DE1759338C3 - Verfahren zum Herstellen eines Verpreßankers und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines Verpreßankers mit mindestens einem Verpreßkörper, wobei ein mit einem Zugglied verbundenes Injektionsrohr in ein vorbereitetes Bohrloch eingeführt wird, sodann ein als Hülle ausgebildeter Packer mit Füllung eingebracht wird und anschließend durch Injektion von erhärtbarem, dünnflüssigem Mörtel oder Zement im Bohrloch unter gleichzeitigem Entweichen der von dem Injektionsmaterial verdrängten, im Bohrloch befindlichen Luft oder des Wassers durch eine Entlüftung der Verankerungslänge gebildet wird. Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens.

Aus der CH-FS 427 667 ist ein solches Verfahren

zum Herstellen eines Verpreßankers bekannt, wobei ein mit einem Zugglied verbundenes Injektionsrohr in ein vorbereitetes Bohrloch eingeführt wird; sodann wird ein als Hülle ausgebildeter Packer eingesetzt, der S unter Druck eine Füllung erhält; schließlich wird die eigentliche Injektion zur Bildung des Verpreßkörpers durchgeführt, wobei gleichzeitig die im Bohrloch befindliche Luft oder das hierin enthaltene Wasser durch eine Entlüftung in dem Maße entweicht, in dem die

ίο Verdrängung durch das Injektionsmaterial erfolgt Im einzelnen wird hier folgendermaßen vorgegangen. Das Bohrloch wird mit Hilfe eines Spezialbohrwerkzeuges, welches im Durchmesser veränderlich ist, durchgeführt, so daß das Bohrloch aus aufeinanderfolgenden Ab-

■ S schnitten mit großem und kleinem Durchmesser besteht Der Packer, der mit dem Einführen des Injektionsrohres und des Zugglieds eingesetzt wird, besteht aus einer wasserundurchlässigen Hülle, die an ihren beiden Enden wasserdicht an einem zusätzlichen Rohr angeschlossen wird, welches das Injektionsrohr sowie das Zugglied mit Abstand umgibt Zwischen diesem Rohr und dem Injektionsrohr wird sodann eine Vergußmasse eingebracht Die Packerhülle als solche erhält eine Wasserfüllung unter Druck, so daß sie sich an

2s der Bohrlochwand anlegt Zum Füllen dieses Packers sind zwei besondere Rohre erforderlich, und zwar ein Rohr zum Einleiten des Wassers und ein anderes Rohr zum Ableiten der in der Packerhülle enthaltenen Luft. Nach Anbringen dieses Packers wird die Injektion durchgeführt Da das Injektionsrohr auf seiner Länge keinerlei Austrittsöffnungen oder Ventile besitzt, sondern am unteren Ende offen ist, wird das Injektionsmaterial durch das Injektionsrohr gedrückt, tritt am unteren Ende aus und füllt anschließend den gesamten unteren freien Raum des Bohrlochs bis zum Packer aus, wobei das Injektionsmaterial einem gewissen Druck ausgesetzt werden kann, der aber unterhalb des Innendrucks in der Packerhülle sein muß. Zum Entlüften bzw. zum Ableiten des im Bohrloch vorhandenen Wassers ist ein weiteres Rohr vorgesehen, weiches im Bereich unterhalb des Packers endet.

Als nachteilig ist zunächst einmal die verhältnismäßig komplizierte Konstruktion zum Anbringen des Pakkers anzusehen, insbesondere weil außer dem eigentlichen Injektionsrohr noch drei weitere separate Rohre erforderlich sind. Des weiteren ist von Nachteil, daß der Packer eine besondere Füllung, vorzugsweise eine Wasserfüllung, unter Druck erhält. Außerdem muß zum Entlüften eines der vorgenannten Rohre verwendet werden, welches aber wirkungslos werden könnte, weil aufschwimmende Zuschlagstoffteile in das Rohr gelangen und dieses zusetzen können. Der wesentlichste Nachteil besteht jedoch darin, daß das Injektionsrohr nach dem Injizieren mit Injektionsmaterial gefüllt

ss bleibt, das erhärtet und so ein späteres eventuelles Nachinjizieren völlig ausschließt

Des weiteren ist aus der FR-PS 986 619 ein Injektionirohr bekannt, in welches ein Injektionsröhrchen mit Doppelkolben einschiebbar ist Das Injektionsrohr

to besitzt außerdem mehrere mit Abstand voneinander angeordnete Einwegventile, so daß das Injizieren stufenweise nacheinander ausgeführt werden kann. Es ist hier jedoch kein Packer vorgesehen, so daß das Injizieren praktisch drucklos, d. h. nur unter Anfüllen des z>lindrischen Raumes zwischen Bohrlochwand und Injektionsrohr, erfolgt Auch von einem Nachinjizieren kann hier keine Rede sein.

ipnniwr Hc^vt der Eriindun⁰ die Aufgabe zu-

gründe, einen VerpreBanker zu schaffen, bei dem der Verpreßkörper entsprechend dem Aufbau der Bodenschichten an beliebigen Stellen gebildet werden kann und bei dem es möglich ist, zu beliebigen Zeitpunkten den Verpreßkörper nachzuinjizieren.

