EP3808934B1 - Vorspannanker zum sichern einer geologischen formation - Google Patents

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EP3808934B1
EP3808934B1 EP20200534.4A EP20200534A EP3808934B1 EP 3808934 B1 EP3808934 B1 EP 3808934B1 EP 20200534 A EP20200534 A EP 20200534A EP 3808934 B1 EP3808934 B1 EP 3808934B1
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EP
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anchor
anchor rod
coupling
prestressed
tube
Prior art date
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EP20200534.4A
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Manuel Venier
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Htb Baugesellschaft MBH
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Htb Baugesellschaft MBH
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    • E21D21/0026—Anchoring-bolts for roof, floor in galleries or longwall working, or shaft-lining protection characterised by constructional features of the bolts
    • E21D21/0033—Anchoring-bolts for roof, floor in galleries or longwall working, or shaft-lining protection characterised by constructional features of the bolts having a jacket or outer tube
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    • E02D5/54—Piles with prefabricated supports or anchoring parts; Anchoring piles
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    • E02D17/20—Securing of slopes or inclines
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    • E02D5/74—Means for anchoring structural elements or bulkheads
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    • E02D5/74—Means for anchoring structural elements or bulkheads
    • E02D5/80—Ground anchors
    • E02D5/808—Ground anchors anchored by using exclusively a bonding material
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    • E21D20/02—Setting anchoring-bolts with provisions for grouting
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    • E21D21/0026—Anchoring-bolts for roof, floor in galleries or longwall working, or shaft-lining protection characterised by constructional features of the bolts
    • E21D21/0053—Anchoring-bolts in the form of lost drilling rods
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    • E02D5/00—Bulkheads, piles, or other structural elements specially adapted to foundation engineering
    • E02D5/74—Means for anchoring structural elements or bulkheads
    • E02D5/76—Anchorings for bulkheads or sections thereof in as much as specially adapted therefor

Definitions

  • slack soil nails are used, for example. These are non-tensioned systems in which an anchor rod is fixed in a borehole by means of a cement suspension or the like. The hardening cement suspension fills the entire cavity of the drill hole that remains around the anchor rod. An anchor plate can be attached to the nail head protruding from the drill hole. However, these soil nails are not tensionable systems.
  • prestressed anchors are to be distinguished from these soil nails. With these, a part of the must be in the Borehole built-in anchor rod remain as a so-called prestressing section or in other words free play section. In this free play section, the anchor rod must not come into direct contact with the hardening cement suspension in the borehole. In the free play section, no forces should be diverted from the anchor rod directly into the ground.
  • prestressed anchors it is generally provided that a borehole is drilled first, with support casing being installed in addition to the drill rods when drilling in unstable material. After completion of the borehole, the drill pipe and drill bit are completely removed from the borehole.
  • the anchor rod Only then is the anchor rod inserted into the completed drill hole and fixed in a region of the drill hole facing away from the mouth of the drill hole, the so-called bond line, by means of a cement suspension or the like. Towards the mouth of the borehole, the free play section remains, in which the anchor rod is not in contact with the surrounding soil via the cement suspension. This free play section can then be used as a prestressing section for stressing the prestressing anchor.
  • the disadvantage of this technology is the increased effort that results from the fact that you first have to drill the borehole with an ordinary drill rod and an ordinary drill bit and, if necessary, even casing, then remove it from the borehole and then install the prestressed anchor in the borehole.
  • prestressed anchors In order to reduce this effort when setting prestressed anchors, prestressed anchors have already been used in practice, in which the anchor rod itself is used as a drill rod analogously to the self-drilling nail technology described above. He wears this at its front end a drill bit, which then together with the Anchor rod remains in the drill hole as a so-called lost drill bit.
  • sheathing tubes were used in these prestressed anchors of the generic type, which enclose the anchor rod in a region spaced apart from the drill bit. In the prior art, however, these cladding tubes are only ever arranged in the area between two consecutive anchor connecting sleeves of the anchor rod.
  • Generic prestressed anchors are from DE 42 04 533 A1 and the DE 195 03 122 A1 known.
  • the object of the invention is to improve a prestressed anchor of the type mentioned above in such a way that the cladding tube does not have to be stressed during the stressing process.
  • the invention proposes a prestressed anchor according to patent claim 1 .
  • the invention thus provides for the prestressed anchor to be designed by means of the coupling in such a way that the jacket tube is also rotated during the drilling process via the positive coupling with the anchor rod.
  • the cladding tube can be installed in any length in the borehole in a simple manner so that a corresponding free play section can be implemented, as required for tensioning the prestressed anchor and for load transfer in the desired area of the overall length, depending on the application. This creates the possibility of installing prestressed anchors in the geological formation to be secured in a comparatively short time and in a relatively simple manner.
  • the drilling devices or drilling units that are known and available in the prior art can be used, which can also be used to insert the self-drilling nails mentioned at the beginning into the respective geological formation. This leads to a particularly high level of effectiveness when both prestressed anchors and self-drilling nails are to be installed in a geological formation.
  • the coupling which forcibly couples the enveloping tube to the anchor rod in the circumferential direction in such a way that the enveloping tube is rotated with the anchor rod during the drilling process, can fundamentally be designed in very different ways.
  • the enveloping tube is decoupled from the anchor rod by means of the coupling in the longitudinal direction of extension of the anchor rod.
  • the coupling ensures the forced coupling according to the invention between the enveloping tube and the tie rod in the circumferential direction, but nevertheless ensures decoupling of the enveloping tube and the tie rod in the longitudinal direction of the anchor rod.
  • Prestressing anchors according to the invention can be of a simple type and Way be adapted to the requirements to be met on site, both in terms of their length and in terms of their diameter.
  • the anchor rod is formed in several parts from two or more partial anchor rods arranged one behind the other in the longitudinal extension direction of the anchor rod and two successive partial anchor rods are connected to one another by means of an anchor connecting sleeve.
  • the same also applies to the cladding tube.
  • This can also be formed in multiple parts from two or more partial enveloping tubes arranged one behind the other in the longitudinal direction of extension of the anchor rod, with two successive enveloping partial tubes in turn being connected to one another by means of an enveloping tube socket.
  • This measure in particular allows the length of the prestressed anchors to be formed in the geological formation to be freely adapted to the individual requirements encountered on site by using a corresponding number of anchor rods and partial enveloping tubes in order to form the total anchor rod and enveloping tube required .
  • standard lengths of the anchor part rod and the jacket part tube can be used in order to construct the anchor rod actually required on site and the jacket tube required there in a cost-effective and simple manner. Even the standard lengths of the tie rod can be shortened or lengthened at any point, resulting in maximum flexibility.
  • a further advantage of this preferred embodiment is that relatively short anchor rods and enveloping tubes can be used, for example when there is relatively little space when installing the prestressed anchor according to the invention in the geological formation.
  • the anchor rod or the partial anchor rods advantageously have an external thread over their entire length, with which they can be screwed into corresponding internal threads of an anchor connecting sleeve in order to connect two consecutive partial anchor rods to one another.
  • the external thread on the anchor rod can also be used in a manner known per se for screwing on the anchor nut used for tightening and also for screwing on the drill bit attached to the front end of the anchor rod.
  • the thread form and the direction of rotation during the drilling process should of course preferably be matched to one another in such a way that the screw connection does not unscrew unintentionally during the drilling process.
  • the cladding tube if it is composed of several cladding part tubes and corresponding cladding tube sockets.
  • the cladding tube sections also advantageously have an external thread with which they can be screwed into corresponding internal threads of cladding tube sockets in order to connect two successive cladding tube sections to one another.
  • all Screw connections on the prestressed anchor according to the invention are designed in such a way that they are acted upon in the closing direction during the drilling process. In this way, unintentional unscrewing of the screw connections of the prestressed anchor can generally be prevented.
  • the anchor rod of a prestressed anchor according to the invention is hollow on the inside.
  • the anchor rod or the partial anchor rods from which it is composed have a continuous inner cavity in the longitudinal direction of extension of the anchor rod, through which during the drilling process the drilling fluid suspension inside the anchor rod can be transported to the drill bit, in order to exit from the drill bit there and to fill the borehole outside the prestressed anchor.
  • the drilling mud suspension advantageously has a dual function. On the one hand, it serves to stabilize the borehole during the drilling process and, above all, to transport the material cut out of the geological formation by means of the drill bit outside of the prestressing anchor through the borehole to the mouth of the borehole.
  • the drilling mud suspension is advantageously a cement suspension, liquid concrete or the like.
  • pinch seals can be used in these anchor connection sleeves between the respective anchor part rods abutting there. These are on the market available. They seal the anchor connection socket or the anchor part rods screwed in there from the outside, but do not impede the transport of the drilling fluid suspension through the anchor rod.
  • the concept of the geological formation for which the prestressing anchor is intended to be secured is to be understood in general terms. It can be loose material as well as hard rock or mixed forms of the same.
  • the geological formation to be secured by means of the prestressed anchor can be an embankment, a cut in a slope, a rock face, but also an excavation pit wall, to name just a few examples.
  • prestressed anchors according to the invention plates, mats, grids, concrete facing shells, other reinforcements and the like can be fastened to the geological formation, as is known per se in the prior art, in order to secure them in this way.
  • the prestressed anchors according to the invention allow prestressing of the anchor rod fixed in the geological formation by means of the adhesion section in order to prevent further deformations of the geological formation to be secured as far as possible or at least only allow them to a small extent.
  • the anchor rod or the partial anchor rods, as well as the cladding tube or the cladding part tubes, any existing anchor connection sockets and/or cladding tube sockets, as well as the couplings for positively coupling the cladding tube and tie rod are favorably made of metal, preferably steel. In principle, however, it is conceivable to also use other materials, provided these are available on site have the required strength.
  • preferred variants of the invention provide that the cladding tube is sealed against the anchor rod in its end region pointing towards the drill bit in order to prevent the cladding tube from being filled with drilling fluid suspension is.
  • this sealing can be ensured, for example, by appropriate sealing welding of this connection.
  • the coupling it is sufficient for the coupling to be designed in such a way that it fills the end of the cladding tube pointing to the drill bit, in the area around the anchor rod, at least to such an extent that or seals that no or at least only an insignificant amount of drilling fluid suspension can penetrate into the cladding tube for the subsequent tensioning process. It is therefore primarily a matter of preventing the cladding tube from being filled with drilling fluid suspension.
  • preferred variants of the invention provide that the coupling is designed at least in two parts.
  • Preferred variants of the invention are therefore characterized in that the coupling has a first coupling part formed or fixed on the end of the casing tube pointing towards the drill bit and a second coupling part fixed on the anchor rod.
  • the coupling parts each have at least one form-fitting element for forming the forced coupling in the circumferential direction.
  • each of the coupling parts has an annular or sleeve-shaped base body and the at least one form-fitting element of this coupling part is formed or fixed on the base body and protrudes from the base body in a direction parallel to the longitudinal direction of extension of the anchor rod.
  • each of the coupling parts has at least two or exactly two positive-locking elements, the positive-locking elements of the respective coupling part being arranged at a distance from one another on the base body of the respective coupling part and protruding in the same direction parallel to the longitudinal extension direction of the anchor rod from the base body of this coupling part.
  • the coupling parts can be fork-like in design, with the form-fitting elements forming corresponding teeth of this imaginary fork, which in the circumferential direction around the anchor rod ensure the corresponding form fit and thus the positive coupling, but in the longitudinal direction of the anchor rod when tensioning the prestressing anchor for decoupling between the tie rod and the duct can be pulled apart without offering any resistance.
  • the coupling parts each have at least one frictional engagement surface for forming the forced coupling in the circumferential direction, preferably exclusively, by means of frictional engagement.
  • a mixture of frictional engagement and positive engagement is also conceivable in order to couple the clutch parts to one another in the circumferential direction.
  • it can also be purely form-fitting or purely friction-fitting variants.
  • each of the clutch parts has an annular or sleeve-shaped base body and in the first clutch part the frictional engagement surface is designed as an inward-facing surface of the annular or sleeve-shaped base body and in the second clutch part the frictional engagement surface as one outwardly facing surface of the annular or sleeve-shaped base body is formed.
  • the first coupling part and / or in the case of the second clutch part, the respective frictional engagement surface is/are in the form of a truncated cone. At this point one could also speak of a conical design of the respective frictional engagement surface.
  • the shape of the truncated cone is particularly preferably that of a circular truncated cone.
  • the truncated cones or circular truncated cones are advantageously designed to taper in the direction of the drill bit both on the first coupling part and on the second coupling part. In other words, it is therefore advantageously provided that the cross-sectional area of the respective truncated cone or cone decreases in the direction towards the drill bit.
  • both the first clutch part and the second clutch part each have a longitudinal center axis and the longitudinal center axis of the respective clutch part encloses an angle in the range between 1° and 10°, preferably between 2° and 5°, with the frictional engagement surface of the respective clutch part .
  • the anchor rod can be passed through the ring or sleeve-shaped base body of the first coupling part.
  • the first coupling part is slidably mounted with its base on the anchor rod.
  • the second coupling part is preferably fixed on the anchor rod with its ring-shaped or sleeve-shaped base body. This can be done, for example, in that the second coupling part is screwed onto the anchor rod with its ring-shaped or sleeve-shaped base body.
  • This screw connection between the external thread of the anchor rod and a corresponding internal thread of the ring-shaped or sleeve-shaped base body of the second coupling part can also be screwed through an appropriate counter nut must be secured.
