EP0241451A1

EP0241451A1 - Rock anchor

Info

Publication number: EP0241451A1
Application number: EP87890071A
Authority: EP
Inventors: Rudolf Gruber
Original assignee: Mai Pump Austria GmbH
Current assignee: Mai Pump Austria GmbH
Priority date: 1986-04-09
Filing date: 1987-04-09
Publication date: 1987-10-14
Anticipated expiration: 2007-04-09
Also published as: ATA93086A; DE3771369D1; EP0241451B1; AT387429B

Abstract

A rock anchor (1) whose hollow-space-shaped steel body (2), if need be provided with longitudinal slots (3), deforms radially upon being driven into the bore hole smaller in diameter and is anchored only by friction on the bore-hole wall. According to the invention, the hollow space or hollow spaces of the rock anchor (1) is or are now filled with a deformable compound, preferably foamed plastic (4). This is intended primarily to produce effective corrosion protection; in addition, the effectiveness of the rock anchor is to be increased by increasing the spring force and the rigidity. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft einen Gebirgsanker zum Eintreiben in in Fels oder Gestein vorgebohrte Ankerlöcher, der radial elastisch vorformbar ist.The invention relates to a rock anchor for driving into anchor holes predrilled in rock or rock, which can be radially elastically preformed.

Ein solcher Gebirgsanker ist beispielsweise in der DE-PS 24 05 883 beschrieben. Er besteht im wesentlichen aus einem geschlitzten Rohr, sodaß der Gebirgsanker in radialer Richtung zusammengedrückt werden kann, wobei sich die Breite des Schlitzes und damit der Druchmesser verringert.Such a rock anchor is described for example in DE-PS 24 05 883. It essentially consists of a slotted tube, so that the rock bolt can be compressed in the radial direction, the width of the slit and thus the diameter being reduced.

Ein Gebirgsanker dieser Art wird in ein Bohrloch eingetrieben, dessen Durchmesser etwas geringer ist als der Durchmesser des Gebirgsankers in entspanntem Zustand. Dadurch wird erreicht, daß der Gebirgsanker, wenn er in das Bohrloch eingetrieben wurde, kraftschlüssig an diesem anliegt.A rock bolt of this type is driven into a borehole, the diameter of which is slightly smaller than the diameter of the rock bolt in the relaxed state. It is thereby achieved that the rock bolt, when it has been driven into the borehole, is in a force-fitting manner against it.

Eine andere Ausführungsform ist aus der DE-OS 27 41 106 bekannt. Hier überlappen die Ränder des geschlitzten Rohres; beim Eintreiben in das Borhloch wird die überlappungszone breiter.Another embodiment is known from DE-OS 27 41 106. Here the edges of the slotted tube overlap; when driving into the borehole, the overlap zone becomes wider.

Aus der DE-OS 31 07 718 ist es bekannt, daß ein Gebirgsanker aus einem geschlossenen Rohr mit inneren und äußeren Längsnuten gebildet werden kann. Auch durch diese Ausführungsform wird eine Elastizität in radialer Richtung erreicht.From DE-OS 31 07 718 it is known that a rock bolt can be formed from a closed tube with inner and outer longitudinal grooves. This embodiment also achieves elasticity in the radial direction.

