DE3631653C1 - Anchorage for a rock bolt - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Verankerung ent­ sprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Es sind Gebirgsanker bekannt, bei denen zum Ausgleich von Gebirgsbewegungen bei weitestgehend gleichbleiben­ der Zugkraft Gleitbewegungen in Längsrichtung des Ankers möglich sind. Durch diese Gleitbewegungen wird ein vorzeitiges Überschreiten der Zugfestigkeit des Gebirgsankers und damit ein Trennbruch desselben mit den nachteiligen Folgen für die Stabilität der zu sichernden Strecke, Tunnel oder dergleichen vermieden. Der Gebirgsanker ist üblicherweise einerseits im Be­ reich des Bohrlochgrundes mittels eines expandierfä­ higen Klemmkörpers bzw. einer aushärtbaren, beispielsweise zementartigen Masse und andererseits auf der Außenseite des Bohrloches über eine an der Zugstange des Gebirgsankers befestigte Ankerplatte gehalten.

Es ist aus der AT-PS 3 66 778 ein bei einem derartigen nachgiebigen Gebirgsanker einsetzbares Kraftübertragungs­ element bekannt, bei welchem die Zugstange des Gebirgs­ ankers durch einen gerippten Stab gebildet wird, der in einer sich konisch verjüngenden Muffe aufgenommen ist, wobei in dem Zwischenraum zwischen den Innenwandungen der Muffe und den Außenwandungen des Stabes ein stückiges Füllgut, beispielsweise Kugeln angeordnet sind, durch welche bei Relativbewegungen der Zugstange gegenüber der Muffe in Achsrichtung der Zugstange an letzterer Verfor­ mungsarbeit geleistet wird. Durch die dieser Verformungs­ arbeit zugeordnete Kraft kann somit eine Haltekraft de­ finiert werden, die über den Gebirgsanker trotz auftre­ tender Verschiebebewegungen im Gebirge aufnehmbar ist.

