CH661079A5

CH661079A5 - Verfahren und vorrichtung zum ausbauen des freien teils des zuggliedes eines vorgespannten verpressankers.

Info

Publication number: CH661079A5
Application number: CH159/83A
Authority: CH
Original assignee: Dyckerhoff & Widmann Ag; Spann Stahl Ag
Priority date: 1983-01-13
Filing date: 1983-01-13
Publication date: 1987-06-30
Also published as: CA1200112A; DE3400350A1; ZA8496B; AU2313084A; US4652179A; AU565248B2; ES8501653A1; ES528819A0; DE3400350C2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ausbauen des freien Teils des Zuggliedes eines vorgespannten Verpressankers, bei dem an einer vorgegebenen Stelle seiner Länge, vornehmlich am Übergang der Verankerungslänge zur freien Stahllänge durch Verminderung der Zugfestigkeit des Zuggliedes infolge Wärmeeinwirkung aufgrund einer exothermen chemischen Reaktion eine Sollbruchstelle erzeugt wird sowie eine Vorrichtung zur Bildung einer Sollbruchstelle.

Ein Verpressanker besteht aus einem Zugglied, das in ein Bohrloch eingeführt und im Bohrlochtiefsten durch Einpressen von erhärtendem Material, wie Zementmörtel oder dergleichen, mit der Bohrlochwandung und so mit dem umgebenden Boden in Verbund gebracht wird. Ein so hergestellter Verpresskörper wird über den jestlichen Teil des Zuggliedes, das aus einem einzigen oder mehreren aus Stahlstäben, -dräh-ten oder -litzen bestehenden Elementen ausgebildet sein kann, mit dem zu verankernden Bauteil kraftschlüssig verbunden. Die Länge des Zuggliedes, über die es im Verpresskörper eingebettet ist, nennt man Verankerungslänge Lv, den restlichen, zum Zwecke der Vorspannung frei dehnbaren Teil die freie Stahllänge Lfst. Derartige Verpressanker können als Daueranker ausgebildet sein, also zur dauernden Verankerung von Bauwerken dienen, aber auch temporär eingesetzt werden, wie z.B. zur rückwärtigen Verankerung einer Baugrubenwand. Wenn sich der temporär eingesetzte Verpressanker bis in das Nachbargrundstück erstreckt, muss er in aller Regel nach Beendigung der Bauarbeiten, für die er eingesetzt wurde, entfernt werden.

Zur Entfernung eines Verpressankers wird zumeist am Übergang der Verankerungslänge Lv zur freien Stahllänge Lfst eine Trennmöglichkeit für das Zugglied vorgesehen, um so den freien Teil des Zuggliedes aus dem Bohrloch herausziehen und gegebenenfalls wiedergewinnen zu können. Der Verpresskörper selbst, der selten eine grössere Länge als etwa 4 bis 8 m aufweist, kann, wenn bei Aushubarbeiten im Nachbargrundstück flächig, z.B. mit Planierraupen gearbeitet wird, meist leicht entfernt werden.

Von den verschiedenen Möglichkeiten zum Durchtrennen des Zuggliedes eines Verpressankers kommt der Anwendung von Wärme zur Verminderung der Stahlzugfestigkeit die grösste Bedeutung zu, weil die zur Wärmeerzeugung notwendigen Mittel ohne wesentliche Vergrösserung des Bohrlochdurchmessers mit dem Zugglied zusammen eingebaut und auch über eine grössere Zeitspanne betriebsfähig gehalten werden können. Ausserdem kann, wenn die Sollbruchstelle durch Verminderung der Festigkeit infolge Wärmeeinwirkung geschaffen wird, das Zugglied während des gesamten Gebrauchszustandes mit seinem vollen Querschnitt ausgenützt werden.

