden vorzugsweise in Polyäthylenhüllen verpackt oder mit einem ähnlichen Material bedeckt, die Ankerbolzen selbst werden vor dem Einbau mit Papier umwickelt, um das Eindringen von Staub zu verhindern, der die Gewinde verstopfen könnte.
The invention relates to a method for strengthening a rock formation, which is characterized in that a hole is drilled into the rock formation, a line element is inserted into this borehole and a certain amount of mortar is injected into the borehole is to fill this at least partially.
After the mortar that has already been injected has partially set, additional mortar can be injected into the borehole in order to fill any cracks and gaps present in the wall of the hole.
When inserting the rock anchor, it is expediently introduced into the rock formation together with its anchoring element. Then the vent pipe can be used in the outer portion of the borehole. The open end of the borehole is advantageously closed by means of a seal in order to be able to put the mortar under the required pressure.
It is important to ensure that the ventilation pipe can be positioned correctly so that it is not damaged by the threaded nut and the bearing plate that are usually used.
The rock anchor according to the invention, which overcomes this difficulty, is characterized by a bolt, one end of which is provided with a member for anchoring the bolt in the borehole of the rock formation, while the other, threaded end means for securing a vent pipe in relation has on the bolt and a bearing plate which has an opening located above the bolt receiving the borehole, which is smaller than the borehole and serves to accommodate the ventilation pipe, and a spacer ring arranged between the bearing plate and a threaded nut placed on the bolt ,
wherein said opening is located outside the Abätandsringeis so that the nut can be rotated without obstruction by the ventilation pipe by means of conventional tools.
The rock bolt is shown in the drawings in an explanatory example which is described below be. In the drawings, Fig. 1 is a section showing the position of a rock anchor in the bore of a rock formation, ready for pouring with potting material, Fig. 2 is a plan view of a bearing plate, Fig. 3 is a plan view of a spacer ring, Fig. 4 a side view of the spacer ring,
and Figure 5 is an end view of the holder holding the vent tube.
FIG. 6 shows part of the arrangement shown in FIG. 1 after the injection of the potting material has ended.
7 is a section along line 7-7 of FIG. 6. In the rock formation 10, a bore 11 is drilled in accordance with the usual technique, into which a rock anchor 12 is inserted, the anchoring device 13 of which is set by turning the anchor bolt 14 so that the anchoring device 13 rests firmly against the walls of the bore 11.
The anchoring device 13 has a conical expansion body 13a, which is in threaded engagement with the anchor bolt 14, and a C-shaped expansion sleeve 13b. A pressure plate 13c is firmly connected to the anchor bolt 14. A lubricated sliding ring 13d or several such sliding rings 13d are mounted in the axial direction between the pressure plate 13e and the expansion sleeve 13b. The anchor bolt 14 has the usual hollow design, so that the anchor bolt forms a pipeline which leads to the inner end of the bore 11.
The anchor bolt 14 has a thread 15 on the end protruding over the Gesteinsfor mation, on which a threaded nut 16 and a spacer ring 17 are placed. The latter establishes the distance between the threaded nut 16 and a bearing plate 18. After the rock anchor has been set and a ventilation pipe 20 has been attached to the anchor bolt 14 by means of the holder 21, a plastic compound 19 is preferably poured around the anchor bolt 14. The holder 21 (Fig. 5) has two opposing elastic arms 22 and 23,
which include the anchor bolt 14, and also has a bend 24 which rests against the vent pipe 20. The holder 21 can be moved into place in the axial direction along the anchor bolt 14, which happens after the rotation of the anchor bolt 14 has been completed. There is hardly ever a sufficiently large side clearance at the entry end of the bore 11 for the holder 21 to be placed on the anchor bolt 14 from the side.
The bearing plate 25 has a keyhole-like opening 25 which receives the anchor bolt 14 in its large section 26 and the ventilation pipe 20 in its small section 27. This keyhole-like opening 25 adjusts the tube 20 so that it is not disturbed by the spacer ring 17 or by the threaded nut 16.
For this purpose, the opening section 27 extends in the radial direction beyond the ring 17. The ring 17 may be beveled in the manner shown in Fig. 4 is to compensate for the angular position between the axis of the bore 11 and the surface 27 of the rock formation.
If the rock anchor 12 is in the position shown in FIG. 1, then the mortar can be pumped into the hole opening at the end 28 of the hollow anchor bolt 14, which then fills the hole 11 surrounding the anchor bolt 14 in the rock formation at least partially. After this mortar has partially set, more mortar is pressed in. The air escapes via the ventilation pipe 20. Finally, a filling state can occur in which the mortar emerges from the pipe 20.
At this time, both the pipe 20 and the bore in the anchor bolt 14 are to be closed, so that the pressure existing within the bore 11, acting on the mortar, is maintained. The closing of the anchor bolt 14 and the tube 20 can be done, for example, by inserting known plugs 30 and 31. These plugs are left in place at least until the potting material has settled.
When the mortar sets, a very reliable connection is created between the anchor bolt 14 and the surface of the bore 11.
The rock bolt structure described above preferably relates to rock formations with no or only insignificant cracks. The same Ge rock anchor can, however, also be used to reinforce a cracked rock formation with mortar.
First a hole is made in the rock formation and a certain amount of mortar is injected into the hole using a pipe element to partially fill the hole. Injection can take place through the hollow bolt 14 or through the tube 20. For example, the mortar is filled in until the bore 11 is at least partially filled, which is done either by metering the amount of mortar or by filling for so long
until the mortar for example from the bore of the Ankerbol zens 14 overflows. In the case mentioned above, it is neces sary that the bore is cleaned before the mortar sets, so that the bore in the anchor bolt 14 can be used as a feed line to the bore 11, whereupon the mortar surrounding the anchor bolt 14 can partially set. More mortar is then pumped into the borehole to fill all cavities and cracks in the formation.
A pressure of 2.0-7.0 kg / cm2 is used, for example. The sealing by the previously partially set mortar compound also prevents local seepage of the cement slurry to the rock surface during the later injection.
It is customary to use anchor bolts 14 with a length of 1.5-4.5 m for such reinforcement work. In order to properly inject the mortar as described above, the bore diameter of the anchor bolt 14 must be approximately 7 mm with an outer diameter of 32 mm. With an anchor bolt of 35 mm, the hole diameter must be 8.5 mm. Steel with high tensile strength is recommended as this allows the required strength to be achieved with less material weight.
The anchoring members 13 are preferably packaged in polyethylene sleeves or covered with a similar material, the anchor bolts themselves are wrapped with paper prior to installation to prevent the ingress of dust which could clog the threads.