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Die Erfindung betrifft eine im Erdreich aushärtbare Substanz zur dauerhaften Fixierung eines Erdankers oder Grundankers sowie ein Verfahren zum Einbringen einer zur dauerhaften Fixierung eines Erdankers im Erdreich aushärtbaren Substanz. Weiterhin betrifft die Erfindung ein zur Applikation der Substanz bestimmtes Zuführelement sowie die Verwendung einer aushärtbaren Substanz zur dauerhaften Fixierung eines Erd- oder Grundankers.
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Ein gattungsgemäßer Erd- bzw. Grundanker sowie ein zum Setzen bestimmtes Verfahren im Erdreich ist beispielsweise aus der
EP 0 014 512 B1 bekannt. Hierbei wird ein Grundanker in das Erdreich eingeschraubt, der einen Schaft und mindestens eine schraubenförmige Klinge am Außenmantel des Schaftes aufweist. Eine Härteflüssigkeit wird in den die Klinge umgebenden Boden über Bohrungen im Schaft eingeleitet, die mit einem inneren Durchlass des Schaftes in Verbindung stehen. Vor dem Einspritzen der Härteflüssigkeit wird Luft oder ein Gas durch den inneren Durchlass und die Bohrungen im Schaft durchgelassen und in den die Klinge umgebenden Boden geblasen, um die erforderlichen Hohlräume für die Härteflüssigkeit zu schaffen und im Boden enthaltenes Wasser zu verdrängen. Die nun wasserfreien Hohlräume können anschließend mit Härteflüssigkeit gefüllt werden, die hierzu relativ dünnflüssig ist. Dabei wird der Luft- bzw. Gasdruck beim Einbringen der Härteflüssigkeit aufrechterhalten.
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Es werden auch Dübel mit einer Patrone zur Verankerung von Befestigungselementen in Bohrlöchern der genannten, beispielsweise aus der
US 4,659,258 A bekannten Art zur Verankerung von Ankerbolzen in Gestein, Mauerwerk oder Beton verwendet. Der die Patrone umgebende Mantel dient dabei der mechanischen Vorverankerung der Ankerstange bis zum Aushärten der Masse. Im Bereich des Mantels kommt keine Klebeverbindung zwischen der Ankerstange und der Bohrlochwandung zustande.
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Aus der
DE 1 104 905 B ist ein Verfahren zum Herstellen von Injektionszugankern bekannt, bei dem die Bohrspitze zusammen mit erhärtenden Baustoffen verpresst wird.
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Im Unterwasserbereich werden Befestigungen mittels aushärtbarer Massen ebenfalls bereits seit einiger Zeit angewendet. Dabei besteht das Problem, dass das im Bohrloch enthaltene Wasser möglichst vollständig aus dem Bohrloch entfernt werden muss, um eine Beeinträchtigung der Festigkeit der aushärtbaren Masse zu verhindern. So ist es bereits bekannt, vor dem Einführen der Patrone zusätzliche aushärtbare Massen in das Bohrloch einzubringen. Das restliche im Bohrloch verbleibende Wasser wird dann durch das Einführen der Patrone aus dem Bohrloch verdrängt. Dieses Verfahren ist jedoch umständlich und zeitaufwendig. Da die Sicht im Unterwasserbereich oft sehr schlecht ist, ist das Einbringen der aushärtbaren Masse oft recht schwierig.
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Die
DE 39 09 428 A1 betrifft eine zerstörbare Patrone zur Verankerung von Befestigungselementen in Bohrlöchern mit die Komponenten voneinander getrennt enthaltenden Abteilen und einem die Patrone umgebenden Mantel aus einem radial verformbaren Material aus geschlossenzelligem Schaumstoff. Der Mantel hat die Aufgabe, das überschüssige im Bohrloch vorhandene Wasser aus dem Bohrloch zu verdrängen.
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Ferner sind auch Rohranker als solche bekannt. Als Mörtelmasse wird beispielsweise ein Zweikomponentenkleber, insbesondere Epoxyacrylatharz mit einem Härter verwendet.
