DE2734633A1

DE2734633A1 - Ankervorrichtung

Info

Publication number: DE2734633A1
Application number: DE19772734633
Authority: DE
Inventors: Robert Landles Wight Beveridge
Original assignee: Imperial Chemical Industries Ltd
Current assignee: Imperial Chemical Industries Ltd
Priority date: 1976-08-13
Filing date: 1977-08-01
Publication date: 1978-02-16
Also published as: FR2361564A1; GB1524469A; AU2701277A; BE857592A; NO772467L; CA1066540A; AU505413B2; ES461580A1

Description

TlEDTKE - BOHLING - KlNrfE -

Dipl.-Chem. Bühling Dipl.-lng. Kinne

<r 2734633 ^DlpL"^lng·^Grupe

J - Bavarlaring 4, Postfach 20 24

8000 München 2

Tel.:(089)53 96 53-56

Telex: 5 24 845tipat

cable. Germaniapatent München 1. August 1977 B 8339 / ICI case N. 29006

IMPERIAL CHEMICAL INDUSTRIES LIMITED London, Großbritannien

Ankervorrichtung

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Bank (München) Kto. 3BM 644 Postsctrack (München) Kto. 670-4M04

Die Erfindung bezieht sich auf eine Ankervorrichtung zum Einbetten in ein Bohrloch in hartem Material, wobei die Ankervorrichtung für eine Verstärkung sorgen oder eine Verankerung bilden soll. Ferner bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zum Verstärken harten Materials, ein Verfahren zur Ausbildung einer Verankerung in hartem Material und auf hartes Material, in dem in ein Bohrloch im harten Material eine Ankervorrichtung eingebettet ist.

Das Einbetten von Ankern, beispielsweise Verstärkungsankern oder Ankerbolzen, in hartes Material, beispielsweise in hartes Gestein, ist bekannt und beispielsweise in der GB-PS 953 056 und der GB-PS 1 408 366 beschrieben. Im Allgemeinen besteht das Verfahren beim Einbetten eines Ankers darin, daß in das Material ein Bohrloch gebohrt wird, das bezüglich des Ankers Übermaß hat, und daß der Anker und eine diesen umgebende Lage aus einer aushärtbaren Füll- und Bindematerialmischung in das Bohrloch eingebracht werden, so daß beim Aushärten der Füll- und Bindematerialmischung der Anker mit der Wand des Bohrlochs verbunden wird. Der Anker kann innerhalb des Bohrlochs enden, oder er kann aus der Öffnung des Bohrlochs hinausragen und mit Befestigungsmitteln zum Anbringen anderer Elemente oder zum Andrücken einer Druckplatte gegen das Material an der Öffnung des Bohrlochs versehen sein. Der Anker weist an seinem Einführende vorzugsweise einen aufgeweiteten konischen Abschnitt auf, der als Keil auf das Füll- und Bindematerial wirkt, wenn der Anker auf Zug beansprucht wird, wodurch die Haltekraft der Einbettung erhöht wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte,

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ein aufgeweitetes Ende aufweisende Ankervorrichtung zum Einbetten in einem Bohrloch zu schaffen, die schnell und einfach aus gewöhnlichem Ankermaterial hergestellt werden kann.

Ferner liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zum Verstärken harten Materials und ein verbessertes Verfahren zur Ausbildung einer Verankerung in hartem Material zu schaffen.

Die Aufgabe wird hinsichtlich der Ankervorrichtung zum Einbetten in ein Bohrloch erfindungsgemäß gelöst durch einen Anker mit einem Keilelement, das in einer am Einführende des Ankers ausgebildeten öffnung sitzt, so daß ein Abschnitt am Ende des Ankers radial verdickt und nach außen aufgeweitet ist.

Wenn der Anker mit Hilfe einer ausgehärteten Füll- und Bindematerxalmischung im Bohrloch eingebettet ist und dann unter Zugbeanspruchung gesetzt wird, und zwar entweder durch eine am Ankerende an der öffnung des Bohrlochs aufgebrachte Last oder durch Verformungen und Bewegungen des angrenzenden Gesteins, wird das Füll- und Bindematerial im Bereich des aufgeweiteten Endabschnitts des Ankers zusammengdrückt, so daß dadurch dessen Haltekraft erhöht wird.