Ferner sind aus der DE-PS 27 51 020 diverse Formen von Bodenankern bekannt, deren jeweilige Zugstangen innerhalb des Bohrlochs fest und auf der Außenseite - unter Zwischen­ anordnung einer Ankerplatte - nachgiebig angeordnet sind. Die nachgiebige Anordnung erfolgt über eine konisch ge­ lochte Stützmuffe, die zur Aufnahme von Füllgut eingerich­ tet ist, welches mittels einer Schraube zwischen den Außenkonturen der Zugstange und den Innenkonturen der Muffe verspannbar ist. Die Lochung der Stützmuffe ist entsprechend der aufzunehmenden Verformungskraft derart beschaffen, daß sich deren Querschnitt in Richtung auf die Ankerplatte hin verjüngt. Die diesem bekannten Anker zuzuordnende Haltekraft ergibt sich aus der durch das Füllgut an dem gerippt ausgebildeten Zuganker bei Relativ­ bewegungen zwischen letzterem und der Ankerplatte zu verrichtenden Verformungsarbeit. Charakteristisch für diese bekannten Anker ist, daß deren eines, über die genannte Stützmuffe an der Ankerplatte nachgiebig abgestütztes Ende stets um eine bestimmte Strecke aus dem Bohrloch heraus­ ragt, so daß luftseitig erkennbar ist, und zwar anhand der Relativbewegungen zwischen dem Zugstab und der Stützmuffe, wie weit eine Bewegung des zu verankernden bzw. zu sichern­ den Gebirges stattgefunden hat. Dieser, aus dem Bohrloch herausragende Teil des Gebirgsankers bringt jedoch be­ trächtliche Verletzungsgefahren mit sich. Von Nachteil ist bei diesen bekannten Verankerungen ferner, und zwar bei der praktischen Handhabung, daß die Füllkörper für die konischen Lochungen der Stützmuffen beim Setzen des Gebirgsankers in die Stützmuffe eingebracht und anschlie­ ßend durch die gezeigten Klemmschrauben verspannt werden müssen. Dies ist mit einem beträchtlichen Arbeitszeit­ aufwand verbunden.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Verankerung der eingangs bezeichneten Gattung zu konzipieren, die montage­ mäßig einfach handhabbar ist und von der im montierten Zustand keinerlei Verletzungsgefahren ausgehen. Gelöst ist diese Aufgabe bei einer gattungsgemäßen Verankerung durch die Merkmale des Kennzeichnungsteils des Anspruchs 1. Wesentlich ist, daß die Stützmuffe in irgendeiner Weise ortsfest innerhalb des Bohrlochs abgestützt ist, bei­ spielsweise über einen mit den Bohrlochwandungen zu­ sammenwirkenden und an letzteren verspannten Expansions- oder Klemmkörper, welcher im Bereich des Bohrlochgrundes angebracht ist und somit die gleitfähige Befestigung des Gebirgsankers bildet. Das andere Ende des Gebirgsankers ist hierbei ortsfest über eine Ankerplatte an der Mündungsöffnung des Bohrlochs abgestützt. Kommt es zu Gebirgsbewegungen, wird im Bereich des Bohrloch­ grundes die Zugstange durch die ortsfest angebrachte Stützmuffe hindurchgezogen, wobei entsprechend den hierbei auftretenden Verformungskräften die Tragfähigkeit des Ge­ birgsankers begrenzt ist. Das erfindungsgemäße Prinzip kann grundsätzlich bei allen Gebirgsankern Anwendung fin­ den, und zwar unabhängig von der Art der Haftung derselben, die bekanntlich durch Kraftschluß beispielsweise mittels der bereits genannten Expansions- oder Klemmkörper oder durch Formschluß mittels einer aushärtbaren Masse auf der Basis eines Zement- oder Kunstharzmörtels erreicht werden kann. Die Erfindung ist grundsätzlich auch bei Injektions­ ankern anwendbar. Die gleitfähige Abstützung des Gebirgs­ ankers innerhalb des Bohrlochs ist insbesondere bei langen Gleitstrecken von Vorteil, da die dieses Gleitstrecken entsprechende Länge des Gebirgsankers in dessen Anfangs­ phase ansonsten aus dem Bohrloch herausragen würde. Falls die Zugstange über die Stützmuffe unter Verwendung einer Klebemasse oder einer Mörtelmasse befestigt ist, ist es ferner zweckmäßig, den verformten Abschnitt innerhalb eines Schutzrohres anzuordnen, so daß dieser nicht durch die genannte Masse arretiert wird. Die Zugstange kann grundsätzlich von beliebiger Querschnittsgeometrie sein, so daß kreisförmige und auch quadratische bzw. polygonale Formen in Betracht kommen. Es kann ferner eine Stützmuffe an beiden Enden des stabförmigen Körpers angeordnet sein, wobei die Stützmuffen und/oder die diesen jeweils zuge­ ordneten verformten Abschnitte der Zugstange derart be­ messen sind, daß beim Durchziehen der Zugstange durch die konischen Bohrungen unterschiedliche Verformungskräfte zu überwinden sind. Erfindungsgemäß kommen nur solche Stützmuffen in Betracht, die lediglich eine konische Boh­ rung aufweisen, deren Konizität mit Hinblick auf die über die Stützmuffe auf die Bohrlochwandung zu übertragenden Haltekräfte derart angeordnet ist, daß sich die Bohrung in Richtung auf die Bohrlochmündung hin verjüngt. Nachdem sich der verformte Abschnitt im Bereich der Bohrlochsohle befindet, kann somit die Stützmuffe von außen in das Bohrloch eingeführt und in diesem fixiert werden. Dieser Montagevorgang gestaltet sich somit sehr einfach.

