DE10035384C2 - Verfahren zum Einbringen eines selbstbohrenden Injektionsankers in Böden, sowie Injektionsanker - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einbringen eines selbstbohren­ den Injektionsankers in Böden gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie einen selbstbohrenden Injektionsanker gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 2.

Bekannte selbstbohrende Injektionsanker weisen eine am Ankerschaft befestigte Bohrkrone auf, die nach dem Ein­ bringen des Ankers als sogenannte verlorene Bohr­ krone im Boden verbleibt. Durch den hohlen Ankerschaft kann eine Suspension, insbesondere Zementsuspension oder dergleichen mit hohem Druck bis in den Bereich der Bohr­ krone gepumpt werden und dort einerseits in einen Hohlraum zwischen dem Ankerschaft und dem Hüllrohr und von dort durch seitliche Öffnungen im Hüllrohr radial nach außen sowie andererseits in Bohrrichtung nach vorne austreten. Nach dem Aushärten soll diese Suspension den Injektions­ anker möglichst vollständig umgeben, um dessen Korrosions­ schutz und eine feste Verbindung mit dem umgebenden Boden zu gewährleisten.

Problematisch ist bei diesen bekannten Injektionsankern, dass insbesondere bei nicht standfesten Böden, insbesonde­ re kiesig-sandigen und/oder kluftigen Böden die vollstän­ dige, dichte Umhüllung des Injektionsankers mit der Sus­ pension und damit der Korrosionsschutz des Injektionsankers nicht gewährleistet ist. Keiner der bekannten selbstbohrenden Anker ist daher als Daueranker zugelassen. Darüber hinaus ist bei bekannten Injektionsankern die Aus­ reißsicherheit nicht immer optimal.

Aus der DE 41 36 883 A1 ist ein selbstbohrender Injek­ tionsanker bekannt, der jedoch kein Hüllrohr aufweist. Von der Außenseite des Ankerschafts erstreckt sich dort eine spiralförmig angeordnete Wendel radial nach außen, welche die Aufgabe hat, die von der Bohrkrone gelockerten und den Ankerschaft umgebenden Bodenmaterialien nach oben in Rich­ tung Bohrlochmündung zu fördern und den Ankerschaft in­ nerhalb des Bohrloches zu zentrieren. Nach der Fertig­ stellung des Bohrloches wird dann Mörtelsuspension durch den hohlen Ankerschaft eingepresst, um das Bohrloch - im Bereich der Bohrlochsohle beginnend und in Richtung auf die Bohrlochmündung hin fortschreitend - kontinuierlich auszufüllen. Auch bei diesem bekannten Injektionsanker ist jedoch der Langzeitkorrosionsschutz in keiner Weise si­ chergestellt.

Weiterhin ist aus der DE 40 32 682 A1 ein Gebirgsanker bekannt, der aus einem als Vollstab ausgebildeten Zugstab und einem den Zugstab umgebenden, aus einem korrosions­ sicheren Stahl bestehenden Hüllrohr besteht. Zwischen der Innenseite des Hüllrohres und der Außenseite des Zugstabes ist dort ein Ringraum vorgesehen, in den eine Mörtelsus­ pension eingeführt werden kann, welche den Ringraum voll­ ständig ausfüllt und nach Aushärtung einen Verbund zwi­ schen dem Zugstab und dem Hüllrohr bildet. Die Festigkeit dieses bekannten Gebirgsankers beruht dabei auf der Ver­ bundwirkung zwischen dem Hüllrohr und dem Zugstab. Proble­ matisch ist dort jedoch, dass dieser bekannte Gebirgsanker nicht für nicht standfeste Böden wie beispielsweise kie­ sig-sandige Böden eingesetzt werden kann, da dort nicht die notwendige Ausreißsicherheit gegeben ist. Da außerdem das Hüllrohr aus korrosionssicherem Material bestehen muss, handelt es sich dort um eine relativ teure tech­ nische Lösung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie einen Injektionsanker der eingangs genannten Art zu schaffen, das bzw. der eine sichere Ummantelung mit Sus­ pension und damit einen sicheren, lang dauernden Korro­ sionsschutz auch bei nicht standfesten Böden gewährleistet und darüber hinaus die Ausreißsicherheit erhöht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 bzw. 2 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird die aus dem Hüllrohr austretende Suspension mittels eines um das Hüllrohr her­ umgeführten Spiralelementes mit dem das Hüllrohr umgeben­ den Boden vermischt, so dass zusätzlich zu dem zwischen Ankerschaft und Hüllrohr ausgebildeten Suspensionsmantel ein weiterer, gleichmäßig mit Bodenmaterial vermischter Suspensionsmantel außerhalb des Hüllrohres gebildet wird.

