DE1226516B - Verfahren zum zweistufigen Einbetonieren von Gebirgsanker und ein Anker hierfuer - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

Deutsche KL:

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

E21d

S c -

yep Vv'

1226516
W39981VI a/5c
25. September 1965
13. Oktober 1966

Die Erfindung betrifft die Verwendung von Gebirgsankern. Das Einsetzen dieser Anker in dichte Gebirgsformationen erfordert normalerweise, daß der Anker in das Bohrloch im Gestein eingeführt wird, worauf eine am inneren Ende des Ankers angeordnete Verankerungsvorrichtung betätigt wird. Die Ankerstange wird dann durch die Ausübung eines hohen Drehmoments auf eine Mutter vorgespannt, die gegen eine Oberflächenabstützplatte anliegt, so daß der Stange eine Zugspannung mitgeteilt wird, die annähernd ihrer Arbeitsbelastung entspricht. Sodann wird die Stange in diesem Zustand vorzugsweise dadurch verpreßt, daß zementhaltige Flüssigkeit in den Raum innerhalb des den Gesteinbolzen umgebenden Lochs eingepumpt wird. Wenn dieses Material abgebunden hat, erhöht es die Bindung zwischen dem Anker und der Gebirgsformation für die Übertragung von Spannungen und bildet ferner einen Schutzschirm um den Anker herum. Das Vorspannen ist sehr wichtig, da der Anker dann auf das Gestein wirksam wird, ohne daß das Gestein verlagert werden muß, bevor der Anker in Wirkung tritt.

In besonderen weichen Gebirgsformationen ist es schwierig oder unmöglich, die Verankerungsvorrichtung fest genug zu setzen, damit die erforderliche Vorspannung in der Ankerstange entsteht. Die Weichheit des Gebirge ergibt keinen ausreichenden Widerstand gegen die Spreizkräfte der Verankerungsvorrichtung, was zur Folge hat, daß die Vorspannungsmöglichkeiten im weichen Gebirge stark begrenzt sind. Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren und ein Gebirgsanker, welche die Erzeugung einer Vorspannung in Ankern, die in sehr weichem Gebirge eingesetzt sind, durch die Anwendung einer Zweistufenverpressung ermöglicht. Der Anker wird in das Bohrloch in der Gebirgsformation eingesetzt und eine anfängliche zementhaltige Schlämmefüllung eingespritzt, durch welche die Verankerungsvorrichtung und ein kleiner innerer Teil der Böteenstange eingebettet werden. Diese Schlämmefüllung läßt man abbinden, wodurch die Verankerung des Ankers ausreichend verbessert wird, so daß das Vorspannen durchgeführt werden kann. Eine zweite Schlämmefüllung kann nach dem Vorspannen eingespritzt werden, oder es kann die Vorspannung durchgeführt werden, während die zweite Schlämmefüllung noch plastisch ist. Das Vorspannen hat eine ausreichende Dehnung der Ankerstange zuf Folge, so daß es nicht nach dem Abbinden der Zementschlämme durchgeführt werden soll. Wenn letzteres jedoch geschieht, führt dies zu eimern Bruch der Bindung zwischen der Stange und der Schlämme sowie

Verfahren zum zweistufigen Einbetonieren
von Gebirgsanker und ein Anker hierfür

Anmelder:

Chester J. Williams, Grand Rapids, Mich.
(V. St. A.)

Vertreter:

Dr.-Ing. H. Ruschke und Dipl.-Ing. H. Agular,

Patentanwälte, München 27, Pienzenauer Str. 2

Als Erfinder benannt:

Chester J. Williams,

Grand Rapids, Mich. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 11. Januar 1965
(424 656)

zu einer Zerstörung der Dichtungswirkung der Schlämme.

Um das zweite Einspritzen der Schlämme durchzuführen, müssen zwei verschiedene Wege vorgesehen werden, über welche die Schlämme fließen kann. Der erste dieser Wege muß notwendigerweise die volle Länge oder im wesentlichen die volle Länge der Ankerstange durchlaufen. Die zweite Füllung muß je- doch einem anderen Weg folgen, da die abgebundene Schlämme den weiteren Durchfluß durch den vollen anfänglichen Weg blockiert, sofern nicht die Füllung in die umgebende Gebirgsformation über den Anker hinaus herausgepreßt wird. Um den äußeren übrigen Teil der Ankerstange zu verpressen, muß ein seitlicher Kanal an einer Zwischenstelle der Länge der Ankerstange vorgesehen werden, welcher Kanal durch ein Ventil regelbar ist, das während der anfänglichen Verpressung geschlossen gehalten werden kann.

