DE4305923C2

DE4305923C2 - Abdichtvorrichtung für Ankerköpfe gegen drückendes Wasser

Info

Publication number: DE4305923C2
Application number: DE19934305923
Authority: DE
Inventors: Helmut Dipl Ing Seeburger; Josef Dipl Ing Siefermann; Dieter Waldbauer
Original assignee: Bilfinger und Berger Bau AG
Current assignee: Bilfinger SE
Priority date: 1993-02-26
Filing date: 1993-02-26
Publication date: 1997-02-27
Anticipated expiration: 2013-02-27
Also published as: DE4305923A1; DE9308220U1

Description

Die Erfindung betrifft eine Abdichtvorrichtung für Ankerköpfe gegen drückendes Wasser, insbesondere Grundwasser, wobei ein verrohrtes Bohrloch durch die zu verankernde Wand in den Verankerungsgrund gebohrt wird, ein Hüllrohr mit mindestens einem Ankerzugglied in das Bohrrohr eingeführt und der Verpreßkörper beispielsweise durch Injizieren einer Verpreßmasse durch das Hüllrohr unter teilweisem Ziehen des Bohrrohrs hergestellt wird, und das Bohrrohr aus dem Bohrloch gezogen und die Abdichtung des Ankerkopfs gegen drückendes Wasser aus dem Bohrloch vorgenommen wird.

Insbesondere beim Verankern von Spundwänden, Schlitzwänden oder Pfahlwänden in Baugruben ist es erforderlich, die Ankerköpfe gegen drückendes Grundwasser abzudichten. Besondere Anforderungen an diese Abdichtung ergeben sich beispielsweise, wenn der Grundwasserspiegel mehrere Meter über der Ankerbohrung liegt: Mit dem aus dem Bohrloch in die Baugrube schießenden Grundwasser können Bodenteile mitgerissen und ausgespült werden. Infolgedessen besteht einerseits die Gefahr von Setzungen, die eventuell vorhandene, benachbarte Gebäude schädigen, andererseits wird die Tragwirkung im Bereich des geplanten Verpreßkörpers vermindert.

Während des Bohrens werden Wassereinbrüche in das Bohrrohr durch wasserdichte Sonderbohrkronen verhindert, im Bereich des Ankerkopfs jedoch sind gegen das am Bohrrohr entlang ausfließende Wasser besondere Abdichtungsmaßnahmen erforderlich.

Außerdem muß der Ankerkopfbereich beim Ziehen des Bohrrohrs nochmals neu gegen das zwischen Bohrlochwandung und Hüllrohr ausfließende Wasser abgedichtet werden.

Aus der Fachzeitschrift "Bauingenieur", Nr. 65 (1990), Seiten 410/411 ist ein Verfahren zum Abdichten von Ankerköpfen gegen drückendes Grundwasser bekannt: Neben dem Bohrloch wird durch die zu verankernde Wand hindurch eine Dichtmasse in den Bohrgrund injiziert; diese verteilt sich hinter der Wand in der Umgebung des Bohrlochs, schmiegt sich allseitig an das Bohrrohr, bzw. an das Hüllrohr an und stellt so die Dichtung her. Als Injektionsmaterial werden Kunstharze, schnellerhärtende Zemente oder Zement-Wasserglas-Mischungen verwendet.

Innerhalb von Pfahl- und Schlitzwandkonstruktionen sind aus der oben erwähnten Fachzeitschrift "Packer" als Dichtungselemente bekannt. Ein Packer ist zur Abdichtung eines Ringraumes geeignet und besteht beispielsweise aus zwei gegeneinander verschiebbaren Stahlblechscheiben mit einer dazwischenliegenden Gummistopfbüchse.

