[0001] Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs
1.
[0002] Die Erfindung bezieht sich ferner auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
[0003] Ein setzen von Ankern in gebrächem bzw. kohäsionsarmen bis kohäsionslosem Gebirge
zur Stabilisierung von Wandungen macht bekanntlich stets besondere Maßnahmen erforderlich,
um eine stabile Position des Ankers zu erreichen. Bereits die Erstellung eines Bohrloches
in derartigen Gebirgsarten bereitet insoweit Probleme, als dessen Wandungen stabilisiert
werden müssen, um zu vermeiden, daß dieses nach dem Herausziehen einer Bohrstange
zusammenfällt. Es ist bekannt, in diesen Fällen verrohrt zu bohren und die Bohrlöcher
mit Zementmörtel zu verpressen, wobei gleichzeitig das Rohr herausgezogen wird. Auf
diese Weise wird erreicht, daß der injezierte Zementmörtel auch in die unmittelbare
Umgebung des Bohrlochs eindringt. Die ausgehärtete Bohrlochfüllung wird dann nochmals
aufgebohrt und in die dann erstellte Bohrung ein Anker eingeführt und mittels Zementmörtel
festgelegt. In der letztgenannten Weise ist zwar ein Setzen von Ankern in den genannten
Gebirgsarten möglich - es ist diese Vorgehensweise jedoch mit einem vergleichsweise
hohen Zeit- und damit Kostenaufwand verbunden.
[0004] Es sind darüber hinaus Gebirgsanker bekannt, die gleichzeitig als Bohrstange benutzbar
sind und demzufolge aus einem rohrförmigen Grundkörper bestehen, an dessen vorderem
Ende sich eine Bohrkrone befindet. Der genannte Grundkörper ist zur Herstellung einer
Verbundwirkung mit einer Mörtelummantelung profiliert ausgebildet und weist in seinem
Mantelbereich eine Reihe von Bohrungen auf. Während des Bohrens wird durch die Bohrkrone
sowie die genannten Bohrungen ein Spülmittel, z.B. Wasser geführt, wobei nach vollendeter
Bohrung das auf diesem Wege erstellte Bohrloch mit einer Mörtelsuspension ausgefüllt
wird. Unter den obengenannten Bedingungen kann jedoch in vielen Fällen keine hinreichende
Durchdringung des das Bohrloch umgebenden Gebirges mit Zementmörtel erreicht werden,
woraus sich eine unzureichende Haftung des Ankers ergibt.
[0005] Ein ähnliches Problem besteht in manchen Fällen beim Erstellen von Pfahlgründungen,
bestehend aus einzelnen, mit Ankern versehenen Pfählen. Befinden sich beispielsweise
entlang einer Strecke, die der Länge des Pfahles entspricht in abwechselnder Folge
kohäsionslose bzw. kohäsionsarme Schichten einerseits und vergleichsweise feste Schichten,
muß durch besondere Maßnahmen dafür Sorge getragen werden, daß der Pfahl auf seiner
gesamten Länge einen Mindestquerschnitt aufweist, durch den u.a. die statische Tragfähigkeit
der jeweiligen Pfahlgründung festgelegt ist. Es ist in diesen Fällen beispielsweise
nicht möglich, lediglich eine Bohrung zu erstellen, die anschließend mit Beton ausgefüllt
wird, da der Querschnittsverlauf der Bohrung im Bereich der festen Schichten stets
mit Einschnürungen versehen ist, so daß das Vorhandensein eines Mindestquerschnitts
- von demjenigen der Einschnürung abgesehen - über die gesamte Länge des Pfahles nicht
garantiert werden kann.
[0006] Im letztgenannten Fall bleibt lediglich die Möglichkeit einer verrohrten Bohrung,
um den geforderten gleichmäßigen Querschnittsverlauf, insbesondere das Einhalten
eines Mindestquerschnitts sicherzustellen.
[0007] Diese bekannten Verfahren sind nach alledem entweder als arbeits- und kostenintensiv
anzusehen, erfordern, demzufolge einen aufwendigen Maschineneinsatz oder sind entsprechend
der Kohäsion des jeweiligen Gebirges nur beschränkt einsetzbar.