  • an anchor connecting sleeve screwed onto the anchor rod directly behind the base body of the second coupling part can serve as a lock nut.
  • a spacer tube is arranged between one of the anchor connection sleeves and the second coupling part fixed to the anchor rod. Due to its support on the anchor connection sleeve, the spacer tube can also act as a kind of lock or lock nut for the second coupling part. Particularly preferably, however, a fixed offset can be created between the partial enveloping tubes and the partial armature pieces by means of the spacer tube, which, as explained later in the description of the figures, can simplify assembly when installing the partial armature pieces and the partial enveloping tubes.
  • the second coupling part is arranged inside the cladding tube in a coupling position in which the coupling parts are coupled to one another.
  • the two coupling parts of the coupling seen in the circumferential direction, can engage in one another without play in variants with a form fit.
  • provision can also be made for the coupling parts to engage in one another with play in one or the coupling position in which the coupling parts are coupled to one another.
  • the anchor rod can first be rotated a little in the circumferential direction about its longitudinal direction relative to the cladding tube until the form-fitting elements of the two coupling parts come to abut against one another comes. Only when the form-fitting elements of the two coupling parts are in contact with one another, viewed in the circumferential direction, does the forced coupling between the casing tube and the tie rod in the circumferential direction occur, so that from then on the casing tube is rotated with the tie rod during the drilling process by means of the coupling.
  • the invention also relates to a method for installing a prestressing anchor according to the invention in a geological formation.
  • a borehole is drilled into the geological formation with the drill bit attached to the front end of the anchor rod, and during the drilling process the drilling mud suspension is conveyed through the hollow anchor rod to the drill bit and introduced through the drill bit into the borehole.
  • the casing tube, surrounding the anchor rod can be installed in the borehole and positively coupled to the anchor rod in the circumferential direction by means of the coupling, with the casing tube then being rotated in the circumferential direction with the anchor rod as the drilling process continues.
  • the drilling process can then be continued until the prestressed anchor has been introduced into the geological formation at the required depth.
  • corresponding anchor part rods and enveloping part tubes with corresponding anchor connection sleeves or enveloping tube sleeves can be mounted one behind the other in order to realize the length of the adhesion section and the free play section required on site, with the free play section being formed in the cladding tube. If the required length of the borehole is made and the prestressed anchor installed accordingly, you can wait until the drilling fluid suspension has hardened and the section of the anchor rod lying in front of the cladding tube can be used to form the Adhesion line is anchored in the hardened drilling fluid suspension.
  • An anchor plate and an anchor nut can then be attached in a known manner to the end of the anchor rod protruding from the borehole mouth, in order to tension the prestressed anchor by tightening the anchor nut.
  • the tensioning forces thus achieved can be measured in a manner known per se, so that the pretensioning force required in each case can be set.
  • FIG. 1 shows the state of a first exemplary embodiment of a prestressed anchor 1 according to the invention, installed in the geological formation 2 and in which the drilling fluid suspension 9 in the borehole 17 has already hardened.
  • the drill bit 4 is attached at the front end of the anchor rod 3.
  • the anchor rod 3 has served as drill rods.
  • the area between the drill bit 4 and the end of the cladding tube 5 pointing towards the drill bit 4 forms the bond line in which the anchor rod 3 is connected directly to the geological formation 2 surrounding the borehole by means of the hardened drilling fluid suspension 9 .
  • the anchor rod 3 is, so to speak, held or anchored in the geological formation 2 in this adhesion zone.
  • the anchor rod 3 is hollow on the inside over its entire length, so that during the drilling process the drilling mud suspension 9, which is still liquid at this point in time, is transported through the anchor rod 3 to the drill bit 4 and can exit via the drill bit 4 into the drill hole 17, in order to protect the drill hole 17 during the drilling process in the in 1 fill in the manner shown.
  • the anchor rod 3 is surrounded by the cladding tube 5 in a region arranged at a distance from the drill bit 4 .
  • the coupling 6 is designed in such a way that the enveloping tube 5 is sealed against the anchor rod 3 in its end region 10 pointing towards the drill bit 4 in such a way that the enveloping tube 5 is not filled with drilling fluid suspension 9 .
  • the free play section of the anchor rod 3 which serves to prestress the prestressed anchor 1 , is located within the cladding tube 5 .
  • the prestressing anchor 1 is prestressed in this Embodiment in a manner known per se, in that an anchor plate 19 is pushed onto the end of the anchor rod 3 protruding from the borehole mouth 18 in the region of the borehole mouth 18 .
  • the anchor rod 3 and thus the prestressed anchor 1 are then prestressed to the required extent in its direction of longitudinal extension 8 .
  • the anchor nut 20 is screwed onto the external thread of the end of the anchor rod 3 protruding from the borehole 17 .
  • the coupling 6 explained in detail below, allows the anchor rod 3 to be decoupled from the cladding tube 5 in the longitudinal direction 8 of the anchor rod 3.
  • the anchor rod 3 is formed from a plurality of partial anchor rods 15 arranged one behind the other in the longitudinal extension direction 8 of the anchor rod 3 , with two successive partial anchor rods 15 being connected to one another by means of an anchor connecting sleeve 16 .
  • the anchor connecting sleeves 16 have an internal thread into which the two consecutive partial anchor rods 15 to be connected to one another can be screwed with their external thread 21 .
  • a known pinch seal or other sealing elements can be arranged within the anchor connecting sleeve 16 between the two partial anchor rods 15 .
  • anchor connection sleeves 16 This prevents drilling fluid suspension 9 from escaping from the anchor connection sleeve 16 in the joint area between the two anchor part rods 15 connected to one another Transport of the drilling fluid suspension in the inner cavity of the anchor rod 3 towards the drill bit 4 to.
  • anchor connection sleeves 16 it is advantageous, as also provided here, for at least one, preferably all, anchor connection sleeves 16 to be arranged inside the cladding tube 5 .
  • the enveloping tube 5 is also made up of a plurality of enveloping part tubes 22 arranged one behind the other in the longitudinal extension direction 8 of the anchor rod 3 .
  • the cladding tube sections 22 arranged one behind the other are connected to one another by means of cladding tube sockets 23 .
  • each enveloping tube part 22 has a corresponding external thread at its ends, which can be screwed into a corresponding internal thread of the enveloping tube socket 23 .
  • welded connections or other connections between the partial cladding tubes 22 and the cladding tube sockets 23 are also possible. The same applies, of course, to the tie rods 15 and the tie connecting sleeves 16.
  • the coupling 6, which according to the invention ensures a forced coupling of the enveloping tube 5 and the anchor rod 3 in the circumferential direction 7 around the longitudinal direction 8 of the tie rod 3, in order to ensure that the enveloping tube 5 rotates with the anchor rod 3 during the drilling process, is also in two parts in this first exemplary embodiment built up. It has a first coupling part 11 and a second coupling part 12 .
  • the first coupling part 11 is fixed to the end of the casing tube 5 pointing towards the drill bit 4 . This fixation can take place, for example, by welding this first coupling part 11 to the corresponding cladding tube 5 or cladding part tube 22 .
  • both coupling parts 11 and 12 each have positive-locking elements 13 for forming the forced coupling in the circumferential direction 7 .
  • FIG. 2 shows an enlarged and perspective view of the coupling 6 placed on the anchor rod 3, the casing tube 5 fixed to the base body 14 of the first coupling part 11 not being shown.
  • the Figures 3 and 4 show the first coupling part 11 ( 4 ) and the second coupling part 12 ( 3 ) of the first embodiment, each in a side view.
  • Each of the coupling parts 11 and 12 has an annular or sleeve-shaped base body 14 on which, in this exemplary embodiment, two positive-locking elements 13 are fixed or formed. These positive-locking elements 13 each protrude from the base body 14 in a direction parallel to the direction of longitudinal extension 8 of the anchor rod 3 .
  • each of the coupling parts 11 and 12 has two positive-locking elements 13, which are arranged at a distance from one another on the respective base body 14 and protrude from the respective base body 14 in the same direction parallel to the longitudinal direction 8 of the anchor rod 3.
  • Both coupling parts 11 and 12 of the first exemplary embodiment thus have a type of fork-like structure, so that they can engage in one another with the form-fitting elements 13, so as to to be able to bring about the desired forced coupling in the circumferential direction 7 .
  • the first coupling part 11 can be welded to the cladding tube 5 or fastened in some other suitable manner.
  • the second coupling part 12 is fixed via the sleeve-like base body 14 of the second coupling part 12, which has an internal thread, not shown here, with which the second coupling part 12 is screwed onto the external thread 21 of the anchor rod 3.
  • the anchor connection sleeve 16 arranged directly behind it forms a kind of lock nut for the second coupling part 12 which additionally fixes the second coupling part 12 to the anchor rod 3 . While the anchor rod 3 is fixed to the second coupling part 12, it is only passed through the base body 14 of the first coupling part 11, so that the anchor rod 3 in the first Coupling part 11 is slidably mounted.
  • the remaining annular gap between the anchor rod 3 and the base body 14 of the first coupling part 11 is designed so small that during the drilling process there is no, or at least no significant, entry of the drilling fluid suspension 9 into the end region 10 and thus into the cavity in the cladding tube 5 comes.
  • the coupling 6 is designed overall in such a way that it prevents the cladding tube 5 from being filled with drilling fluid suspension 9 during the drilling process.
  • the drill bit 4 is attached to the anchor rod 3 or to the first partial anchor rod 15 .
  • the drilling device acts in a manner known per se on the rear end of the anchor rod 3 or the anchor part rod 15 facing away from the drill bit 4 .
  • the anchor rod 3 is used as a drill rod, with which the drill bit 4 is rotated in the circumferential direction 7 around the longitudinal extension direction 8 of the anchor rod 3 during the drilling process.
  • the drill bit 4 cuts material out of the geological formation 2 so that the borehole 17 is drilled deeper and deeper.
  • drilling fluid suspension is pumped through the anchor rod 3, which is hollow on the inside, in a manner known per se Drill bit 4 funded.
  • the drilling fluid suspension 9 exits via the drill bit 4 at the front end of the borehole and, flowing back in the direction of the borehole mouth 18, conveys the material cut out of the geological formation to the borehole mouth 18. This is known per se and does not need to be explained further.
  • the spacers 24 that may be used ensure that the anchor rod 3 does not rest against and rub against the walls of the part of the borehole 17 that has already been drilled during the drilling process. How deep the borehole 17 is initially drilled in this way depends on how long the bond line is to be formed.
  • this adhesive section is to be longer than the length of a partial anchor rod 15, then a further partial anchor rod 15 can be attached in a manner known per se at a given time, when the first partial anchor rod 15 has largely been sunk in the borehole 17, by means of an anchor connecting sleeve 16, in order to do so then continue drilling in the manner described.
  • the cladding tube 5 or the first cladding part tube 22 at the borehole mouth 18 can be pushed onto the end section of the anchor rod 3 protruding from the borehole 17 at this point in time.
  • the first coupling part 11 was previously fastened with its base body 14 to the cladding tube 5 .
  • the anchor rod 3 is separated in a conventional manner from the drill, not shown here.
  • the second Coupling part 12 with its base body 14 and the internal thread arranged therein are screwed onto the external thread 21 of the end of the anchor rod 3 protruding from the borehole 17 .
  • the second coupling part 12 is, as in 7 to see screwed so far onto the anchor rod 3 that the form-fitting elements 13 of the two coupling parts 11 and 12 come into engagement with each other.
  • the subsequent anchor part rod 15 is screwed to the anchor connecting sleeve 16 onto the previous end of the anchor rod 3 .
  • the second coupling part 12 is also secured in that the screwed-on anchor connecting sleeve 16 forms a type of lock nut for the second coupling part 12 .
  • yet another cladding tube part 22 can be attached to the first cladding tube part 22 by means of a corresponding cladding tube socket 23 .
  • the drill is again attached to the end of the anchor rod 3 in order to continue the drilling process by rotating the anchor rod 3 with the drill bit 4 again in the circumferential direction 7 .
  • the coupling 6 now ensures a corresponding positive coupling between the enveloping tube 5 and the anchor rod 3 in the circumferential direction 7, so that the enveloping tube 5 is now rotated with the anchor rod 3 when the drilling process is continued.
  • a very short partial cladding tube 22 is used as the first cladding partial tube 22 in the first exemplary embodiment shown.
  • This has the advantage that the second coupling part 12 can easily be screwed onto the rear end of the anchor rod 3 by hand and it is also easy to check that the first anchor connecting sleeve 16 is screwed sufficiently far onto the end of the anchor rod 3 pointing out of the borehole 17 can be.
  • the second coupling part 12 can then be screwed onto the external thread 21 of the anchor rod 3 to an appropriate extent, for example using a tool of appropriate length within the enveloping tube 5 or the enveloping part tube 22 .
  • the attachment of the next partial anchor bar 15 by means of the anchor connecting sleeve 16 can also take place inside the cladding tube 5 .
  • Another possibility would also be to first place only the first coupling part 11 on the end of the anchor rod 3 protruding from the borehole 17, then screw the second coupling part 12 onto the anchor rod 3, and only then slide on the jacket tube 5 and close it on the first coupling part 11 fasten, in particular to weld.
  • both the enveloping tube 5 and the anchor rod 3 can be lengthened by appropriately piecing together partial enveloping tubes 22 and partial anchoring rods 15 until the desired lengths are reached.