Ausgehend von dem eingangs erläuterten Verfahren wird die gestellte Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß als Packer eine Hülle verwendet wird, die wasserdurchlässig ist, daß die Füllung des Packers aus zu Beton erhärtendem Zementbrei besteht, daß nach dem Erhärten des in der Bohrung verbleibenden Pakkers das Injizieren durch Einwegventile erfolgt, daß die durch das Injektionsmaterial verdrängte Luft und das in der Bohrung befindliche Wasser durch ein als Filter ausgebildetes Ventil entweichen, daß die Injektion unter Verwendung eines an sich bekannten Injektionsröhrchens mit Doppelkolben erfolgt, daß, nachdem die V« juikerungslänge injiziert ist, der Bereich der freien Ankerlänge mit Zement verpreßt wird und Jaß das Injektionsrohr offenbleibt

Die Wasserdurchlässigkeit der Hülle bringt den wesentlichen Vorteil mit sich, daß ein großer Teil des Wassers aus dem als Füllung des Packers dienenden Zementbrei nach außen entweichen kann, während der Zement in der Hülle zurückgehalten wird. Dadurch bindet der Packer verhältnismäßig schnell ab und bildet einen festen drucksicheren Verschluß. Durch das stufenweise Injizieren durch die Einwegventile kann der Injektionsdruck unterschiedlich gewählt und leicht den betreffenden Bodenformationen angepaßt werden. Dadurch, daß der Packer im Bohrloch verbleibt und das Injektionsrohr nach jedem Injektionsvorgang ständig offenbleibt, ist es möglich, jederzeit an beliebiger Stelle den oder die Verpreßkörper nachzuinjizieren. Es hat sich in der Praxis erwiesen, daß es keinerlei Schwierigkeit bedeutet, den abgebundenen Zement außerhalb der Einwegventile durch Druck aufzubrechen und den Nachinjiziervorgang durchzuführen. Das als Filter ausgebildete Ventil läßt nur Wasser oder Luft hindurch, hält aber alle Feststoffe zurück, so daß auch keine Gefahr der Verstopfung der Entlüftung gegeben ist

Zum Durchführen des vorgenannten Verfahrens wird erfindungsgemäß eine Vorrichtung vorgeschlagen, die durch die Kombination folgender zum Teil an sich bekannter Merkmale gekennzeichnet ist:

a) ein mit dem Zugglied verbundenes Injektionsrohr, welches mehrere mit Abstand voneinander angeordnete Einwegventile aufweist,

b) ein in das Injektionsrohr einschiebbares Injektionsröhrchen mit Doppelkolben, welches nach so dem Injizieren herausziehbar ist, so daß das Injektionsrohr offenbleibt,

c) mindestens einen das Injektionsrohr umgebenden Packer, welcher als wasserdurchlässige Hülle ausgebildet und mit einer zu Beton erhärtenden FuI-lung aus Zementbrei versehen ist und im Bohrloch verbleibt,

d) mindestens ein ebenfalls im Injektionsrohr angeordnetes, als Filter ausgebildetes Einwegventil.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Verpreßankers nach der Erfindung im Schema dargestellt, und zwar zeigt

F i g. 1 einen Vertikalschnitt einer Ausführungsform eines Verpreßankers,

Fig. 2 einen Querschnitt zu Fig. 1,

Fig.3 eine perspektivische Darstellung eines Einwegventils,

F i g. 4 eine perspektivische Darstellung eines als Fil

ter ausgebildeten Ventils,

Fig.5 einen Vertikalschnitt einer anderen Ausführungsform eines Verpreßankers mit zwei unter Abstand voneinander vorgesehenen Verpreßkörpern und

Fig.6 einen Vertikalschnitt einer anderen Ausführungsiorm eines Verpreßankers mit einem stabförmigen Zugglied.