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Um die zur Verringerung der Zugfestigkeit des Zuggliedes notwendige Wärme zu erzeugen, ist es bekannt, das Zugglied mittels eines elektrischen Heizelementes zu erwärmen, wie auch mittels einer das Zugglied an der Trennstelle umschlingenden Spule durch Induktion die nötige Wärme zu erzeugen. Es ist aber auch bekannt, das Zugglied im Bereich der Sollbruchstelle mittels der exothermen Reaktion, z.B. eines alumi-nothermischen Gemischs, auf eine Temperatur zu erhitzen, bei der seine Zugfestigkeit herabgesetzt wird, so dass es leicht getrennt und aus dem Bohrloch herausgezogen werden kann.

Während beim Einbau von Verpressankern, insbesondere beim Spannen der Zugglieder, Geräte, wie z.B. Spannpressen, zur Verfügung stehen, die, insbesondere bei Ankern hoher Tragfähigkeit, sehr aufwendig zu handhaben sind, ist es beim Entfernen von Ankern von entscheidender Bedeutung, möglichst kein, jedenfalls kein schweres Gerät vorhalten zu müssen.

Demgemäss liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zu schaffen, um zu erreichen, dass die Durchtrennung des Zugglieds unter Wärmeeinwirkung möglichst selbsttätig erfolgt.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass das Zugglied in einer solchen Weise vorgespannt wird, dass die daraus resultierende und während der Wärmeeinwirkung aufrechterhaltene elastische Dehnung grösser ist als die unter Wärmeeinwirkung zum Durchtrennen erforderliche Dehnung.

Da die elastische Dehnung des Zuggliedes vor allem von der Grösse der freien Stahllänge abhängt, ist es wichtig, die Grösse der Vorspannkraft so auf die Grösse der freien Stahllänge abzustimmen, dass unter Wärmeeinwirkung die Durchtrennung des Zugglieds selbsttätig erfolgt.

Dabei ist es möglich, die Dehnung infolge der Vorspannkraft zumindest während der Dauer der Wärmeeinwirkung durch Einwirkung äusserer, axial wirkender Kräfte zu ersetzen und/oder zu vergrössern. Dies kann z.B. dadurch erreicht werden, dass äussere Kräfte durch auf das Zugglied wirkende Federelemente erzeugt werden.

Es ist aber auch möglich, die zum Durchtrennen unter Wärmeeinwirkung erforderliche Dehnung durch Einwirkung äusserer Kräfte zu verringern. Dies geschieht zweckmässigerweise dadurch, dass an der Sollbruchstelle das Zugglied in Querrichtung beanspruchende Kräfte aufgebracht werden oder dass das Zugglied der Einwirkung dynamischer Beanspruchungen unterworfen wird.

Schliesslich ist es auch möglich, die zum Durchtrennen unter Wärmeeinwirkung erforderliche Dehnung durch Steuerung der Wärmezufuhr zu verringern. Dies kann einmal dadurch geschehen, dass die in der Zeiteinheit zugeführte Wärmemenge und/oder die Dauer ihrer Einwirkung oder dass die Abmessungen der Wärmeangriffsstelle, insbesondere die in axialer Richtung gemessene Länge der Wärmeangriffsstelle, in Abhängigkeit von der Grösse der freien Stahllänge L/st gewählt werden.

Wenn nach der Erfindung die elastische Dehnung des Zuggliedes infolge der Vorspannkraft grösser ist als die unter Wärmeeinwirkung zum Durchtrennen erforderliche Dehnung, wird mit fortschreitender Erwärmung des Zuggliedes seine Zugfestigkeit so vermindert, dass die elastische Dehnung in immer stärkerem Mass in eine plastische Dehnung übergeht und dass das Zugglied schliesslich an der vorgesehenen Trennstelle reisst. Wie Versuche ergeben haben, erfolgt dieses Reissen nicht schlagartig, sondern infolge allmählichen Abbaus der Vorspannkraft durch zunehmende Dehnung;

nach dem Durchtrennen kann das frei gewordene Teil des Zuggliedes unter Anwendung nur geringer Kraft aus dem Bohrloch herausgezogen werden.