  • the anchor plate 19 is placed on the end section of the anchor rod 3 protruding from the borehole mouth 18, if necessary after the jacket tube 5 has been correspondingly shortened and after the drilling fluid suspension 9 has hardened.
  • the anchor rod 3 and thus the prestressed anchor 1 is prestressed in its direction of longitudinal extent 8 to the required extent.
  • the desired stressed state of the prestressed anchor 1 according to the invention can then be fixed and also checked using known measuring methods.
  • the coupling parts 11 and 12 in the first embodiment according to the Figures 1 to 10 each have form-fitting elements 13 for forming the forced coupling in the circumferential direction 7 by means of form-fitting
  • This exemplary embodiment is one in which the coupling parts are coupled exclusively by means of frictional engagement.
  • mixed forms of forced couplings based on positive locking on the one hand and frictional locking on the other hand are also possible in the circumferential direction 7 .
  • 11 shows a longitudinal section through a borehole 17 at which the prestressed anchor 1 according to the invention of the second embodiment is fully installed and prestressed.
  • 12 shows an enlarged view of the area between the coupling 6 used here and the first anchor connecting sleeve 16 that follows in the direction of the borehole mouth 18, with an enlarged view in 12 the cladding tube 5 or the cladding part tube 22 and also the outer regions of the borehole 17 are not shown.
  • 13 shows the second coupling part 12 of this embodiment enlarged in a longitudinal section.
  • the first coupling part 11 of this variant is in 14 shown enlarged.
  • each of the two coupling parts 11 and 12 of this exemplary embodiment has at least one frictional engagement surface 26 or 27, which serves to form the positive coupling in the circumferential direction 7.
  • this forced coupling takes place exclusively through frictional engagement between the two frictional engagement surfaces 26 and 27 .
  • Both coupling parts 11 and 12 each have an annular or sleeve-shaped base body 14 .
  • the frictional engagement surface 26 is designed as an inwardly facing surface of the annular or sleeve-shaped base body 14 .
  • the frictional engagement surface 27 is designed as an outwardly facing surface of the ring-shaped or sleeve-shaped base body 14 .
  • Both frictional engagement surfaces 26 and 27 are in the form of a truncated cone or cone. This is a truncated circle. Both circular truncated cones taper in the direction of the drill bit 4.
  • this also enables the cladding tube 5 to be decoupled from the tie rod 3 in the longitudinal direction 8 of the tie rod 3 if the drill bit 4, with the area of the tie rod 3 protruding from the cladding tube 5 and the coupling 6, is drilled in the borehole 17 by means of the hardened drilling fluid suspension 9 is anchored and the area of the anchor rod 3 within the cladding tube 5 is tensioned by a corresponding tightening of the anchor nut 20 .
  • the angle 31 drawn in between the respective frictional engagement surfaces 26 or 27 of the respective clutch part 11 or 12 and the respective central longitudinal axis 29 or 30 of the respective clutch part 11 or 12 is advantageously in a range between 1° and 10°, particularly preferably in the range between 2° and 5°. In the exemplary embodiment shown, this is an angle 31 of 3.44° in each case.
  • the length of the coupling parts 11 and 12 can be between 40 mm and 60 mm, to name just one example.
  • the first enveloping part tube 22 is favorably screwed directly onto a corresponding external thread 33 of the first coupling part 11 with its enveloping tube socket 23 arranged directly on the enveloping part tube 22 in this exemplary embodiment.
  • the coupling part 11 and the corresponding partial enveloping tube 22 or enveloping tube 5 can also be fixed to one another in a different way, as has already been explained. If steel is used for both frictional engagement surfaces 26 and 27, the coefficient of static friction between these two frictional engagement surfaces 26 and 27 can be, for example, of the order of 0.15.
  • a second difference between the second exemplary embodiment shown here and the first exemplary embodiment described above is that in this variant implemented here, the cladding tube sockets 23 are formed the same on the corresponding cladding part tubes 22 or on their ends.
  • the in 12 particularly clearly visible spacer tube 28 is a component arranged between one of the anchor connecting sleeves 16 and the second coupling part 12 fixed to the anchor rod 3.
  • the spacer tube 28 is advantageously between the in 12 clearly visible anchor connection sleeve 16 and the second coupling part 12 clamped.
  • the anchor rod 3 is favorably guided through the spacer tube 28 .
  • the spacer tube 28 ensures a recurring offset between the respectively installed anchor sections 15 and the respectively installed enveloping section pipes 22. This applies in particular when the anchor sections 15 and the enveloping section pipes 22 are of the same length are.
  • Another effect of the spacer tube 28 at the end of the installation is the fact that the rear end of the anchor rod 3 protrudes so far out of the borehole mouth 18 that there is enough overhang for the assembly of the anchor plate 19 and the anchor nut 20 .
  • a third advantage is that the spacer tube 28 provides rear support for the second coupling part 12 on the anchor connecting sleeve 16 so that the anchor connecting sleeve 16 can also act as a lock nut for the second coupling part 12 in its spaced arrangement.
  • the anchor rod 3 is separated from the drilling device (not shown here) and, as in 16 shown, the first coupling part 11 is pushed onto the end of the anchor rod 3 or the anchor section 15 protruding from the borehole mouth 18 .
  • the second coupling part 12 is then screwed with its internal thread 32 onto the external thread 21 of the rear end of the anchor rod 3 protruding from the borehole mouth 18.
  • the spacer tube 28 is then pushed onto the rear end of the anchor rod 3, so that the situation is achieved as in 17 is shown.
  • the rear end of the tie rod 3 can be used, as shown in 18 shown, by means of a corresponding anchor connection sleeve 16, the next anchor section 15 are screwed.
  • a corresponding pinch seal is advantageously arranged between the armature sections 15 within the armature connecting sleeve 16 .
  • the spacer tube 28 ensures, as in 19 good to see, that there is always a certain length of the anchor rod 3 protruding from the last enveloping tube 22 that has just been installed. This offset is maintained in a simple manner up to the end of the drilling process, particularly in the case of enveloping tube sections 22 and anchor section sections 15 of the same length.
  • the drill In the position according to 19 can at the rear, so the drill bit 4 opposite end, the drill can be connected to the anchor rod 3 again. Now the drilling process is continued by rotating the anchor rod 3 together with the drill bit 4 and the cladding tube 5 in the circumferential direction 7 . In this case, the friction-based coupling 6 between the first coupling part 11 and the second coupling part 12 ensures the positive coupling between the jacket tube 5 and the anchor rod 3.
  • the drilling device can be separated from the anchor rod 3 again, whereupon the next anchor section 15 and then the next casing part tube 22 are installed in the corresponding casing tube socket 23 by means of a further anchor connecting sleeve 16 be able. This continues until the borehole 17 has reached the desired depth. Then, as in 20 shown, in which the end of the anchor rod 3 protruding from the borehole mouth 18 is placed on the anchor plate 19 and the anchor nut 20 is screwed on. As soon as the drilling fluid suspension 9 has hardened, the anchor rod can be tightened by appropriately tightening the anchor nut 20 3 are stretched within the cladding tube 5 and thus on the prestressing section.
  • the coupling 6 based here in this second exemplary embodiment on frictional engagement is decoupled in the direction of longitudinal extension 8 of the anchor rod 3 by the two coupling parts 11 and 12 being pulled apart.

Description

  • Zum Sichern von geologischen Formationen wie z.B. Böschungen, Felswänden, Hangeinschnitten, Baugrubenwänden und dergleichen sind verschiedene Technologien beim Stand der Technik bekannt, mit denen Platten, Matten, Gitter, Betonvorsatzschalen, sonstige Armierungen und dergleichen an der geologischen Formation befestigt und gesichert werden können. Zum Einsatz kommen z.B. sogenannte schlaffe Bodennägel. Bei diesen handelt es sich um nicht gespannte Systeme, bei denen ein Ankerstab mittels einer Zementsuspension oder dergleichen in einem Bohrloch befestigt wird. Dabei füllt die aushärtende Zementsuspension den gesamten, um den Ankerstab verbleibenden Hohlraum des Bohrlochs aus. Am aus dem Bohrloch herausragenden Nagelkopf kann eine Ankerplatte befestigt werden. Bei diesen Bodennägeln handelt es sich aber eben um nicht spannbare Systeme. Um den Einbauprozess zu beschleunigen, ist es beim Stand der Technik bekannt, solche Bodennägel als sogenannte Selbstbohrnägel mit einer sogenannten verlorenen Bohrkrone am Ankerstab auszurüsten, sodass der Ankerstab mit der Bohrkrone gleich als Bohrwerkzeug zur Herstellung des Bohrlochs verwendet werden kann. Die Bohrkrone verbleibt dabei zusammen mit dem Ankerstab im Bohrloch.
  • Von diesen Bodennägeln sind die sogenannten Vorspannanker zu unterscheiden. Bei diesen muss ein Teilbereich des in das Bohrloch eingebauten Ankerstabes als sogenannte Vorspannstrecke bzw. in anderen Worten Freispielstrecke verbleiben. In dieser Freispielstrecke darf der Ankerstab nicht direkt mit der aushärtenden Zementsuspension im Bohrloch in Kontakt kommen. Es sollen in der Freispielstrecke keine Kräfte vom Ankerstab direkt in den Untergrund abgeleitet werden. In der Praxis ist es bei den Vorspannankern in der Regel vorgesehen, dass zunächst ein Bohrloch gebohrt wird, wobei bei Bohrungen in nicht standfestem Material zusätzlich zum Bohrgestänge eine Stützverrohrung eingebaut wird. Nach Fertigstellung des Bohrlochs wird das Bohrgestänge samt Bohrkrone vollständig aus dem Bohrloch entfernt. Erst dann wird der Ankerstab in das fertiggestellte Bohrloch eingesetzt und in einem vom Bohrlochmund abgewandten Bereich des Bohrlochs, der sogenannten Haftstrecke, mittels Zementsuspension oder dergleichen fixiert. Zum Bohrlochmund hin verbleibt dabei die Freispielstrecke, in der der Ankerstab nicht über die Zementsuspension mit dem umgebenden Erdreich in Kontakt steht. Diese Freispielstrecke kann dann als Vorspannstrecke zum Spannen des Vorspannankers eingesetzt werden. Der Nachteil dieser Technologie ist der erhöhte Aufwand, der sich daraus ergibt, dass man zunächst das Bohrloch mit einem gewöhnlichen Bohrgestänge und einer gewöhnlichen Bohrkrone bohren und gegebenenfalls sogar Verrohren muss, dann aus dem Bohrloch entfernen muss, um dann anschließend den Vorspannanker ins Bohrloch einzubauen.
  • Um diesen Aufwand beim Setzen von Vorspannankern zu reduzieren, sind in der Praxis bereits Vorspannanker eingesetzt worden, bei denen der Ankerstab analog zu der oben geschilderten Technologie der Selbstbohrnägel gleich selbst als Bohrgestänge eingesetzt wird. Er trägt hierzu an seinem vorderen Ende eine Bohrkrone, die dann zusammen mit dem Ankerstab im Bohrloch als sogenannte verlorene Bohrkrone verbleibt. Um eine Freispielstrecke zu schaffen, wurden bei diesen gattungsgemäßen Vorspannankern Hüllrohre verwendet, welche den Ankerstab in einem von der Bohrkrone distanziert angeordneten Bereich umgeben. Beim Stand der Technik sind diese Hüllrohre allerdings immer nur im Bereich zwischen jeweils zwei aufeinanderfolgenden Ankerverbindungsmuffen des Ankerstabes angeordnet. Dies hat zur Folge, dass beim Aushärten der Zementsuspension im Bohrloch diese Ankerverbindungsmuffen im direkten Kontakt mit der Zementsuspension stehen, fixiert werden und somit ungewollt die auftretenden Kräfte in den Untergrund ableiten. Darüber hinaus besteht das Problem, dass bei dieser bekannten Technologie oft Zementsuspension in das Hüllrohr eindringt, sodass es in der Praxis bisher schwierig ist, tatsächlich eine Freispielstrecke zur Verfügung zu stellen, mit der der Vorspannanker dann ausreichend gespannt werden kann.
  • Gattungsgemäße Vorspannanker sind aus der DE 42 04 533 A1 und der DE 195 03 122 A1 bekannt.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, einen Vorspannanker der oben genannten Art dahingehend zu verbessern, dass das Hüllrohr beim Spannvorgang nicht mitgespannt werden muss.
  • Die Erfindung schlägt hierzu einen Vorspannanker gemäß Patentanspruch 1 vor.
  • Die Erfindung sieht somit vor, den Vorspannanker mittels der Kupplung so auszubilden, dass das Hüllrohr über die Zwangskopplung mit dem Ankerstab während des Bohrvorgangs mitgedreht wird. Hierdurch kann das Hüllrohr in beliebiger Länge in einfacher Art und Weise mit in das Bohrloch eingebaut werden, sodass eine entsprechende Freispielstrecke, so wie sie je nach Anwendungsfall zum Spannen des Vorspannankers und zur Lastableitung im gewünschten Bereich der Gesamtlänge benötigt wird, realisierbar ist. Hierdurch ist eine Möglichkeit geschaffen, in vergleichsweise kurzer Zeit und auf relativ einfache Art und Weise Vorspannanker in die zu sichernde geologische Formation einzubauen. Dabei können die beim Stand der Technik bekannten und zur Verfügung stehenden Bohrgeräte bzw. Bohreinheiten verwendet werden, welche auch zum Einbringen der eingangs genannten Selbstbohrnägel in die jeweilige geologische Formation verwendet werden können. Dies führt besonders dann zu einer hohen Effektivität, wenn in eine geologische Formation sowohl Vorspannanker als auch Selbstbohrnägel eingebracht werden sollen.
