DE4023627A1 - Verfahren und vorrichtung zur druckluftunterstuetzten herstellung eines ankers - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und Vorrichtung zur druckluftunterstützten Herstellung eines Ankers, insbesondere zum Einpressen von Beton in Ankerstahlkeile.

Bei Erdarbeiten am Hang werden im Tiefbau verschiedene Verankerungsmethoden verwendet (tie back anchorage, against uplife anchorage). Häufig trifft man hierbei auf Schichten von pyroklastischen Felsen, vielschichten Felsen (jointing-abundant rock) vulkanische Felsen und Geröllsteine, die eine hohe Wasserdurchlässigkeit aufweisen. In diesen Fällen ist der Verlust an Vergußbeton oft enorm und entsprechend hoch ist die benötigte Menge Zement, wie sich z. B. im "Round Island Highway Project" zeigte. Eine noch so große Menge von Vergußbeton garantiert jedoch noch nicht, daß die von der Konstruktion geforderten Zugkräfte erreicht werden. Was noch mehr Probleme bereitet ist die Untergrundströmung am Ankerende während des Gießvorgangs. Der Vergußbeton am Ankerende kann verdünnt oder weggespült werden, während er andererseits aus der Öffnung der Ankerbohrung herausquillt.

Es ist deshalb das Anliegen des Anmelders, der jahrelange Erfahrung mit Erdankern hat, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur druckluftunterstützten Herstellung von Ankern zu entwickeln, die leicht und schnell in der Anwendung sind, Zement sparen, hohe Zugspannung erlauben sowie Zeit und Arbeit sparen.

Die vorliegende Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Zusammenstellungszeichnung eines erfindungsgemäßen Druckluft-Ankerstahlkeils,

Fig. 2 den Aufbau einer erfindungsgemäßen Druckluft-Preßvorrichtung,

Fig. 3 eine Stahlkeilklammer und einen PE-Rohr-Kompressionskopf, je mit einer Ölpresse zusammengedrückt werden,

Fig. 4A eine mit einem herkömmlichen Verfahren hergestellte Verankerung, und

Fig. 4B eine mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Verankerung.

In Fig. 1 ist ein zusammengebauter Stahlkeil dargestellt. Er enthält einen angespitzten Endkopf 1, einen Ankervariierkopf 2, einen Stoßschaftkopf 5 und einen Stoßschaft 11. Im Ankervariierkopf 2 sind ein Satz von Klemmplatten 4 zum Festklemmen von Stahlseilen 9 und Luft- und Betonaustrittsöffnungen 3 angeordnet. Durch das Zentrum des Ankervariierkopfes 2 erstreckt sich eine Luft- und Betoneintrittsöffnung 7 hindurch. Auf jedem Stahlseil 9 sind mehrere Stahlseilhülsen 8 vorgesehen, die eine Dicke von 10 mm aufweisen, in Abständen von etwa 60 cm angeordnet sind und auf den Stahlseilen 9 mit einer Ölpresse 18 (siehe Fig. 3) festgepreßt sind. Die freien Enden der Stahlseile 9 sind jeweils mit Talg oder einem Korrosionsschutzmittel bestrichen und in ein PE-Rohr 12 eingeführt. Mittels eines PE-Rohr-Preßkopfes 10 ist jedes PE-Rohr fest mit dem Stahlseil 9 verbunden. Der Stoßschaft 11 setzt sich aus mehreren 2 m bis 3 m langen, miteinander verbundenen Schäften zusammen. Nach dem Zusammenbau des obengenannten Stahlkeiles wird ein Druckluft-Vergußbetontank 16 mit dem aus der Bodenoberfläche herausstehenden rückwärtigen Ende des Stoßschaftes 11 über einen Beton- und Luftzuführungsbogen 13, einen geeigneten Flansch 14 und ein mit dem Boden des Vergußbetontanks 16 verbundenes Hochdruckauslaßrohr 15 verbunden. An der Verbindungsstelle zwischen dem Hochdruckauslaßrohr 15 und dem Vergußbetontank 16 ist zur Verhinderung des Austritts von Druckluft ein O-Ring 23 angeordnet.

In Fig. 2 ist der Aufbau der Druckluft-Preßvorrichtung dargestellt. Der Druckluft-Vergußbetontank 16 ist mit einem Dichtungsdeckel 21 versehen, der mit lösbaren Schrauben 20 mit dem oberen Ende des Vergußbetontanks 16 fest verschraubt ist. Im Vergußbetontank 16 sind eine Betondruckplatte 19 und der O-Ring 23 angeordnet, um das Herauspressen des Betons aus dem Vergußbetontank 16 zu ermöglichen. Mit der Oberseite des Vergußbetontanks 16 ist ein Hochdruckeinlaßrohr 17 verbunden, durch das die Druckluft einer Druckluftquelle in den Gießbetontank 16 geleitet wird.