Aus den US-PS-en 4 284 379 und 4 310 266 sind schließlich Ausführungen bekannt, die eine Verringerung der Wandstärke der Gebirgsanker zulassen (wodurch die Gebirgsanker stärker zusammengedrückt werden können), ohne das Eintreiben zu erschweren. Bei der US-PS 4 310 266 wird dies dadurch erreicht, daß der als geschlitztes Rohr ausgebildete Gebirgsanker während des Eintreibens in das Bohrloch mittels eines in das Rohr eingeschobenen Kerns gedreht wird. Infolge der Drehung werden die notwendigen Eintreibkräfte stark herabgesetzt und das Rohr kann dementsprechend dünner ausgeführt werden. Gemäß der US-PS 4 284 379 ist der Gebirgsanker als geschlitztes oder nicht geschlitztes Rohr ausgebildet, das Rippen bzw. Versteifungen in Längsrichtung aufweist. Diese Rippen bzw. Versteifungen zeigen nach innen und sind im Querschnitt bogenförmig gekrümmt; sie bilden daher Längskanäle in der äußeren Oberfläche. Infolge der Rippen bzw. Versteifungen kann die Dicke des Rohres herabgesetzt werden, ohne die Widerstandskraft gegen Eintreibkräfte herabzusetzen.Finally, from US Pat. Nos. 4,284,379 and 4,310,266, designs are known which permit a reduction in the wall thickness of the rock anchors (as a result of which the rock anchors can be compressed more) without making driving in more difficult. In US Pat. No. 4,310,266, this is achieved in that the rock bolt, which is designed as a slotted tube, is rotated during the driving into the borehole by means of a core inserted into the tube. As a result of the rotation, the necessary driving forces are greatly reduced and the pipe can accordingly be made thinner. According to US Pat. No. 4,284,379, the rock bolt is designed as a slotted or unslit tube which has ribs or stiffeners in the longitudinal direction. These ribs or stiffeners point inwards and have an arcuate cross section; they therefore form longitudinal channels in the outer surface. As a result of the ribs or stiffeners, the thickness of the tube can be reduced without reducing the resistance to driving forces.

Allen bekannten Gebirgsankern ist gemeinsam, daß die Korrosion ein sehr großes, bisher ungelöstes Problem darstellt; denn im Prinzip ist das tragende Element dieser Gebirgsanker ein Stahlrohr mit einer relativ geringen Wandstärke. Im Gegensatz zu Ankern aus Rundstahl führt bei der geringen Wandstärke von 2 bis 2,5 mm, wie sie diese radial verformbaren Gebirgsanker aufweisen, eine Korrosion von weniger als einem Millimeter zum Versagen der Verankerung.All known rock anchors have in common that corrosion is a very large, as yet unsolved problem; because in principle the load-bearing element of these rock anchors is a steel tube with a relatively small wall thickness. In contrast to anchors made of round steel, the small wall thickness of 2 to 2.5 mm, as they have these radially deformable rock anchors, leads to corrosion of less than one millimeter to failure of the anchoring.

Die Korrosion kann nun in zwei verschiedenen Formen auftreten: Ist das Gebirge wasserführend und sind die Bohrlöcher naß, dann tritt die Korrosion auf Innen- und Außenflächen der Gebirgsanker auf; aber auch in relativ trockenen Gruben, mit trockenen Bohrlöchern, treten ankerzerstörende Korrosionen auf, die meistens nur auf den Außenflächen des Gebirgsankers auftreten, die im Kontakt mit dem Gebirge sind. Eine Erklärung dafür ist, daß die Temperaturdifferenz von Gebirge und Frischluft in der Grube zur Bildung von Kondenswasser führt, zumal ja die kühlere Luft ungehindert in das offene Rohr eindringen kann und zwischen dem wärmeren Gebirge nur die Blechstärke des Ankers liegt.The corrosion can now occur in two different forms: If the rock is water-bearing and the boreholes are wet, then the corrosion occurs on the inner and outer surfaces of the rock anchors; but also in relatively dry pits with dry boreholes, anchor-destroying corrosion occurs, which mostly only occurs on the outer surfaces of the rock anchor, which are in contact with the mountains. One explanation for this is that the temperature difference between the mountains and fresh air in the pit leads to the formation of condensed water, especially since the cooler air can penetrate the open pipe unhindered and only the plate thickness of the anchor lies between the warmer mountains.

Schon eine geringe Reduzierung der tragenden Wandstärke durch Korrosion führt zu einer Verringerung der Spannkraft und somit zum vorzeitigen und vor allem zum unkontrollierten Versagen der Gebirgsanker.Even a small reduction in the load-bearing wall thickness due to corrosion leads to a reduction in the resilience and thus to the premature and above all to the uncontrolled failure of the rock anchors.

