Verfahren zum Verankern eines Ankers

Abstract

 Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verankern eines Ankers im Erdreich mittels Bodengefrieren. Um einen Anker auf einfache und kostengünstige Weise sicher im Erdreich verankern zu können, wird vorgeschlagen, nach dem Einbringen des Ankers in das Erdreich ein tiefkaltes Fluid über den Anker in Wärmetausch mit dem den Anker umgebenden Erdreich zu bringen.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verankern eines Ankers im Erdreich mittels Bodengefrieren. Zum Aufnehmen von Zug- oder Schubkräften bei Erdbauarbeiten dienen häufig Anker oder Dübel, die im Erdreich verankert sind. Soll beispielsweise im Erdreich eine Spundwand errichtet werden und ist ein Einrütteln oder ein Rammen der einzelnen Spundwandbohlen wegen der damit verbundenen Erschütterungen nicht möglich, so ist es erforderlich, die Spundwandbohlen in das Erdreich einzudrücken. Die dabei auftretenden Zugkräfte werden von Ankern aufgenommen.

[0002] Es ist bekannt, Anker oder Dübel durch Verpressen im Erdreich zu verankern. Dazu wird der Anker an der vorgesehenen Stelle ins Erdreich eingebracht und durch das Rohrinnere des als Hohlrohr ausgebildeten Ankers Beton in das Erdreich eingepreßt. Um das Ankerende bildet sich ein Betonklotz,durch den ein sicherer Halt des Ankers im Erdreich gewährleistet ist. Dieser Betonklotz verbleibt im Erdreich. Nachteilig ist hierbei, daß der Betonklotz als Störkörper wirkt, da Spannungen im Boden in anderer Weise abgebaut werden als ohne Betonklotz.

[0003] Bei einer anderen bekannten Methode kann ein Anker temporär im Erdreich fixiert werden ohne daß ein störender Körper im Erdreich verbleibt. Dabei wird der Baugrund um die ins Erdreich eingebrachten Anker vereist, indem dem Baugrund Wärme entzogen wird. Nachdem der Anker seine Funktion erfüllt hat, wird dem Baugrund keine Wärme mehr entzogen, so daß die Vereisung aufgehoben wird und sich der Frostkörper zurückbildet. Der Nachteil dieses Verfahrens ist, daß zusätzlich zu den Ankern Gefrierrohre um die Anker angeordnet wurden, über die ein Kühlmittel in Wärmetausch mit dem Baugrund gebracht wird. Für jedes Gefrierrohr ist eine Bohrung vorzunehmen, so daß dieses Verfahren sehr aufwendig und teuer ist.

[0004] Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu entwickeln, mit dem ein Anker auf einfache und kostengünstige Weise sicher im Erdreich verankert werden kann.

[0005] Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß nach dem Einbringen des Ankers in das Erdreich ein tiefkaltes Fluid über den Anker in Wärmetausch mit dem den Anker umgebenden Erdreich gebracht wird.

[0006] Erfindungsgemäß wird dem den Anker umgebenden Erdreich Wärme nicht über Gefrierrohre sondern direkt über den Anker entzogen. Der Anker wirkt praktisch selbst als Gefrierrohr. Beim erfindungsgemäßen Verfahren erübrigt sich die Verwendung von zusätzlichen Gefrierrohren, so daß auch zusätzliche Gefrierlochbohrungen eingespart werden können. Allein aus diesem Grund ist das erfindungsgemäße Verfahren kostengünstiper als herkömmliche Verfahren. Darüber hinaus sind beim erfindungsgemäßen Verfahren geringere Kühlmittelmengen erforderlich als beim herkömmlichen Verfahren. Da der als Gefrierrohr wirkende Anker im Zentrum des sich bildenden Frostkörpers sitzt, reicht ein Frostkörper kleineren Volumens aus, als beim konventionellen Verfahren. Bei diesen bildet sich der Frostkörper zunächst um ein Gefrierrohr. Anschließend wächst der Frostkörper in den Bereich des Ankers hinein und schließlich über diesen hinaus.

[0007] Grundsätzlich ist es möglich, das tiefkalte Fluid in direkten Wärmetausch mit dem den Anker umgebenden Erdreich zu bringen. Dies könnte z.B. über einen als Hohlrohr ausgebildeten Anker, der zumindest an seinem unteren Ende öffnungen besitzt, geschehen. Dabei ist aber die Verwendung eines umweltfreundlichen Kühlmittels erforderlich. Weiterhin ist nicht gewährleistet, daß sich das Kühlmittel in alle Richtungen gleichmäßig ausbreitet. Somit ist auch der Wärmeentzug ungleichmäßig, so daß sich ein Frostkörper ausbilden kann, der eine von der rotationssymmetrischen Form stark abweichende Form besitzt. Ein Anker mit einem derartigen Frostkörper kann daher nur mit geringeren Zugkräften belastet werden, als ein Anker, um den sich ein weitgehend rotationssymmetrischer Frostkörper gebildet hat.

