DE4134232A1 - Korrosionsschutz fuer metallische pfaehle und verpressanker - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Korrosionsschutz für metallische Pfähle und Verpreßanker nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Pfähle und Verpreßanker haben große Bedeutung in der Bautech­ nik. Man versteht darunter rohr-, stab- oder litzenförmige Bau­ elemente in der Regel aus Stahl, Stahlbeton oder einem Verbund­ körper. Im Fels- und Tiefbau dienen sie vor allem zur Sicherung von Baugrubenwänden, Böschungen, Uferwänden, Ausbruchquer­ schnitten im Tunnelbau und zur Tiefgründung von Bauwerken aller Art.

Unter dem Begriff "Verpreßanker" werden zugbeanspruchte, im Fels- oder Erdboden verankerte Bauelemente verstan­ den. Demgegenüber werden in der Regel auf Zug und Druck bean­ spruchbare Bauelemente als "Pfähle" bezeichnet. Unter dem Be­ griff "Ankerpfähle" sollen im folgenden auf Zug wie auf Druck beanspruchbare Bauelemente verstanden werden.

In der Regel handelt es sich bei den "Ankerpfählen" um Bauele­ mente, die im Bohr- oder Rammverfahren in den Boden eingearbei­ tet werden. Die Ankerpfähle übertragen die auf ihren Kopfbereich einwirkenden Kräfte und Lasten über ihre Mantelfläche in den Bo­ den.

Damit die Tragfähigkeit dauerhaft und ohne Beeinträchtigung auf­ rechterhalten werden kann, muß natürlich sichergestellt sein, daß keine Korrosion eintritt.

Theoretisch denkbar wäre, daß der Ankerpfahl aus verzinktem Ma­ terial besteht. Insbesondere bei selbst einbohrbaren Rohrpfählen und einzurammenden Stahlpfählen ist dieses Verfahren jedoch nicht möglich, daß durch das Einbohren und Einrammen selbst der Zink­ schutz abgeschabt wird und damit ein dauerhafter Korrosionsschutz nicht erzielbar ist.

Ankerpfähle aus Kunststoffmaterialien sind nur äußerst bedingt einsetzbar.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es von daher, einen Kor­ rosionsschutz für einen Ankerpfahl zu schaffen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß entsprechend den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Durch die vorliegende Erfindung wird ein völlig neuartiger Weg beschritten. Erfindungsgemäß wird nämlich vorgeschlagen. den Korrosionsschutz für einen Ankerpfahl nach Art eines kathodischen Korrosionsschutzes durchzuführen.

Dazu wird bei einem Hohlankerpfahl bevorzugt im Inneren des An­ kerpfahlrohres eine Anode angeordnet, wobei das Rundrohr des Ankerpfahles als Kathode dient. Die Anode kann nachträglich, nachdem der Ankerpfahl bereits im Boden eingebracht ist, oder mit dem Ankerpfahlrohr gemeinsam eingebracht werden.

Über im Abstand vorgesehene Isolier-Abstandshalter wird der im Inneren befindliche Anodenstab verankert gehalten.

Im Falle von Ankerpfählen, die mit einem Vollstab versehen sind, wird die vorzugsweise stabförmige Anode außerhalb, d. h. in einem Abstand zu dem Vollstab, der aus Stahl besteht, angeord­ net. Auch hier können der Vollstab des Ankerpfahles und die Anode über isolierende Abstands- und Justierhalter in einem vor­ bestimmten Abstand zueinander gehalten werden, wobei ein Beto­ nieren oder ein Verpressen in dieser Lage bei gleichzeitigem Rückziehen des Bohrrohres im Bohrloch vorgenommen werden kann.

Im zuletzt genannten Fall wäre aufgrund der nur einen Anode eine asymmetrische Lage im Ankerpfahl gegeben. Es können aber auch zwei oder beispielsweise drei in Umfangsrichtung versetzt liegende, in der Regel stabförmige Anodenanordnungen vorgesehen sein, falls dies tatsächlich erforderlich erscheint. Auch andere Anoden sind denkbar, selbst solche, die beispielsweise eine leicht schraubenförmig um den Vollstab herum verlaufende Form aufwei­ sen.