Die Merkmale des Anspruchs 2 zeigen einige Möglichkeiten zur Bildung des verformten Abschnitts der Zugstange auf. Letzterer wird hierbei vorzugsweise durch spanlose Form­ gebung hergestellt, beispielsweise durch Aufrollen eines Gewindeabschnitts. Die Geometrie des Gewindes ist grund­ sätzlich beliebig, so daß es sich um ein Rund-, ein Spitz- oder auch um ein Trapezgewinde handeln kann. Krite­ rium für die Abmessung des Gewindes ist in jedem Fall die durch die Verformung zu erwartende Zugspannung in dem übrigen Teil der Zugstange, welche in jedem Fall begrenzt sein muß und unterhalb der Streckgrenze liegen soll. Die Beeinflussung der sich einstellenden Verformungskraft kann über den Winkel der Konizität der genannten Bohrung in der Stützmuffe stattfinden, welcher zwischen 1° und 3° liegen sollte. Die Verformungskraft kann jedoch natur­ gemäß auch über den Verformungsgrad des genannten Abschnitts der Zugstange, dessen Werkstoff und dessen Formänderungs­ widerstand beeinflußt werden. Der Werkstoff der Stütz­ muffe ist hierbei naturgemäß derart gewählt bzw. behandelt, daß dieser bei der Verformung der Zugstange selbst keine Verformungen erfährt und damit als starrer Körper ange­ sehen werden kann. Die Erzeugung des verformten Abschnitts mittels der genannten spanlosen Formgebungsverfahren ist auch aus praktischen Gründen von Vorteil, da sich hierbei zwangsläufig eine Durchmesservergrößerung ergibt, durch deren weitestgehende Rückverformung beim Durchziehen der Zugstange durch die Stützmuffe die im Rahmen des Erfin­ dungsgegenstands als Haltekraft zu verwendende Verfor­ mungskraft gewonnen wird. Der im Bereich des verformten Abschnitts auf diese Weise erzeugte Verformungsgrad, die Geometrie der konischen Bohrung der Stützmuffe, deren Werkstoff, der Werkstoff der Zugstange sowie die sonstigen Abmessungen der Stützmuffe sind derart aufeinander abge­ stimmt, daß beim Hindurchziehen der Zugstange durch die Bohrung der Stützmuffe der Werkstoff des stabförmigen Körpers außerhalb des verformten Abschnitts niemals ober­ halb der Streckgrenze beansprucht wird. Es wird auf diese an sich bekannte Weise während der Verschiebung des stab­ förmigen Körpers gegenüber der Stützmuffe die in der Zugstange maximal auftretende Zugkraft beschränkt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert werden. Es zeigt

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel einer Stützmuffe im Längsschnitt;

Fig. 2 eine Gesamtansicht einer erfindungsgemäßen Veran­ kerung.

Mit 1 ist in Fig. 1 die Zugstange eines Gebirgsankers bezeichnet, die im Querschnitt zylindrisch ausgebildet ist und an einem Endbereich 2 einen oberflächlich gewellt ausgebildeten Abschnitt 3 aufweist. Der gewellte Abschnitt 3 ist durch Kalt- oder Warmverformung aus einem glatten Abschnitt der Zugstange 1 hergestellt worden.

Die Zugstange 1 ist in einer konisch verlaufenden Bohrung 5 einer Stützmuffe 4 aufgenommen, wobei der Winkel der Konizität ungefähr 3° beträgt. Der Durchmesser der Bohrung 5 ist an dem verjüngten Ende 7 geringfügig größer als der Durchmesser der Zugstange 1 in deren außenseitig glat­ tem Bereich 8 bemessen. Der Durchmesser der Bohrung 5 ist hingegen im Bereich ihres erweiterten Endes 9 ungefähr entsprechend dem Durchmesser 10 im Bereich eines Wellen­ berges des gewellten Abschnitts 3 bemessen. Es ist auf diese Weise die Zugstange 1 in Richtung des Pfeiles 6 einsteckbar. Der Verformungsgrad des gewellten Abschnitts 3, insbesondere die Tiefe der gebildeten Wellenzüge, der Werkstoff der Zugstange 3, die Konizität der Bohrung 5 sowie die Abmessungen der Stützmuffe 4, insbesondere in Richtung des Pfeiles 6 sowie deren Werkstoff sind derart aufeinander abgestimmt, daß bei einer in Richtung des Pfeiles 6 in der Zugstange wirkenden Zugkraft erstere in die Bohrung 5 hineingezogen wird, wobei durch Kaltver­ formung der gewellte Abschnitt 3 geglättet wird, ohne daß in der Zugstange 1 eine festlegbare Spannung über­ schritten wird, beispielsweise die Streckgrenze. Durch die ortsfest gehaltene Stützmuffe 4 ist es somit möglich, über die Zugstange 1 trotz deren Relativbewegung in Rich­ tung des Pfeiles 6 eine Kraft aufzunehmen, die quantitativ durch die Verformung des Abschnitts 3 bestimmt wird. Die bei der Verschiebung der Zugstange 1 gegenüber der orts­ fest gehaltenen Stützmuffe 4 aufgewandte Arbeit wird somit in Formänderungsarbeit umgesetzt.