Vorzugsweise ist vorgesehen, daß der Anker in zumindest einer Ebene vom Einführende aus aufgespalten ist und daß das Keilelement in den Spalt eingesetzt ist und die Segmente des Endabschnitts gespreizt hält. Zweckmäßigerweise ist der Endabschnitt entlang einer Längsmittelebene ge-

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spalten und sitzt das Keilelement im Spalt, so daß es die Segmente auseinanderhält. Vorzugsweise sitzt das Keilelement im Spalt so, daß es an Stellen an den Endsegmenten angreift, die Abstand vom Ende des Ankers haben, so daß ein Oberflächenabschnitt zumindest eines Endsegmentes zwischen der Angriffsstelle und dem freien Ende des Ankers unbehindert nach innen gebogen werden kann, wenn auf den Anker von außen Druck ausgeübt wird. Diese Anordnung des Keilelementes führt zu einem äußerst wichtigen praktischen Vorteil, wenn der Anker in Gestein eingebettet ist, das nach dem Aushärten des Füll- und Bindematerials plastischen Verformungen unterliegt. Wenn bei einem herkömmlichen Anker, der an seinem Einführende aufgeweitet ist, die Zugbeanspruchung allmählich zunimmt, bricht der Anker schließlich. Beim erfindungsgemäßen Anker mit zumindest einem flexiblen Endsegment dagegen wird die Zugkraft im Anker bei einem bestimmten Grenzwert teilweise abgebaut, ohne daß der Anker bricht und während er weiterhin vom Füll- und Bindematerial eingebettet gehalten wird. Die erfindungsgemäße Ankervorrichtung kann mehrere aufeinanderfolgende Zyklen der Lastzunahme und des teilweisen Lastabbaus aushalten, so daß die Verstärkungswirkung des Ankers auch bei erheblicher Bewegung der umgebenden Gesteinsschichten bestehen bleibt.

Zweckmäßigerweise ist das Keilelement als im wesentlichen flache, steife Platte ausgebildet, deren zwei Hauptflächen parallel zueinander verlaufen oder in Richtung des Einsetzens in das Ankerende konvergieren. Vorzugsweise ist die vordere Kante des Keilelementes als Schneide ausgebildet, wodurch das Einsetzen des Keilelementes in das Ankerende erleichtert wird. Wenn die Anker aus Holz

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oder Kunststoffmaterial bestehen, kann vorzugsweise ein mit einer Schneide versehenes Keilelement aus Metall, beispielsweise aus Stahl, einfach in das Ende eines Stücks Ankermaterial eingetrieben werden, so daß dieses Ende gespalten und aufgeweitet wird und das Keilelement dadurch bereits im Ankerende angeordnet ist. Das Spalten und Aufweiten des Ankerendes und das Einsetzen des Keilelementes erfolgt dabei in einem einzigen schnellen Vorgang.

Das Keilelement ragt vorzugsweise über die seitliche Oberfläche des Ankers hinaus, so daß zumindest ein vorstehender Abschnitt des Keilelementes das Mischen der Füll- und Bindematerialmischung unterstützt, wenn die Ankervorrichtung im Bohrloch gedreht wird. Vorzugsweise ist der zumindest eine seitlich vorstehende Abschnitt des Keilelementes mit einer oder mehreren Schneidkanten versehen, mit Hilfe derer Kapseln aufgebrochen werden können, in denen sich die Komponenten des Füll- und Bindematerials befinden. Das Keilelement kann symmetrisch oder exzentrisch bezüglich der Längsachse des Ankers angeordnet sein. Wenn der Anker in einem Bohrloch in weichem Material zum Einsatz kommt, hat ein exzentrisch angeordnetes Keilelement den Vorteil, daß es eine Nut bzw. Rille in die Bohrlochwand kratzen kann, in die das Füll- und Bindematerial eintritt und in der das Material formschlüssig sitzt. Der Anker kann aus einem beliebigen Baumaterial hergestellt werden, das fest genug ist, um das Füll- und Bindematerial zu verstärken, und das so flexibel ist, daß ein Ende aufgeweitet und mittels eines Keilelementes in der aufgeweiteten Lage gehalten werden kann. Geeignet sind somit Metalle wie Eisen, Kupfer und Aluminium und Legierungen wie Stahl,