Nach der Herstellung des Bohrlochs i führt man in den Boden eine Vorrichtung ein, die das eigentliche Zugglied 2 aufweist, welches selbst wiederum gemäß F i g. 1 aus Drahtseilen 3 besteht Diese Drahtseile 3 umgeben ein starres Mittelrohr gleicher Länge, welches das Injektionsrohr 4 darstellt Dieses Injektionsrohr 4 besteht aus einem Werkstoff, der den angewendeten Injektii jdrücken zu widerstehen vermag und dennoch nachgiebig genug ist um sich Verformungen des Bohrlochs 1 anpassen zu können.

Die freie Ankerlänge 5 ist mit einer nichthaftenden Schutzhülle 6 versehen, die frei gleiten kann. Diese Schutzhülle 6 ist an ihrem unteren Ende mit einer Öffnung 7 ausgestattet, gegenüber welcher das Injektionsrohr 4 eine nicht dargestellte Durchtrittsöffnung aufweist Zu dieser öffnung 7 und der Durchtrittsöffnung des Injektionsrohres 4 ist ein Einwegventil U nach der in F i g. 3 dargestellten Art angeordnet

In der Verankerungslänge 8 des Zugglieds 2 sind die Drahtseile 3 gemäß F i g. 1 und 5 mit Hilfe von in gleichmäßigem Abstand voneinander angeordneten Spreizern 10 zickzackartig nach außen gespreizt, wie z. B. bei Bezugszeichen 9 zu ersehen ist Hierdurch wird gegebenenfalls eingebrochene Erde zurückgehalten. Jeweils zwischen den aufeinanderfolgenden Spreizstellen weist das Injektionsrohr 4 öffnungen auf, die mit den weiter unten erläuterten Einwegventilen 11, 12 und 13 gemäß F i g. 3 bzw. 4 versehen sind.

Im mittleren Bereich 14 ist ein Packer vorgesehen, welcher eine ausdehnbare und wasserdurchlässige Hülle 15 aufweist die sich an die Schutzhülle 6 anschließt und an ihrem oberen Ende mittels eines Kragens 16 auf der Schutzhülle 6 festgespannt ist Die Hülle 15 ist an ihrem unteren Ende durch einen weiteren Kragen 17 auf das Zugglied 2 festgespannt Auch im mittleren Bereich 14 ist das Injektionsrohr 4 mit einer nicht dargestellten Durchtrittsöffnung versehen, die ebenfalls mit einem Einwegventil gemäß F i g. 3 ausgestattet ist.

Fig.2 zeigt einen Teilquerschnitt zu Fig. 1, beispielsweise an der Stelle 9 in Höhe eines Abspreizers 10. Man erkennt die Drahtseile 3 des Zugglieds 2, das Injektionsrohr 4 und den Spreizer 10. wobei das Ganze von der Wand des Bohrlochs 1 umgeben ist Man erkennt weiterhin, daß zwischen dem Injektionsrohr 4 und den Drahtseilen 3, ebenso wie zwischen den einzelnen Drahtseilen 3, ein Zwischenraum vorhanden ist.

Fig.3 zeigt in einer perspektivischen Darstellung ein Ausführungsbeispiel eines Einwegventils 11 bzw. 12 gemäß Fig. 1. Jedes Einwegventil 11, 12 besteht aus einer Manschette 23 (F i g. 3), die aus einem elastischen, halbstarren Material, wie etwa verstärktem Gummi, hergestellt ist und das Injektionsrohr 4 umgibt. Die Manschette 23 umgibt eine oder mehrere öffnungen des Injektionsrohres 4 und wird von zwei Halteringen 20 an Ort und Stelle festgehalten. Infolge dieser Bauart muß der Zementbrei in Richtung der Pfeile 21 entweder «.ti den Drahtseilen 3 hin, die gemäß der Darstellung an der Stelle 9 in Abstand voneinander angeordnet sind (im Fall der F i g. 1 und 5), oder zum Stahlstab (im Fall der F i g. 6) fließen.

F i g. 4 zeigt eine perspektivische Darstellung eines

Ausführungsbeispiels eines als Filter ausgebildeten Einwegventils 13 (F i g. 1, 5 und 6), das sich von den Einwegventilen 11,12 (F i g. 3) durch seine Funktion unterscheidet, und zwar etwa wie ein Feinfilter wirkt, welches das im Bohrloch 1 vorhandene Wasser, nicht aber den Zementbrei in Richtung nach dem ebenfalls mit öffnungen versehenen Injektionsrohr 4 hindurchtreten läßt. Dieses Einwegventil 13 besteht beispielsweise aus einer Manschette 22, die in Höhe einer oder mehrerer entsprechender öffnungen des Injektionsrohres 4 angeordnet ist und aus gesiebten Sandkörnern besteht, weiche mit einem Kunstharz umkleidet sind.