  • Die Kupplung, welche das Hüllrohr mit dem Ankerstab in der Umfangsrichtung so zwangskoppelt, dass das Hüllrohr beim Bohrvorgang mit dem Ankerstab mitgedreht wird, kann grundsätzlich sehr unterschiedlich ausgestaltet werden.
  • Bei der Erfindung ist aber jedenfalls vorgesehen, dass das Hüllrohr mittels der Kupplung in der Längserstreckungsrichtung des Ankerstabes vom Ankerstab entkoppelt ist. Hierbei sorgt die Kupplung zwar in Umfangsrichtung für die erfindungsgemäße Zwangskopplung zwischen Hüllrohr und Ankerstab, sorgt aber trotzdem in Längserstreckungsrichtung des Ankerstabes für eine Entkopplung von Hüllrohr und Ankerstab. Dies hat den Vorteil, dass das Hüllrohr nach seinem Einbau in das Bohrloch beim Spannvorgang in Längserstreckungsrichtung des Ankerstabes vom Ankerstab entkoppelt ist und damit bei diesem Spannvorgang nicht mitgespannt werden kann.
  • Erfindungsgemäße Vorspannanker können in einfacher Art und Weise sowohl bezüglich ihrer Länge als auch bezüglich ihres Durchmessers an die jeweils vor Ort zu erfüllenden Anforderungen angepasst werden. Günstigerweise ist dabei vorgesehen, dass der Ankerstab mehrteilig aus zwei oder mehr in Längserstreckungsrichtung des Ankerstabes hintereinander angeordneten Ankerteilstäben gebildet ist und jeweils zwei aufeinanderfolgende Ankerteilstäbe mittels einer Ankerverbindungsmuffe miteinander verbunden sind. Das Gleiche gilt in bevorzugten Ausgestaltungsformen auch für das Hüllrohr. Auch dieses kann mehrteilig aus zwei oder mehr in Längserstreckungsrichtung des Ankerstabes hintereinander angeordneten Hüllteilrohren gebildet sein, wobei wiederum jeweils zwei aufeinanderfolgende Hüllteilrohre mittels einer Hüllrohrmuffe miteinander verbunden sind. Insbesondere durch diese Maßnahme kann die Länge der jeweils in der geologischen Formation auszubildenden Vorspannanker an die individuell vor Ort anzutreffenden Anforderungen frei angepasst werden, indem man eben eine entsprechende Anzahl von Ankerteilstäben und Hüllteilrohren verwendet, um so den insgesamt benötigten Ankerstab und das insgesamt benötigte Hüllrohr auszubilden. Hierdurch kann auf Standardlängen des Ankerteilstabes und des Hüllteilrohres zurückgegriffen werden, um so in kostengünstiger und einfacher Art und Weise den vor Ort tatsächlich benötigten Ankerstab und das dort entsprechend benötigte Hüllrohr auszubilden. Selbst die Standardlängen des Ankerstabes können an beliebiger Stelle gekürzt oder verlängert werden, wodurch eine maximale Flexibilität erreicht wird. Ein weiterer Vorteil dieser bevorzugten Ausführungsvarianten besteht darin, dass mit relativ kurzen Ankerteilstäben und Hüllteilrohren gearbeitet werden kann, z.B. wenn vor Ort beim Einbau des erfindungsgemäßen Vorspannankers in die geologische Formation, relativ beengte Platzverhältnisse vorherrschen.
  • Vor allem ist aber bei bevorzugten Varianten erfindungsgemäßer Vorspannanker bevorzugt vorgesehen, dass zumindest eine der, vorzugsweise alle, Ankerverbindungsmuffen innerhalb des Hüllrohres angeordnet sind. Dies ist auch ein wesentlicher Unterschied zu dem eingangs erläuterten gattungsgemäßen Stand der Technik, bei dem die Ankerverbindungsmuffen eben nicht innerhalb des Hüllrohres angeordnet sind und damit die maximal mögliche Länge der Freispielstrecke stark begrenzt ist. Bei den genannten Varianten der Erfindung ist es möglich, eine Freispielstrecke innerhalb des Hüllrohres auch über mehrere Ankerverbindungsmuffen hinweg auszugestalten.
  • Der Ankerstab bzw. die Ankerteilstäbe weisen, wie beim Stand der Technik an sich bekannt, günstigerweise über ihre gesamte Länge ein Außengewinde auf, mit dem sie in entsprechende Innengewinde einer Ankerverbindungsmuffe eingeschraubt werden können, um so zwei aufeinanderfolgende Ankerteilstäbe miteinander zu verbinden. Darüber hinaus kann das Außengewinde auf dem Ankerstab in an sich bekannter Weise auch zum Aufschrauben der zum Spannen verwendeten Ankermutter und auch zum Aufschrauben der am vorderen Ende des Ankerstabes angebrachten Bohrkrone verwendet werden. Die Gewindeform und die Drehrichtung beim Bohrvorgang sollen natürlich bevorzugt so aufeinander abgestimmt werden, dass es beim Bohrvorgang nicht zu einem ungewollten Aufschrauben der Schraubverbindung kommt. Das gilt grundsätzlich auch für das Hüllrohr, sofern es aus mehreren Hüllteilrohren und entsprechenden Hüllrohrmuffen zusammengesetzt ist. Auch die Hüllteilrohre weisen günstigerweise ein Außengewinde auf, mit dem sie in entsprechende Innengewinde von Hüllrohrmuffen eingeschraubt werden können, um so zwei aufeinanderfolgende Hüllteilrohre miteinander zu verbinden. Günstigerweise sind alle Schraubverbindungen am erfindungsgemäßen Vorspannanker so ausgeführt, dass sie beim Bohrvorgang in die Schließrichtung beaufschlagt werden. So kann generell ein ungewolltes Aufschrauben von Schraubverbindungen des Vorspannankers verhindert werden. Der Ankerstab eines erfindungsgemäßen Vorspannankers ist innen hohl. In anderen Worten weisen der Ankerstab bzw. die Ankerteilstäbe, aus denen er zusammengesetzt ist, einen in Längserstreckungsrichtung des Ankerstabes durchgehenden inneren Hohlraum auf, durch den hindurch beim Bohrvorgang Bohrspülsuspension im Inneren des Ankerstabes bis zur Bohrkrone transportiert werden kann, um dort aus der Bohrkrone auszutreten und das Bohrloch außerhalb des Vorspannankers zu füllen. Die Bohrspülsuspension hat dabei günstigerweise eine doppelte Funktion. Zum einen dient sie dazu, das Bohrloch beim Bohrvorgang zu stabilisieren und vor allem das mittels der Bohrkrone aus der geologischen Formation herausgeschnittene Material außerhalb des Vorspannankers durch das Bohrloch hindurch zum Bohrlochmund zu transportieren. Darüber hinaus handelt es sich günstigerweise um eine aushärtende Bohrspülsuspension, welche nach Abschluss des Bohrvorgangs aushärtet und so insbesondere in der Haftstrecke eine fixe Verbindung zwischen dem dort blank liegenden Ankerstab und den Bohrlochwänden, also der geologischen Formation, ausbildet. In diesem Sinne handelt es sich bei der Bohrspülsuspension günstigerweise um eine Zementsuspension, um Flüssigbeton oder dergleichen.
  • Um ein Austreten der Bohrspülsuspension beim Transport durch den inneren Hohlraum des Ankerstabes hindurch an den Ankerverbindungsmuffen zu verhindern, können in diesen Ankerverbindungsmuffen zwischen den dort jeweils aufeinanderstoßenden Ankerteilstäben an sich bekannte Quetschdichtungen eingesetzt werden. Diese sind am Markt erhältlich. Sie dichten die Ankerverbindungsmuffe bzw. die dort eingeschraubten Ankerteilstäbe nach außen hin ab, behindern aber nicht den Transport der Bohrspülsuspension durch den Ankerstab.
  • Der Begriff der geologischen Formation, zu deren Sicherung der Vorspannanker vorgesehen ist, ist allgemein zu verstehen. Es kann sich sowohl um Lockermaterial als auch um Festgestein als auch um Mischformen davon handeln. Die mittels des Vorspannankers zu sichernde geologische Formation kann eine Böschung, ein Hangeinschnitt, eine Felswand, aber auch eine Baugrubenwand sein, um nur einige Beispiele zu nennen. Mit erfindungsgemäßen Vorspannankern können, wie beim Stand der Technik an sich bekannt, Platten, Matten, Gitter, Betonvorsatzschalen, sonstige Armierungen und dergleichen an der geologischen Formation befestigt werden, um diese so zu sichern. Die erfindungsgemäßen Vorspannanker ermöglichen dabei im Gegensatz zu den eingangs genannten Bodennägeln ein Vorspannen des mittels der Haftstrecke in der geologischen Formation fixierten Ankerstabes, um so weitere Verformungen der zu sichernden geologischen Formation möglichst zu unterbinden bzw. zumindest in einem geringen Umfang nur noch zuzulassen.
  • Bei erfindungsgemäßen Vorspannankern können alle beim Stand der Technik an sich bekannten, hierfür geeigneten Bohrkronen eingesetzt werden. Der Ankerstab bzw. die Ankerteilstäbe, wie auch das Hüllrohr bzw. die Hüllteilrohre, die gegebenenfalls vorhandenen Ankerverbindungsmuffen und/oder Hüllrohrmuffen, wie auch die Kupplungen zur Zwangskopplung von Hüllrohr und Ankerstab sind günstigerweise aus Metall, vorzugsweise aus Stahl gefertigt. Grundsätzlich ist es aber denkbar, auch andere Materialien einzusetzen, sofern diese die vor Ort benötigte Festigkeit aufweisen.
  • Damit für den Spannvorgang des Vorspannankers möglichst über die gesamte Länge des Hüllrohres eine entsprechende Freispielstrecke zur Verfügung gestellt werden kann, sehen bevorzugte Varianten der Erfindung vor, dass das Hüllrohr zur Verhinderung des Füllens des Hüllrohres mit Bohrspülsuspension in seinem zur Bohrkrone weisenden Endbereich gegen den Ankerstab abgedichtet ist. Diese Abdichtung kann bei den oben genannten Varianten, bei denen das Hüllrohr fix mit dem Ankerstab mittels Verschweißen verbunden ist, z.B. durch entsprechendes Dichtschweißen dieser Verbindung sichergestellt werden. Es ist aber auch möglich, eine Kupplung, die eine Entkopplung von Ankerstab und Hüllrohr in Längserstreckungsrichtung des Ankerstabes vorsieht, so auszubilden, dass sie für den benötigten Grad der Abdichtung im zur Bohrkrone weisenden Endbereich des Hüllrohres sorgt. Dazu reicht es aus, dass die Kupplung so ausgebildet wird, dass sie das zur Bohrkrone weisende Ende des Hüllrohres, im Bereich um den Ankerstab herum, zumindest so weit ausfüllt, bzw. abdichtet, dass eben keine oder zumindest nur eine für den späteren Spannvorgang unwesentliche Menge an Bohrspülsuspension in das Hüllrohr eindringen kann. Es geht also vor allem darum, zu verhindern, dass das Hüllrohr mit Bohrspülsuspension gefüllt wird.
  • Insbesondere um die Entkopplung zwischen Hüllrohr und Ankerstab in Längserstreckungsrichtung des Ankerstabes sicherstellen zu können, sehen bevorzugte Varianten der Erfindung vor, dass die Kupplung zumindest zweiteilig ausgebildet ist. Bevorzugte Varianten der Erfindung sind daher dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung ein erstes, am zur Bohrkrone weisenden Ende des Hüllrohres ausgebildetes oder fixiertes Kupplungsteil und ein zweites, am Ankerstab fixiertes Kupplungsteil aufweist.
  • Bei einer ersten Variante der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Kupplungsteile jeweils zumindest ein Formschlusselement zur Ausbildung der Zwangskopplung in Umfangsrichtung aufweisen.
  • Die die Zwangskopplung in Umfangsrichtung hervorrufenden Formschlusselemente der beiden Kupplungsteile können grundsätzlich sehr unterschiedlich ausgestaltet werden. Z.B. können sie als Verzahnungen oder andere, zum Eingriff ineinander ausgeformte Elemente ausgebildet sein. Bevorzugte Varianten sind dadurch gekennzeichnet, dass jedes der Kupplungsteile einen ring- oder hülsenförmigen Grundkörper aufweist und das zumindest eine Formschlusselement dieses Kupplungsteils am Grundkörper angeformt oder fixiert ist und in einer Richtung parallel zur Längserstreckungsrichtung des Ankerstabes vom Grundkörper absteht. Eine besonders bevorzugte Variante sieht vor, dass jedes der Kupplungsteile jeweils zumindest zwei oder genau zwei Formschlusselemente aufweist, wobei die Formschlusselemente des jeweiligen Kupplungsteils voneinander distanziert am Grundkörper des jeweiligen Kupplungsteils angeordnet sind und in derselben Richtung parallel zur Längserstreckungsrichtung des Ankerstabes vom Grundkörper dieses Kupplungsteils abstehen. Vereinfacht gesprochen, können die Kupplungsteile gabelartig ausgebildet sein, wobei die Formschlusselemente entsprechende Zinken dieser gedachten Gabel bilden, welche in Umfangsrichtung, um den Ankerstab herum, für den entsprechenden Formschluss und damit die Zwangskopplung sorgen, in Längserstreckungsrichtung des Ankerstabes aber beim Spannen des Vorspannankers zur Entkopplung zwischen Ankerstab und Hüllrohr auseinandergezogen werden, ohne hiergegen Widerstand zu leisten.