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Als nachteilig bei den aus dem Stand der Technik bekannten technischen Lösungen zum Einbringen von Erdankern ist der Aufwand anzusehen, welcher mit der Vermeidung bzw. Verdrängung unerwünschter Einwirkungen der im Erdreich vorhandenen Feuchtigkeit bzw. Flüssigkeit auf den Aushärteprozess verbunden ist.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, den mit dem Setzen des Erdankers verbundenen Aufwand wesentlich zu reduzieren.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Substanz gemäß den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die weitere Ausgestaltung der Erfindung ist den Unteransprüchen zu entnehmen.
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Erfindungsgemäß ist also eine Substanz vorgesehen, die eine größere Viskosität und/oder Dichte als Wasser aufweist und nicht wasserlöslich ist. Hierdurch wird der Prozess der Fixierung des Erd- oder Grundankers wesentlich vereinfacht, indem die Substanz aufgrund ihrer höheren Viskosität und/oder Dichte das in dem umgebenden Erdreich bzw. Grund vorhandene Wasser ohne Weiteres selbsttätig verdrängt. Dabei kann auf die vorherige Zuführung von Druckluft verzichtet werden, die nach dem Stand der Technik für die Schaffung der Freiräume oder verzweigten Kanäle für die Substanz erforderlich ist. Vielmehr gelingt es erfindungsgemäß, selbst in wasserdurchtränkten Böden eine hochgradige Festigkeit zu realisieren, indem die wasserunlösliche Substanz den erforderlichen Freiraum durch Verdrängung ohne weitere Hilfsmittel oder Unterstützungsmaßnahmen schafft. Zudem erweist es sich erfindungsgemäß als sehr vorteilhaft, dass die Verdrängung im Wesentlichen konzentrisch zu der Längsachse des Grundankers fortschreitet, sodass der derart fixierte Grundanker in allen Richtungen gleichermaßen belastbar ist. In der Praxis ergibt sich so ohne weitere Maßnahmen vorzugsweise eine birnenförmige Verteilung der applizierten Substanz. Anders als beim Stand der Technik, bei dem die Verteilung der aushärtbaren Substanz wesentlich von der erfolgreichen Verdrängung vorhandener Flüssigkeit abhängig ist, die ihrerseits durch die gegebenenfalls inhomogene Beschaffenheit des umgebenden Erdreiches bestimmt ist, und daher auch einseitige Verteilung bzw. Kumulierungen nicht auszuschließen sind, betrifft dies in weit geringerem Maße die erfindungsgemäße Substanz, die daher eine gleichbleibende Fixierkraft gewährleistet.
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Zudem ist dabei von Vorteil, dass die Substanz ohne eine Vorbehandlung des Erdreiches einsetzbar ist, sodass insbesondere auf einen Reaktionspartner im Erdreich verzichtet werden kann. Insbesondere härtet also die Substanz in jeder Art eines bekannten Erdreiches, auch in sandigen Böden oder sonstigen schütt- oder rieselfähigen Feststoffen, bereits nach kurzer Zeit ohne Zugabe weiterer Reaktionspartner in dem Erdreich vollständig aus.
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Besonders vorteilhaft ist es auch, wenn die Substanz als einen wesentlichen Anteil einen Zwei-Komponenten-Kleber auf Epoxidbasis aufweist, wobei die Mischung der Komponenten außerhalb des Bohrloches bzw. beim Einbringen der Flüssigkeit ins Bohrloch erfolgt und daher als Mischung zugeführt werden kann. Eine Vorbehandlung des Erdreiches bzw. dessen Nutzung als Reaktionspartner entfällt dabei.
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Besonders bevorzugt weist die Substanz hydrophobe Eigenschaften auf, sodass die Verdrängung der im Erdreich vorhandenen Flüssigkeit wesentlich begünstigt wird. Selbstverständlich können je nach Beschaffenheit des Erdreiches auch bestimmte Eigenschaften der Substanz realisiert werden, um eine Reaktion mit vorhandenen Stoffen zu unterstützen oder zu unterbinden.