[0008] Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren der eingangs genannten Gattung zu
entwerfen, mittels welchem insbesondere unter Verwendung von einfachen bzw. im wesentlichen
standardmäßig verfügbaren Werkzeugen bzw. Bauteilen auch unter den genannten schwierigen
Bedingungen, nämlich in wenigstens teilweise kohäsionsarmem bis kohäsionslosem Gebirge
eine zuverlässige und stabile Positionierung von Ankern möglich ist. Diese Aufgabe
ist bei einem gattungsgemäßen Verfahren gelöst durch die Merkmale des Kennzeichnungsteils
des Anspruchs 1.
[0009] Erfindungswesentlich ist, daß im Rahmen dieses Verfahrens ein an sich bekannter Injektions-Bohranker
benutzt wird, der lediglich in seinem vorderen, d.h. der Bohrkrone benachbarten Bereich
mit Austrittsöffnungen versehen ist, welche ebenso wie dessen zentrale Spülbohrung
bereits während des Bohrens der Führung einer Mörtelsuspension oder einer vergleichbaren
Substanz dienen. Es wird somit unmittelbar während des Bohrvorgangs, und zwar synchron
mit dem Fortschritt der Bohrung das das Bohrloch umgebende Gebirge mit einer Mörtelsuspension
verpreßt, so daß jegliche Maßnahmen zur Stabilisierung einer Bohrlochwandung entfallen.
Da als Folge dieser Vorgehensweise durch die Mörtelsuspension kleinere Partikel, die
als Folge des Bohrvorgangs gelöst werden, ausgeschwemmt werden, bildet sich in der
Umgebung der Bohrstange ein großvolumiges Gemenge, bestehend aus gröberen, losgelösten
Partikeln und der Mörtelsuspension. Es wird auf diesem Wege eine vergleichsweise tiefe
Durchdringung des das Bohrloch umgebenden Gebirges und damit eine zuverlässige Sicherung
bzw. Festlegung des Ankers erreicht. Ein weiterer Vorteil liegt in der lückenlosen
und damit zuverlässigen Ummantelung des Gebirgsankers mit einer Mörtelsuspension,
so daß durch die, sich in der unmittelbaren Umgebung des Ankers einstellende alkalische
Atmosphäre ein sicherer Korrosionsschutz gegeben ist.
[0010] Ein weiterer Vorteil dieses Verfahrens, der sowohl beim Setzen von Gebirgsankern
als auch beim Erstellen von Gründungspfählen für Fundamentierungen zum Tragen kommt,
ist die einstufige Arbeitsweise, da quasi in einem Arbeitsschritt gebohrt und vermörtelt
wird. Es entfällt somit das vorherige Erstellen einer Bohrung.
[0011] Die Merkmale der Ansprüche 2 und 3 sind auf vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstands
des Anspruchs 1 gerichtet. Da der genannte Ausschwemmeffekt bei gegebenem Zuführungsdruck
der Mörtelsuspension sich aufgrund der geringen mechanischen Stabilität des die Bohrung
umgebenden Gebirges seitlich ausbreitet, werden erfindungsgemäß die radialen Abmessungen
der Mörtelummantelung des Ankers über die Bohrdrehzahl und damit den Bohrfortschritt
gesteuert. Dies eröffnet einfache Möglichkeiten zur Anpassung an unterschiedliche
Gebirgsarten.
[0012] Es ist ferner die Aufgabe der Erfindung, eine zur Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens geeignete Vorrichtung zu entwerfen. Diese Aufgabe ist bei einer solchen
Vorrichtung durch die Merkmale des Kennzeichnungsteils des Anspruchs 4 gelöst. Wesentlich
ist hierbei die Verwendung eines an sich bekannten Injektionsbohrankers, an dessen,
der Bohrkrone abgekehrten Ende sich ein Adapterteil befindet, über welches gleichzeitig
der Drehantrieb sowie die Zuführung von Mörtelsuspension erfolgt.
[0013] Die Merkmale des Anspruchs 5 sind auf eine einfache, besonders vorteilhafte Ausgestaltung
des Adapterteils gerichtet. Dieses ist lediglich aus wenigen Grundelementen aufgebaut
und zu Wartungs- bzw. Inspektionszwecken leicht zerlegbar.