Im Falle von mit mehreren Vollstäben bewehrten Ankerpfählen kann die vorzugsweise stabförmige Anode auch zentrisch, d. h. im gleichen Abstand zu allen Vollstäben angeordnet werden.

Weitere Vorteile, Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich nachfolgend aus den anhand von Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen. Dabei zeigen im einzelnen:

Fig. 1 eine auszugsweise schematische Längsschnittdarstel­ lung durch ein Bohrloch mit eingesetztem Ankerpfahl­ rohr mit dem erfindungsgemäßen kathodischen Korro­ sionsschutz;

Fig. 2a und 2b zwei schematische Ausführungsbeispiele ein­ mal in Längsseitenansicht und einmal in Stirnseitenansicht bezüglich zweier Abstands­ halter zur Lagerung der Anode gegenüber der Kathode;

Fig. 3 eine schematische Horizontalschnittdarstellung durch eine Spundwand mit dort eingebrachtem Ankerpfahl;

Fig. 4 eine schematische Vertikalschnittdarstellung durch das Austrittsende des in Fig. 3 dargestellten Anker­ pfahles;

Fig. 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel in schematischer auszugsweiser Längsschnittdarstellung eines kathodi­ schen Korrosionsschutzes für einen Ankerpfahl;

Fig. 6a und 6b zwei schematische in Querschnittdarstellung wiedergegebene Abstandshalter zur Justie­ rung der Anode gegenüber der Kathode;

Fig. 7a und 7b zwei schematische Ausführungsbeispiele ein­ mal in Längsansicht und einmal in Stirn­ ansicht bezüglich der Abstandshalter zur Lagerung der Anode gegenüber der Kathoden eines mit mehreren Stahlstäben bewehrten Ankerpfahles.

In Fig. 1 ist in auszugsweise schematischer Längsquerschnittdar­ stellung ein Bohrloch 1 gezeigt, in welches ein in der Regel mit äußerer Rillen- oder Wendelstruktur versehener rohrförmiger Stahl 3, nachfolgend auch als Ankerpfahlrohr oder kurz als Ankerpfahl 3 bezeichnet, in das Erdreich eingetrieben worden ist. Das Ein­ treiben des Ankerpfahlrohres 3 erfolgt in bekannter Weise mittels eines Drehbohrverfahrens mit Außenspülung des zum Ankerpfahl­ rohr 3 benachbarten Erdreichs, wozu über den im innenliegenden Hohlraum des rohrförmigen Ankerpfahles 3 Spülmittel eingepumpt wird, welches am vorderen Rohrkopf 5 u. a. radial austritt und dort den anstehenden Boden löst und ihn außerhalb des Rohres durch den von der Bohrspitze erzeugten Ringraum zu Tage för­ dert. Über verschiedene Muffen können einzelne Ankerabschnitte zusammengefügt und das Ankerpfahlrohr 3 so insgesamt verlängert werden.

Wie in Fig. 1 schematisch angedeutet ist, ist im Inneren des rohrförmigen Ankerpfahles 3 eine stabförmige Anode 9 vorgesehen, die im wesentlichen im mittleren Bereich des rohrförmigen Anker­ pfahlstahles also ansatzweise in dessen symmetrischer Zentral­ achse liegend, verläuft. Die stabförmige Anode 9 soll eine gewisse Eigensteifigkeit aufweisen, damit zwischen den in axialen Abstän­ den vorgesehenen Isolier-Abstandshaltern 11 die Anode 9 nicht so weit durchhängen kann, daß sie die Kathode leitend berührt. Je geringer die Eigenstabilität der Anode 9 ist, um so dichter müßten gegebenenfalls die axialen Abstände zwischen den Ab­ standshaltern 11 vorgesehen sein.