Beim erfindungsgemäßen Injektionsanker ist ein um das Hüllrohr lose herumgeführtes und sich in dessen Längs­ richtung erstreckendes Spiralelement vorgesehen, das mit einem Ende an der Bohrkrone befestigt ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren und der erfindungsgemäße Injektionsanker haben gegenüber herkömmlichen technischen Lösungen bedeutende Vorteile. Beim Einbohren des Injektionsankers kann zunächst ständig Sus­ pension, die in den Zwischenraum zwischen Ankerschaft und Hüllrohr eingepumpt wird, durch die seitlichen Suspen­ sionsaustrittsöffnungen im Hüllrohr austreten. Das das Hüllrohr umgebende Spiralelement vermischt dabei die aus­ tretende Suspension mit dem umgebenden Boden, wobei sich rings um das Hüllrohr ein gleichmäßiger, dichter Suspen­ sionsmantel bildet. Das Spiralelement dient dabei als Abstandhalter, d. h. Ankerschaft und Hüllrohr werden in einem bestimmten Abstand zur Bohrlochwandung mittig im Boden gehalten. Dadurch ergibt sich insbesondere auch bei nicht standfesten Böden, insbesondere kiesig-sandigen und/oder kluftigen Böden, über die gesamte Verpressstrecke ein den Injektionsanker vollständig umschließender, dich­ ter Mantel aus Suspension, der nach dem Aushärten einen dauerhaften Korrosionsschutz gewährleistet. Zusätzlich zum inneren Suspensionsmantel zwischen Ankerschaft und Hüll­ rohr ist somit ein dichter weiterer, äußerer Korrosions­ schutzmantel aus Bodenmaterial und Suspension vorhanden, so dass ein Korrosionslangzeitschutz gegeben ist.

Ein weiterer Vorteil ist, dass das Spiralelement das Hüll­ rohr beim Abteufen schützt, so dass Beschädigungen des Hüllrohrs vermieden werden können. Das Suspensions-/Boden­ gemisch erstreckt sich in homogener, gleichförmiger Weise direkt hinter der Bohrkrone über eine lange Strecke längs des Ankerschafts, wodurch nach dem Aushärten der Suspensi­ on ein langer betonartiger Haltekörper mit hoher Rückhal­ tekraft geschaffen wird. Die Ausreißfestigkeit kann daher bedeutend erhöht werden.

Vorteilhafter Weise besteht das Spiralelement aus einer Stahlspirale mit einem Querschnittsdurchmesser von 4 bis 15 mm, vorzugsweise 6 bis 10 mm. Ein derartiges Spiral­ element weist eine hohe Festigkeit auf, so dass es auch bei größerem Widerstand nicht abreißen kann.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform entspricht der Außendurchmesser des Spiralelements 70 bis 95% des Außen­ durchmessers der Bohrkrone. Das von der Bohrkrone erzeugte Bohrloch ist daher geringfügig größer als der Außendurch­ messer des Spiralelements, wodurch sich das Spiralelement nicht direkt an der festen Bohrlochwand, sondern mit ge­ ringfügigem Abstand zu dieser entlang bewegt. Der Wider­ stand beim Abteufen des Injektionsankers und die Belastung des Spiralelements werden hierdurch verringert.

Vorteilhafter Weise ist der Innendurchmesser des Spiral­ elements geringfügig größer als der Außendurchmesser des Hüllrohrs. Hierdurch ist es auf einfache Weise möglich, beim Zusammenbau des Injektionsankers das Hüllrohr in den Innenraum des Spiralelements einzuschieben.

Vorzugsweise erstreckt sich das Spiralelement über die gesamte Länge des sich im Boden befindlichen Teils des Ankerschafts. Hierdurch wird ein sehr langer Suspensions­ mantel mit hoher Haltekraft im Boden geschaffen.

Ein großer Vorteil bei allen Ausführungsformen ist, dass die Durchmischung der Suspension mit dem umgebenden Erd­ reich durch das Spiralelement unmittelbar hinter der Bohrkrone beginnt, so dass die Bohrkrone, die einen bedeutend größeren Außendurchmesser als das Hüllrohr aufweist, den Suspensionsmantel hintergreift. Ein Herausreißen des In­ jektionsankers wäre nach dem Aushärten der Suspension somit nur dann möglich, wenn der gesamte Suspensionsmantel mit aus dem Boden gerissen werden würde, was äußerst un­ wahrscheinlich ist.