Sowohl das Abdichten durch Injizieren einer Dichtmasse, als auch das Abdichten durch einen Packer versagt in dem Moment, in dem das Bohrrohrende beim Ziehen des Bohrrohrs die Dichtung passiert:
Zwischen der Dichtung, deren Querschnitt dem Bohrrohrquerschnitt angepaßt ist, und dem überlicherweise wesentlich dünneren Hüllrohr des Ankerzuggliedes verbleibt ein Zwischenraum, durch den das drückende Wasser nach außen dringen kann. Je nach Wasserdruck kann dabei in kurzer Zeit eine erhebliche Menge an Wasser und mitgerissenen Bodenteilen oder Teilen der Zementsuspension des Verpreßkörpers austreten.

Beim Injektionsverfahren ergibt sich die zusätzliche Schwierigkeit, daß die Dichtwirkung der erhärtenden injizierten Dichtmasse durch die Drehung des Bohrrohrs beim Bohrvortrieb zerstört wird.

Die DE-A 38 31 926 offenbart ein Verfahren zum Herstellen eines Verpreßankers durch eine einen Boden mit Druckwasser abschließende Wand, an der ein Ankerstuhl angebracht wird, der mit einer Bohrrohrschleuse mit einer Dichtung für das Bohrrohr und einer Ankerschleuse mit einer Ringschlauchdichtung für wenigstens ein Ankerzugglied versehen ist. Hat das Bohrrohr seine Endstellung erreicht, wird in dieses ein Ankerzugglied eingeführt. Die Dichtung für das Bohrrohr ist gemäß diesem Stand der Technik von der Ringschlauchdichtung für das wenigstens eine Ankerzugglied räumlich und funktional getrennt, d. h. die Ringschlauchdichtung wirkt ausschließlich auf das wenigstens eine Ankerzugglied. Solange die Ringschlauchdichtung das wenigstens eine Ankerzugglied nicht abdichtet, kann Wasser und/oder Baumaterial zwischen Rohrstutzen und Ankerzugglied passieren.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Abdichtvorrichtung für Ankerköpfe gegen drückendes Wasser zu schaffen, mit der eine sichere Abdichtung des Ringraums zwischen dem Hüllrohr und dem Ankerführungsrohr bzw. der zu verankernden Wand gegen drückendes Wasser beim Ziehen des Bohrrohrs ermöglicht wird.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen. Es wird vorgeschlagen, daß im Bereich des Ankerkopfs eine in ihrem Volumen veränderliche, sich einem verändernden, insbesondere unstetig verkleinernden Rohrquerschnitt anpassende Ringdichtung, die in ihrem Inneren einen von außen zugänglichen Hohlraum aufweist, im Anker-Führungsrohr oder in der zu verankernden Wand angebracht wird, wobei zur Ringdichtungsvolumenvergrößerung ein Medium unter Druck in den Hohlraum eingeleitet wird.

Mit dieser Vorrichtung wird es also möglich, daß eine Ringdichtung, die den Ringraum zwischen Anker-Führungsrohr und Bohrrohr, bzw. Wand und Bohrrohr abdichtet, sich beim Passieren des Bohrrohrendes so verformen und ausdehnen kann, daß sie sich ohne Verlust der Dichtwirkung an das verbleibende, wesentlich dünnere Hüllrohr anschmiegt; zweckmäßigerweise führt diese Ausdehnung zum vollständigen Verschluß des Ringraums zwischen Anker-Führungsrohr und Hüllrohr, bzw. Wand und Hüllrohr.

Vorteilhaft ist es, die erfindungsgemäße Vorrichtung so zu erweitern, daß die Volumenvergrößerung der Ringdichtung bis hin zum vollständigen Verschluß des Bohrlochs erfolgen kann. Dies erlangt Wichtigkeit, falls im Bohrloch kein Hüllrohr verbleiben soll.

Das Einleiten des Druckmediums in den Hohlraum der Ringdichtung kann nach Bedarf erst in dem Moment vorgenommen werden, in dem das Bohrrohrende die Ringdichtung passiert.