  • Es sind aber auch Varianten der Erfindung möglich, bei denen vorgesehen ist, dass die Kupplungsteile jeweils zumindest eine Reibschlussoberfläche zur Ausbildung der Zwangskopplung in Umfangsrichtung, vorzugsweise ausschließlich, mittels Reibschluss aufweisen. Grundsätzlich ist auch eine Mischung aus Reibschluss und Formschluss denkbar, um die Kupplungsteile in Umfangsrichtung miteinander zu koppeln. Es kann sich, wie gesagt, aber auch um reine Formschluss- oder um reine Reibschlussvarianten handeln. Bei bevorzugten Varianten unter Verwendung eines Reibschlusses ist günstigerweise vorgesehen, dass jedes der Kupplungsteile einen ring- oder hülsenförmigen Grundkörper aufweist und beim ersten Kupplungsteil die Reibschlussoberfläche als eine nach innen weisende Oberfläche des ring- oder hülsenförmigen Grundkörpers ausgebildet ist und beim zweiten Kupplungsteil die Reibschlussoberfläche als eine nach außen weisende Oberfläche des ring- oder hülsenförmigen Grundkörpers ausgebildet ist. Besonders bevorzugte Varianten dieser Art sehen vor, dass beim ersten Kupplungsteil und/oder beim zweiten Kupplungsteil die jeweilige Reibschlussoberfläche in Form eines Kegelstumpfes ausgebildet ist bzw. sind. Man könnte an dieser Stelle auch von einer konusförmigen Ausgestaltung der jeweiligen Reibschlussoberfläche sprechen. Besonders bevorzugt handelt es sich bei der Form des Kegelstumpfes um die eines Kreiskegelstumpfes. Die Kegelstümpfe bzw. Kreiskegelstümpfe sind günstigerweise sowohl am ersten Kupplungsteil als auch am zweiten Kupplungsteil jeweils in Richtung hin zur Bohrkrone verjüngt ausgebildet. In anderen Worten ist also günstigerweise vorgesehen, dass die Querschnittsfläche des jeweiligen Kegelstumpfes bzw. Konus in Richtung hin zur Bohrkrone abnimmt.
  • Bevorzugt ist vorgesehen, dass sowohl das erste Kupplungsteil als auch das zweite Kupplungsteil jeweils eine Längsmittelachse aufweisen und die Längsmittelachse des jeweiligen Kupplungsteils mit der Reibschlussoberfläche des jeweiligen Kupplungsteils einen Winkel im Bereich zwischen 1° und 10°, vorzugsweise zwischen 2° und 5°, einschließt.
  • Der Ankerstab kann durch den Ring oder hülsenförmigen Grundkörper des ersten Kupplungsteils hindurchgeführt sein. Bevorzugt ist das erste Kupplungsteil dabei mit seinem Grundkörper verschiebbar auf dem Ankerstab gelagert.
  • Das zweite Kupplungsteil ist mit seinem ring- oder hülsenförmigen Grundkörper bevorzugt auf dem Ankerstab fixiert. Dies kann z.B. dadurch erfolgen, dass das zweite Kupplungsteil mit seinem ring- oder hülsenförmigen Grundkörper auf den Ankerstab aufgeschraubt ist. Diese Schraubverbindung zwischen dem Außengewinde des Ankerstabes und einem entsprechenden Innengewinde des ring- oder hülsenförmigen Grundkörpers des zweiten Kupplungsteils kann zusätzlich durch eine entsprechende Kontermutter gesichert werden. Als Kontermutter kann z.B. eine direkt hinter dem Grundkörper des zweiten Kupplungsteils auf den Ankerstab aufgeschraubte Ankerverbindungsmuffe dienen.
  • Besonders bevorzugte Varianten der Erfindung sehen vor, dass zwischen einer der Ankerverbindungsmuffen und dem zweiten, am Ankerstab fixierten, Kupplungsteil ein Distanzrohr angeordnet ist. Das Distanzrohr kann aufgrund seiner Abstützung an der Ankerverbindungsmuffe ebenfalls als eine Art Sperre bzw. Kontermutter für das zweite Kupplungsteil wirken. Besonders bevorzugt kann aber mittels des Distanzrohres ein fixer Versatz zwischen den Hüllteilrohren und den Ankerteilstücken erzeugt werden, welcher, wie weiter hinten in der Figurenbeschreibung noch erläutert, die Montage beim Einbau der Ankerteilstücke und der Hüllteilrohre vereinfachen kann.
  • Jedenfalls ist es günstig, wenn das zweite Kupplungsteil in einer Kupplungsstellung, in der die Kupplungsteile miteinander gekuppelt sind, innerhalb des Hüllrohres angeordnet ist. Zur Zwangskopplung von Hüllrohr und Ankerstab können bei Varianten mit Formschluss die beiden Kupplungsteile der Kupplung, in Umfangsrichtung gesehen, ohne Spiel ineinander eingreifen. Insbesondere im Sinne einer besseren und einfacheren Montierbarkeit der Kupplungsteile kann aber auch vorgesehen sein, dass die Kupplungsteile in einer bzw. der Kupplungsstellung, in der die Kupplungsteile miteinander gekuppelt sind, in der Umfangsrichtung mit Spiel ineinander eingreifen. In diesen Ausgestaltungsformen ist dann vorgesehen, dass der Ankerstab in Umfangsrichtung um seine Längserstreckungsrichtung zunächst ein Stück weit relativ zum Hüllrohr gedreht werden kann, bis es zum Anschlag der Formschlusselemente der beiden Kupplungsteile aneinander kommt. Erst wenn die Formschlusselemente der beiden Kupplungsteile, in Umfangsrichtung gesehen, aneinander anliegen, kommt es zu der Zwangskopplung zwischen Hüllrohr und Ankerstab in Umfangsrichtung, sodass ab dann das Hüllrohr beim Bohrvorgang mittels der Kupplung mit dem Ankerstab mitgedreht wird.
  • Neben dem Vorspannanker an sich betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zum Einbau eines erfindungsgemäßen Vorspannankers in eine geologische Formation. Bei diesem Verfahren ist vorgesehen, dass mit der am vorderen Ende des Ankerstabes angebrachten Bohrkrone ein Bohrloch in die geologische Formation gebohrt wird und während es Bohrvorgangs Bohrspülsuspension durch den innen hohlen Ankerstab hindurch zur Bohrkrone befördert und durch die Bohrkrone hindurch in das Bohrloch eingebracht wird. In dem von der Bohrkrone distanzierten Bereich kann dann das Hüllrohr, den Ankerstab umgebend, in das Bohrloch eingebaut und mittels der Kupplung mit dem Ankerstab in der Umfangsrichtung zwangsgekoppelt werden, wobei das Hüllrohr bei Fortsetzung des Bohrvorgangs dann in der Umfangsrichtung mit dem Ankerstab mitgedreht wird. Der Bohrvorgang kann dann so weit fortgesetzt werden, bis der Vorspannanker in der benötigten Tiefe in die geologische Formation eingebracht ist. Soweit benötigt, können hierzu entsprechende Ankerteilstäbe und Hüllteilrohre mit entsprechenden Ankerverbindungsmuffen bzw. Hüllrohrmuffen hintereinander montiert werden, um so die vor Ort benötigte Länge der Haftstrecke und der Freispielstrecke zu realisieren, wobei die Freispielstrecke eben im Hüllrohr ausgebildet wird. Ist die benötigte Länge des Bohrloches hergestellt und der Vorspannanker entsprechend eingebaut, so kann man warten, bis die Bohrspülsuspension ausgehärtet und der vor dem Hüllrohr liegende Abschnitt des Ankerstabes zur Ausbildung der Haftstrecke in der ausgehärteten Bohrspülsuspension verankert ist. Anschließend können am, aus dem Bohrlochmund herausragenden Ende des Ankerstabes in bekannter Art und Weise eine Ankerplatte und eine Ankermutter angebracht werden, um so durch Anziehen der Ankermutter den Vorspannanker zu spannen. Die dabei erzielten Spannkräfte können in an sich bekannter Art und Weise gemessen werden, sodass die jeweils benötigte Vorspannkraft eingestellt werden kann.
  • Weitere Merkmale und Einzelheiten bevorzugter Ausgestaltungsformen der Erfindung werden beispielhaft in der nachfolgenden Figurenbeschreibung erläutert. Es zeigen:
    • Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines in eine geologische Formation fertig eingebauten erfindungsgemäßen Vorspannanker in einem Längsschnitt durch das Bohrloch;
    • Fig. 2 bis 4 Detaildarstellungen zur, in diesem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 verwendeten Kupplung;
    • Fig. 5 bis 10 verschiedene Zwischenzustände und den Endzustand beim Einbau des erfindungsgemäßen Vorspannankers gemäß Fig. 1 in eine geologische Formation;
    • Fig. 11 ein zweites Ausführungsbeispiel eines in eine geologische Formation fertig eingebauten erfindungsgemäßen Vorspannankers in einem Längsschnitt durch das Bohrloch;
    • Fig. 12 bis 14 Detaildarstellungen zur in diesem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 11 verwendeten Kupplung und
    • Fig. 15 bis 20 verschiedene Zwischenzustände und den Endzustand beim Einbau des erfindungsgemäßen Vorspannankers gemäß Fig. 11 in eine geologische Formation.
  • Fig. 1 zeigt den fertig in die geologische Formation 2 eingebauten Zustand eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Vorspannankers 1, in dem die Bohrspülsuspension 9 im Bohrloch 17 bereits ausgehärtet ist. Am vorderen Ende des Ankerstabes 3 ist die Bohrkrone 4 angebracht. Mit dieser wurde das Bohrloch 17 in die geologische Formation 2 gebohrt, der Ankerstab 3 hat hierbei als Bohrgestänge gedient. Der Bereich zwischen der Bohrkrone 4 und dem zur Bohrkrone 4 weisenden Ende des Hüllrohres 5 bildet die Haftstrecke, in der der Ankerstab 3 mittels der ausgehärteten Bohrspülsuspension 9 direkt mit der das Bohrloch umgebenden geologischen Formation 2 verbunden ist. In dieser Haftstrecke wird der Ankerstab 3 sozusagen in der geologischen Formation 2 festgehalten bzw. verankert. Der Ankerstab 3 ist über seine gesamte Länge innen hohl, sodass während es Bohrvorgangs die zu diesem Zeitpunkt noch flüssige Bohrspülsuspension 9 durch den Ankerstab 3 hindurch zur Bohrkrone 4 transportiert und über die Bohrkrone 4 in das Bohrloch 17 austreten kann, um so das Bohrloch 17 schon während des Bohrvorgangs in der in Fig. 1 dargestellten Art und Weise zu füllen.
  • In einem von der Bohrkrone 4 distanziert angeordneten Bereich ist der Ankerstab 3 von dem Hüllrohr 5 umgeben. Die Kupplung 6 ist in diesem Ausführungsbeispiel so ausgebildet, dass das Hüllrohr 5 in seinem zur Bohrkrone 4 weisenden Endbereich 10 so gegen den Ankerstab 3 abgedichtet ist, dass das Hüllrohr 5 nicht mit Bohrspülsuspension 9 gefüllt wird. Innerhalb des Hüllrohres 5 befindet sich die Freispielstrecke des Ankerstabes 3, die dem Vorspannen des Vorspannankers 1 dient. Das Vorspannen des Vorspannankers 1 erfolgt in diesem Ausführungsbeispiel in an sich bekannter Art und Weise, indem eine Ankerplatte 19 im Bereich des Bohrlochmundes 18 auf das aus dem Bohrlochmund 18 herausragende Ende des Ankerstabes 3 aufgeschoben wird. Durch Anziehen des Ankerstabes 3 mit einer an sich bekannten Spannvorrichtung wird dann der Ankerstab 3 und damit der Vorspannanker 1 in seiner Längserstreckungsrichtung 8 im benötigten Ausmaß vorgespannt. Anschließend wird unter Aufrechterhaltung der Vorspannung die Ankermutter 20 auf das Außengewinde des aus dem Bohrloch 17 herausragenden Endes des Ankerstabes 3 aufgeschraubt. Die weiter unten noch im Detail erläuterte Kupplung 6 erlaubt bei diesem Vorspannvorgang eine Entkopplung des Ankerstabes 3 vom Hüllrohr 5 in Längserstreckungsrichtung 8 des Ankerstabes 3.