Wie Fig. 3 zeigt, kann der PE-Rohrpreßkopf 10 am freien Ende eines Stahlseiles 9 mit einer Ölpresse 18 zusammengepreßt werden, um die Stahlkeilhülse 8 und den PE-Rohrpreßkopf 10 fest mit dem Stahlseil 9 zu verbinden, so daß sie sich nur schwer lösen oder wegrutschen können und die Stahlseile 9 sich während des Vorspannens frei bewegen können. Zur Herstellung der Verankerung sind folgende Schritte notwendig:

• 1. Verwendung eines Aluminiumband-Schlagbohrers (aluminium belt percussion drill) zur Herstellung eines Bohrloches mit einem Durchmesser von mehr als 10 cm und einer vorbestimmten Tiefe.
• 2. Zusammenbau des Ankerstahlkeiles.
• 3. Vortreiben des Ankerstahlkeiles unter Benutzung des Schlagbohrers zum Schlagen und gleichzeitigem Einblasen von Luft in das Bohrloch. Falls die Wand des Bohrloches abbröckelt und Schwierigkeiten beim Eintreiben des Stahlkeiles verursacht, wird der Stahlkeil vorwärtsgetrieben, während Luft über die Luft- und Betoneintrittsöffnung 7 eingeblasen wird, so daß sich der Stahlkeil bis zur vorbestimmten Tiefe vortreiben läßt.
• 4. Spülen mit Wasser. Durch die Luft- und Betoneintrittsöffnung 7 wird Wasser eingespritzt, um den Schmutz aus der Luft- und Betonaustrittsöffnung 3 herauszuspülen. Es sollte etwa 5 Minuten lang gespült werden.
• 5. Spülung mit Druckluft anstelle von Wasser wie in Schritt 4.
• 6. Herstellen der erforderlichen Betonmenge aus Wasser, Kies, Sand und Zement in einem Mischer. Die Konsistenz des Betons hängt ab von Schichtenbruch (stratum breakage) und Verklüftung (jointing conditions). Ein übliches Mengenverhältnis der Bestandteile Wasser, Zement, Feinkies und Sand ist 0,35 : 1 : 1 : 4. Der vermischte Beton wird dann in den Vergußbetontank 16 gefüllt. Wenn die von einem Luftverdichter erzeugte Druckluft über das Hochdruckeinlaßrohr 17 die Zementdruckplatte 19 beaufschlagt, wird der vermischte Beton im Vergußbetontank 16 durch das Hochdruckauslaßrohr 15, den Flansch 14, den Beton- und Luftzuführungsbogen 13 und die Luft- und Betoneintrittsöffnung 7 gedrückt. Er tritt dann durch die Luft- und Betonaustrittsöffnung 3 in das Bohrloch aus, um dort eine Betonwand 22 zu bilden. Die Zementdruckplatte 19 bewegt sich dabei nach unten, bis den O-Ring am Boden des Vergußbetontanks 16 erreicht. Das Volumen des Vergußbetontanks 16 liegt üblicherweise zwischen 100 l und 200 l.
• 7. Zurückziehen des Schlagschaftes 11. Wenn der Schlagschaft 11 zurückgezogen ist, verhindern die Stahlkeilhülsen 8 auf den Stahlseilen 9, daß diese mit der Betonwand 22 in Berührung kommen und dadurch korrodieren. Weiterhin erhöhen die Stahlkeilhülsen 8 die Haftungskräfte zwischen den Stahlseilen 9 und der Betonwand 22.
• 8. 14tägige Aushärtungsphase des Betons.
• 9. Vorspannung. Da sich die PE-Rohr-Preßköpfe an den freien Enden der Stahlseile 9 nicht leicht lösen können, nachdem sie mit dem Ölpresser 18 angepreßt wurden, können sich die Stahlseile 9 während des Vorspannens ungehindert dehnen.

In Fig. 4A ist ein Ankerstahlkeil dargestellt, der mit einem herkömmlichen Verfahren vorgetrieben wurde. Der Vergußbeton 200 ist aus der Bohrungsöffnung herausgequollen, während der Vergußbeton am Ankerende bereits verdünnt oder durch die Untergrundströmung 201 (underground flow) weggespült wurde. Das verwendete Wasser-Zementverhältnis ist 0,45 : 1. Der Vergußbeton wird mittels einer Wasserpumpe in die Bohrung eingebracht.