F i g. 5 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel eines Verpreßankers mit zwei Verpreßkörpern. wobei für gleiche Teile sinngemäß die gleichen Bezugszeichen wie in F i g. 1 verwendet sind. Die Verpreßkörper sind in zwei günstigen Verankerungszonen 8a, 8fc vorgesehen, während eine Injektion der Mittelzone 19 vermieden wird.

F i g. 6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Verpreßankers, bei dem das Zugglied 2 nicht aus Drahtseilen 3, sondern aus einem Stahlstab besteht. In diesem Fall liegt das Injektionsrohr 4 gegen den Stahlstab an, der mit einer verlorenen Spitze versehen sein kann. Ansonsten sind in F i g. 6 für gleiche Teile die gleichen Bezugszeichen wie in F i g. 1 und 5 sinngemäß verwendet Die ausdehnbare Hülle 15 des Packers umgibt das Injektionsrohr 4 und den Stahlstab, wobei sie auf diesen beiden Teilen mit Kragen 24 festgespannt ist Zum besseren Abdichten kann man an den beiden Spannstellen zusätzlich eine Dichtungsmasse einbringen.

Anwendung und Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist im wesentlichen folgende. Zunächst wird die aus Zugglied 2 und Injektionsrohr 4 bestehende Einheit in das vorbereitete Bohrloch 1 eingeführt. Sodann schiebt man in das Injektionsrohr 4 ein im einzelnen nicht gezeichnetes Injektionsröhrchen mit Doppelkolben ein, und zwar zu Beginn bis in Höhe des Bereiches 14, so daß die beiden abdichtenden Kolben beiderseits einer oder mehrere öffnungen des Injektionsrohres 4 zu liegen kommen. Nun injiziert man Zementbrei unter Druck durch das Injektionsröhrchen, so daß der Zementbrei zwischen den beiden Kolben aus dem Injektionsröhrchen zunächst in das Injektionsrohr 4 und von dort aus durch eine oder mehrere öffnungen in die ausdehnbare Hülle 15 des Packers eintritt Dadurch wird die ausdehnbare Hülle 15 gegen die Bohrlochwand gepreßt Der Zementbrei im Innern der Hülle 15 bildet nach dem Erhärten einen vollkommen dichten Verschluß zwischen den Bereichen 5 und 8 des Bohrloches. Da die Hülle 15 des Packers permeabel ist und das Wasser des Zementbreies durchtreten läßt, so daß eine Entwässerung des injizierten Zementbreis stattfindet, erhärtet der Zementbrei sehr schnell innerhalb von wenigen Minuten.

Danach führt man das Injektionsröhrchen mit Doppelkolben weiter nach unten bis in Höhe des Loches des untersten Einwegventils 12 und beginnt wieder zu injizieren. Der injizierte Zementbrei füllt zunächst den Bereich zwischen den Drahtseilen 3 und dem Injektionsrohr 4 (s. F i g. 2) und sodann den Raum zwischen den Drahtseilen 3 und der Bohrlochwand aus. Man kann daher sicher sein, daß jedes der Drahtseile 3 bzw. im Fall der F i g. 6 der ganze Stahlstab trotz aller Störungen im Erdreich ganz mit Zementbrei umhüllt wird. Der Zementbrei steigt dann nach oben und füllt den gesamten Raum im Bereich der Verankerungslänge 8 des Bohrlochs 1 aus, wobei er das im Bohrloch 1 befindliche Wasser austreibt, das durch das vorbeschriebene Einwegventil 13 gefiltert nach dem Innern des Injektionsrohres 4 hin austreten kann. Dieses als Filter wirkende Einwegventil 13 läßt wie erläutert nur Wasser hindurchtreten und versperrt dem Zementbrei den Durchtritt
Die Injektion wird dann von unten nach oben forlschreitend, d. h. schrittweise gegenüber jedem der Einwegventile U, wiederholt, bis man zum obersten Einwegventil 11 gelangt. Man kann dann sicher sein, daß das Zugglied 2 über seine ganze Länge und auf seinen ganzen Umfang mit Zementbrei umhüllt sind.