Nach der Erfindung wird Druckgas in den Hohlraum eingeleitet, so daß sich durch die Expansionsfähigkeit des Gases die Dichtung in kürzester Zeit den veränderten Rohrquerschnitten anpassen kann; sie bläht sich an der vorbeigleitenden Kante des Bohrrohrendes auf und schmiegt sich dichtend an das Ankerhüllrohr an. Ein hoher Gasdruck im Inneren des Hohlraums erhöht außerdem die Dichtwirkung der Ringdichtung.

In die erfindungsgemäße Vorrichtung kann aber auch eine Flüssigkeit in den Hohlraum eingeleitet werden. Ist die elastische Rückstellkraft des Ringdichtungskörpers in der Größenordnung des hydraulischen Drucks, kann das Volumen des Hohlraums, und damit das Volumen des Ringdichtungskörpers, durch Einbringen oder Entnehmen einer vorwählbar definierten Menge an Flüssigkeit definiert verändert werden.

Eine besonders vorteilhafte Version der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergibt sich, wenn die mit einem Hohlraum versehene Ringdichtung schon beim Bohrvortrieb, als Dichtung zwischen Anker-Führungsrohr und Bohrrohr, bzw. Wand und Bohrrohr fungiert.

Dies wird durch eine Spannvorrichtung erreicht, welche die Ringdichtung gleichzeitig gegen das Bohrrohr und gegen das Anker-Führungsrohr bzw. die zu verankernde Wand preßt.

Nach dem Herausziehen des Bohrrohrs, kann die Bohrlochöffnung durch einen Deckel mit Flachdichtung verschlossen werden. Durch diese Maßnahme wird die Ringdichtung überflüssig, bzw. deren Funktion wird über eine zweite Dichtung abgesichert.

Zweckmäßigerweise wird zur Verspannung des Ankers der Ankerkopf auf diesen Deckel aufgesetzt.

Vorteilhafterweise wird das Ankerzugglied, bzw. die Ankerzugglieder gespannt und mittels in den Ankerkopf eingesetzten Keilen gegen den Ankerkopf verspannt. Somit ist eine dauerhafte Verankerung der Wand gewährleistet.

Vorteilhafterweise wird der von außen zugängliche Hohlraum im Innern der Ringdichtung durch ein Ventil verschlossen. Dadurch ergibt sich der Vorteil, daß ein in den Hohlraum einmal eingeleitetes Druckgas oder eine eingeleitete Flüssigkeit nicht mehr aus dem Hohlraum entweichen kann, auch wenn die Druckgas-, bzw. die Flüssigkeitspumpvorrichtung zum Zweck einer weiteren Ankerherstellung vom Hohlraumzugang abgezogen wird.

Da die Ringdichtung an der Innenwand des Anker-Füh rungsrohrs, bzw. im Innern der zu verankernden Wand befestigt ist, ist es zweckmäßig, daß das Ventil durch das Anker-Führungsrohr, bzw. durch die Wand durchgeführt wird.

Wird der Ventilsitz gleichzeitig durch den Hohlraumzugang und durch die genannte Durchführung gebildet, so ist eine Dichtung gegen drückendes Wasser aus dem Raum innerhalb des Anker-Führungsrohr, bzw. der Bohrlochwandung der zu verankernden Wand, nicht erforderlich. Sitzt das Ventil nur in der Ringdichtung, so ist eine Abdichtung der Durchführung sehr vorteilhaft.

Weil das Bohrrohr beim Bohren des Bohrlochs rotierend und stoßend vorgetrieben wird, ist es vorteilhaft, die Ringdichtung mittels einer Arretiervorrichtung mit dem Anker-Führungsrohr, bzw. mit der zu verankernden Wand lösbar zu verbinden. Auch beim Herausziehen des Bohrrohrs wird so verhindert, daß die Ringdichtung mit herausgezogen wird.