Die erwähnte stabförmige Anode 9 kann nach Einbringung des An­ kerpfahlrohres 3 in das Erdreich nachträglich eingesetzt oder aber mit dem Ankerpfahlrohr 3 gemeinsam in den Bodenbereich eingetrieben werden.

Unabhängig davon wird dann das Verpreßmaterial, das in der Re­ gel aus einer Zementsuspension besteht, durch den rohrförmigen Ankerpfahlstahl 3 hindurchgepumpt und gepreßt, wodurch das gesamte Bohrloch 1 mit dem Verpreßkörper 13 befüllt wird. Daß dabei zur Bohrspitze hin die Fußhinterschneidung, d. h. der Bohr­ lochquerschnitt, größer wird, ist bekannt und gewünscht, so daß hierauf nicht näher eingegangen werden muß.

Anhand von Fig. 2a und 2b sind zwei Beispiele von aus Kunst­ stoff bestehenden Abstandshaltern 11 gezeigt, die auf die stab­ förmige Anode in entsprechenden Abständen aufgesetzt sind, und worüber diese zentriert in der Mitte im Ankerpfahlrohr 3 gehalten werden.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2a ist der Abstandshal­ ter nach Art einer Kunststoffmuffe gebildet, die im mittleren Be­ reich einzeln nach außen bauchig vorstehende "Federabschnitte" 11′ aufweist. Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2b ist der hülsenförmige Isolier-Abstandshalter 11 mit einer radial weg­ stehenden sternförmigen Fingerstruktur 11′ gebildet. In jedem Falle ist die Anordnung derart, daß beim Hindurchpumpen der zu verdickenden Zementsuspension die Abstandshalter 11 keine Behin­ derung, d. h. keine entscheidende Behinderung darstellen.

Schließlich könnte auch ein beliebig biegbarer und keine Eigen­ steifigkeit aufweisender Draht als Anode 9 verlegt werden. In diesem Falle würde sich anbieten, einen speziellen Anoden-Träger vorzusehen, der vergleichbar der in den Fig. 1 bis 3 gezeig­ ten Anode 9 in der Regel zentralsymmetrisch im Inneren des An­ kers 3 angeordnet wird. Der stabförmige bzw. axiale Anoden-Trä­ ger könnte beispielsweise aus einem Kunststoffstab bestehen, an dem in unmittelbar benachbarter Lage der parallel verlegte Draht angebracht und gehalten wird, wobei der Anoden-Träger z. B. durch die bereits erwähnten Abstandshalter 11 gegenüber der rohrförmigen Kathode gehalten wird.

Bei einer Anode mit geringer Eigensteifigkeit wird jedoch bei­ spielsweise ein Versteifungsrohr aus Isolationsmaterial, z. B. Kunststoff bevorzugt, in dem innenliegend die drahtförmige Anode 9 verlegt ist. Der Mantel dieses Versteifungsrohres könnte zudem mit Durchtrittsöffnungen beispielsweise ähnlich einer Gitterstruk­ tur oder mit einem ausreichend perforierten Mantel versehen sein, um den Anodendraht nicht völlig isolierend von dem die Kathode bildenden Ankerpfahlrohr 3 abzuschirmen.

Nach Abschluß des Verfahrens kann beim Ausführungsbeispiel ge­ mäß Fig. 1 in bekannter Weise der Ankerpfahlkopf 21 freigelegt, gesäubert und anschließend mit einer Druckverteilungsplatte 23 versehen sein, auf die eine Mutter 25 zur Sicherung aufgedreht wird, worüber beispielsweise dann das in Fig. 1 auszugsweise dargestellte Fundament oder die Wand 27 über den Ankerpfahl 3 gesichert ist.