Vorteilhafterweise ist das Spiralelement auf der Rückseite der Bohrkrone mit dieser befestigt. Zweckmäßiger Weise erfolgt dies derart, dass das Spiralelement nicht über den Außendurchmesser der Bohrkrone seitlich hinausragt, wo­ durch die Befestigungsstelle in einem relativ geschützten Bereich liegt, der nicht von der Bohrlochwandung kontak­ tiert wird. Die Befestigung kann beispielsweise derart erfolgen, dass auf der Rückseite der Bohrkrone eine Boh­ rung eingebracht ist, in die das Spiralelement eingesteckt ist, wobei das Spiralelement zweckmäßigerweise zusätzlich mit der Bohrkrone verschweißt wird.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen beispielshaft näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1: eine schematische Darstellung des erfin­ dungsgemäßen Injektionsankers mit aufge­ setztem Spülkopf und umgebendem Bohrloch,

Fig. 2: eine Schnittdarstellung eines zur Fig. 1 ähnlichen Injektionsankers,

Fig. 3: ein Hüllrohr in verkürzter Darstellung,

Fig. 4: eine Draufsicht auf einen Abstandhalter zur Zentrierung des Hüllrohrs über dem Ankerschaft,

Fig. 5: eine alternative Ausführungsform eines Abstandhalters, und

Fig. 6: eine vergrößerte Darstellung des Details VI von Fig. 3 zur Verdeutlichung der Wandform des Hüllrohrs.

Aus den Fig. 1 und 2 ist ein selbstbohrender Anker für Böden mit einem rohrförmigen Ankerschaft 2, einer am An­ kerschaft 2 befindlichen Bohrkrone 3, einem den Anker­ schaft 2 mit Abstand umgebenden Hüllrohr 4 und einem um das Hüllrohr 4 herumgeführten und sich in dessen Längs­ richtung erstreckenden Spiralelement 5 ersichtlich. Der Injektionsanker 1 ist im Boden abgeteuft dargestellt, wobei die Wandung des durch die Bohrkrone 3 erzeugten Bohrlochs mit dem Bezugszeichen 6 versehen ist. Aus Fig. 1 ist weiterhin ein Spülkopf 7 ersichtlich, der in bekann­ ter Weise am oberen Ende des Injektionsankers 1 aufgesetzt ist und das Eindrehen des Injektionsankers 1 in den Boden unter gleichzeitiger Zuführung einer Suspension bewerk­ stelligt.

Der Ankerschaft 2 besteht in bekannter Weise aus einer gerippten, geraden Stahlstange, die in ihrem Inneren eine zentrische, durchgehende Längsbohrung 8 zur Zuführung der Suspension bis zum untere Ende des Ankerschafts 2 auf­ weist. Diese Längsbohrung ist in Fig. 2 gestrichelt ein­ gezeichnet.

Weiterhin erstreckt sich der Ankerschaft 2 mit seinem unteren Ende in eine Aufnahmebohrung 9 der Bohrkrone 3, wo er fest mit dieser verbunden ist. Unterhalb des unteren Endes des Ankerschafts 2 befindet sich in der Aufnahmeboh­ rung 9 ein Verteilraum 10 für die Suspension. Mindestens eine seitliche Suspensionsaustrittsöffnung 11 verbindet diesen Verteilraum 10 mit einem Zwischenraum 12 zwischen dem Ankerschaft 2 und dem Hüllrohr 4. Ferner ist minde­ stens eine axiale Suspensionsaustrittsöffnung 13 vorgese­ hen, die sich vom Verteilraum 10 in axialer Richtung nach unten und leicht schräg geneigt bis zum unteren Ende der Bohrkrone 3 erstreckt. Beim Abteufen des Injektionsankers kann durch diese Ausgestaltung der Suspensionsaustritts­ öffnungen kontinuierlich Suspension sowohl in den Zwi­ schenraum 12 zwischen Ankerschaft 2 und Hüllrohr 4 als auch in den Stirnbereich der Bohrkrone 3 gepresst werden.

Bei der zugeführten Suspension handelt es sich beispiels­ weise um ein Zement/Wasser-Gemisch bzw. Betonit/Wasser- Gemisch.