Aufgrund der großen Kräfte beim rotierenden Bohrvortrieb ist es vorteilhaft, wenn der Sitz der Ringdichtung im Anker-Führungsrohr, bzw. in der zu verankernden Wand einen oder mehrere Vorsprünge aufweist, in welche die Ringdichtung einhakt, und so dem vortreibenden Bohrrohr einen zusätzlichen Widerstand entgegensetzen kann.

Nach einer bevorzugten Ausbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird das Anker-Führungsrohr mit einer Ankerplatte verbunden, welche mittels Quetschdichtungen dichtend an der zu verankernden Wand angebracht ist. So kann auch zwischen Wand und Anker-Führungsrohr kein Wasser austreten.

Die Vorrichtung, in der die Ringdichtung beim Bohren des verrohrten Bohrlochs durch eine Spannvorrichtung gegen das Anker-Führungsrohr, bzw. die Wand und gleichzeitig gegen das Bohrrohr gepreßt wird, weist zweckmäßigerweise an der Ringdichtung eine vom Hohlraum beabstandete Dichtungsnase auf, die elastisch auf dem Bohrrohr aufliegt. Die Spannvorrichtung ist dabei bevorzugt eine Stopfbuchsenbrille, die ihrerseits auf der Dichtungsnase der Ringdichtung aufliegt und mittels Schrauben mit dem Anker-Führungsrohr spannbar verbunden ist. Durch Spannen der Stopfbuchsenbrille mit den Schrauben wird die Dichtungsnase der Ringdichtung gequetscht und gleichzeitig gegen das Bohrrohr und das Anker-Führungsrohr zum Zweck einer guten Dichtungswirkung gepreßt. So ist auch während des Bohrvorgangs ein Nachspannen der Stopfbuchsenbrille, und damit der Dichtungsnase jederzeit möglich.

Vorteilhaft ist, eine Vorrichtung, in der die Bohrlochöffnung nach dem Herausziehen des Bohrrohrs durch einen Deckel mit Flachdichtung verschlossen wird, so ausgebildet, daß die Flachdichtung einerseits am Deckel, andererseits an der Schulter der Dichtungsnase, sowie dichtend auf dem Hüllrohr elastisch aufliegt. Das bedeutet, daß die Flachdichtung einfach nur eingesetzt und der Deckel aufgeschraubt werden muß, und trotzdem eine effektive Dichtung gegeben ist.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung anhand der Abbildungen beschrieben und erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Ankerkopfbereich beim Bohrvortrieb,

Fig. 2 einen Ankerkopfbereich beim Ziehen des Bohrrohrs,

Fig. 3 einen Ankerkopfbereich nach dem Ziehen des Bohrrohrs, mit Flachdichtung und Deckel,

Fig. 4 einen Ankerkopfbereich mit aufgesetztem Ankerkopf und verspanntem Zugglied.

In den Figuren ist ein Ankerkopfbereich dargestellt, bei dem eine Ankerplatte 17 über eine dazwischenliegende Quetschdichtung 9 an der zu verankernden Wand 10 angebracht ist. Andererseits ist die Ankerplatte 17 über eine Schweißnaht 22 mit einem Anker-Führungsrohr 8 verbunden.

Die Fig. 1 zeigt die Situation beim Vortrieb des Bohrrohres 2. Das aus dem Bohrgrund drückende Wasser steht zwischen Bohrlochwandung 3 und Bohrrohr 2 an. Die Quetschdichtung 9 verhindert, daß das Wasser zwischen Ankerplatte 17 und Wand 10 austreten kann; die Dichtungsnase 18 der Ringdichtung 6 dichtet den Ringraum zwischen Anker-Führungsrohr 8 und Bohrrohr 2 gegen das drückende Wasser ab.

Dazu ist in die Anker-Führungsrohröffnung eine Stopfbuchsenbrille 12 eingesetzt, die mittels Schrauben 19 in das Anker-Führungsrohr 8 hineingedrückt werden kann. Die Stopfbuchsenbrille 12 quetscht die Dichtungsnase 18, so daß diese gegen das Anker-Führungsrohr 8 und gegen das Bohrrohr 2 gedrückt wird. Die Arretiervorrichtung 16 verhindert, daß die Ringdichtung 6 mit dem Bohrrohr 2 mitgedreht oder mithineingeschoben wird. Gegen das Mithineinschieben der Ringdichtung 6 wird die Arretiervorrichtung 16 durch den Vorsprung 21 im Anker-Führungsrohr 8 unterstützt.