Als besonders vorteilhaft im Rahmen der Erfindung hat sich die Wärmeeinwirkung aufgrund einer aluminothermi-schen Reaktion herausgestellt. Die für eine solche Reaktion erforderlichen Materialien, eine Mischung aus Aluminium-griess und Eisenoxidpulver, die mittels eines Zündstabes elektrisch gezündet werden können, lassen sich in einer das Zugglied umgebenden Ringhülse verhältnismässig einfach und ohne nennenswerte Vergrösserung des Bohrlochdurchmessers das Zugglied umgebend unterbringen. Durch entsprechende Zusammensetzung des Gemisches lässt sich über die Reaktionsgeschwindigkeit und die Reaktionstemperatur die Wärmemenge quantitativ beeinflussen; über die äusseren Abmessungen der Hülse lässt sich die Wärmemenge auch qualitativ beeinflussen, beispielsweise kann mittels eines grossen Durchmessers und einer geringen Länge eine starke Begrenzung der Wärmeangriffsstelle erreicht werden, die zu einer Verringerung der Durchtrennungsdehnung führt.

Demgemäss umfasst die Erfindung auch noch eine Vorrichtung zur Bildung einer Sollbruchstelle, bestehend aus einer das Zugglied im Bereich der zu bildenden Sollbruchstelle umschliessenden Ringhülse, die mit einem aluminother-mischen Reaktionsgemisch gefüllt ist, in das ein auf elektrischem Wege auslösbares Zündsystem eingebettet ist, bei der die Ringhülse aus einer verhältnismässig dünnwandigen Innenhülse aus einem leicht brennbaren und/oder wärmeleitenden Material und einer demgegenüber dickwandigeren Aussenhülse aus wärmedämmendem Material besteht.

Die Innenhülse kann aus Kunststoff bestehen, also einem Material, das einerseits eine ausreichende Festigkeit aufweist, andererseits aber infolge der Wärmeeinwirkung schnell verbrennt, so dass das aluminothermische Gemisch schnell und unmittelbar in Berührung mit dem Zugglied kommt. Die Innenhülse kann aber auch aus Metall, z.B. Stahlblech bestehen, das den Vorteil hat, dass die infolge der aluminothermi-schen Reaktion entstehende Wärme sehr schnell an das Zugglied abgegeben und auch eine längere Zeit aufrechterhalten wird.

Die Aussenhülse besteht zweckmässig aus Kunststoff, Keramik oder dergleichen, wodurch verhindert wird, dass die entwickelte Wärme vorzeitig oder im Übermass nach aussen abgegeben wird.

Das Zündsystem besteht zweckmässig aus einer stabför-mig geformten und formstabilen pyrotechnischen Mischung, die mit einer mit elektrischem Strom beaufschlagbaren Zündleitung unmittelbar in Berührung steht. Zweckmässig ist die stabförmige Mischung von der Zündleitung wendeiförmig umwickelt.

An die Ringhülse kann eine Druckentlastungsleitung angeschlossen sein, die in den von Verpressmaterial freien Bereich des Bohrloches führt. Die Druckentlastungsleitung ist zweckmässig über ein Einwegeventil an die Ringhülse angeschlossen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Verpressanker,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine mit aluminothermi-schem Gemisch gefüllte Ringhülse,

Fig. 3 einen Querschnitt entlang der Linie III-III in Fig. 2,

Fig. 4 eine Ringhülse teilweise in Ansicht, teilweise im Längsschnitt und

Fig. 5 einen Teillängsschnitt durch einen Verpressanker mit einer Ringhülse gemäss Fig. 4.

Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch einen Verpressanker, der aus einem Stahlzugglied 1, z.B. einer Stahldrahtlitze, besteht, das in ein Bohrloch 2 eingesetzt ist. Im unteren Teil des Bohrloches 2 ist durch Einpressen von erhärtendem Material, z.B. Zementmörtel, ein Verpresskörper 3 erzeugt. Im

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Verpresskörper 3 ist das Zugglied 1 über seine Verankerungslänge Ly verankert. Über den übrigen Bereich seiner Gesamtlänge, den Bereich der freien Stahllänge Lfst ist das Zugglied 1 frei dehnbar und an der Luftseite z.B. der Sicherung einer Baugrubenwand 4 mittels einer Verankerung 5 verankert, die nicht Gegenstand der Erfindung ist.