Der beim Injizieren angewendete Druck reicht aus, um den Zementbrei energisch gegen die Bohrlochwand zu drücken und gegebenenfalls in die Bohrlochwand einzutreiben. Diesen erheblichen Injektionsdruck kann man anwenden, weil der sichere Verschluß des Packers verhindert daß der Zementbrei am Zugglied 2 entlang aufsteigt, d. h, es wird verhindert, daß nur eine Art Nadel oder Pfahl entsteht

Falls der angewendete Injektionsdruck nicht ausgereicht hat, kann man, so oft es erforderlich ist, die Injektionen wiederholen, weil der Packer mit seiner aus Beton erhärtenden Füllung 18 aus Zementbrei im Bohrloch 1 verblieben ist und weil das Injektionsröhrchen mit Doppelkolben nach jedem Injektionsvorgang aus dem Injektionsrohr 4 herausziehbar ist, so daß das Injektionsrohr 4 offenbleibt. Durch das Nachinjizieren wird erreicht daß der um die Verankerungslänge befindliche Teil des Bodens behandelt werden kann, daß man diesem Boden also die gewünschten Eigenschaften verleihen kann. Daß das Injektionsrohr 4 nach dem Herausziehen des Injektionsröhrchens mit Doppelkolben tatsächlich offenbleibt bewirken auch die Einwegventile 11 bis 13.

Zum Schluß wird, nachdem die Verankerungslänge 8 gemäß F i g. 1 und 6 bzw. 8a und 9b gemäß F i g. 5 injiziert ist der Bereich der freien Ankerlänge 5 mit Zement verpreßt d. h, es wird ohne Druck durch die öffnung 7 ein Zementbrei injiziert, der diesen Bereich des Bohrlochs 1 ausfüllt und das Zugglied 2 vor Rost schützt Dieser zwischen der betreffenden Verankerungslänge 5 und der Erdoberfläche liegende Bereich ist keiner Zug- oder Druckkraft unterworfen und kann sogar abgetragen werden, ohne daß darunter die Haltbarkeit des VerpreBankers leidet.
Im Fall der Fi g. 5 ist unter der Verankerungslänge 8a eine Mittelzone 19 vorhanden, die man nicht injizieren wifl oder kann, weil sie beispielsweise einen Hohlraum od. dgl aufweist. Man muß dann nur diese Mittelzone 19 durch entsprechende Packer beiderseits verschließen. Auf diese Weise kann man die beiden Verankerungslängen Sa und 86 gemeinsam zur Wirkung bringen.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen eines Verpreßankers mit mindestens einem Verpreßkörper, wobei ein mit einem Zugglied verbundenes Injektionsrohr in ein vorbereitetes Bohrloch eingeführt wird, sodann ein

, als Hülle ausgebildeter Packer mit Füllung eingebracht wird und anschließend durch Injektion von erhärtbarem, dünnflüssigem Mörtel oder Zement in das Bohrloch unter gleichzeitigem Entweichen der von dem Injektionsmaterial verdrängten, im Bohrloch befindlichen Luft oder des Wassers durch eine Entlüftung der Verankerungslänge gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß als Packer eine Hülle (15) verwendet wird, die wasserdurchlässig ist, daß die Füllung (18) des Packers aus zu Beton erhärtendem Zementbrei besteht, daß nach dem Erhärten des im Bohrloch verbleibenden Packers das Injizieren durch Einwegventile (U, 12, 13) erfolgt, daß die durch das Injektionsmaterial verdrängte Luft und das in der Bohrung befindliche Wasser durch ein als Filter ausgebildetes Ventil (13) entweichen, daß die Injektion unter Verwendung eines an sich bekannten Injektionsröhrchens mit Doppelkolben erfolgt, daß, nachdem die Verankerungslänge (8, 8a, 8A) injiziert ist, der Bereich der freien Ankerlänge (5) mit Zement verpreßt wird und daß das Injektionsrohr (4) offenbleibt

2. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Kombination folgender zum Teil an sich bekannter Merkmale:

a) ein mit dem Zugglied (3) verbundenes Injektionsrohr (4), welches mehrere mit Abstand voneinander angeordnete Einwegventile (11, 12) besitzt,

b) ein in das Injektionsrohr (4) einschiebbares Injektionsröhrchen mit Doppelkolben, welches nach dem Injizieren herausziehbar ist, so daß das Injektionsrohr (4) offenbleibt,

c) mindestens einen das Injektionsrohr umgebenden Packer, welcher als wasserdurchlässige Hülle (15) ausgebildet und mit einer zu Beton erhärtenden Füllung (18) aus Zementbrei versehen ist und im Bohrloch (1) verbleibt,

d) mindestens ein ebenfalls im Injektionsrohr angeordnetes, als Filter ausgebildetes Einwegventil (13).