Anhand von Fig. 3 und 4 wird nur schematisch gezeigt, daß an­ stelle einer Betonwand 27 beispielsweise auch eine Spundwand 27 in gleicher Weise gesichert werden kann, wobei über aufgrund der geneigten Einbringung des Ankerpfahles 3 ebenfalls eine Druck­ verteilungsplatte 23 mit entsprechend in winkeliger Ausrichtung angeschweißtem Ankerstuhl 29 vorgesehen ist, auf welcher die über die Druckmutter 25 gesicherte Druckplatte 26 aufliegt. Nach Abschluß der Arbeiten wird dort noch eine Kappe 33 aufgesetzt, wobei der Kappeninnenraum am Ankerpfahlkopf mit Fett 35 ausge­ spritzt ist.

Die elektrische Zuführleitung 36 für die draht- oder stabförmige Anode 9 wird an geeigneter Stelle am Ankerpfahlkopf 21 herausge­ führt.

Da im Falle einer Spundwand diese auch aus leitenden Stahlwän­ den besteht und somit eine leitende Verbindung zwischen rohrför­ migem Ankerpfahl 3 und der Spundwand 27 besteht, empfiehlt sich hier, daß im Erdreich zu der in Fig. 3 nur schematisch ange­ deuteten Spundwand 27 beispielsweise ca. 1 bis 2 m hinter der Spundwand 27 im Erdreich eine Anode 9′ verlegt wird. Mit einer gemeinsamen Spannungsversorgung kann hier auch ein Korrosions­ schutz nicht nur für den Ankerpfahl 3 selbst, sondern gleicher­ maßen auch für die leitende Spundwand 27 erzielt werden.

Zum Ausgleich eines Winkelversatzes zwischen der Axialrichtung des Ankerpfahles 3 und der Axialrichtung der Druckplatte 26 ist die Anlagefläche 28 zwischen der Druckmutter 25 und der Druck­ platte 26 ballig, d. h. konvex bzw. konkav gestaltet. Die Zentral­ bohrung in der Druckplatte 26 weist einen entsprechend großdi­ mensionierten Durchmesser auf, um einen Winkelversatz bezüglich des hindurchgeführten Ankerpfahles 3 zu erlauben.

Nachfolgend wird noch auf das Ausführungsbeispiel gemäß den Fig. 5 und 6a sowie 6b Bezug genommen, die einen kathodischen Korrosionsschutz bei einem aus Vollstahl bestehenden Ankerpfahl 3 zeigen.

In diesem Falle wird über ein Bohrrohr 37 in üblicher Weise ein Bohrloch 1 hergestellt. Im Inneren des Bohrrohres 37 wird dann der Vollstahl 3′′ des Ankerpfahles eingeführt. In axialen Abstän­ den von beispielsweise 1 bis 6 m, vorzugsweise 2 bis 4 m, also etwa alle 3 m, sind wiederum Abstandshalter 11 vorgesehen, die eine parallel verlegte stabförmige Anode tragen. Die Abstandshal­ ter sind auch hier isolierend ausgestaltet.

Während des Verpreßvorganges wird wieder die Zementsuspension durch das Bohrrohr 37 eingepreßt, wobei während des Einpreßvor­ ganges das Bohrrohr 37 langsam nach hinten hin abgezogen wird, so daß das Bohrloch 1 von unten her bis oben hin mit Verpreß­ material 13 verpreßt wird. Anstelle des genannten Verpreßmate­ rials kann auch anderes geeignetes Material, z. B. Beton oder Zementmörtel, verwendet werden. Der die Kathode bildende Voll­ stahl 3′′ bleibt mit der stabförmigen parallel verlegten Anode 9 im Verpreßkörper zurück. Mit bekannten Mitteln wird dann der An­ kerstahlkopf wieder mit einer Druckverteilungsplatte etc. verse­ hen.

In Fig. 6a ist im Querschnitt eine mögliche Ausbildungsform des Isolier-Abstandshalters 11 gezeigt, der nach Art zweier mit einem Mittelsteg verbundener Klemmen gebildet sein kann, die jeweils seitlich einmal auf den zylinderförmigen Ankerpfahlstahl 3′′ und zum anderen auf die stabförmige Anode 9 aufsteckbar ist, wozu der Isolier-Abstandshalter 11 jeweils den Querschnitt mehr als übergreifende gegenüberliegende Klemmabschnitte aufweist.