Ferner zeigt Fig. 1 den von außen zugänglichen Hohlraum 7 im Innern der Ringdichtung 6, der durch das Ventil 11 verschlossen ist. Das Ventil 11 sitzt dabei im Anker-Führungsrohr 8 und gleichzeitig in der Ringdichtung 6.

Fig. 2 zeigt den Zeitpunkt des Verfahrens, an dem das Bohrrohrende an der Ringdichtung 6 vorbeigezogen wird. Über das Ventil 11, das gas- und/oder wasserdicht schließt, wird in diesem Beispiel Druckluft in den Hohlraum 7 der Ringdichtung 6 eingeleitet. Beim Vorbeigleiten des Endes des Bohrrohrs 2 kann sich der Hohlraum 7, und damit die Ringdichtung 6 ausdehnen; sie schmiegt sich rundum einschnürend an das Hüllrohr 4 an, welches einen deutlich kleineren Querschnitt als das Bohrrohr 2 aufweist, und stellt so sicher, daß in keinem Moment Wasser zwischen dem Hüllrohr 4 des Ankerzuggliedes 5 und dem Anker-Führungsrohr 8 austreten kann. Die Besonderheit des hier dargestellten Ausführungsbeispiels ist, daß die Dichtungsnase 18 vom Hohlraum 7 so weit beabstandet ist, daß eine Dichtungswirkung nach außen auch bei einer, für eine sich dem veränderten Rohrquerschnitt stetig anpassende Dichtungsform, zu langsamen Ausdehnung der Ringdichtung 6 gewährleistet ist.

Die Arretiervorrichtung 16 stellt dabei sicher, daß die Ringdichtung 6 nicht mit dem Bohrrohr 2 aus dem Anker-Führungsrohr 8 hinausgezogen wird.

Fig. 3 zeigt den Ankerkopfbereich nach dem Entfernen des Bohrrohrs, wobei eine Flachdichtung 14 in die Öffnung des Anker-Führungsrohrs 8 eingesetzt, und diese Öffnung mit einem Deckel 13 verschlossen wurde.

Die Flachdichtung 14 liegt dabei auf der Schulter 20 der Dichtungsnase 18 auf und wird durch den Anpreßdruck des Deckels 13 gleichzeitig gegen das Anker-Führungsrohr 8 und das Hüllrohr 4 gedrückt. Der Ringraum zwischen Anker-Führungsrohr 8 und Hüllrohr 4 ist also durch die Flachdichtung 14 zuverlässig abgedichtet, das Druckgas konnte aus dem Hohlraum 7 der Ringdichtung 6 wieder abgelassen werden, das Ventil 11 konnte zur Weiterverwendung entfernt und statt dessen der Blindstopfen 15 in den Hohlraumzugang eingesetzt werden. Auch hier haben Arretiervorrichtung 16 und Vorsprung 21 die wichtige Funktion, ein Verschieben der Ringdichtung 6 zu verhindern. So kann der Anker bis zum vollständigen Erhärten der Verpreßmasse, was durchschnittlich mehrere Tage dauert, verbleiben.

Fig. 4 zeigt einen Ankerkopfbereich mit aufgesetztem Ankerkopf 1 nach dem Verspannen des Ankers. Die Spannung des Ankers wird durch die zwischen Ankerzugglied 5 und Ankerkopf 1 eingesetzten Verspannkeile 23 gehalten. Somit ist ein dauerhafter, gegen drückendes Wasser zuverlässig abgedichteter Anker gesetzt.