  • Die beiden später im Detail noch erläuterten Kupplungsteile 11 und 12 dieses ersten Ausführungsbeispiels sind innerhalb des Hüllrohres 5 angeordnet. Der Ankerstab 3 ist im hier gezeigten ersten Ausführungsbeispiel aus mehreren, in Längserstreckungsrichtung 8 des Ankerstabes 3 hintereinander angeordneten Ankerteilstäben 15 ausgebildet, wobei jeweils zwei aufeinanderfolgende Ankerteilstäbe 15 mittels einer Ankerverbindungsmuffe 16 miteinander verbunden sind. Die Ankerverbindungsmuffen 16 weisen hierzu ein Innengewinde auf, in das die beiden miteinander zu verbindenden aufeinanderfolgenden Ankerteilstäbe 15 mit ihrem Außengewinde 21 eingeschraubt werden können. Zwischen den beiden Ankerteilstäben 15 können innerhalb der Ankerverbindungsmuffe 16 jeweils eine an sich bekannte Quetschdichtung oder andere Dichtungselemente angeordnet sein. Diese verhindert das Austreten von Bohrspülsuspension 9 im Stoßbereich zwischen den beiden miteinander verbundenen Ankerteilstäben 15 aus der Ankerverbindungsmuffe 16. Nichtsdestotrotz lässt die Quetschdichtung aber natürlich den Transport der Bohrspülsuspension im inneren Hohlraum des Ankerstabes 3 in Richtung hin zur Bohrkrone 4 zu. Günstig ist jedenfalls, wie hier auch vorgesehen, dass zumindest eine, vorzugsweise alle Ankerverbindungsmuffen 16 innerhalb des Hüllrohres 5 angeordnet sind.
  • Auch das Hüllrohr 5 ist auch in diesem ersten Ausführungsbeispiel aus mehreren in Längserstreckungsrichtung 8 des Ankerstabes 3 hintereinander angeordneten Hüllteilrohren 22 aufgebaut. Die jeweils hintereinander angeordneten Hüllteilrohre 22 sind mittels Hüllrohrmuffen 23 miteinander verbunden. Im gezeigten ersten Ausführungsbeispiel weist jedes Hüllteilrohr 22 dazu an seinen Enden jeweils ein entsprechendes Außengewinde auf, welches in ein entsprechendes Innengewinde der Hüllrohrmuffe 23 eingeschraubt werden kann. Natürlich sind auch Schweißverbindungen oder andere Verbindungen zwischen den Hüllteilrohren 22 und den Hüllrohrmuffen 23 möglich. Das Gleiche gilt natürlich auch für die Ankerteilstäbe 15 und die Ankerverbindungsmuffen 16.
  • Der Vollständigkeit halber wird darauf hingewiesen, dass das Bohrloch 17 sowie der darin eingebaute Vorspannanker 1 in den Fig. 1, 6, 7, 8, 9 und 10 nur abschnittsweise bzw. verkürzt dargestellt ist, was durch die Unterbrechungslinien 25 symbolisch dargestellt ist.
  • Die Kupplung 6, welche erfindungsgemäß für eine Zwangskopplung von Hüllrohr 5 und Ankerstab 3 in Umfangsrichtung 7 um die Längserstreckungsrichtung 8 des Ankerstabes 3 sorgt, um so ein Mitdrehen des Hüllrohres 5 mit dem Ankerstab 3 während es Bohrvorgangs sicherzustellen, ist auch in diesem ersten Ausführungsbeispiel zweiteilig aufgebaut. Sie weist ein erstes Kupplungsteil 11 und ein zweites Kupplungsteil 12 auf. Das erste Kupplungsteil 11 ist im hier gezeigten Ausführungsbeispiel am zur Bohrkrone 4 weisenden Ende des Hüllrohres 5 fixiert. Diese Fixierung kann z.B. durch Anschweißen dieses ersten Kupplungsteiles 11 am entsprechenden Hüllrohr 5 bzw. Hüllteilrohr 22 erfolgen. Dies kann schon vor Transport der Hüllteilrohre 22 bzw. des Hüllrohres 5 auf die Baustelle durchgeführt werden. Das zweite Kupplungsteil 12 wird am Ankerstab 3 fixiert. Beide Kupplungsteile 11 und 12 weisen in diesem ersten Ausführungsbeispiel jeweils Formschlusselemente 13 zur Ausbildung der Zwangskopplung in Umfangsrichtung 7 auf.
  • Fig. 2 zeigt vergrößert und in einer perspektivischen Darstellung die auf den Ankerstab 3 aufgesetzte Kupplung 6, wobei das am Grundkörper 14 des ersten Kupplungsteils 11 fixierte Hüllrohr 5 nicht dargestellt ist. Die Fig. 3 und 4 zeigen das erste Kupplungsteil 11 (Fig. 4) und das zweite Kupplungsteil 12 (Fig. 3) des ersten Ausführungsbeispiels jeweils in einer Seitenansicht. Jedes der Kupplungsteile 11 und 12 weist einen ring- oder hülsenförmigen Grundkörper 14 auf, an dem in diesem Ausführungsbeispiel jeweils zwei Formschlusselemente 13 fixiert bzw. angeformt sind. Diese Formschlusselemente 13 stehen jeweils in einer Richtung parallel zur Längserstreckungsrichtung 8 des Ankerstabes 3 vom Grundkörper 14 ab. Im gezeigten ersten Ausführungsbeispiel hat jedes der Kupplungsteile 11 bzw. 12 jeweils zwei Formschlusselemente 13, welche voneinander distanziert am jeweiligen Grundkörper 14 angeordnet sind und in jeweils derselben Richtung parallel zur Längserstreckungsrichtung 8 des Ankerstabes 3 vom jeweiligen Grundkörper 14 abstehen. Beide Kupplungsteile 11 und 12 des ersten Ausführungsbeispiels weisen somit eine Art gabelartige Struktur auf, sodass sie mit den Formschlusselementen 13 ineinander greifen können, um so gewünschte Zwangskopplung in Umfangsrichtung 7 herbeiführen zu können.
  • In Fig. 2 ist gut zu sehen, dass in diesem Ausführungsbeispiel die Kupplungsteile 11 und 12 in der Kupplungsstellung in der die Kupplungsteile 11 und 12 miteinander gekuppelt sind, in der Umfangsrichtung 7 mit Spiel ineinander greifen. Dies bedeutet, dass der Ankerstab 3 beim Bohrvorgang ein Stück weit mit dem auf ihm fixierten zweiten Kupplungsteil 12 in Umfangsrichtung 7 gedreht werden kann, bevor die Formschlusselemente 13 des zweiten Kupplungsteils 12 an den Formschlusselementen 13 des ersten Kupplungsteils 11 anschlagen. Ist dies erfolgt, so ist mittels der Kupplung 6 die Zwangskopplung von Hüllrohr 5 und Ankerstab 3 hergestellt, welche dafür sorgt, dass während des Fortsetzens des Bohrvorgangs das Hüllrohr 5 mit dem Ankerstab 3 um die Längserstreckungsrichtung 8 des Ankerstabes 3 herum mitgedreht wird.
  • Zur Fixierung kann das erste Kupplungsteil 11 am Hüllrohr 5 angeschweißt oder in sonstiger geeigneter Art und Weise befestigt sein. Die Fixierung des zweiten Kupplungsteils 12 erfolgt im gezeigten Ausführungsbeispiel über den hülsenartigen Grundkörper 14 des zweiten Kupplungsteils 12, welcher ein hier nicht dargestelltes Innengewinde aufweist, mit dem das zweite Kupplungsteil 12 auf das Außengewinde 21 des Ankerstabes 3 aufgeschraubt ist. Die unmittelbar dahinter angeordnete Ankerverbindungsmuffe 16 bildet für das zweite Kupplungsteil 12 eine Art Kontermutter, welche das zweite Kupplungsteil 12 zusätzlich am Ankerstab 3 fixiert. Während der Ankerstab 3 am zweiten Kupplungsteil 12 fixiert ist, ist er durch den Grundkörper 14 des ersten Kupplungsteils 11 nur hindurchgeführt, sodass der Ankerstab 3 im ersten Kupplungsteil 11 verschiebbar gelagert ist. Der verbleibende Ringspalt zwischen Ankerstab 3 und dem Grundkörper 14 des ersten Kupplungsteils 11 wird in bevorzugten Ausführungsbeispielen so klein ausgeführt, dass es während des Bohrvorgangs zu keinem oder zumindest zu keinem wesentlichen Eintritt der Bohrspülsuspension 9 in den Endbereich 10 und damit in den Hohlraum im Hüllrohr 5 kommt. Grundsätzlich ist es auch denkbar, hier zusätzlich Dichtungen oder dergleichen vorzusehen. Jedenfalls ist in den hier gezeigten Ausführungsbeispielen die Kupplung 6 insgesamt so ausgebildet, dass sie ein Füllen des Hüllrohres 5 mit Bohrspülsuspension 9 während des Bohrvorgangs verhindert.
  • Anhand der Fig. 5 bis 10 wird nachfolgend der Einbau des Vorspannankers 1 gemäß des ersten Ausführungsbeispiels erläutert.
  • Zunächst wird, wie in Fig. 5 symbolisch dargestellt, begonnen, das Bohrloch 17 in die geologische Formation 2 zu bohren. Hierzu ist die Bohrkrone 4 am Ankerstab 3 bzw. an dem ersten Ankerteilstab 15 befestigt. Das hier nicht dargestellte Bohrgerät greift in an sich bekannter Art und Weise am hinteren, von der Bohrkrone 4 abgewandten Ende des Ankerstabs 3 bzw. des Ankerteilstabes 15 an. Der Ankerstab 3 wird als Bohrgestänge verwendet, mit dem die Bohrkrone 4 beim Bohrvorgang in Umfangsrichtung 7 um die Längserstreckungsrichtung 8 des Ankerstabes 3 herum gedreht wird. Dabei schneidet die Bohrkrone 4 Material aus der geologischen Formation 2 heraus, sodass nach und nach das Bohrloch 17 immer tiefer gebohrt wird. Um das aus der geologischen Form herausgeschnittene Material abtransportieren zu können, wird Bohrspülsuspension durch den innen hohlen Ankerstab 3 hindurch in an sich bekannter Art und Weise zur Bohrkrone 4 gefördert. Über die Bohrkrone 4 tritt die Bohrspülsuspension 9 am vorderen Bohrlochende aus und fördert beim Zurückströmen Richtung Bohrlochmund 18 das aus der geologischen Formation herausgeschnittene Material zum Bohrlochmund 18. Dies ist an sich bekannt und muss nicht weiter erläutert werden. Die gegebenenfalls zum Einsatz kommenden Abstandshalter 24 sorgen dafür, dass der Ankerstab 3 während des Bohrvorgangs nicht an den Wänden des bereits gebohrten Teils des Bohrloches 17 anliegt und reibt. Wie tief das Bohrloch 17 auf diese Art und Weise zunächst gebohrt wird, hängt davon ab, wie lang die Haftstrecke ausgebildet werden soll. Soll diese Haftstrecke mehr als die Länge eines Ankerteilstabes 15 betragen, so kann in an sich bekannter Art und Weise zu gegebener Zeit, wenn der erste Ankerteilstab 15 größtenteils im Bohrloch 17 versenkt ist, mittels einer Ankerverbindungsmuffe 16 ein weiterer Ankerteilstab 15 angesetzt werden, um so dann in der beschriebenen Art und Weise weiter zu bohren.
  • Zu gegebener Zeit bzw. bei entsprechendem Bohrfortschritt kann dann, wie in Fig. 6 gezeigt, das Hüllrohr 5 bzw. das erste Hüllteilrohr 22 am Bohrlochmund 18 auf den zu diesem Zeitpunkt aus dem Bohrloch 17 herausschauenden Endabschnitt des Ankerstabes 3 aufgeschoben werden. Im gezeigten Ausführungsbeispiel wurde das erste Kupplungsteil 11 mit seinem Grundkörper 14 vorab am Hüllrohr 5 befestigt. Bevor das Hüllrohr 5 bzw. das erste Hüllteilrohr 22 in, in Fig. 6 dargestellter Art und Weise aufgeschoben wird, wird der Ankerstab 3 in an sich bekannter Art und Weise vom hier nicht dargestellten Bohrgerät getrennt.
  • Anschließend an das Aufsetzen des ersten Hüllteilrohres 22 bzw. des Hüllrohres 5 kann, wie in Fig. 7 gezeigt, das zweite Kupplungsteil 12 mit seinem Grundkörper 14 und dem darin angeordneten Innengewinde auf das Außengewinde 21 des aus dem Bohrloch 17 herausragenden Endes des Ankerstabes 3 aufgeschraubt werden. Das zweite Kupplungsteil 12 wird dabei, wie in Fig. 7 zu sehen, so weit auf den Ankerstab 3 aufgeschraubt, dass die Formschlusselemente 13 der beiden Kupplungsteile 11 und 12 miteinander in Eingriff kommen. Anschließend wird, wie in Fig. 8 gezeigt, der nachfolgende Ankerteilstab 15 mit der Ankerverbindungsmuffe 16 auf das bisherige Ende des Ankerstabes 3 aufgeschraubt. Hierdurch kommt es auch zu einer Sicherung des zweiten Kupplungsteiles 12, indem die aufgeschraubte Ankerverbindungsmuffe 16 eine Art Kontermutter für das zweite Kupplungsteil 12 bildet. Anschließend kann dann, wie in Fig. 9 gezeigt, noch ein weiteres Hüllteilrohr 22 an das erste Hüllteilrohr 22 mittels einer entsprechenden Hüllrohrmuffe 23 angesetzt werden. Ist die Konfiguration gemäß Fig. 9 dann erreicht, so wird am Ende des Ankerstabes 3 wieder das Bohrgerät befestigt, um so den Bohrvorgang fortzusetzen, indem der Ankerstab 3 mit der Bohrkrone 4 wieder in Umfangsrichtung 7 gedreht wird. Erfindungsgemäß sorgt die Kupplung 6 nun für eine entsprechende Zwangskopplung zwischen Hüllrohr 5 und Ankerstab 3 in Umfangsrichtung 7, sodass das Hüllrohr 5 bei Fortsetzung des Bohrvorgangs nun mit dem Ankerstab 3 mitgedreht wird.