Diesen Schwierigkeiten versucht die aus der US-PS 4 382 719 bekannte Gebirgsanker-Methode zu begegnen, die im Prinzip darin besteht, daß zwei rohrförmige Gebirgsanker (entsprechend der oben erwähnten DE-PS 24 05 883) ineinander versetzt werden. Durch den inneren Gebirgsanker wird der äußere Gebirgsanker verstärkt und mit zusätzlicher Kraft gegen die Bohrlochwand gedrückt. Damit werden wohl die tragenden Stahlquerschnitte erhöht, doch wird damit nicht das Problem der Korrosion an sich beseitigt. Sie wird wohl verzögert, doch die Zufuhr feuchter Luft bzw. Sauerstoff ins Rohrinnere kann ungehindert stattfinden. Es ist nun Aufgabe der Erfindung, diese Nachteile zu beseitigen.These difficulties are attempted to counter the rock bolt method known from US Pat. No. 4,382,719, which in principle consists in the fact that two tubular rock bolts (corresponding to the above-mentioned DE-PS 24 05 883) are put into one another. The inner rock anchor strengthens the outer rock anchor and presses it against the borehole wall with additional force. This may increase the load-bearing steel cross-sections, but it does not eliminate the problem of corrosion per se. It is probably delayed, but the supply of moist air or oxygen to the inside of the pipe can take place unhindered. The object of the invention is to eliminate these disadvantages.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Innere des eingangs genannten Gebirgsankers mit einer verformbaren Masse, vorzugsweise mit Kunststoffschaum,ausgefüllt ist.This object is achieved in that the interior of the rock anchor mentioned above is filled with a deformable mass, preferably with plastic foam.

Damit werden nicht nur die Innenflächen des Gebirgsankers vollkommen korrosionsgeschützt, sondern es wird auch die Zufuhr von Sauerstoff und kalter Luft in das Innere des Ankers verhindert. Dadurch ist die Bildung von Kondenswasser ausgeschlossen.This not only completely protects the inner surface of the rock anchor, but also the supply of Prevents oxygen and cold air from entering the anchor. This prevents condensation from forming.

Gemäß einer speziellen Ausführung ist die verformbare Masse steifelastisch. Dadurch ergibt sich der Vorteil, daß auch die Federkraft und die Steifigkeit des Gebirgsankers wesentlich erhöht wird. All diese Vorteile werden ohne irgendwelchen zusätzlichen Aufwand beim Eintreiben der Gebirgsanker in das Bohrloch erreicht. Die geringen Mehrkosten durch das Verfüllen der Ankerhohlräume fallen bei der damit erzielten mehrfachen Lebensdauer und vor allem auch der damit erzielten höheren Betriebssicherheit nicht ins Gewicht.According to a special design, the deformable mass is rigid. This has the advantage that the spring force and the rigidity of the rock bolt is significantly increased. All of these advantages are achieved without any additional effort when driving the rock anchors into the borehole. The low additional costs of filling the anchor cavities do not affect the multiple lifespan achieved and, above all, the higher operational reliability achieved.

Besondes zweckmäßig ist es, wenn der Gebirgsanker im wesentlichen aus einem Steg und daran symetrisch zur Mittelebene des Steges anschließenden, etwa halbkreisförmigen Flanken besteht, wodurch sich ein durchgehendes S-Profil ergibt, und daß beide sich`dadurch ergebende Hohlräume mit dieser Masse; bzw. Schaum ausgefüllt sind. Auf diese Weise sind nicht nur die Innenflächen der Flanken, welche mit dem Bohrloch im Kontakt sind, geschützt, sondern ist auch der Steg, der durch die Mitte des Profils verläuft und der mit dem Gebirge in keinem Kontakt ist,vollkommen gegen Korrosion geschützt.It is particularly expedient if the rock anchor essentially consists of a web and approximately semi-circular flanks adjoining it symmetrically to the median plane of the web, which results in a continuous S-profile and that both resultant cavities with this mass; or foam are filled. In this way, not only are the inner surfaces of the flanks which are in contact with the borehole protected, but also the web which runs through the center of the profile and which is not in contact with the mountains is completely protected against corrosion.