Fig. 2 zeigt das Prinzip einer erfindungsgemäßen Veran­ kerung in seiner Gesamtheit, wobei Funktionselemente, die mit denjenigen der Fig. 1 übereinstimmen, auch überein­ stimmend beziffert sind, so daß auf eine diesbezügliche wiederholte Beschreibung verzichtet wird.

Der in Fig. 2 gezeigte Gebirgsanker ist an seinem luft­ seitigen Ende mit einem Gewindeteil 11 versehen, welches unter Mitwirkung einer Ankerplatte 12 und einer Mutter 13 der außenseitigen Verspannung an einem Bohrloch dient. Am bohrlochseitigen Ende des Gebirgsankers befindet sich ein Anschlag 14, welcher beispielsweise als Platte ausge­ bildet ist und an der Zugstange 1 angeschweißt ist. Durch diesen Anschlag 14 wird der gewellte Abschnitt 3 begrenzt. Das der Bohrlochsohle zugekehrte Ende der Zugstange 1 ist in der Stützmuffe 4 aufgenommen, die gegenüber der Bohr­ lochwandung befestigt ist und Stützkräfte in Richtung des Pfeiles 15 auf das umliegende Gebirge überträgt.

Durch die Länge 16 des gewellten Abschnitts 3 wird die Länge der Strecke bestimmt, entlang welcher eine Ver­ schiebung der Zugstange 1 in Richtung des Pfeiles 15 bei im wesentlichen konstanter Zugkraft möglich ist. Bei Gebirgsbewegungen, deren Ausmaß innerhalb des Bereichs der Länge 16 verbleibt, kann somit über die Zugstange 1 und die Ankerplatte 12 eine Haltekraft auf eine Tunnel­ wandung ausgeübt werden, ohne daß in der Zugstange 1 eine vorgebbare Spannung überschritten wird. Erst wenn das Ende der durch die Länge 16 definierbaren Gleit­ strecke erreicht ist, stößt die Stützmuffe 4 an den Anschlag 14. Treten nunmehr weitere Gebirgsbewegungen auf, wird die Streckgrenze der Zugstange 1 überschritten, so daß es in der Folge bei Überschreiten der Bruchspannung zur Zerstörung der Zugstange 1 kommen kann.

Man erkennt, daß bei der erfindungsgemäßen Verankerung, deren feste Abstützung im Bereich der Bohrlochmündung und deren gleitfähige Abstützung im Bereich der Bohrloch­ sohle erfolgt, so daß Relativbewegungen zwischen der Zug­ stange und einer ortsfesten Abstützung ausschließlich im Bereich der Bohrlochsohle stattfinden, praktisch keine Verletzungsgefahren von aus der Bohrlochmündung heraus­ ragenden Teilen der Zugstange ausgehen.

Claims (2)

1. Verankerung, bei der ein Gebirgsanker in ein Bohrloch eingesetzt, an seinem einen Ende gegenüber der Bohr­ lochwandung ortsfest und an seinem anderen Ende unter Mitwirkung einer eine konische, sich in Richtung der aufzunehmenden Kraft verjüngende Bohrung (5) aufweisende Stützmuffe (4) gegenüber der Bohrloch­ wandung gleitfähig abgestützt ist, wobei der Gebirgs­ anker aus einer Zugstange (1) besteht, deren eines Ende einen verformten, an den Innenwandungen der Bohrung (5) der Stützmuffe (4) anliegenden Abschnitt (3) trägt, so daß bei der Bewegung der Zugstange (1) durch die gegenüber der Bohrlochwandung ortsfest gehaltene Stützmuffe (4) hindurch erfolgende Bewegung an dem Abschnitt (3) Verformungsarbeit geleistet wird, dadurch gekennzeichnet, daß der verformte Abschnitt (3) und die ortsfest gehaltene Stützmuffe (4) an dem dem Bohrlochinneren zugekehrten Ende der Zugstange (1) angeordnet sind und daß das dem Bohrlochinneren abge­ kehrte Ende in an sich bekannter Weise außenseitig über eine Ankerplatte (12) in Gegenrichtung abgestützt ist.

2. Verankerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der verformte Abschnitt (3) ein durch spanlose Formgebung, beispielsweise Walzen, Pressen oder Rollen eines unverformten Bereichs (8) der Zugstange (1) er­ zeugter Gewindeabschnitt ist.