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Die erfindungsgemäße Aufgabe wird weiterhin noch dadurch gelöst, dass die Substanz nach der Herstellung des für den Erdanker bestimmten Bohrloches in dieses eingebracht und anschließend der Erdanker in das zumindest abschnittsweise mit der Substanz gefüllte Bohrloch eingedreht wird. Hierdurch wird in besonders vorteilhafter Weise eine Aufweichung des Erdreiches erreicht, indem die Substanz das Erdreich durchsetzt. Der Erdanker kann daher mühelos ohne großen Widerstand mit geringem Drehmoment bei großen Bohrlochtiefen in das Erdreich eingedreht werden.
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Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn der Erdanker zumindest abschnittsweise mit einem Außengewinde ausgestattet ist, sodass ein von dem Erdanker fixiertes Fundament von dem abschnittsweise als Gewindestange ausgeführten Erdanker getragen wird, welcher beispielsweise bis zu 2 m in das Erdreich hineinreicht.
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Hierzu wird ein Bohrloch in den Boden eingebracht, welches beispielsweise dem Kerndurchmesser des einzubringenden Erdankers entspricht, zumindest jedoch kleiner bemessen ist als der Außendurchmesser der Gewindestange.
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Die weitere erfindungsgemäße Aufgabe, ein zur Applikation der Substanz bestimmtes Zuführelement zu schaffen, wird dadurch gelöst, dass das Zuführelement eine Lanze aufweist, durch welche die Substanz in das Bohrloch eingebracht wird, wobei die Lanze entsprechend der gewünschten vertikalen Verteilung der Substanz eine in Richtung der Haupterstreckung unterschiedliche Verteilung der Auslassöffnungen und/oder der Austrittsquerschnittsflächen aufweist, um so beispielsweise eine ungleiche Verteilung, nämlich einen höheren Anteil im Bereich des Bohrlochgrundes zu erreichen.
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Das eingebrachte Fluid führt zunächst zu einer Erweichung und später zu einer Aushärtung des umgebenden Erdreiches. Vor der Aushärtung des Fluides wird der Erdanker furchend in das Bohrloch eingebracht, was aufgrund der Erweichung der Bohrloch-Innenwandfläche mit vergleichsweise geringen Kräften verbunden ist. Zugleich wird aber auch eine verhältnismäßig exakte axiale Positionierung erreicht.
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Nach dem Aushärten des Fluides ist der Erdanker mit einer diesen birnenförmig umgebenden, ausgehärteten Masse des Erdreiches unlösbar verbunden, wodurch ein optimales Widerlager, bzw. eine sehr große Widerstandsfläche gegen Auszug für ein beispielsweise als Streifenfundament ausgeführtes Fundament realisiert wird. Das Fundament benötigt daher lediglich eine sehr geringe Tiefe und kann mit einem vergleichsweise geringen Materialeinsatz in kurzer Zeit realisiert werden.
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Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung erfolgt die Zuführung des Fluides durch das Zuführelement, welches hierzu eine rohrförmige Hülse zur Aufnahme des Erdankers aufweist, die mit Durchbrechungen, beispielsweise Perforationen, zur optimalen Verteilung des durch die Durchlassöffnungen austretenden Fluides in unterschiedlichen Tiefen ausgestattet ist. Diese kann zudem einen für die Fluidzuführung mit Überdruck geeigneten Flansch aufweisen. Der Erdanker wird nach Abschluss der Fluidzuführung in die Hülse eingeschraubt und schneidet dabei durch deren Wandfläche hindurch in die Bohrlochwandung hinein. Diese entstandene formschlüssige Verbindung zwischen „durchnässtem“ Erdreich und Gewindestange härtet aus und erzeugt durch die zusätzlichen Klebekräfte den höchstmöglichen Widerstand gegen Auszug.