An hand der Fig. 1-6 wird der Erfindungsgegenstand näher erläutert. Fig. 1 zeigt einen rohrförmigen Gebirgsanker, Fig. 2 denselben im Schnitt nach der Linie II-II in Fig. 1 im Lieferzustand, Fig. 3 zeigt denselben ebenfalls im Schnitt nach der Linie II-II in Fig. 1, jedoch nach den Eintreiben bzw. Einbau in das Bohrloch, Fig. 4 zeigt den Schnitt durch einen Gebirgsanker, der als S-förmiger Nagel ausgebildet ist,vor dem Einbau und Fig. 5 denselben Gebirgsanker im Schnitt nach dem Einbau, Fig. 6 und 7 zeigen den Schnitt von Gebirgsankern nach der US-PS 4 284 379.The subject of the invention is explained in more detail with reference to FIGS. 1-6. Fig. 1 shows a tubular rock anchor, Fig. 2 the same in section along the line II-II in Fig. 1 in delivery condition, Fig. 3 also shows the same in section along the line II-II in Fig. 1, but after driving or installation in the borehole, Fig. 4 shows the section through a rock anchor, which is designed as an S-shaped nail, before installation and Fig. 5 shows the same rock anchor in section after installation, Figs. 6 and 7 show the section of Rock anchors according to U.S. Patent No. 4,284,379.

Die in den Figuren 1-3 und 6 dargestellten Gebirgsanker 1 und 21 bestehen im wesentlichen aus einem rohrförmigen, geschlitzten Stahlteil 2 bzw. 22. Beim Eintreiben in das Bohrloch, welches einen kleineren Durchmesser hat als das Rohr im entspannten Zustand, werden diese Rohre radial zusammengedrückt, wobei sich die Breiten der Spalte 3 bzw. 23 verringern. Dies ist in Fig. 3 veranschaulicht, wo ein Gebirgsanker in ein entsprechendes Bohrloch eingesetzt dargestellt ist. Die Breite des Spaltes 3' ist stark zurückgegangen.The rock bolts 1 and 21 shown in FIGS. 1-3 and 6 essentially consist of a tubular, slotted steel part 2 and 22, respectively. When they are driven into the borehole, which has a smaller diameter than the tube in the relaxed state, these tubes become radial compressed, whereby the widths of column 3 and 23 decrease. This is illustrated in Fig. 3, where a rock bolt is shown inserted into a corresponding borehole. The width of the gap 3 'has decreased significantly.

Um das Eintreiben der Gebirgsanker in das Bohrloch zu erleich- t_ern, können sie an dem Ende, das dem eintreibseitigen Ende gegenüberliegt, eine konische Verjüngung aufweisen.To the driving in of the rock bolt into the borehole to facilitate _ren t, they can at the end that is opposite to the end eintreibseitigen, have a conical taper.

Erfindungsgemä'ß sind die Gebirgsanker 1, 21 mit Kunststoffschaum 4, ₂4 gefüllt. Eine andere Ausführungsform 11 ist in _Fig. 4 und ₅ dargestellt. Dieser Gebirgsanker besteht aus einem S-förmigen Stahlprofil, welches aus einem Steg 15 und aus zwei halbkreisförmigen Flanken 12 besteht, die die radial elastische Verformung ermöglichen. Dabei werden beim Eintreiben in das Borhloch die Breite der zwei Spalte 13 verringert. Die nach dem Eintreiben schmalen Spalten sind in Fig. 5 mit 13' bezeichnet. Beide Hohlräume, die sich durch das S-Profil ergeben, sind mit der Masse bzw. dem Kunststoffschaum 14 gefüllt. Dadurch ist der Steg 15 beidseitig und sind die Flanken 12 von innen vollständig gegen Korrosion geschützt. Hier ist deutlich zu sehen, daß sich der -ursprüngliche Hohlraum bei den zwei Spalten 13 durch das Zusammenpressen des Kunststoffschaumes beim Eintreiben des Gebirgsankers vollständig füllten.According to the invention, the rock anchors 1, 21 are filled with plastic foam 4, ₂ 4. Another embodiment 11 is in ig _F. 4 and ₅ . This rock anchor consists of an S-shaped steel profile, which consists of a web 15 and two semicircular flanks 12, which enable the radially elastic deformation. The width of the two gaps 13 is reduced when driving into the borehole. The narrow gaps after driving in are designated by 13 'in FIG. 5. Both cavities that result from the S-profile are filled with the mass or the plastic foam 14. As a result, the web 15 is on both sides and the flanks 12 are completely protected against corrosion from the inside. It can clearly be seen here that the original cavity in the two gaps 13 was completely filled by the compression of the plastic foam when the rock bolt was driven in.