Wie in Fig. 6b in einer alternativen Querschnittsdarstellung nur schematisch gezeigt ist, könnten beispielsweise auch ein oder mehr Drähte, im gezeigten Ausführungsbeispiel drei Anodendrähte, in Umfangsrichtung versetzt zueinander liegend im wesentlichen in Längsrichtung zum Ankerpfahl 3 verlaufend angeordnet und gehal­ ten werden, wodurch sich ein eher symmetrisches Feld aufbauen läßt. Schließlich muß der Anodendraht nicht parallel zum Anker 3 verlaufen, sondern könnte auch mit einer bestimmten auch in Um­ fangsrichtung verlaufenden Komponente unter Erzeugung einer Wendel um den Ankerpfahl 3 verlaufend angeordnet werden.

Durch den kathodischen Korrosionsschutz wird ein langjähriger und dauerhafter Schutz des metallischen Ankerpfahlstahles ge­ währleistet. Sollte im Beton- oder Verpreßkörper durch Spalt- oder Rißbildung Feuchtigkeit eindringen, die bis zu dem metallischen Ankerpfahl vordringen kann, so würde hierüber durch die ange­ legte Spannung der kathodische Korrosionsschutz aufrechterhalten werden.

Obgleich unterschiedliche Anoden grundsätzlich in Betracht kom­ men, hat sich jedoch eine Anode als besonders günstig erwiesen, bei der zwischen der Anode und der eine Zuführung darstellenden Elektroleitung eine Widerstandsverbindung mit größerem Wider­ stand als der Widerstand des Anodenmaterialis vorgesehen ist, wie dies u. a. beispielsweise in der WO 89/03 918 beschrieben ist, auf deren Offenbarungsgehalt in vollem Umfange Bezug genommen wird. Dabei kann die Anode grundsätzlich stab- oder drahtförmig mit rundem Querschnitt mit innenliegender Elektroleitung und außen­ liegender mantelzylinderförmigen Anode mit dazwischen befindli­ cher Widerstandsbrücke ausgebildet sein.

Nachfolgend wird noch auf Fig. 7a und 7b Bezug genommen, in welchen ein mehrere Stäbe umfassender Ankerpfahl 3 gezeigt ist. Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind fünf in Umfangsrichtung versetzt zueinander in Axialrichtung angeordnete und parallel zu­ einander laufende Ankerpfahlstäbe 3′ um eine in der Mitte in Axialrichtung verlaufende Anode 9 angeordnet. Die Anode und die einzelnen Ankerpfahl-Stäbe 3′ werden über an geeigneter Stelle in Axialrichtung versetzt liegende Abstandshalter 11 vorzugsweise in Form von Kunststoff oder anderen geeignetem, nicht leitendem Ma­ terial gehalten.

Der Raum im Bohrloch bis zum Boden- und Erd- oder Felsbereich 41 wird insgesamt mit der Vergußmasse, allgemein mit dem Beton- oder sonstigem Verpreßkörper 13 ausgegossen und verpreßt. Dabei hat sich durchaus als günstig erwiesen, daß die in Umfangsrich­ tung versetzt liegenden Ausnehmungen zur Aufnahme und Justie­ rung der einzelnen Ankerpfahl-Stäbe 3′ sowie die zentrale Durch­ trittsöffnung zur Aufnahme des Anodenrohres oder Anodenstabes 9 größer bemessen sein kann als die Außenabmessungen der entspre­ chenden Ankerpfahl-Stäbe 3′ bzw. des zentral liegenden Anoden­ stabes 9.

Für den kathodischen Korrosionsschutz sind geringe Stromdichten erforderlich, wobei eine Elektrolyse vermieden werden sollte, die bei Zersetzungsspannung von über 1,2 V auftreten. Wenn möglich, sollten die Spannungen aber über 0,7 V liegen. Somit ergeben sich günstige Werte, beispielsweise bei 0,7 bis 0,9 V als Span­ nungspotential zwischen Kathode und Anode.