Nachfolgend wird die Erfindung in Verbindung mit den Zeichnungen näher beschrieben und zwar zeigt

F i g. 1 eine Schnittansicht eines in ein Bohrloch

in einer Gebirgsformation eingesetzten Ankers vor dem Einpressen von Zementschlämme,

Fig. 2 den Zustand des inneren Abschnitts des Gesteinsbolzens, nachdem die anfängliche Schlämmefüihang eingepreßt worden ist und der äußere Ab-

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schnitt des Ankers (einschließlich der Kupplung) her- durch die Öffnung 24 so zugeführt werden, daß sie ausgenommen worden ist, den Raum innerhalb des Bohrlochs 11 um den äuße-

F i g. 3 das erneute Zusammenkuppeln der Ab- ren Stangenabschnitt 13 herum einnimmt,
schnitte des Gebirgsankers in den in Fig. 1 gezeig- Die in Fig. 6 gezeigte Abänderungsform der Er-

ten Zustand, wobei jedoch der seitliche Kanal zur 5 findung umfaßt den äußeren und den inneren Stan-Aufnahme der zweiten Schlämmefüllung offen ist, genabschnitt 28 bzw. 29, die durch eine Kupplung30 welche in ihrer Lage gezeigt ist, miteinander verbunden sind. Bei allen diesen Aus-

F i g. 4 einen Schnitt nach der Ebene 4-4 in F i g. 1 führungsformen der Erfindung ist es vorzuziehen, daß in vergrößertem Maßstab,. ., die mit einem Gewinde versehene Länge der Enden

Fig. 5 einen Schnitt nach der Ebene 5-5 in Fig. 3, i° der Stangenabschnitte, die in die Kupplung einge-

F i g. 6 eine Schnittansicht einer abgeänderten er- schraubt werden, etwa die halbe Länge der Kupplung findungsgemäßen Ausführungsform in einem Zu- haben, so daß die Kupplung richtig auf den Gewindestand, der dem Einpressen der anfänglichen Schläm- enden zentriert sind, derart, daß der gleiche Gewindemefülmng entspricht,": eingriff mit beiden Stangenabschnitten besteht. Die

Fig. 7 eine Ansicht der in Fig. 6 gezeigten Ab- 15 Kupplung 30 ist mit zwei Öffnungen31 und 32 veränderungsform, wobei der äußere Stangenabschnitt sehen, die etwa den gleichen Abstand von den bezurückgedreht ist; um einen der seitlichen Austritts- nachbarten Enden der Stangenabschnitte 28 und 29 kanäle der Kupplung beizulegen, haben. Die Stangenabschnitte 28 und 29 sind rohr-

Fig. 8 eine weitere erfindungsgemäße Abände- förmig, und die Bedingungen der in Fig. 6 gezeigrungsform in einem vorbereiteten Zustand zur Auf- 20 ten Vorrichtung entsprechen denjenigen in Fig. 1 nähme der ersten Schlämmefüllung, in dem Sinne, daß sich die Anordnung in Bereitschaft

F i g. 9 eine weitere erfindungsgemäße Abände- für die Zufuhr der anfänglichen Schlämmefüllung berungsform im anfänglichen Zustand, findet. Nachdem diese durchgeführt worden ist, kann

Fig. 10 einen Sch'nitt" nach der Ebene 10-10 in der äußere Stangenabschnitt zurückgedreht werden, F i g. 9. 25 was zur Folge hat, daß entweder die Öffnung 31 oder

Der in F i g. 1 bis 3 allgemein mit 10 bezeichnete die Öffnung 32 (oder ein Teil beider Öffnungen) frei-Gebirgsanker ist in das Bohrloch 11 in der Gesteins- gelegt wird. Die Enden der Stangenabschnitte 28 und formation 12 eingesetzt gezeigt. Der Gebirgsanker 29 wirken daher als Ventile an Stelle des herausnehmumfaßt den äußeren^:Sta'ngenabschnitt 13, den inneren baren Stopfens 23, ohne daß der äußere Stangen-Stangenabschnitt 14, die Kupplung 15 und eine all- 3° abschnitt 28 und die Kupplung 30 aus dem Bohrloch gemein mit 16 bezeichnete Verankerungsvorrichtung. zur Verstellung herausgenommen werden müssen.
Sowohl der innere als auch der äußere Abschnitt 13 Nachdem der äußere Stangenabschnitt ausreichend

und 14 sind rohrförmig, ebenso wie die Kupplung 15. zurückgedreht worden ist, um eine Bewegung von Die durch den voll eingesetzten Gebirgsanker über- etwa 12 bis 13 mm axial entweder mit Bezug auf die tragenen Spannungen werden zuerst durch die Ab- 35 Kupplung 30 oder mit Bezug auf den inneren Stanstützplatte 17 aufgenommen, die gegen die Fläche 18 genabschnitt 29 herbeizuführen, kann der äußere der Gesteinsformation: anliegt, welche Belastung durch Stangenabschnitt von Schlämme entweder mit Wasser eine Mutter 19 und eine schräg geschnittene Unter- unter Druck oder durch Druckluft gereinigt werden, legscheibe 20 übertragen wird. Was auch immer der Fall ist, der Ausfluß findet durch