  • Bei der beschriebenen Vorgehensweise wird im gezeigten ersten Ausführungsbeispiel als erstes Hüllteilrohr 22 ein sehr kurzes Hüllteilrohr 22 verwendet. Dies hat den Vorteil, dass das zweite Kupplungsteil 12 ganz einfach von Hand auf das hintere Ende des Ankerstabes 3 aufgeschraubt werden kann und auch gut kontrolliert werden kann, dass die erste Ankerverbindungsmuffe 16 ausreichend weit auf das aus dem Bohrloch 17 weisende Ende des Ankerstabes 3 aufgeschraubt werden kann. Nichtsdestotrotz ist es natürlich auch möglich, ein längeres Hüllteilrohr 22 oder das gesamte Hüllrohr 5 in einem Stück in dem Schritt gemäß Fig. 6 aufzusetzen. Dann kann das zweite Kupplungsteil 12 z.B. unter Verwendung eines entsprechend langen Werkzeuges innerhalb des Hüllrohres 5 bzw. des Hüllteilrohres 22 entsprechend weit auf das Außengewinde 21 des Ankerstabes 3 aufgeschraubt werden. Auch das Ansetzen des nächsten Ankerteilstabes 15 mittels der Ankerverbindungsmuffe 16 kann innerhalb des Hüllrohres 5 erfolgen. Eine weitere Möglichkeit bestünde auch darin, zunächst nur das erste Kupplungsteil 11 auf das aus dem Bohrloch 17 herausragende Ende des Ankerstabes 3 aufzusetzen, dann das zweite Kupplungsteil 12 auf den Ankerstab 3 aufzuschrauben, um erst dann das Hüllrohr 5 aufzuschieben und am ersten Kupplungsteil 11 zu befestigen, insbesondere anzuschweißen.
  • Bei Fortsetzung des Bohrvorgangs ausgehend von Fig. 9 wird das Hüllrohr 5 bei weiterer Vertiefung des Bohrloches 17 beim Bohren mit in das Bohrloch 17 hineingeschoben. Der Bohrvorgang kann so lange fortgesetzt werden, bis die gewünschte Einbautiefe und die gewünschte Länge des im Bohrloch 17 versenkten Hüllrohres 5 und damit der Freispielstrecke erreicht ist. Hierzu können sowohl das Hüllrohr 5 als auch der Ankerstab 3 durch entsprechendes Anstückeln von Hüllteilrohren 22 und Ankerteilstäben 15 so lang verlängert werden, bis die gewünschten Längen erreicht sind.
  • Ist dies der Fall, so wird, gegebenenfalls nach entsprechendem Einkürzen des Hüllrohres 5 und nach Aushärten der Bohrspülsuspension 9, die Ankerplatte 19 auf den aus dem Bohrlochmund 18 herausragenden Endabschnitt des Ankerstabes 3 aufgesetzt. Durch Anziehen des Ankerstabes 3 mit einer an sich bekannten Spannvorrichtung wird dann der Ankerstab 3 und damit der Vorspannanker 1 in seiner Längserstreckungsrichtung 8 im benötigten Ausmaß vorgespannt. Durch entsprechendes Anziehen der Ankermutter 20 unter Aufrechterhaltung der Vorspannung kann dann der gewünschte Spannzustand des erfindungsgemäßen Vorspannankers 1 fixiert und über bekannte Messverfahren auch kontrolliert werden.
  • Fig. 10 zeigt wiederum den Endzustand, welcher Fig. 1 entspricht.
  • Während die Kupplungsteile 11 und 12 beim ersten Ausführungsbeispiel gemäß der Fig. 1 bis 10 jeweils Formschlusselemente 13 zur Ausbildung der Zwangskopplung in Umfangsrichtung 7 mittels Formschluss aufweisen, zeigen die Fig. 11 bis 20 eine Variante eines erfindungsgemäßen Vorspannankers 1, bei dem die Kupplungsteile 11 und 12 jeweils zumindest eine Reibschlussoberfläche 26 und 27 zur Ausbildung der Zwangskopplung in Umfangsrichtung 7 mittels Reibschluss aufweisen. Bei diesem Ausführungsbeispiel handelt es sich um eines, bei dem die Kupplung der Kupplungsteile ausschließlich mittels Reibschluss erfolgt. Natürlich sind auch Mischformen von auf Formschluss einerseits und auf Reibschluss andererseits basierenden Zwangskopplungen in Umfangsrichtung 7 möglich.
  • Bei der nachfolgenden Schilderung des zweiten Ausführungsbeispiels und seines Einbaus gemäß der Fig. 11 bis 20 wird im Wesentlichen auf die Unterschiede zum ersten Ausführungsbeispiel eingegangen. Ansonsten wird, um Wiederholungen zu vermeiden, auf die Ausführungen zum ersten Ausführungsbeispiel verwiesen.
  • Fig. 11 zeigt einen Längsschnitt durch ein Bohrloch 17, bei dem der erfindungsgemäße Vorspannanker 1 des zweiten Ausführungsbeispiels vollständig eingebaut und vorgespannt ist. Fig. 12 zeigt vergrößert den Bereich zwischen der hier eingesetzten Kupplung 6 und der ersten, in Richtung Bohrlochmund 18 darauf folgenden Ankerverbindungsmuffe 16 vergrößert, wobei in Fig. 12 das Hüllrohr 5 bzw. das Hüllteilrohr 22 und auch die außen liegenden Bereiche des Bohrlochs 17 nicht dargestellt sind. Fig. 13 zeigt das zweite Kupplungsteil 12 dieses Ausführungsbeispiels vergrößert in einem Längsschnitt. Das erste Kupplungsteil 11 dieser Ausführungsvariante ist in Fig. 14 vergrößert dargestellt.
  • Wie insbesondere in den Fig. 13 und 14 dargestellt, weist jedes der beiden Kupplungsteile 11 und 12 dieses Ausführungsbeispiels zumindest eine Reibschlussoberfläche 26 bzw. 27 auf, welche der Ausbildung der Zwangskopplung in Umfangsrichtung 7 dient. In diesem Ausführungsbeispiel erfolgt diese Zwangskopplung ausschließlich durch Reibschluss zwischen den beiden Reibschlussoberflächen 26 und 27. Beide Kupplungsteile 11 und 12 weisen jeweils einen ring- bzw. hülsenförmigen Grundkörper 14 auf. Beim ersten Kupplungsteil 11 ist die Reibschlussoberfläche 26 als eine nach innen weisende Oberfläche des ring- oder hülsenförmigen Grundkörpers 14 ausgebildet. Beim zweiten Kupplungsteil 12 ist die Reibschlussoberfläche 27 als eine nach außen weisende Oberfläche des ring- oder hülsenförmigen Grundkörpers 14 ausgebildet. Beide Reibschlussoberflächen 26 und 27 sind in Form eines Kegelstumpfes bzw. Konus ausgebildet. Es handelt sich hier um einen Kreiskegelstumpf. Beide Kreiskegelstümpfe verjüngen sich in Richtung hin zur Bohrkrone 4. Bei entsprechendem Eindrücken des mittels seines Innengewindes 32 in diesem Ausführungsbeispiel auf den Ankerstab 3 aufgeschraubten, zweiten Kupplungsteils 12 in das erste Kupplungsteil 11 in Längserstreckungsrichtung 8 hin zur Bohrkrone 4 kommt es zum Reibschluss zwischen den Reibschlussoberflächen 26 und 27 und damit zwischen den Kupplungsteilen 11 und 12, womit einerseits die gewünschte Zwangskopplung in Umfangsrichtung 7 erfolgt. Andererseits ermöglicht dies aber auch, dass das Hüllrohr 5 in Längserstreckungsrichtung 8 des Ankerstabes 3 vom Ankerstab 3 entkoppelt wird, wenn die Bohrkrone 4 mit dem aus dem Hüllrohr 5 und aus der Kupplung 6 herausstehenden Bereich des Ankerstabes 3 mittels der ausgehärteten Bohrspülsuspension 9 im Bohrloch 17 verankert ist und der Bereich des Ankerstabs 3 innerhalb des Hüllrohres 5 durch ein entsprechendes Anziehen der Ankermutter 20 gespannt wird.
  • Die in den Fig. 13 und 14 eingezeichneten Winkel 31 zwischen den jeweiligen Reibschlussoberflächen 26 bzw. 27 des jeweiligen Kupplungsteils 11 bzw. 12 und der jeweiligen Längsmittelachse 29 bzw. 30 des jeweiligen Kupplungsteils 11 bzw. 12 liegt günstigerweise in einem Bereich zwischen 1° und 10°, besonders bevorzugt im Bereich zwischen 2° und 5°. Im gezeigten Ausführungsbeispiel handelt es sich um einen Winkel 31 von jeweils 3,44°. Die Länge der Kupplungsteile 11 und 12 kann in bevorzugten Varianten zwischen 40 mm und 60 mm betragen, um nur ein Beispiel zu nennen.
  • Das erste Hüllteilrohr 22 ist günstigerweise mit seiner in diesem Ausführungsbeispiel direkt am Hüllteilrohr 22 angeordneten Hüllrohrmuffe 23 direkt auf ein entsprechendes Außengewinde 33 des ersten Kupplungsteils 11 aufgeschraubt. Natürlich können das Kupplungsteil 11 und das entsprechende Hüllteilrohr 22 bzw. Hüllrohr 5 auch in anderer Art und Weise aneinander fixiert werden, wie dies bereits erläutert wurde. Verwendet man für beide Reibschlussoberflächen 26 und 27 Stahl, so kann der Reibwert der Haftreibung zwischen diesen beiden Reibschlussoberflächen 26 und 27 z.B. in der Größenordnung von 0,15 liegen.
  • Um den Reibschluss zwischen den beiden Reibschlussoberflächen 26 und 27 und damit zwischen den Kupplungsteilen 11 und 12 zu erreichen, ist günstigerweise vorgesehen, dass der Ankerstab 3 und damit das an ihm befestigte Kupplungsteil 12 mit entsprechend hoher Kraft in das erste Kupplungsteil 11 gedrückt wird.
  • Wie eingangs bereits erläutert, ist günstigerweise bei allen gegebenenfalls realisierten Schraubverbindungen vorgesehen, dass diese in der Umfangsrichtung 7, in der der Ankerstab 3 mit der Bohrkrone 4 beim Bohrvorgang gedreht wird, in Schließrichtung beaufschlagt sind. Dies sorgt dafür, dass beim Bohrvorgang keine Schraubverbindung ungewollt geöffnet werden kann. In diesem Sinne ist es günstig, wenn beim Vorspannanker 1 alle verwendeten Gewindeverbindungen in derselben Drehrichtung eingebaut werden. Dies gilt für das zweite wie auch für das erste, wie auch für andere Ausführungsbeispiele der Erfindung bevorzugt.
  • Ein zweiter Unterschied zwischen dem hier gezeigten zweiten Ausführungsbeispiel und dem vorab geschilderten ersten Ausführungsbeispiel besteht darin, dass in dieser hier realisierten Variante die Hüllrohrmuffen 23 gleich an den entsprechenden Hüllteilrohren 22 bzw. an deren Enden ausgebildet sind. Dies ist eine Variante, die natürlich auch beim ersten Ausführungsbeispiel realisiert werden könnte, genauso wie die beim ersten Ausführungsbeispiel gezeigten Hüllrohrmuffen 23 hier im zweiten Ausführungsbeispiel anwendbar wären.
  • Ein weiterer Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel bei diesem zweiten Ausführungsbeispiel besteht in der Verwendung des in Fig. 12 besonders gut sichtbaren Distanzrohres 28. Es handelt sich hier um ein zwischen einer der Ankerverbindungsmuffen 16 und dem zweiten, am Ankerstab 3 fixierten Kupplungsteil 12 angeordnetes Bauteil. Das Distanzrohr 28 ist günstigerweise zwischen der in Fig. 12 gut sichtbaren Ankerverbindungsmuffe 16 und dem zweiten Kupplungssteil 12 eingespannt. Der Ankerstab 3 wist günstigerweise durch das Distanzrohr 28 hindurchgeführt. Mit dem Distanzrohr 28 können verschiedene Vorteile erzielt werden. Zum einen sorgt die Verwendung des Distanzrohrs 28, wie weiter unten noch im Detail dargelegt, für einen immer wiederkehrenden Versatz zwischen den jeweils verbauten Ankerteilstücken 15 und den jeweils verbauten Hüllteilrohren 22. Dies gilt insbesondere dann, wenn die Ankerteilstücke 15 und die Hüllteilrohre 22 gleich lang sind. Ein weiterer Effekt des Distanzrohres 28 ist am Ende des Einbaus die Tatsache, dass das hintere Ende des Ankerstabes 3 so weit aus dem Bohrlochmund 18 heraussteht, dass genug Überstand für die Montage der Ankerplatte 19 und der Ankermutter 20 vorhanden ist. Ein dritter Vorteil besteht darin, dass das Distanzrohr 28 für eine rückseitige Abstützung des zweiten Kupplungsteils 12 an der Ankerverbindungsmuffe 16 sorgt, sodass die Ankerverbindungsmuffe 16 auch in ihrer distanzierten Anordnung als Kontermutter für das zweite Kupplungsteil 12 wirken kann.