Bei dem günstigen rotationssymmetrischen Aufbau zwischen Anode und Kathode gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 wird für den kathodischen Korrosionsschutz nur eine vergleichsweise geringe Energie benötigt. Dabei sind Stromdichten von etwa um 10 mA ausreichend.

Nur der Vollständigkeit halber wird angemerkt, daß es unter Um­ ständen auch angebracht und sinnvoll erscheinen kann, daß bei­ spielsweise der Stahl des gegen Korrosion zu schützenden Anker­ pfahles die Aufgabe der Anode übernimmt, und eine, wie ansonsten in den Ausführungsbeispielen beschriebene Anode dann die Rolle der Kathode übernimmt, die bei der Herstellung des Ankerpfahles entsprechend eingebaut wird.

Claims (13)

1. Korrosionsschutz für metallische Pfähle und Verpreßanker, ins­ besondere auf Zug beanspruchte rohrförmige Ankerpfähle (3), mit vorzugsweise rohrförmigem oder vollzylinderförmigem Stahlkörper, dadurch gekennzeichnet, daß der Korrosionsschutz aus einem ka­ thodischen Korrosionsschutz besteht, wozu der im Erdreich ver­ mörtelte, einbetonierte oder verpreßte leitfähige Ankerpfahl (3) als Kathode auf gegenüber einer Anode (9) negativeres Potential gelegt ist.

2. Korrosionsschutz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode im wesentlichen stab- bis drahtähnlich ausgebildet ist und einen im wesentlichen kreisförmigen bis polygonalen Quer­ schnitt aufweist.

3. Korrosionsschutz nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Anode (9) im Abstand zum Ankerpfahl (3) parallel zu diesem verläuft.

4. Korrosionsschutz nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei rohrförmigem Ankerpfahl (3) die Anode (9) im Inneren des Ankerpfahles (3) verlegt ist.

5. Korrosionsschutz nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei vollkörperförmigem Ankerpfahl (3) die Anode im radialen Versatz zum Ankerpfahl (3) zu diesem verlegt ist.

6. Korrosionsschutz nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode (9) über Abstandshalter (11) im Abstand zum Ankerpfahl (3) gehalten wird.

7. Korrosionsschutz nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandshalter (11) in Längsrichtung des Ankerpfahles (3) versetzt sitzen.

8. Korrosionsschutz nach einem der Ansprüche 4, 6 oder 7, da­ durch gekennzeichnet, daß die Abstandshalter (11) hülsenfeder- bis sternförmig ausgebildet sind, um die im Inneren des rohrför­ migen Ankerpfahles (3) koaxialkabelähnlich verlegte Anode (9) gegenüber dem Ankerpfahlstahl (3) zu halten.

9. Korrosionsschutz nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandshalter (11) am Außenumfang des Ankerpfahles (3) sitzen und die im Abstand dazu verlaufende Anode (9) halten.

10. Korrosionsschutz nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß in Umfangsrichtung zum Ankerpfahl (3) versetzt liegend mehrere im wesentlichen in Längsrichtung zu diesem verlaufende Anoden (9) vorgesehen sind.

11. Korrosionsschutz nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode (9) zwischen dem mit dem Verpreß- oder Betonkörper (13) in Kontakt stehenden Anodenmantel und einer Elektrozuführungsleitung eine Widerstandsverbindung mit höherem Widerstandswert als das Anodenmantelmaterial vorgesehen ist.

12. Korrosionsschutz nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode (9) im Querschnitt dreischichtig ausgebildet ist und zwischen dem äußeren Anodenmantel und im Inneren befindli­ chen Elektrozuführleitung einen Widerstandshüllenleiter aufweist.

13. Korrosionsschutz nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Spannungspotential zwischen dem eine Kathode bildenden Ankerpfahl (3) und der Anode (9) 0,5 V bis 1,5 V, insbesondere 0,7 V bis 1,2 V, vorzugsweise 0,7 V bis 0,9 V beträgt.