Die baulichen Einzelheiten der Kupplung 15 sind 40 die Öffnung 31 oder 32 (oder teilweise durch beide) in F i g. 4 und 5 gezeigt. Die Kupplung ist rohrförmig statt, worauf man die anfängliche Schlämmefülmng und vorzugsweise über ihre volle Länge mit einem abbinden läßt. Der Anker kann dann vorgespannt Gewinde versehen. Die Enden sind, wie bei 21 und 22 und anschließend ein zweites Einpressen von Zegezeigt, ausgesenkt, um den Eingriff mit den Endeii mentschlämme vorgenommen werden, welche dann der Stangenabschnittel3und 14 zu erleichtern. Ein 45 durch die Bohrung 31 und/oder 32 ausfließt. Die Schraubstopfen 23 ist'in die seitliche Bohrung 24 ein- Länge der Kupplung 30 soll so sein, daß ein angeschraubbar, die einen Kanal für den Durchfluß von messener Gewindeeingriff zwischen dem Ende 28 Schlämme während der zweiten Verpressung bildet. oder 29 und der Kupplung für eine volle Spannungs-Der herausnehmbare Stopfen 23 dient als Ventil und übertragung in zurückgeschraubtem Zustand der Anwird während der Zeit herausgenommen, während 50 Ordnung besteht.-

welcher der äußere -Stangenabschnitt 13 (zusammen Ein Gummiring 33 wird auf den inneren Stangen-

mit der Kupplung l5)'-Vorn Bohrloch in der Gesteins- abschnitt 29 aufgesetzt, um das Verpressen zu erleichformation, wie in Fi g* 2- gezeigt, herausgenommen tern, wenn das Bohrloch in der Gesteinsfonnation sind. Eine Stellschraube^ ist an einer Stelle vor- sich von der Stelle nach oben erstreckt, von welcher gesehen, an welcher sie- normalerweise am Ende 13 55 aus der Anker eingesetzt wird. Der Ring 33 wirkt als des äußeren Stangenabschnittes anliegt, -um sicher- Sperre, die leicht gegen die Wand des Bohrlochs im zustellen, daß die Kupplung 15 mit Bezug auf den Gestein anliegt und das Bestreben hat, die anfängäußeren Stangenabschnitt drehfest bleibt, statt auf liehe Schlämmefüllung so zu begrenzen, daß sie den dem inneren Stangenabschnitt 14 zu bleiben. Die inneren Abschnitt 29 und die Verankerungsvorrichregelbare seitliche Aüstrittsöffnung, welche durch die 60 rung umgibt.

Öffnung 24 und das St'opfenventil 23 gebildet wird, In F i g. 8 ist eine abgeänderte Ausführungsform

ermöglicht die Zufuhr einer anfänglichen Schlämme- der Erfindung dargestellt, bei welcher der äußere füllung 26, wie in Fi g. 2 gezeigt. Nachdem diese ab- Stangenabschnitt-34 mit dem inneren Stangengebunden hat, kann der äußere Abschnitt der Stange abschnitt 35 durch die Kupplung 36 verbunden ist. zusammen mit der Kupplung herausgezogen werden; 65 Die voneinander im Abstand befindlichen Seitenöffso daß der Stopfen 23 herausgenommen werden kann. nungen 37 und 38 haben die gleiche Aufgabe wie die Wenn die Kupplung wieder angeschlossen ist, wie in Bohrungen 31 und 32 in F i g. 6 und 7. Zwei Kugeln Fig. 3 gezeigt, kann; die zweite Schlämmefüllung27 39 und 40 sind als ■ Widerlager zur Übertragung der

Axialkräfte zwischen den Enden der Stangenabschnitte 34 und 35 vorgesehen, um die Verklemmung, die sich aus dem hohen Drehmoment ergibt, das beim Spreizen der Verankerungsvorrichtung ausgeübt wird, auf ein Mindestmaß herabzusetzen. Bei 5 dieser Anordnung kann der äußere Stangenabschnitt mit einer geringstmöglichen Gefahr zurückgedreht werden, daß der innere Stangenabschnitt 35 aus der Verankerungsvorrichtung herausgeschraubt wird. Es werden zwei Kugeln 39 und 40 bevorzugt gegenüber einer einzigen Kugel verwendet, um die Gefahr herabzusetzen, daß eine einzige Kugel eine Stellung auf der Achse der Stangenabschnitte 34 und 35 einnimmt, in der sie als Kugelventil wirkt und dadurch der Schlämmefluß zum inneren Stangenabschnitt blökkiert wird. Um zu verhindern, daß diese gleiche Kugelventilwirkung die Auslaßöffnungen 37 und 38 blockiert, ist es zweckmäßig, daß diese Öffnungen einen etwa größeren Durchmesser als die Kugeln 39 und 40 haben. so