[0008] In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Erfindungsgedankens wird daher das tiefkalte Fluid in indirekten Wärmetausch mit dem Erdreich gebracht, in dem das tiefkalte Fluid in den Innenraum des als Gefrierrohr ausgebildeten Ankers eingeleitet und nach dem Wärmetausch mit dem umgebenden Erdreich aus dem Innenraum abgezogen wird.

[0009] Durch den indirekten Wärmetausch des Kühlmittels mit dem den Anker umgebenden Erdreich wird ein in alle Richtungen gleichmäßiger Wärmeentzug bewirkt, der zu einer konzentrischen Frostkörperbildung um den Anker, d.h. einer optimalen Geometrie des Frostkörpers führt. Ein nach diesem Verfahren verankerter Anker kann - bezogen auf die eingesetzte Kühlmittelmenge - maximal belastet werden. Aufgrund des erfindungsgemäßen Verfahrensmerkmals, daß der Frostkörper um den Anker gebildet wird, wird eine höchstmögliche Festigkeit des _Frostkörpers am Anker sowie eine höchstmögliche Anbindung des Frostkörpers an den Anker erzielt.

[0010] Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird als tiefkaltes Fluid ein verflüssigtes Gas, insbesondere verflüssigter Stickstoff, verwendet. Wegen ihrer niedrigen Siedetemperaturen können durchdiese Gase dem Erdreich erhebliche Wärmemengen entzogen werden. Ein besonders geeignetes tiefsiedendes verflüssigtes Gas ist flüssiger Stickstoff, da dieser billig ist, wegen seines tiefen Siedepunktes für eine rasche Abkühlung sorgt und darüber hinaus einfach zu handhaben ist. Es kann auch eine Sole als tiefkaltes Fluid eingesetzt werden.

[0011] In einer zur Durchführung des Verfahrens geeigneten Vorrichtung mit einem Anker sowie einer Vorrichtung zur Zuführung von tiefkaltem Fluid zum Anker ist vorteilhafterweise der Anker als Hohlrohr mit geschlossenem Rohrboden ausgebildet, wobei im Innenraum koaxial und mit Abstand zum Hohrohr ein Fallrohr angeordnet ist, in das eine an einen Vorratsbehälter für tiefkaltes Fluid angeschlossene Zufuhrleitung mündet und wobei der Innenraum wenigstens einen Ausgang für das tiefkalte Fluid besitzt.

[0012] Mit dieser Vorrichtung wird ein indirekter Wärmetausch bewirkt. Kühlmittel aus dem Vorratsbehälter strömt über das Fallrohr zum Boden des Ankers. Das Kühlmittel erwärmt sich nun beim Wärmetausch und steigt in dem aus Fallrohr und Ankerrohr gebildeten Ringraum auf, ehe es den Ankerinnenraum über den Ausgang verläßt. Durch diese Kältemit- . telführung wird das Kältemittel ohne wesentliche Erwärmung dem Ankerboden zugeführt. Daher bildet sich der Frostkörper im Bereich des Ankerbodens am schnellsten. Der Frostkörper, der sich um ein mit Fallrohr ausgerüsteten Anker bildet, ist daher birnenförmig.

[0013] Wird das Innenrohr gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Erfindungsgedankens auf wenigstens einem Teil seiner Länge mit einer wärmedämmenden Schicht ausgerüstet, so wird das Kühlmittel stets mit einer konstant tiefen Temperatur in den zu gefrierenden Boden gebracht und auf den Transport im wesentlichen nicht erwärmt, so daß sich die Gefrierzeit verringert. Aus diesem Grund sinkt auch der Verbrauch an gekühltem Fluid und damit der Energiebedarf, der für die Kühlung des Fluids aufzuwenden ist. Eine weitere Reduzierung des Energieverbrauchs ist darauf zurückzuführen, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Abkühlung, insbesondere eine Vereisung nur der Bodenbereich ermöglicht, deren Kühlung für die Verankerung tatsächlich wichtig ist. Zudem ist eine gezielte Regelung möglich. Bei einer Kühlmittelzufuhr durch das Innenrohr kann beispielsweise ein Temperaturmeßfühler innerhalb des Ankerrohres an einer frei wählbaren Stelle positioniert werden. Anhand der Temperaturmeßwerte wird dann die Zugabe des Kühlmittels so gesteuert, daß das Kühlmittel an der Stelle des Temperaturmeßfühlers stets eine konstante Temperatur besitzt. Dies bedeutet, daß sich das Kühlmittel immer um eine konstante Temperaturdifferenz erwärmt und die Kühlkapazität des Kühlmittels folglich mit einem stets konstanten Grad genutzt wird.

[0014] Zusammenfassend ist festzustellen, daß das erfindungsgemäße Verfahren Einsparungen beim Kühlmittelverbrauch sowie Materialeinsparungen ermöglicht. Die Handhabung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ist leichter als die bei herkömmlichen Vorrichtungen. Aufgrund der erfindungsgemäßen Frostkörperbildung und Frostkörperform ergeben sich höhere Frostkörperfestigkeiten. Außerdem wird die Krafteintragungsstrecke besser als bisher genutzt.