Bezugszeichenliste

1 Ankerkopf
2 Bohrrohr
3 Bohrlochwandung
4 Hüllrohr
5 Ankerzugglied
6 Ringdichtung
7 Hohlraum
8 Anker-Führungsrohr
9 Quetschdichtung
10 Wand
11 Ventil
12 Stopfbuchsenbrille
13 Deckel
14 Flachdichtung
15 Blindstopfen
16 Arretiervorrichtung
17 Ankerplatte
18 Dichtungsnase
19 Schrauben
20 Schulter von 18
21 Vorsprung
22 Schweißnaht
23 Verspannkeile

Claims

1. Abdichtvorrichtung für Ankerköpfe gegen drückende Wasser, insbesondere Grundwasser, mit
einem verrohrten Bohrloch, das durch eine zu verankernde Wand (10) in einem Verankerungsgrund gebohrt ist,
einem Hüllrohr (4), das mit mindestens einem Ankerzugglied (5) in das Bohrrohr (2) eingeführt ist,
einem Verpreßkörper, der z. B. durch Injizieren einer Verpreßmasse durch das Hüllrohr (4) unter teilweisem Ziehen des Bohrrohrs (2) herstellbar ist, und
einer in ihrem Volumen veränderlichen, sich einem verändernden, insbesondere unstetig verkleinernden, Rohrquerschnitt anpassenden Ringdichtung (6), die im Anker-Führungsrohr (8) oder in der zu verankernden Wand (10) angebracht ist und in ihrem Inneren einen von außen zugänglichen Hohlraum (7) aufweist, in den beim Ziehen des Bohrrohrs (2) aus dem Bohrloch zur Anpassung an einen sich verändernden Rohrquerschnitt (Bohrrohr/Hüllrohr) ein Medium unter Druck einleitbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringdichtung (6) zur Abdichtung des Bohrrohrs (2) gegenüber dem Anker-Führungsrohr (8) eine vom Hohlraum (7) beabstandete Dichtungsmasse (18) aufweist, die mittels einer Spannvorrichtung, z. B. einer Stopfbuchsenbrille (12), gegen das Anker-Führungsrohr (8) oder die zu verankernde Wand (10) und gegen das Bohrrohr (2) preßbar ist, und daß ein eine Flachdichtung (14) aufweisender Deckel (13) zum Abdichten des Ringraums zwischen dem Anker-Führungsrohr (8) und dem Hüllrohr (4) vorgesehen ist.

2. Abdichtvorrichtung für Ankerköpfe gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannvorrichtung in die Ankerführungsrohröffnung eingesetzt ist.

3. Abdichtvorrichtung für Ankerköpfe gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flachdichtung (14) elastisch dichtend am Deckel (13), an einer Schulter (20) der Dichtungsnase (18) und am Hüllrohr (4) aufliegt.

4. Abdichtvorrichtung für Ankerköpfe gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (11) im Anker-Führungsrohr (8) oder in der zu verankernden Wand (10) und in der Ringdichtung (6) sitzt.

5. Abdichtvorrichtung für Ankerköpfe gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (11) in der Ringdichtung (6) sitzt und durch das Anker-Führungsrohr (8) oder durch die zu verankernde Wand (10) durchgeführt ist, und diese Durchführung gegen drückendes Wasser abgedichtet ist.

6. Abdichtvorrichtung für Ankerköpfe gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringdichtung (6) mittels einer Arretiervorrichtung (16) mit dem Anker-Führungsrohr (8) oder der Wand (10) lösbar verbunden ist.

7. Abdichtvorrichtung für Ankerköpfe gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringdichtung (6) in einem Vorsprung (21) des Anker-Führungsrohrs (8) oder der Wand (10) eingehakt ist.

8. Abdichtvorrichtung für Ankerköpfe gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stopfbuchsenbrille (12) für die Ringdichtung (6) auf der Dichtungsnase (18) aufliegt und mittels Schrauben (19) mit dem Anker-Führungsrohr (8) spannbar verbunden ist.