In F i g. 9 und 10 ist eine weitere Abänderungsform der Erfindung dargestellt, bei welcher eine einzige Kugel 41 zwischen den Enden 42 und 43 des äußeren und des inneren Abschnitts vorgesehen ist. Die Kupplung 44 ist den Kupplungen 30 und 36 ahnlieh und ist mit zwei Öffnungen 45 und 46 versehen. Um zu verhindern, daß die einzige Kugel 41 die Mittelöffnung 47 im inneren Stangenabschnitt 43 verschließt, ist ein Blattfederstreifen 48 in eine Stellung eingesetzt, in der er die Kugel 41 in eine exzentrische Stellung belastet. Sowohl die Kugeln 41 als auch die Kugeln 39 bis 40 sollen aus gehärtetem Stahl sein, um einem sehr hohen Enddruck standhalten zu können, der durch das Spreizen der Verankerungsvorrichtung erzeugt wird.

Claims (13)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Einbetonieren eines Gebirgsankers durch Einsetzen eines Gebirgsankers in ein Bohrloch und Füllen des letzteren mit Zementschlämme, dadurch gekennzeichnet, daß eine rohrförmige Ankerstange zusammengebaut wird, die mindestens zwei Abschnitte aufweist, welche durch eine rohrförmige Kupplung, die etwa in der Mitte ihrer Länge mit mindestens einer Öffnung versehen ist, verbunden werden und am inneren Abschnitt eine Verankerungsvorrichtung befestigt ist, die zusammengebaute Ankerstange in ein Bohrloch in einer Gebirgsformation bei blockierter Öffnung der Kupplung eingesetzt wird, eine vorläufige Schlämmefüllung in das Bohrloch über die Ankerstange eingepreßt wird, der äußere Abschnitt der Schlämme freigemacht wird und man die innere Schlämmefüllung abbinden läßt, die öffnung der Kupplung geöffnet wird und eine zweite Schlämmefullung durch die Kupplungsöffnung über den äußeren Abschnitt eingepreßt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungsöffnung mit einem Schraubenstopfen blockiert wird und der äußere Stangenabschnitt und die Kupplung aus dem Bohrloch in der Gebirgsformation zum Entfernen des Stopfens vor dem Einspritzen der zweiten Schlämmefüllung herausgenommen werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ende von mindestens einer der Stangenabschnitte anfänglich über der Kupplungsöffnung angeordnet wird, um diese zu blockieren, und dieser Abschnitt teilweise aus der Kupplung herausgeschraubt wird, um einen Durchfluß durch die Kupplungsöffnung vor dem zweiten Einpressen der Schlämme zu ermöglichen.

4. Gebirgsanker mit einer rohrförmigen Ankerstange und einer Verankerungsvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die rohrförmige Ankerstange mindestens einen inneren und einen äußeren Abschnitt aufweist, eine rohrförmige Kupplung Gewindeeingriff mit diesen Stangenabschnitten hat und mindestens eine Öffnung in ihrer Wand an einer Stelle etwa in der Mitte ihrer Länge besitzt, die Verankerungsvorrichtung an dem inneren Ende des inneren Stangenabschnittes befestigt ist, und ein Ventilelement zum Schließen und Öffnen der Kupplungsöffnung.

5. Anker nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Stangenabschnitt mit einem Ring aus einem biegsamen Material versehen ist, der als Sperre wirkt, um zu verhindern, daß Schlämme längs der Außenseite der Ankerstange fließt.

6. Anker nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil ein Schraubstopfen ist.

7. Anker nach Anspruch 4 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil der Endteil von mindestens einem der Stangenabschnitte ist.

8. Anker nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplung zwei Öffnungen aufweist und Mittel für das Zentrieren der Enden der Stangenabschnitte in der Kupplung an einer Stelle zwischen den beiden Öffnungen vorgesehen sind.

9. Anker nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Kugel zwischen den Enden der Stangenabschnitte in der Kupplung angeordnet ist.

10. Anker nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch Mittel zum Halten der Kugel in einer exzentrischen Stellung.

11. Anker nach den Ansprüchen 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Kugeln zwischen den Enden der Stangenabschnitte in der Kupplung angeordnet sind.

12. Anker nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugeln einen geringeren Durchmesser haben als die Kupplungsöffnung.

13. Anker nach einem der Ansprüche 4 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der regelbare in der Mitte befindliche seitliche Kanal zum Austritt der Schlämme in der Kupplung vorgesehen ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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