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Messing und Aluminiumlegierungen. Ferner sind auch Holz und harte Kunststoffmaterialien geeignet. Ein besonders brauchbarer Anker kann aus kunstharzgebundenen Glasfasern hergestellt werden, wobei die Glasfasern vorzugsweise als Fäden parallel zur Längsachse des Ankers verlaufen, so daß das Spalten des Ankerendes in einer axialen Ebene einfacher erfolgen kann.

Wenn die vorstehend beschriebene Belastungsabbaueigenschaft gewünscht wird, weist der Anker vorzugsweise eine im wesentlichen glatte zylindrische Oberfläche auf. Andernfalls kann die zylindrische Oberfläche uneben sein und beispielsweise Vorsprünge, Rillen, Nuten oder Gewinde aufweisen, durch die die Oberfläche des Ankers vergrößert wird und die Bindung mit dem Füll- und Bindematerial verbessert wird.

Wie bereits erwähnt wurde, bezieht sich die Erfindung auch auf ein Verfahren zum Verstärken harten Materials wie beispielsweise Schichtgestein und auf ein Verfahren zur Ausbildung einer Verankerung in hartem Material. Gemäß den erfindungsgemäßen Verfahren wird eine Ankervorrichtung der vorstehend beschriebenen Art, deren Einführende mittels eines im Einführende sitzenden Keilelementes verdickt und aufgeweitet ist, in ein Bohrloch mit Übermaß im Material so eingeführt, daß sich das Einführende nahe dem geschlossenen Ende des Bohrlochs befindet, und wird ein härtbares Füll- und Bindematerial in den Raum zwischen dem Anker und der Bohrlochwand eingebracht, so daß beim Aushärten des Füll- und Bindematerials der Anker mit der Wand des Bohrlochs verbunden wird. Das Füll- und Bindematerial kann beispielsweise Portlandzement, Kalzium-

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sulphat-Hemihydrat-Masse oder ein hitzehärtbarer Kunststoff sein. Schnellhärtende, eingekapselte Zweikomponentenkunststoff massen sind besonders geeignet, da deren Komponenten mittels eines Keilelementes, das über die seitlichen Oberflächen des Ankers hinausragt, verteilt und gemischt werden können.

Im Folgenden wird die Erfindung an Hand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 schematisch im Längsschnitt eine Ankervorrichtung kurz vor dem Einführen in ein Bohrloch in einer Gesteinsmasse;

Figur 2 schematisch einen Längsschnitt durch die Ankervorrichtung gemäß Figur 1 nach dem Einführen in das Bohrloch, wobei die Schnittebene senkrecht zur Schnittebene der Figur 1 liegt.

Die in Figur 1 dargestellte Ankervorrichtung umfaßt einen im wesentlich zylindrischen Anker 10, der an seinem Einführende entlang einer durch seine Mitte verlaufenden Ebene aufgeschlitzt ist, so daß sich am Einführende ein geschlitzter bzw. gespaltener Abschnitt 11 mit zwei Endsegmenten 12 und 13 befindet. Die Endsegmente 12 und 13 werden von einem Keilelement 14 getrennt gehalten, das die Endsegmente nach außen biegt, so daß der Abschnitt 11 im Vergleich zur echt zylindrischen Oberfläche des übrigen Ankers 10 verdickt bzw. erweitert ist.

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Bei dem Keilelement 14 handelt es sich um eine steife, flache, rechtwinkelige Platte mit im wesentlichen zueinander parallelen Hauptflächen 15 und 16, die quer.zum Anker verlaufen und in eine Schneide 17 übergehen. Ferner weist das Keilelement Endflächen 18 und 19 auf, die an scharfen, rechtwinkeligen Schneidkanten mit den Hauptflächen 15 und 16 zusammenstoßen.. Das Keilelement 14 steht an Angriffsstellen 20 und 21 mit dem Endsegment 12 und dem Endsegment 13 in Berührung, und die zwischen diesen Angriffsstellen und den freien Segmentenden liegenden. Segmentabschnitte können frei nach innen gebogen werden.