Das Hüllrohr 4 erstreckt sich von der Bohrkrone 3 bis zum Spülkopf 7 und besteht beispielsweise aus einem Kunst­ stoffrohr, das für derartige Zwecke zugelassen ist. Das Hüllrohr 4 weist eine gewellte bzw. gerippte Oberfläche sowie eine Mehrzahl seitlicher Suspensionsaustrittsöff­ nungen 14 auf, wie aus Fig. 3 ersichtlich ist. Zweck­ mäßigerweise sind diese Suspensionsaustrittsöffnungen 14 zumindest im wesentlichen über die gesamte Länge des Hüll­ rohrs 4 angeordnet. Um einzelne Hüllrohrstücke miteinander verbinden zu können, ist darüber hinaus an jedem Ende eines Hüllrohrstücks ein Gewindeendstück 15 mit einem Außen- und Innengewinde vorgesehen. Diese Gewindeendstücke 15 können derart ausgebildet sein, dass das Außengewinde eines Hüllrohrstücks in das Innengewinde des nächsten Hüllrohrstücks eingeschraubt werden kann. Weiterhin ist auch eine Verbindung zweier benachbarter Hüllrohrstücke mittels einer zusätzlichen Muffe möglich.

Der Innendurchmesser des Hüllrohrs 4 ist bedeutend größer als der Außendurchmesser des Ankerschafts 2. Um das Hüll­ rohr 4 zentrisch zum Ankerschaft 2 zu halten, ist der Ankerschaft 2 von Abstandhaltern 16 umgeben, von denen ein Ausführungsbeispiel in Fig. 4 näher dargestellt ist. Bei diesen Abstandhaltern 16 handelt es sich um sternförmige Kunststoffscheiben mit Innenbohrungen 17 und radial ab­ stehenden Haltearmen 18. Die Innenbohrung 17 ist an den Außendurchmesser des Ankerschafts 2 angepasst, so dass die Abstandhalter 16 mit engem Spiel auf diesen aufgeschoben werden und fest auf diesem sitzen.

Aufgrund der Zwischenräume zwischen den Haltearmen 18 kann Suspension in axialer Richtung durch die Abstandhalter 16 hindurchfließen.

Bei dem in Fig. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel be­ steht der Abstandhalter 16 aus einem schlauchförmigen, elastischen Element, wobei die in Umfangsrichtung ge­ schlossenen, schlauchförmigen Endstücke 19 mit vier über den Umfang regelmäßig verteilten, voneinander beabstande­ ten Längslamellen 12 verbunden sind. Werden die auf dem Ankerschaft 2 sitzenden Endstücke 19 in Längsrichtung zusammengeschoben, wölben sich die Längslamellen 20 radial nach außen, wie in Fig. 5 dargestellt. Damit die End­ stücke 19 ihre zusammengeschobene Position aufrecht erhal­ ten, sitzen sie mit relativ engem Spiel auf dem Anker­ schaft 2. Im ausgebauchten Zustand liegen die Längslamel­ len 20 an der Innenseite des Hüllrohrs 4 an und halten dieses zentrisch auf Abstand zum Ankerschaft 2.

Das in den Fig. 1 und 2 dargestellte, um das Hüllrohr 4 herumgeführte Spiralelement 5 besteht aus einer Rund­ stahlspirale mit einem Querschnittsdurchmesser von bei­ spielsweise 6 bis 10 mm. Von der Rückseite 21 der Bohr­ krone 3 erstreckt sich dieses Spiralelement 5 schrauben­ förmig nach oben bis zum Spülkopf 7. In der Praxis besteht das Spiralelement 5 aus mehreren Spiralelementabschnitten, die, falls beim Abteufen des Injektionsankers eine Verlän­ gerung gewünscht wird, entweder an Ort und Stelle zusam­ mengeschweißt und/oder mit einer Muffe verbunden werden. Die Steigung des Spiralelements 5 kann, wie aus einem Vergleich der Fig. 1 und 2 ersichtlich, variieren und jeweils entsprechend der Zusammensetzung des Bodens und/oder der Suspension gewählt werden. Der Außendurch­ messer des Spiralelements 5 kann entweder gleich oder geringfügig geringer als der Außendurchmesser der Bohr­ krone 3 sein. Im letzteren Fall erfährt das Spiralelement 5 weniger Widerstand beim Abteufen des Injektionsankers 1 durch die umliegende Bohrlochwandung 6, da sie zu dieser einen gewissen Abstand einhält. Es ist jedoch zweckmäßig, den Außendurchmesser des Spiralelements 5 bis nahe an die Bohrlochwandung 6 reichen zu lassen, um eine vollständige Durchmischung des gesamten gelockerten Bodenmaterials mit der Suspension zu erreichen.