In den Fig. 6 und 7 sind weitere Ausführungsformen 21, 31 im Schnitt dargestellt. Es handelt sich im Prinzip um Rohre 22, 23. Der Gebirgsanker 21 (Fig. 6) weist einen Längsschlitz 23 auf, der Gebirgsanker 31 (Fig. 7) besteht aus einem geschlossenen Rohr 32. Im Gegensatz zu dem Gebirgsanker 1 (Fig. 1-3), der aus einem glatten Rohr 2 besteht, haben die Gebirgsanker 21, 32 (Fig. 6, 7) in Längsrichtung durchgehende, nach innen weisende Versteifungsrippen 25, 35. Durch diese Rippen 25, 35 wird die Längssteifigkeit erhöht, das Problem der Korrosion ist jedoch gleich. Zusätzlich sind diese Gebirgsanker 21, 31 leichter radial verformbar, sodaß sie - wie der Gebirgsanker 31 - auch ohne Längsschlitz ausgeführt werden können. Auch diese Ausführungsformen sind erfindungsgemäß mit Kunststoffschaum 24, 34 ausgefüllt.6 and 7, further embodiments 21, 31 are shown in section. In principle, these are pipes 22, 23. The rock anchor 21 (FIG. 6) has a longitudinal slot 23, the rock anchor 31 (FIG. 7) consists of a closed pipe 32. In contrast to the rock anchor 1 (FIG. 1) -3), which consists of a smooth tube 2, the rock anchors 21, 32 (FIGS. 6, 7) have continuous, inward-pointing stiffening ribs 25, 35 in the longitudinal direction. The ribs 25, 35 increase the longitudinal rigidity, the problem however, the corrosion is the same. In addition, these rock anchors 21, 31 are more easily radially deformable, so that - like the rock anchor 31 - they can also be designed without a longitudinal slot. According to the invention, these embodiments are also filled with plastic foam 24, 34.

Durch das erfindungsgemäße Ausfüllen der Gebirgsanker mit einer steifelastischen Masse, vorzugsweise Kunststoffschaum, wird nicht nur die Korrosionsbeständigkeit entscheidend verbessert, sondern es werden gleichzeitig auch die elastischen Eigenschaften verbessert; auch die Scherfestigkeit wird wesentlich erhöht. Ein ganz neuer Effekt kommt noch dazu: durch die Ausfüllung des Hohlraumes bzw. der Hohlräume der Gebirgsanker vor dem Einbau wird die Füllmasse beim Einbau durch das Zusammendrücken elastisch verdichtet, wodurch ein Innendruck auf die Flanken bzw. auf den Rohrinnenraum, gegen das Gebirge ausgeübt wird, was ein eventuelles Nachlassen der Spannung durch Materialermüdung oder auch durch trotz der Füllmasse auftretende Korrosion verhindert.By filling the rock anchors according to the invention with a rigid plastic mass, preferably plastic foam, not only is the corrosion resistance decisively improved, but at the same time the elastic properties are improved; the shear strength is also increased significantly. There is also a completely new effect: by filling the cavity or the cavities of the rock anchors before installation, the filling becomes the mass is elastically compressed during installation by compressing, which exerts an internal pressure on the flanks or on the pipe interior, against the mountains, which prevents a possible relaxation of the tension due to material fatigue or also due to corrosion that occurs despite the filling compound.

Claims

1. rock anchor for driving into pre-drilled anchor holes in rock or rock, which is radially elastically deformable, characterized in that its interior is filled with a deformable mass, preferably with plastic foam.

2. Rock anchor according to claim 1, characterized in that the deformable mass is rigid.

3. rock anchor according to claim 1 or 2, characterized in that it consists essentially of a web (19) and two adjoining it symmetrically to the central plane of the web, approximately semicircular flanks (12), resulting in a continuous S-profile, and that both resulting chambers are filled with deformable mass. (Fig. 3, 4)