[0014] Die Merkmale des Anspruchs 6 sind auf eine Bohrkrone gerichtet, deren Vorteile im
wesentlichen beim Erstellen von Gründungspfählen in solchen Böden zum Tragen kommen,
die durch eine abwechselnde Folge von kohäsionslosen mit festen Schichten gekennzeichnet
sind. Indem von dem Einsatzteil Seitenstege seitlich abstehen, deren Vorderseite
als Träger frei drehbarer Reißwerkzeuge dient, besteht die Möglichkeit, die radialen
Abmessungen dieser Anordnung derart auszubilden, daß über die gesamte Länge der in
den Boden einzubringenden Bohrung ein Mindestquer schnitt gegeben ist, innerhalb
dessen die Reißwerkzeuge wirksam sind und innerhalb welchem in jedem Fall eine Durchdringung
von gelöstem Material und Mörtelsuspension gegeben ist. Für statische Berechnungen
kann somit auf einen definierten Betonquerschnitt zurückgegriffen werden, dessen radiale
Abmessungen praktisch durch die entsprechenden radialen Abmessungen der Seitenstege
in Verbindung mit den an diesen angebrachten Reißwerkzeugen bestimmt sind. Es kann
somit auch in diesen vergleichsweise schwierigen Fällen in einem einzigen einheitlichen
Arbeitsvorgang sowohl die Bohrung erstellt als auch die Mörtelverpressung zwecks Bildung
eines armierten Gründungspfahles vorgenommen werden, und zwar über eine definierte
Tiefe sowie entsprechend den radialen Abmessungen der Bohrkrone auch mit einem Mindestquerschnitt,
welcher gleichmäßig über die gesamte Länge nicht unterschritten wird.
[0015] Die Merkmale der Ansprüche 7 bis 11 sind auf unterschiedliche Ausgestaltungen und
Anordnungen der Seitenstege gerichtet. Diese Ausgestaltungen betreffen unter anderem
die Eignung der Seitenstege als Förderorgane zum Verdrängen des vorderseitig gelösten
Materials auf die Rückseite der Bohrkrone. Zu diesem Zweck können die Seitenstege
in Umdrehungsrichtung des Bohrantriebs der Bohrstange wendelartig gewunden ausgebildet
sein und darüber hinaus - ggf. mit einer zweckmäßigen Querschnittsprofilierung auch
um ihre Längsachse gewunden ausgebildet sein. Dies hat zur Folge, daß durch die Bewegung
der Seitenstege in dem aus Mörtelsuspension und gelöstem Material bestehenden Gemenge
eine Förderwirkung in Richtung auf das rückwärtige Ende der Bohrkrone ausgeübt wird.
Indem die Seitenstege ausgehend von der Vorderseite der Bohrkrone pfeilförmig seitlich
abgespreizt sind, wird das Eindringen während des drehenden Bohrens erleichtert.
Es kommt grundsätzlich jedoch auch ein drehendes und schlagendes Bohren in Betracht.
[0016] Die Bohrkrone ist gemäß den Merkmalen des Anspruchs 12 mit einer Reihe von Austrittsöffnungen
für die über die Bohrstange geführte Mörtelsuspension ausgerüstet. Die genaue Lage
dieser bohrkronenseitigen Austrittsbohrungen ist grundsätzlich beliebig. Sie dient
insbesondere dem Zweck, den Mörtel in einem solchen Bereich austreten zu lassen, in
dem während des drehenden Bohrens die gegenläufig zu dem Bohrantrieb rotierenden
Reißwerkzeuge wirksam sind, denen hierbei die Wirkung von Mischorganen zukommt, durch
welche die Durchmischung von gelöstem grobkörnigem Material und Mörtelsuspension bewirkt
wird. Somit steht aufgrund der Wirkung der drehenden Reißwerkzeuge im Bereich der
Bohrkrone ein weitgehend homogenes Gemenge aus Mörtelsuspension und gelöstem Material
zur Verfügung, welches durch die Verdrängerwirkung der genannten Seitenstege in Verbindung
mit den Reißwerkzeugen zur rückwärtigen Seite der Bohrkrone hin verdrängt wird.
[0017] Die genaue Gestaltung der Reißwerkzeuge entsprechend den Merkmalen der Ansprüche
13 bis 14 ist grundsätzlich beliebig, diese sollten jedoch mit einer Vielzahl von
Schneidkanten ausgerüstet sein, vorzugsweise aus einem Hartmetall bestehen und vorzugsweise
derart bemessen sein, daß sich deren Einwirkungsbereiche innerhalb des zu mischenden
Gemenges tangieren.
[0018] Durch die Merkmale des Anspruchs 15 wird erreicht, daß trotz der drehenden Bohrkrone
ein hinreichender Strömungsquerschnitt in deren Bereich zur Verfügung steht, innerhalb
welchem das gelöste Material zur rückwärtigen Seite der Bohrkrone strömen kann.