Das untere Ende des Spiralelements 5 ist in eine Axialboh­ rung der Bohrkrone 3 eingeführt, die sich auf der Rücksei­ te 21 der Bohrkrone 3 befindet, und zusätzlich mit dieser fest verschweißt. Das Spiralelement 5 dreht sich somit zusammen mit den übrigen Teilen des Injektionsankers 1.

Beim Abteufen des Injektionsankers 1 wird kontinuierlich Suspension über den Spülkopf 7 durch die Längsbohrung 8 des Ankerschafts 2 hierdurch bis zum Verteilraum 10 ge­ pumpt, von dem aus die Suspension über die seitlichen Suspensionsaustrittsöffnungen 11 in den Zwischenraum zwi­ schen Ankerschaft 2 und Hüllrohr 4 gelangt und in diesem Zwischenraum 12 nach oben steigt. Über die seitlichen Suspensionsaustrittsöffnungen 14 des Hüllrohrs 4 gelangt die Suspension in den Zwischenraum 22 zwischen dem Hüll­ rohr 4 und der Bohrlochwandung 6 und vermengt sich dort mit dem aufgelockerten Bodenmaterial. Da sich das Spiral­ element 5 beim Eindrehen des Injektionsankers 1 entspre­ chend mitdreht, wird die austretende Suspension gleich­ mäßig in das Bodenmaterial im Zwischenraum 22 eingearbeitet, so dass eine gleichmäßige Mischung aus Bodenmaterial und Suspension entsteht. Nach dem Aushärten bildet das Suspensions/Boden-Gemisch im Zwischenraum 22 einen um­ laufenden dichten Mantel um das Hüllrohr 4 und damit einen zweiten Korrosionsschutzmantel um den inneren Suspensions­ mantel herum, der nach dem Aushärten der Suspension zwi­ schen dem Ankerschaft 2 und dem Hüllrohr 4 angeordnet ist. Aufgrund dieses zweifachen Korrosionsschutzes ist der erfindungsgemäße Injektionsanker 1 dauerhaft vor Korrosion geschützt.

Claims (7)

1. Verfahren zum Einbringen eines selbstbohrenden Injek­ tionsankers in Böden, wobei Suspension in einen Zwischen­ raum zwischen einem Ankerschaft (2) und einem den Anker­ schaft (2) mit Abstand umgebenden Hüllrohr (4) und von dort über seitliche Suspensionsaustrittsöffnungen (14) in den umgebenden Boden eingebracht wird, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die aus dem Hüllrohr (4) austretende Sus­ pension mittels eines um das Hüllrohr (4) herumgeführten Spiralelementes (5) mit dem das Hüllrohr (4) umgebenden Boden vermischt wird, so dass zusätzlich zu dem zwischen Ankerschaft (2) und Hüllrohr (4) ausgebildeten Suspen­ sionsmantel ein weiterer, gleichmäßig mit Bodenmaterial vermischter Suspensionsmantel außerhalb des Hüllrohres (4) gebildet wird.

2. Selbstbohrender Injektionsanker, insbesondere für nichtstandfeste Böden, zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einem rohrförmigen Ankerschaft (2), einer am Ankerschaft (2) befestigten Bohrkrone (3) und einem den Ankerschaft (2) mit Abstand umgebenden Hüllrohr (4) mit seitlichen Suspensionsaustrittsöffnungen (14), gekennzeichnet durch ein um das Hüllrohr (4) lose herumge­ führtes und sich in dessen Längsrichtung erstreckendes Spiralelement (5), das mit einem Ende an der Bohrkrone (3) befestigt ist.

3. Injektionsanker nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, dass das Spiralelement (5) aus einer Stahlspirale mit einem Querschnittsdurchmesser von 4 bis 15 mm besteht.

4. Injektionsanker nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet, dass der Außendurchmesser des Spiralelements (5) 70 bis 95% des Außendurchmessers der Bohrkrone (3) beträ­ trägt.

5. Injektionsanker nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, dass der Innendurchmesser des Spiralelements (5) geringfügig größer als der Außendurch­ messer des Hüllrohrs (4) ist.

6. Injektionsanker nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Spiralelement (5) über die gesamte Länge des sich im Boden befindlichen Teils des Ankerschafts (2) erstreckt.

7. Injektionsanker nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, dass das Spiralelement (5) auf der Rückseite (21) der Bohrkrone (3) befestigt ist.