DE4134232C2 - Korrosionsschutz für rohrförmige metallische Ankerpfähle - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Korrosionsschutz für rohrförmige metallische Ankerpfähle 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.

Ein kathodischer Korrosionsschutz ist bereits aus der US- PS 2,851,414 bekannt geworden. Bei diesem kathodischen Korrosionsschutz wird ein tellerförmiger Anker verwendet. Ein den Anker tragender Ankerstab ist durch den tellerför­ migen Anker hindurchgeführt und endet in einem vergleichs­ weisen kurzen zylinderförmigen Anodenkörper. Es handelt sich dabei um eine galvanische Anode.

Aus der Veröffentlichung DE-B: "Handbuch des kathodischen Korrosionsschutzes", 3. Auflage, 1989, VCH-Verlag Weil­ heim, Seite 197 ist grundsätzlich auch die Verwendung von Fremdstrom-Anoden beim kathodischen Korrosionsschutz be­ kannt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es einen verbes­ serten Korrosionsschutz für rohrförmige metallische An­ kerpfähle, insbesondere auf Zug beanspruchte Ankerpfähle zu schaffen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß entsprechend den im An­ spruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Aus­ gestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Erfindungsgemäß wird also ein günstiger Korrosionsschutz für rohrförmige Ankerpfähle vorgesehen. Es handelt sich hierbei um Rohrkörper, die in entsprechende Tiefe in die Erde eingetrieben werden, also anders als beim Stand der Technik, bei welchem eine entsprechende tellerförmige Ankerplatte nur nach zuvorigem Ausheben des Erdreichs und Verkabeln des Ankertellers im Erdreich positionsrichtig vergraben werden kann.

Insbesondere durch die im wesentlichen konzentrisch im inneren zu dem rohrförmigen Ankerpfahl untergebrachte Anode ergibt sich praktisch über die gesamte Länge des Ankerpfahls der gewünschte Korrosionsschutz.

In einer bevorzugten Ausführungsform sind geeignete Maß­ nahmen vorgesehen, um sicherzustellen, daß die Anode im gleichbleibenden Abstand zum gesamten Material des rohr­ förmigen Ankerpfahles zu liegen kommt, der die Kathode bildet. Auch dadurch wird für den gesamten Ankerpfahl der gewünschte Korrosionsschutz mit vergleichsweise geringen Mitteln erreicht.

In einer Weiterbildung der Erfindung können zur Sicher­ stellung eines gleichmäßigen Abstandes zwischen Anode und Kathode isolierende Abstandshalter verwendet werden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbei­ spielen näher erläutert. Dabei zeigen im einzelnen:

Fig. 1 eine auszugsweise schematische Längs­ schnittdarstellung durch ein Bohrloch mit eingesetztem Ankerpfahl, mit dem erfin­ dungsgemäßen kathodischen Korrosions­ schutz;

Fig. 2a und 2b zwei schematische Ausführungs­ beispiele einmal in Längsseiten­ ansicht und einmal in Stirnsei­ tenansicht bezüglich zweier Ab­ stands­ 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; und

Fig. 5a und 5b 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 auszugsweiser 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 innenliegenden Hohlraum des rohrförmigen Ankerpfahles 3 Spülmittel eingepumpt wird, welches am vorderen Rohrkopf 5 u. a. radial austritt, 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 ein getrieben werden.

Unabhängig davon wird dann das Verpreßmaterial, das in der Re­ gel aus einer Zementsuspension besteht, durch den rohrförmigen Ankerpfahlstahl 3 hindurch gepumpt 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 entscheidende Behinderung darstellen.

Schließlich könnte auch ein beliebig biegbarer und keine Eigen­ steifigkeit aufweisender Draht als Anode 9 verlegt werden. In diesem Falle bietet es sich an, einen speziellen Anoden-Träger vorzusehen, der vergleichbar zu 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.

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 Anodenmaterials vorgesehen ist, wie dies u. a. beispielsweise in der W089/03918 beschrieben ist. 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. 5a und 5b 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 Ströme von etwa um 10 mA ausreichend.

Claims (9)

1. Korrosionsschutz für rohrförmige metallische Ankerpfäh­ le (3), insbesondere Verpreßanker, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale

• - der Korrosionsschutz besteht aus einem kathodischen Korrosionsschutz,
• - die Anode (9) besteht aus einer Fremdstrom-Anode,
• - der im Erdreich vermörtelte, einbetonierte oder verpreß­ te leitfähige Ankerpfahl (3) ist als Kathode auf gegen­ über der Anode (9) negativeres Potential gelegt,
• - die Anode (9) ist längs des hohlen Ankerpfahles (3) in dessen Innerem verlegt.

2. Korrosionsschutz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Anode (9) über isolierende Abstandshalter (11) im Abstand zum Ankerpfahl (3) gehalten ist.

3. Korrosionsschutz nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Anode (9) im Abstand zum Ankerpfahl (3) koaxial zu diesem verläuft.

4. Korrosionsschutz nach Anspruch 1 oder 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Abstandshalter (11) in Längsrichtung des Ankerpfahles (3) versetzt sitzen.

5. Korrosionsschutz nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandshalter (11) hül­ senfeder- bis sternförmig ausgebildet sind, worüber die im inneren des rohrförmigen Ankerpfahles (3) zu diesem koaxialkabelähnlich verlegte Anode (9) gegenüber dem Ankerpfahl (3) gehalten ist.

6. Korrosionsschutz nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode (9) stab- bis drahtähnlich ausgebildet ist und einen kreisförmigen bis polygonalen Querschnitt auf­ weist.

7. Korrosionsschutz nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode (9) zwischen dem mit dem Verpreß- oder Betonkörper (13) in Kontakt stehenden Anodenmantel und einer Elektrozuführungsleitung eine Wi­ derstandsverbindung mit höherem Widerstandswert als das Anodenmantelmaterial aufweist.

8. Korrosionsschutz nach Anspruch 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Anode (9) im Querschnitt dreischichtig ausgebildet ist und zwischen dem äußeren Anodenmantel und einer im inneren befindlichen Elektrozuführleitung einen Hüllenleiter mit demgegenüber größerem Widerstand auf­ weist.

9. Korrosionsschutz nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Spannungspotential zwi­ schen 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.