Zum Einbetten der Ankervorrichtung werden Kapseln mit Zweikomponentenharz in eine Bohrung 22 eingeführt, die in eine Gesteinsmasse 23 gebohrt ist und bezüglich der Ankervorrichtung Übermaß hat. Jede Kapsel besteht aus einem äußeren Behälter 24, in dem sich härtbares Harz 25 befindet, und einem inneren Behälter 26, der vollständig innerhalb des Behälters 24 angeordnet ist und Härter 27 in Form eines Aushärtkatalysators für das Harz 25-enthält. Beide Behälter bestehen aus dünnem, leicht zerreißbarem thermoplastischen Material.

Danach wird die Ankervorrichtung in das Bohrloch 22 eingeführt und gleichzeitig gedreht, wobei die Kapseln in Berührung mit den Endsegmenten 12 und 13 des Ankers und den rechtwinkeligen Schneidkanten des Keilelementes 14 treten. Dadurch werden, die thermoplastischen. Behälter aufgebrochen, so daß sich deren Inhalt mischt und in den Raum zwischen dem Anker 10 und der Wand des Bohrlochs 22 fließt, wo das Harz danach aushärtet.

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Wenn auf den Anker eine Zugbeanspruchung ausgeübt wird, wird das Harz zwischen dem aufgeweiteten Abschnitt 11 und der Bohrlochwand zusammengedrückt, wobei seine Haltekraft vergrößert wird. Wenn die Beanspruchung bzw. Last einen kritischen Wert übersteigt, erfolgt eine teilweise und plötzliche Verringerung des Widerstandes des Ankers, und zwar wahrscheinlich aufgrund der Tatsache, daß sich die Enden der Endsegmente 12 und 13 nach innen biegen. Danach kann die Last dann wieder auf den kritischen Wert erhöht werden.

Im Folgenden wird ein Beispiel für eine ausgeführte Ankervorrichtung erläutert. Der Anker war eine Stange aus axial orientierten Glasfaserfäden, die mit hitzehärtbarem Harz bzw. Kunststoff verbunden waren. Der Stab hatte eine Länge von 80 cm und einen Durchmesser von 17 mm. Das Keilelement war als im wesentlichen rechtwinkelige Glasfaserplatte mit den Abmessungen 32 mm χ 15 mm χ 4 mm ausgebildet und war quer in das gespaltene Einführende des Ankers so eingesetzt, daß sich die Schneide 17 in einer Entfernung von 3,3 cm vom Ankerende befand, wobei die Endsegmente des Ankers bis zu einer Gesamtbreite von 32 mm aufgespreizt waren. Der Anker wurde in einem in eine Gesteinsmasse gebohrten Bohrloch mit einer Länge von 30 cm und einem Durchmesser von 34 mm mit Hilfe eines Füll- und Bindematerials aus Polyesterharz, das sich zunächst in einer Kapsel befand, eingebettet, wonach auf den Anker Zug in Axialrichtung ausgeübt wurde. Die Last am Anker wurde allmählich auf bis zu 7 Tonnen erhöht. Bei diesem kritischen Wert der Last gaben die abgespreizten Endsegmente des Ankers nach, so daß der Widerstand auf ungefähr 2 Tonnen sank. Danach stieg die Last am Anker wieder auf

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die kritische Last von ungefähr 7 Tonnen an, wonach der Widerstand erneut sank. Der Zyklus aus Lastzunahme und Widerstandsabnahme wurde wiederholt und lief im wesentlichen auf gleiche Weise ab, während der Anker um 10 cm aus dem Bohrloch gezogen wurde.

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Claims

Patentansprüche

1. Ankervorrichtung zum Einbetten in einem Bohrloch, gekennzeichnet durch einen Anker (10) mit einem Keilelement (14), das in einer am Einführende des Ankers ausgebildeten öffnung sitzt, so daß ein Abschnitt

(12) am Ende des Ankers radial verdickt und nach außen aufgeweitet ist.

2. Ankervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (10) in zumindest einer Ebene vom Einführende aus aufgespalten ist und daß das Keilelement (14) in den Spalt eingesetzt ist und die Segmente (12, 13) des Endabschnitts (12) gespreizt hält.

3. Ankervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Endabschnitt (12) entlang einer Längsmittelebene gespalten ist und daß das Keilelement (14) im Spalt sitzt und die Segmente (12, 13) auseinanderhält.

4. Ankervorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß das Keilelement (14) im Spalt so sitzt, daß es an den Endsegmenten (12, 13) an Angriffsstellen angreift, die Abstand vom Ende des Ankers (10) haben, so daß ein Abschnitt zumindest eines Endsegmentes zwischen der Angriffsstelle und dem freien Ende des Ankers frei nach innen gebogen werden kann, wenn von außen Druck auf den Anker ausgeübt wird.

5. Ankervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß das Keilelement (14) eine im wesentlichen flache, steife Platte ist, deren zwei Hauptflächen (15, 16) parallel zueinander lie-

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ORIGINAL INSPECTED

gen oder in Richtung des Einsetzens in das Ende des Ankers (10) konvergieren.

6. Ankervorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß die vordere Kante des Keilelementes (14) als Schneide (17) ausgebildet ist und dadurch das Einsetzen in das Ende des Ankers (10) erleichtert.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß das Keilelement (14) seitlich aus dem Anker (10) vorsteht.

8. Ankervorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die seitlich aus dem Anker (10) vorstehende Abschnitt bzw. Abschnitte des Keilelementes (14) eine oder mehrere" Schneidkanten aufweist bzw. aufweisen.

9. Ankervorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet , daß das Keilelement (14) symmetrisch bezüglich der Längsachse des Ankers (10) angeordnet ist.

10. Ankervorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Keilelement (14) exzentrisch bezüglich der Längsachse des Ankers (10) angeordnet ist.

11. Ankervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet , daß der Anker (10) aus Metall, Holz oder hartem Kunststoffniaterial besteht.

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12. Ankervorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet , daß der Anker (10) aus Eisen, Kupfer, Aluminium oder einer Legierung mit Eisen, Kupfer oder Aluminium besteht.

13. Ankervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet , daß der Anker (10) aus mit Kunstharz gebundenen Glasfasern besteht.

14. Ankervorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet , daß die Glasfasern im Anker (10) als parallel zur Ankerachse verlaufende Fäden vorliegen.

15. Ankervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet , daß der Anker (10) eine zylindrische Oberfläche mit Vorsprüngen, Rillen oder Gewinde aufweist.

16. Verfahren zum Verstärken harten Materials, wobei eine Ankervorrichtung in ein Bohrloch mit Obermaß im harten Material eingeführt wird und in den Raum zwischen der Ankervorrichtung und der Bohrlochwand aushärtbares Füll- und Bindematerial eingebracht wird, so daß beim Aushärten des Füll- und Bindematerials die Ankervorrichtung mit der Bohrlochwand verbunden wird, dadurch gekennzeichnet , daß die Ankervorrichtung eine Ankervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15 ist, die mit ihrem Einführende, an dem sich das Keilelement befindet, am geschlossenen Ende des Bohrlochs angeordnet wird.

17. Verfahren zur Ausbildung einer Verankerung in hartem

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Material, wobei eine Ankervorrichtung in ein Bohrloch mit Übermaß im harten Material eingeführt wird und in den Raum zwischen der Ankervorrichtung und der Bohrlochwand aushärtbares Füll- und Bindematerial eingebracht wird, so daß beim Aushärten des Füll- und Bindematerials die Ankervorrichtung mit der Bohrlochwand verbunden wird, und wobei das sich an der öffnung des Bohrlochs befindende Ende der Ankervorrichtung mit Verankerungsmitteln versehen wird, dadurch gekennzeichnet , daß die Ankervorrichtung eine Ankervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15 ist, deren Einführende mit dem Keilelement am geschlossenen Ende des Bohrlochs angeordnet wird.

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