In Fig. 4B ist ein Ankerstahlkeil dargestellt, der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgetrieben wurde. Das hier verwendete Mengenverhältnis von Wasser, Zement, Sand und Feinkies ist 0,35 : 1 : 4 : 1. Der Vergußbeton wird mit Hilfe eines Luftverdichters in das Bohrloch eingedrückt.

Claims (4)

1. Verfahren zur druckluftunterstützten Herstellung eines Ankers, das folgende Schritte umfaßt:

• a) Herstellen eines Untergrundbohrloches mit einem Durchmesser von etwa 10 cm und einer vorbestimmten Tiefe durch Schlagbohren,
• b) Zusammenbau eines Ankerstahlkeiles,
• c) Vortreiben des zusammengebauten Ankerstahlkeiles in den Untergrund, wobei gleichzeitig durch eine Luft- und Betoneintrittsöffnung im Stahlkeil Luft in die Bohrung geblasen wird,
• d) Spülen des Bohrlochs durch Einströmenlassen von Wasser in die Luft- und Betoneintrittsöffnung, so daß unnötiger Schmutz und unnötige Luft weggespült und aus einer Luft- und Betonaustrittsöffnung ausgestoßen werden,
• e) Einfüllen der erforderlichen vorgemischten Betonmenge in einen Druckluft-Gießbetontank und Einleitung der von einem Luftverdichter erzeugten Druckluft über ein Hochdruckeinlaßrohr in den Vergußbetontank, wodurch eine Betondruckplatte nach unten gedrückt wird, so daß der Beton des Vergußbetontanks durch ein Hochdruckauslaßrohr, einem geeigneten Flansch, einem Beton- und Luftzuführungsbogen, eine Luft- und Betoneintrittsöffnung gedrückt wird und schließlich durch eine Luft- und Betonaustrittsöffnung in das Bohrloch gelangt, und
• f) Herausziehen eines Schlagschaftes, während dabei Beton in das Bohrloch gegossen oder gepreßt wird, so daß das Ankerende des Stahlkeiles mit Beton gefüllt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem zwischen Schritt d) und e) der folgende Schritt eingeschoben sein kann: Einpressen von Druckluft in die Luft- und Betoneintrittsöffnung und in die Luft- und Betonaustrittsöffnung um das Bohrloch zu spülen, und anschließendes Herausziehen des Schlagschaftes unter gleichzeitigem Nachfüllen von Beton, so daß das Ankerende mit Beton aufgefüllt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die vorgemischte Betonmenge nach Schritt e) ein Mengenverhältnis der Bestandteile Zement, Wasser, Sand und Feinkies von 1 : 0,35 : 4 : 1 aufweist.

4. Vorrichtung zur druckluftunterstützten Herstellung einer Verankerung, mit

• a) einem zugespitzten Endkopf, dessen Vorderende abgedichtet und dessen rückwärtiges Ende mit Luft- und Betonaustrittsöffnungen versehen ist,
• b) einem Ankervariierkopf, durch dessen Zentrum sich eine Luft- und Betoneintrittsöffnung hindurcherstreckt und der einen Satz von Klemmplatten zum Festklemmen von Stahlseilen aufweist,
• c) einem Schlagschaftkopf, der mit der Rückseite des genannten Ankervariierkopfes verbunden ist,
• d) einem Schlagschaft, der aus mehreren miteinander verbundenen 2 m-3 m langen Schlagschäften gebildet ist,
• e) Stahlseile, die in dem genannten Ankervariierkopf festgeklemmt sind,
• f) Stahlkeilhülsen, die in einem geeigneten Abstand zueinander auf den Stahlseilen angeordnet sind und mit einer Ölpresse zusammenpreßbar sind, um die Stahlseile fest zu umfassen,
• g) PE-Rohr-Preßköpfe zur Aufnahme der mit Talg oder Rostschutzmittel eingestrichenen freien Enden der genannten Stahlseile, bevor diese in PE-Rohre eingeführt werden, und
• h) einem Druckluft-Vergußbetontank zur Aufnahme einer erforderlichen vorgemischten Betonmenge, wobei
  • - der Druckluft-Vergußbetontank mit dem rückwärtigen Ende des genannten Schlagschaftes des zusammengebauten Stahlkeiles über einen geeigneten Flansch, ein Hochdruckauslaßrohr und einem Beton- und Luftzuführungsbogen verbunden ist, und
  • - der im genannten Tank enthaltene Beton auf den oben beschriebenen Weg in das mit dem genannten Ankerstahlkeil hergestellte Untergrundbohrloch gepreßt wird, in dem die von einem Luftverdichter erzeugte Druckluft über ein Hochdruckeinlaßrohr in den genannten Tank geleitet wird.