Im Bereich des Überganges von der Verankerungslänge L, zur freien Stahllänge Lßt ist in den Verpresskörper eine Vorrichtung 6 eingebettet, mittels der durch Wärmeeinwirkung auf das Zugglied 1 eine Sollbruchstelle geschaffen werden kann, an der das Zugglied 1 durchtrennbar ist, so dass sein sich über den Bereich der freien Stahllänge Lfst erstreckender Teil aus dem Bohrloch 2 herausgezogen werden kann.

Ein Ausführungsbeispiel für eine solche Vorrichtung zur Bildung einer Sollbruchstelle ist in den Fig. 2 und 3 im Längsund Querschnitt dargestellt.

Die Vorrichtung 6 ist als Ringhülse aus einer Innenhülse 7 und einer Aussenhülse 8 ausgebildet, die auch die Stirnwände 9 und 10 umfasst. Die Innenhülse 7, die etwas länger sein kann als die Aussenhülse 8, besteht aus einem dünnen, leicht brennbaren Material oder auch aus dünnem Blech; die Aussenhülse 8 ist demgegenüber dickwandiger ausgebildet und besteht aus einem wärmedämmenden Material, wie z.B. Kunststoff oder Keramik.

Die Ringhülse 6 ist auf das Ankerzugglied 1 aufgeschoben. Der von der Ringhülse umschlossene Raum ist mit einem Gemisch 11 gefüllt, das zu einer exothermen chemischen Reaktion fähig ist. Hierfür eignen sich vor allem alumi-nothermische Gemische aus Aluminiumgriess und Eisenoxidpulver. Zur Zündung des Gemisches 11 ist in dieses ein Zündsystem aus einem stabförmigen Zünder 12 und einer Zündleitung 13 aus einem elektrisch leitenden Draht eingebettet, der den Zünder wendeiförmig umgibt und der seinerseits mit einem Stromkabel 14 in Verbindung steht. Der Leiterquerschnitt der Zündleitung 13 ist gegenüber demjenigen des Stromkabels 14 so dimensioniert, dass sie zum Glühen gebracht wird, sobald sie vom Strom durchflössen wird und so unmittelbar das Material des Zünders zur Entzündung bringt. Dieses besteht aus einer an sich bekannten geformte und formstabilen pyrotechnischen Mischung, die mit hoher Temperatur abbrennt und die Sauerstoff liefernde Verbindi 5 gen enthält, so dass zum Verbrennen kein Luftsauerstoff zugeführt werden muss. Dieser Zünder dient so als Anzünd system für das aluminothermische Gemisch 11.

Je nach der Zusammensetzung des aluminothermischen Gemisches kann bei der Reaktion ein Druck entstehen. Die io ser Druck wird in der Regel von dem erhärteten Material d« Verpresskörpers aufgenommen, in den die Ringhülse 6 eing bettet ist und für die er auch den Korrosionsschutz stellt. Wenn unerwünschte Einflüsse auf die Umgebung zu verhin dem sind, kann dieser Druck dadurch abgebaut werden, da 15 wie in Fig. 4 angedeutet ist, in die Aussenhülse 8 der Ringhülse ein Einwegeventil 15 eingesetzt wird, das mit einer Druckentlastungsleitung 16 in Verbindung steht, die aus dei Verpresskörper 3 heraus in den freien Teil des Bohrlochs 2 führt (Fig. 5). Auf diese Weise kann ein etwa im Bohrloch 20 entstehender Überdruck gefahrlos abgebaut werden.

Wesentlich für die Erfindung ist, dass die Ringhülse 6 m dem Ankerzugglied gleichzeitig in das Bohrloch eingeführt werden kann, dass sie in radialer Ausdehnung nur wenig mehr Platz als das Zugglied beansprucht und dass somit voi 25 vornherein schon alle für die spätere Reaktion und die Bildung einer Sollbruchstelle notwendigen Vorkehrungen getri fen sind. Durch Anlegen einer elektrischen Spannung an da Stromkabel 14 wird der Zünder zum Brennen und das Gemisch zur Reaktion gebracht, das je nach seiner Zusam-30 mensetzung und Ausgestaltung der Ringhülse nach Materia und Abmessungen, wie Länge und Durchmesser, in kurzer Zeit zuverlässig eine Sollbruchstelle bildet, die unter der aui rechterhaltenen Spannung des Ankerzuggliedes 1 dazu führ dass das Zugglied im Bereich der Ringhülse selbsttätig dure 35 trennt wird, so dass es danach leicht aus dem Bohrloch herausgezogen werden kann.