  • Nachfolgend werden noch anhand der Fig. 15 bis 20 einige Schritte beim Einbau eines erfindungsgemäßen Vorspannankers 1 gemäß des zweiten Ausführungsbeispiels erläutert. Auch hier wird im Wesentlichen auf die Unterschiede zum ersten Ausführungsbeispiel eingegangen und ansonsten auf die obigen Schilderungen zu den Fig. 5 bis 10 und damit zum ersten Ausführungsbeispiel verwiesen. Zunächst wird, wie in Fig. 15 symbolisch dargestellt, begonnen, das Bohrloch 17 in die geologische Formation 2 zu bohren. Auch hier greift das nicht dargestellte Bohrgerät in an sich bekannter Art und Weise am hinteren, von der Bohrkrone 4 abgewandten Ende des Ankerstabes 3 bzw. Ankerteilstabes 15 an. Der Ankerstab 3 wird als Bohrgestänge verwendet, mit dem die Bohrkrone 4 beim Bohrvorgang in Umfangsrichtung 7 gedreht wird. In Fig. 15 besteht noch kein Unterschied zu Fig. 5, sodass hier nicht weiter darauf eingegangen werden muss.
  • Ist die gewünschte Tiefe des Bohrlochs 17 zur Ausbildung der Haftstrecke erreicht, so wird der Ankerstab 3 vom hier nicht dargestellten Bohrgerät getrennt und es wird, wie in Fig. 16 dargestellt, das erste Kupplungsteil 11 auf das aus dem Bohrlochmund 18 herausstehende Ende des Ankerstabs 3 bzw. des Ankerteilstücks 15 aufgeschoben. Anschließend erfolgt das Aufschrauben des zweiten Kupplungsteils 12 mit seinem Innengewinde 32 auf das Außengewinde 21 des hinteren, aus dem Bohrlochmund 18 herausstehenden Endes des Ankerstabs 3. Anschließend wird bei diesem Ausführungsbeispiel das Distanzrohr 28 auf das hintere Ende des Ankerstabs 3 aufgeschoben, sodass dann die Situation erreicht ist, wie sie in Fig. 17 dargestellt ist. Nun kann auf das hintere Ende des Ankerstabs 3, wie in Fig. 18 dargestellt, mittels einer entsprechenden Ankerverbindungsmuffe 16 das nächste Ankerteilstück 15 aufgeschraubt werden. Auch hier wird günstigerweise einen entsprechende Quetschdichtung zwischen den Ankerteilstücken 15 innerhalb der Ankerverbindungsmuffe 16 angeordnet. Anschließend kann, wie in Fig. 19 dargestellt, das erste Hüllteilrohr 22 auf das Außengewinde 33 des ersten Kupplungsteils 11 aufgeschraubt oder in sonstiger Art und Weise befestigt werden. Das Distanzrohr 28 sorgt wie in Fig. 19 gut zu sehen, dafür, dass immer eine gewisse Länge des Ankerstabs 3 aus dem letzten, gerade montierten Hüllteilrohr 22 heraussteht. Insbesondere bei gleich langen Hüllteilrohren 22 und Ankerteilstücken 15 wird dieser Versatz bis zum Ende des Bohrvorgangs so in einfacher Art und Weise beibehalten.
  • In der Stellung gemäß Fig. 19 kann am hinteren, also der Bohrkrone 4 gegenüberliegenden Ende, wieder das Bohrgerät an den Ankerstab 3 angeschlossen werden. Nun wird der Bohrvorgang fortgesetzt, indem der Ankerstab 3 samt Bohrkrone 4 und Hüllrohr 5 in Umfangsrichtung 7 gedreht wird. Für die Zwangskopplung zwischen Hüllrohr 5 und Ankerstab 3 sorgt in diesem Fall die auf Reibschluss beruhende Kupplung 6 zwischen dem ersten Kupplungsteil 11 und dem zweiten Kupplungsteil 12. Beim Bohrvorgang fördert die im Innenhohlraum des Ankerstabes 3 zur Bohrkrone 4 hin gepumpte und durch diese in das Bohrloch austretende Bohrspülsuspension 9, wie allgemein üblich, das von der geologischen Formation 2 abgetrennte Bohrgut in Richtung hin zum Bohrlochmund 18 zurück. Wenn dann der Ankerstab 3 samt Hüllrohr 5 entsprechend weit in das Bohrloch 17 hineinragt, kann das Bohrgerät wieder vom Ankerstab 3 getrennt werden, worauf anschließend mittels einer weiteren Ankerverbindungsmuffe 16 das nächste Ankerteilstück 15 und anschließend das nächste Hüllteilrohr 22 in die entsprechende Hüllrohrmuffe 23 eingebaut werden können. Dies wird fortgesetzt, bis das Bohrloch 17 die gewünschte Tiefe erreicht hat. Dann kann, wie in Fig. 20 dargestellt, bei dem aus dem Bohrlochmund 18 herausstehenden Ende des Ankerstabes 3 die Ankerplatte 19 aufgesetzt und die Ankermutter 20 aufgeschraubt werden. Sobald die Bohrspülsuspension 9 ausgehärtet ist, kann durch entsprechendes Anziehen der Ankermutter 20 der Ankerstab 3 innerhalb des Hüllrohres 5 und damit auf der Vorspannstrecke gespannt werden. Die hier in diesem zweiten Ausführungsbeispiel auf Reibschluss basierende Kupplung 6 wird dabei in Längserstreckungsrichtung 8 des Ankerstabes 3 entkoppelt, indem die beiden Kupplungsteile 11 und 12 auseinandergezogen werden.
  • Der Vollständigkeit halber wird darauf hingewiesen, dass in den gezeigten Darstellungen keine Betonvorsatzschale, kein Armierungsgitter, keine Platte oder dergleichen zwischen Ankerplatte 19 und der geologischen Formation 2 dargestellt ist. All dies kann aber in an sich bekannter Art und Weise natürlich ohne Weiteres vorhanden sein. Die Ankerplatte 19 wird dann nicht direkt auf die geologische Formation 2 sondern eben an die entsprechende Betonvorsatzschale, das entsprechende Gitter etc. aufgesetzt.
    • Legende Zu den Hinweisziffern
  • 1 Vorspannanker 29 Längsmittelachse
    2 geologische Formation 30 Längsmittelachse
    3 Ankerstab 31 Winkel
    4 Bohrkrone 32 Innengewinde
    5 Hüllrohr 33 Außengewinde
    6 Kupplung
    7 Umfangsrichtung
    8 Längserstreckungsrichtung
    9 Bohrspülsuspension
    10 Endbereich
    11 erstes Kupplungsteil
    12 zweites Kupplungsteil
    13 Formschlusselement
    14 Grundkörper
    15 Ankerteilstück
    16 Ankerverbindungsmuffe
    17 Bohrloch
    18 Bohrlochmund
    19 Ankerplatte
    20 Ankermutter
    21 Außengewinde
    22 Hüllteilrohr
    23 Hüllrohrmuffe
    24 Abstandshalter
    25 Unterbrechungslinie
    26 Reibschlussoberfläche
    27 Reibschlussoberfläche
    28 Distanzrohr

Claims (14)

  1. Vorspannanker (1) zum Sichern einer geologischen Formation (2), wobei der Vorspannanker (1) einen innen hohlen Ankerstab (3) und eine an einem vorderen Ende des Ankerstabes (3) angebrachte Bohrkrone (4) und ein Hüllrohr (5) aufweist und der Ankerstab (3) in einem von der Bohrkrone (4) distanziert angeordneten Bereich von dem Hüllrohr (5) umgeben ist, und das Hüllrohr (5) zum Mitdrehen des Hüllrohres (5) mit dem Ankerstab (3) während eines Bohrvorgangs mittels zumindest einer Kupplung (6) des Vorspannankers (1) in zumindest einer Umfangsrichtung (7) um eine Längserstreckungsrichtung (8) des Ankerstabes (3) herum mit dem Ankerstab (3) zwangskoppelbar oder zwangsgekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Hüllrohr (5) mittels der Kupplung (6) in der Längserstreckungsrichtung (8) des Ankerstabes (3) vom Ankerstab (3) entkoppelt ist.
  2. Vorspannanker (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Hüllrohr (5) zur Verhinderung des Füllens des Hüllrohres (5) mit Bohrspülsuspension (9) in seinem zur Bohrkrone (4) weisenden Endbereich (10) gegen den Ankerstab (3) abgedichtet ist.
  3. Vorspannanker (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung (6) ein erstes, am zur Bohrkrone (4) weisenden Ende des Hüllrohres (5) ausgebildetes oder fixiertes Kupplungsteil (11) und ein zweites, am Ankerstab (3) fixiertes Kupplungsteil (12) aufweist.
  4. Vorspannanker (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungsteile (11, 12) jeweils zumindest ein Formschlusselement (13) zur Ausbildung der Zwangskopplung in Umfangsrichtung (7) aufweisen.
  5. Vorspannanker (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der Kupplungsteile (11, 12) einen ring- oder hülsenförmigen Grundkörper (14) aufweist und das zumindest eine Formschlusselement (13) dieses Kupplungsteils (11, 12) am Grundkörper (14) angeformt oder fixiert ist und in einer Richtung parallel zur Längserstreckungsrichtung (8) des Ankerstabes (3) vom Grundkörper (14) absteht.
  6. Vorspannanker (1) nach Anspruch 4 oder 5 dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungsteile (11, 12) in einer bzw. der Kupplungsstellung, in der die Kupplungsteile (11, 12) miteinander gekuppelt sind, in der Umfangsrichtung (7) mit Spiel ineinander greifen.
  7. Vorspannanker (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungsteile (11, 12) jeweils zumindest eine Reibschlussoberfläche (26, 27) zur Ausbildung der Zwangskopplung in Umfangsrichtung (7), vorzugsweise ausschließlich, mittels Reibschluss aufweisen.
  8. Vorspannanker (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der Kupplungsteile (11, 12) einen ring- oder hülsenförmigen Grundkörper (14) aufweist und beim ersten Kupplungsteil (11) die Reibschlussoberfläche (26) als eine nach innen weisende Oberfläche des ring- oder hülsenförmigen Grundkörpers (14) ausgebildet ist und beim zweiten Kupplungsteil (12) die Reibschlussoberfläche (27) als eine nach außen weisende Oberfläche des ring- oder hülsenförmigen Grundkörpers (14) ausgebildet ist.
  9. Vorspannanker (1) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass beim ersten Kupplungsteil (11) die Reibschlussoberfläche (26) und/oder beim zweiten Kupplungsteil (12) die Reibschlussoberfläche (27) in Form eines Kegelstumpfes ausgebildet ist bzw. sind.
  10. Vorspannanker (1) nach einem der Ansprüche 5 oder 6 oder 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Ankerstab (3) durch den ring- oder hülsenförmigen Grundkörper (14) des ersten Kupplungsteils (11), vorzugsweise verschiebbar gelagert, hindurchgeführt ist und/oder dass das zweite Kupplungsteil (12) mit seinem ring- oder hülsenförmigen Grundkörper (14) auf dem Ankerstab (3) fixiert, vorzugsweise auf den Ankerstab (3) aufgeschraubt ist.
  11. Vorspannanker (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Kupplungsteil (12) in einer Kupplungsstellung, in der die Kupplungsteile (11, 12) miteinander gekuppelt sind, innerhalb des Hüllrohres (5) angeordnet ist.
  12. Vorspannanker (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Ankerstab (3) mehrteilig aus zwei oder mehr, in Längserstreckungsrichtung (8) des Ankerstabes (3) hintereinander angeordneten Ankerteilstäben (15) gebildet ist und jeweils zwei aufeinanderfolgende Ankerteilstäbe (15) mittels einer Ankerverbindungsmuffe (16) miteinander verbunden sind, wobei zumindest eine der, vorzugsweise alle, Ankerverbindungsmuffen (16) innerhalb des Hüllrohres (5) angeordnet sind.
  13. Vorspannanker (1) nach Anspruch 3 und 12, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einer der Ankerverbindungsmuffen (16) und dem zweiten, am Ankerstab (3) fixierten Kupplungsteil (12) ein Distanzrohr (28) angeordnet ist.
  14. Verfahren zum Einbau eines Vorspannankers (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13 in eine geologische Formation (2), wobei mit der am vorderen Ende des Ankerstabes (3) angebrachten Bohrkrone (4) ein Bohrloch (17) in die geologische Formation (2) gebohrt wird und während des Bohrvorgangs Bohrspühlsuspension (9) durch den innen hohlen Ankerstab (3) hindurch zur Bohrkrone (4) gefördert und durch die Bohrkrone (4) hindurch in das Bohrloch (17) eingebracht wird und in dem von der Bohrkrone (4) distanzierten Bereich das Hüllrohr (5), den Ankerstab (3) umgebend, in das Bohrloch (17) eingebaut und mittels der Kupplung (6) mit dem Ankerstab (3) in der Umfangsrichtung (7) zwangsgekoppelt wird, wobei das Hüllrohr (5) bei Fortsetzung des Bohrvorgangs in der Umfangsrichtung (7) mit dem Ankerstab (3) mitgedreht wird.
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