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Die Hülse gestattet dabei nicht nur eine besonders einfache und schnelle Fluidzuführung mit einer definierten, vorbestimmten Verteilung der Austrittsmenge des Fluides, sondern auch die Anwendung bei sehr weichen bzw. fließfähigen Bodenbeschaffenheiten, beispielsweise auch bei Kies und Sand, indem die Hülse das Bohrloch offenhält. Dadurch wird also erstmals ein Erdanker geschaffen, welcher für nahezu alle, insbesondere auch feuchte oder rieselfähige Bodenbeschaffenheiten geeignet ist, schnell und zuverlässig verarbeitet werden kann und zudem massive Fundamente ersetzt. Bei Verwendung solch einer Lanze wird zu Beginn die Lanze bis zum Bohrlochgrund eingeführt. Hierdurch ist zunächst das Bohrloch bei stark rieselfähigem Untergrund stabilisiert. Beim langsamen Herausziehen und Einbringen des Fluids wird die Bohrlochwand durchnässt, das Fluid eingebracht und die Rieselfähigkeit des Bohrlochs gestoppt. Somit ist das Bohrloch gegen Einrieseln geschützt und die Gewindestange kann problemlos eingedreht werden.
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Dabei erfüllt das Fluid auch strenge Anforderungen an die Umweltverträglichkeit. Ferner ist die Erfindung nicht auf eine Bodenfläche im engeren Sinne beschränkt, sondern kann vielmehr auch auf Schüttguthalden oder unter Wasser, beispielsweise in Verbindung mit Offshore-Bauwerken, eingesetzt werden.
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Erfindungsgemäß soll unter dem Begriff des Bohrloches jede im Wesentlichen zylindrische oder rotationssymmetrische Vertiefung unabhängig von der Art ihrer Einbringung in das Erdreich verstanden werden. Weiterhin soll unter dem Begriff Erdanker jede Form eines Grund- oder Bodenankers verstanden werden, unabhängig von der Art des umgebenden natürlichen oder künstlichen Substrates.
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Die Erfindung lässt verschiedene Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Diese zeigt in
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1 ein in einem Bohrloch im Erdreich positioniertes Zuführelement für eine aushärtbare Substanz;
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2 die Zuführung und Verteilung der aushärtbaren Substanz in dem Bohrloch;
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3 einen mittels der ausgehärteten Substanz in dem Bohrloch fixierten Erdanker.
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In 1 ist ein bereits mittels an sich bekannter Verfahren hergestelltes Bohrloch 1 im Erdreich 2 zu erkennen, in welches ein Zuführelement 3 bis annähernd zum Bohrlochgrund 4 hineinreicht. Das rohrförmige Zuführelement 3 weist einen gegenüber dem Bohrloch 1 reduzierten Durchmesser auf, sodass sich ein Ringspalt zwischen dem Schaft des Zuführelementes 3 und dem Bohrloch 1 bildet, wobei das Bohrloch 1 beispielsweise einen Durchmesser im Bereich zwischen 20 mm und 40 mm aufweist.
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Wie in 1 zu erkennen, ist das als Injektionslanze ausgeführte Zuführelement 3 bereits in das Bohrloch 1 eingeführt. Mittels des Zuführelementes 3 wird mit Hochdruck eine in den 2 und 3 dargestellte aushärtbare Substanz 5 in flüssiger Form in das Bohrloch 1 eingespritzt. Diese wasserunlösliche Substanz 5 weist eine größere Viskosität und Dichte als Wasser auf, sodass die Substanz 5 selbsttätig in das umgebende Erdreich 2 eindringt und die dort gegebenenfalls vorhandene Flüssigkeit verdrängt bzw. eine Verästelung erzeugt. Zusätzlich kann über den Druck, mit dem die flüssige Substanz 5 zugeführt wird, die Verteilung, insbesondere die in Bezug auf eine Bohrlochlängsachse radiale Eindringtiefe bzw, Verästelung in das Erdreich 2 bestimmt bzw. eingestellt werden.