[0015] Im folgenden soll anhand schematischer Skizzen ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung erläutert werden:

Es zeigen:

Figur 1 eine Ausführungsform eines Ankers für das erfindungsgemäße Verfahren

Figur 2 eine weitere Ausführungsform.

[0016] In Figur 1 ist ein ins Erdreich bereits eingebrachter Anker 1 dargestellt, der je nach den aufzunehmenden Zugkräften dimensioniert ist. Anker 1 ist als Hohlrohr ausgebildet und an einem Widerlager 14 befestigt. Im Innenraum des Hohlrohres ist ein Fallrohr 2 koaxial und mit Abstand zum Anker-Hohlrohr angeordnet. Fallrohr 2 ist auf seiner Außenseite mit einer wärmedämmenden Schicht 3 versehen. Das Fallrohr reicht bis in den Bereich des Ankerbodens 4. An den Fallrohrkopf ist eine Zufuhrleitung 5 mit einem Regelventil 6 angeschlossen. über die Zufuhrleitung 5 kann Kühlmittel aus einem Vorratsbehälter 7 entnommen und in das Fallrohr 2 eingeleitet werden. über einen Ausgang 8 verläßt das Kühlmittel den Anker 1. Im Bereich des Ausgangs 8 ist ein an eine Regeleinheit 9 angeschlossener Temperaturmesser 10 angeordnet. Anhand des gemessenen Temperaturwertes und eines Vergleichs dieses Istwertes mit einem Sollwert in der Regeleinheit 9 wird ein auf das Regelventil 6 wirkendes Korrektursignal produziert, so daß die Durchflußmenge durch das Regelventil 6 im Sinn einer Angleichung des Istwertes an den Sollwert geändert wird.

[0017] An der Außenseite eines Ankers können Stabilisatoren befestigt sein, die gemäß Figur 1 stiftförmig sind, die aber auch flächig ausgebildet sein können. Gemäß Figur 2 ist auf der Außenseite des Ankers ein schraubenförmig gewundenes, angeschweißtes Blech befestigt. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, daß der Anker durch eine Schraubbewegung in das Erdreich eingebracht werden kann. Die in Figur 1 und in Figur 2 dargestellten Stabilisatoren dienen einerseits dazu, dem Erdreich rasch Wärme entziehen zu können und andererseits dazu, den Sitz des Ankers imFrostkörperzu stabilisieren.

[0018] Im Ausführungsbeispiel soll flüssiger Stickstoff als Kühlmittel dienen. über das isolierte Fallrohr 2 erreicht der flüssige Stickstoff den Ankerboden 4, verdampft in diesem Bereich und strömt gasförmig im Ringraum 11 zum Ausgang 8. Der Wärmefluß von flüssigem Stickstoff, der durch das Fallrohr zum Ankerboden strömt, auf gasförmigen Stickstoff, der im Ringraum zurückströmt, wird weitgehend unterdrückt. Auf diese Weise werden dem Erdreich im Bereich des Ankerbodens erhebliche Wärmemengen entzogen.

[0019] Je höher der gasförmige Stickstoff im Ringraum steigt, desto höher ist seine Temperatur und desto geringere Wärmemengen werden dem umgebenden Erdreich entzogen. Auf diese Weise bildet sich ein birnenförmiger Frostkörper, dessen Größe und Form jedoch über die Regelung bestimmt werden kann.

Ansprüche

1. Verfahren zum Verankern eines Ankers im Erdreich mittels Bodengefrieren, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Einbringen des Ankers in das Erdreich ein tiefkaltes Fluid über den Anker in Wärmetausch mit dem den Anker umgebenden Erdreich gebracht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das tiefkalte Fluid in indirekten Wärmetausch mit dem Erdreich gebracht wird, in dem das tiefkalte Fluid in den Innenraum des als Gefrierrohr ausgebildeten Ankers eingeleitet und nach dem Wärmetausch mit dem umgebenden Erdreich aus dem Innenraum abgezogen wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als tiefkaltes Fluid ein verflüssigtes Gas, insbesondere verflüssigter Stickstoff verwendet wird.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem Ansprüche 1 bis 3 mit einem Anker sowie einer Vorrichtung zur Zuführung von tiefkaltem Fluid zum Anker, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (1) als Hohlrohr mit geschlossenem Rohrboden (4) ausgebildet ist, wobei im Innenraum koaxial und mit Abstand zum Hohlrohr ein Fallrohr (2) angeordnet ist, in das eine an einen Vorratsbehälter (7) für tiefkaltes Fluid angeschlossene Zufuhrleitung (5) mündet und wobei der Innenraum wenigstens einen Ausgang (8) für das tiefkalte Fluid besitzt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Innenrohr (2) auf wenigstens einem Teil seiner Länge mit einer wärmedämmenden Schicht (3) ausgerüstet ist.

Zeichnung