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1 Blatt Zeichnungei

Claims

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1. Verfahren zum Ausbauen des freien Teils des Zuggliedes eines vorgespannten Verpressankers, bei dem am Übergang der Verankerungslänge zur freien Stahllänge durch Verminderung der Zugfestigkeit des Zuggliedes infolge Wärmeeinwirkung aufgrund einer exothermen chemischen Reaktion eine Sollbruchstelle erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Zugglied (1) in einer solchen Weise vorgespannt wird, dass die daraus resultierende und während der Wärmeeinwirkung aufrechterhaltene elastische Dehnung grösser ist als die unter Wärmeeinwirkung zum Durchtrennen erforderliche Dehnung.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Grösse der Vorspannkraft so auf die Grösse der freien Stahllänge (L®) abgestimmt wird, dass unter Wärmeeinwirkung die Durchtrennung des Zuggliedes (1) selbsttätig erfolgt.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dehnung infolge der Vorspannkraft zumindest während der Dauer der Wärmeeinwirkung durch Einwirkung äusserer, axial wirkender Kräfte ersetzt und/oder ver-grössert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die äusseren Kräfte durch auf das Zugglied (1) wirkende Federelemente erzeugt werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zum Durchtrennen unter Wärmeeinwirkung erforderliche Dehnung durch Einwirkung äusserer Kräfte verringert wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Verringerung der erforderlichen Dehnung an der Sollbruchstelle das Zugglied (1) in Querrichtung beanspruchende Kräfte aufgebracht werden.

7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Verringerung der erforderlichen Dehnung das Zugglied (1) der Einwirkung dynamischer Beanspruchungen unterworfen wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zum Durchtrennen unter Wärmeeinwirkung erforderliche Dehnung durch Steuerung der Wärmezufuhr verringert wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die in der Zeiteinheit zugeführte Wärmemenge und/oder die Dauer ihrer Einwirkung in Abhängigkeit von der Grösse der freien Stahllänge (Lfst) gewählt werden.

10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Abmessungen der Wärmeangriffsstelle, insbesondere die in axialer Richtung gemessene Länge der Wärmeangriffsstelle in Abhängigkeit von der Grösse der freien Stahllänge (Lßt) gewählt werden.

11. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Patentanspruch 1, bestehend aus einer das Zugglied im Bereich der zu bildenden Sollbruchstelle umschliessenden Ringhülse, die mit einem aluminothermischen Reaktionsgemisch gefüllt ist, in das ein auf elektrischem Wege auslösbares Zündsystem eingebettet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringhülse (6) aus einer verhältnismässig dünnwandigen Innenhülse (7) aus einem leicht brennbaren und/oder wärmeleitenden Material und einer demgegenüber dickwandigeren Aussenhülse (8) aus wärmedämmendem Material besteht.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenhülse (7) aus Kunststoff besteht.

13. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenhülse (7) aus Metall besteht.

14. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussenhülse (8) aus Kunststoff oder Keramik besteht.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14,

dadurch gekennzeichnet, dass das Zündsystem aus einem stabförmigen Zünder (12) aus einer pyrotechnischen Mischung besteht, der mit einer mit elektrischem Strom beaufschlagbaren Zündleitung (13) in unmittelbarer Berührung steht.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Zünder (12) von der Zündleitung (13) wendeiförmig umwickelt ist.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass an die Ringhülse (6) eine Druckentlastungsleitung (16) angeschlossen ist, die in den von Verpressmaterial freien Bereich des Bohrloches (2) führt.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckentlastungsleitung (16) über ein Einwege-ventil (15) an die Ringhülse (6) angeschlossen ist.