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Obwohl die Substanz 5 selbstverständlich ausgehend von dem Bohrlochgrund 4 in dem Ringspalt aufsteigen kann und somit auch höher gelegene Schichten des Erdreiches 2 erreichen kann, ist es von Vorteil, wenn die vertikale Verteilung der Substanz 5 durch kontrolliertes Herausziehen des Zuführelementes 3 eingestellt wird. Insbesondere wird hierzu das Zuführelement 3 in Pfeilrichtung 12 stetig angehoben, sodass der Abstand des stirnseitigen unteren Endes des Zuführelementes 3 von dem Bohrlochgrund 4 zunimmt. Dabei hat es sich gezeigt, dass die Festigkeit eines in dem Bohrloch 1 zu fixierenden, in 3 gezeigten Erdankers 6 wesentlich durch den unteren Bereich in dem Bohrloch 1 bestimmt wird, sodass es nicht notwendig ist, den gesamten das Bohrloch 1 umgebenden Bereich über die gesamte Erstreckung des Bohrloches 1 mit der Substanz 5 zu durchsetzen, es sei denn, man möchte verhindern, dass sich das Bohrloch durch Verrieselung verstopft. Vielmehr ist der untere Bereich 7 des das Bohrloch 1 umgebenden Erdreiches 2 für die zu erzielende Belastbarkeit des Erdankers 6 entscheidend.
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Nach dem in 2 gezeigten Einbringen der Substanz 5 entsteht zunächst innerhalb kurzer Zeit in dem von der flüssigen Substanz 5 durchdrungenen Bereich eine pastöse Konsistenz des Erdreiches 2.
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In 3 ist beispielhaft ein vollkommen mit der Substanz 5 gefülltes Bohrloch 1 zu erkennen, wobei die Substanz 5 einen das Erdreich 2 annähernd konzentrisch umgebenden Bereich 8 durchsetzt. Der mit einem Außengewinde ausgestattete Erdanker 6 ist bereits in das Bohrloch 1 eingesetzt und weist in der dargestellten Bauform eine Verankerungstiefe von ca. 1,5 bis 2 m auf. Der Erdanker 6 lässt sich aufgrund der temporären Erweichung des Erdreiches 2 manuell oder mittels handelsüblicher, manuell zu verwendender erkzeuge in das Bohrloch 1 furchend eindrehen. Bei diesem manuellen oder maschinellen Eindrehen ist keine Unterstützung durch Schlag- oder Hammerbewegungen nötig. Nach dem Aushärten der Substanz 5 umschließt dieser Bereich 8 den Erdanker 6 in einer unlösbaren formschlüssigen Verbindung mit zusätzlichen chemischen Haltekräften, ähnlich einem Verbundanker für feste Untergründe wie Beton oder Mauerwerk.
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Begünstigt wird das Eindrehen in das erweichte Erdreich 2 durch eine sehr große Steigung der Gewindegänge des Erdankers 6, die einen optimalen Formschluss in dem das Bohrloch 1 umgebenden Erdreich 2 sowie eine selbsttätige Zentrierung des Erdankers 6 beim Eindrehen gestattet.
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Der Erdanker 6 kann darüber hinaus in vielfältigen Ausführungsformen und Abmessungen realisiert werden. Wie in 3 zu erkennen, kann der gegenüber dem Bohrloch 1 hinausreichende Gewindeabschnitt 9 des Erdankers 6 mittels einer Gewindeaufnahme 10 einer Halteplatte 11 die Basis für unterschiedliche Verankerungs- oder Fixieraufgaben bilden. Selbstverständlich können mehrere baugleiche oder unterschiedliche Erdanker 6 durch eine gemeinsame Halteplatte 11 verbunden werden, um so das Lastaufnahmevermögen zu steigern, wobei jedoch ein Mindestabstand benachbarter Bohrlöcher 1 einzuhalten ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 0014512 B1 [0002]
- US 4659258 A [0003]
- DE 1104905 B [0004]
- DE 3909428 A1 [0006]