[0019] Die Merkmale der Ansprüche 16 und 17 offenbaren weitere Vorzüge der erfindungsgemäßen
Vorrichtung, die im folgenden noch näher erläutert werden.
[0020] Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf das in den Zeichnungen dargestellte
Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Es zeigen:
Fig. 1 eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung des
Verfahrens zum Setzen von Ankern;
Fig. 2 eine Ansicht gemäß Pfeil II der Fig. 1;
Fig. 3 eine perspektivische Darstellung eines Adapterteils;
Fig. 4 eine Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäß einzusetzenden
Bohrkrone;
Fig. 5 eine Darstellung einer Detailansicht der Bohrkrone gemäß Pfeil V der Fig. 4;
Fig. 6 eine Darstellung einer, in einem Bohrloch befindlichen Bohrkrone in einer
Stirnansicht gemäß Pfeil VI der Fig. 4.
[0021] Mit 1 ist in Fig. 1 die im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens einzusetzende
Bohrstange bezeichnet, welche gleichzeitig als Anker benutzt wird, und zwar sowohl
bei zur Stabilisierung der Wandungen von Hohlräumen dienenden Gebirgsankern als auch
bei zur Bodenverfestigung dienenden Pfählen. Die Bohrstange 1 wird durch einen hohlen
zylindrischen Grundkörper gebildet, der außensei tig über seine gesamte Länge mit
einer gewindeartigen Verformung nach Art eines Rundgewindes versehen ist, welches
vorteilhafterweise durch einen Kaltverformungsprozeß, beispielsweise durch Walzen
oder Rollen hergestellt ist.
[0022] Die Bohrstange 1 trägt an ihrem einen Ende eine Bohrkrone 2, welche in an sich bekannter
Weise mit einer zentralen, koaxial zu der Bohrstange 1 verlaufenden Spülbohrung 3
versehen ist, die koaxial zur Bohrstange 1 bzw. deren zentraler axialer Bohrung 4
verläuft.
[0023] Die Bohrkrone 2 ist als plattenartiger, hier quadratischer Grundkörper ausgebildet,
der sich senkrecht zur Achse der Bohrstange 1 erstreckt und dessen Umfangsseiten
mit zylindrischen Einformungen 5 versehen sind. Es sind diese Einformungen 5 derart
bemessen, daß deren jeweils tiefste Punkte einen das Außengewinde umschreibenden
Außenkreis gerade tangieren. Die Bohrkrone trägt auf ihrer, der Bohrlochsohle zugekehrten
Seite eine sternförmige Anordnung prismenähnlicher, als Schneidkanten fungierender
Vorsprünge 6, die sich in Richtung auf die Ecken des quadratischen Grundkörpers erstrecken.
Es sind die Vorsprünge 9 um die seitlichen Begrenzungskanten des genannten Grundkörpers
herumgeformt und enden mit geringem Abstand vor der Stelle, an der die Bohrstange
1 angesetzt ist. Auf diese Weise sind die Vorsprünge 9 bzw. Schneidkanten nicht nur
im Stirn- sondern auch im Umfangsbereich wirksam. Die Vorsprünge 6 enden bohrlochsohlenseitig
im mittleren Bereich des Grundkörpers in abgeschrägten Flächen 7, die in Richtung
auf die Mündungsöffnung der Spülbohrung 3 hin geneigt ausgebildet sind. Die Bohrkrone
2 ist in ihren axialen Abmessungen, d.h. in Richtung der Pfeile 8 so kurz wie möglich
bemessen. Die Verbindung zwischen der Bohrkrone 2 und der Bohrstan ge 1 ist im übrigen
vorzugsweise lösbar ausgebildet.
[0024] Indem die Bohrkrone 2 in Richtung der Pfeile 8 so kurz wie möglich bemessen ist,
wird erreicht, daß beim Betrieb der Bohrstange das im stirnseitigen Endbereich des
Bohrkopfes gelöste Gesteinsmaterial auf kürzestem Wege sowie mit geringstmöglichen
Strömungswiderständen in den, der Bohrlochsohle abgekehrten Seitenbereich der Bohrkrone
gefördert werden kann. Indem die Bohrkrone 2 lösbar an der Bohrstange 1 angebracht
ist, wird erreicht, daß ein Auswechseln der Bohrkrone zwecks Anpassung der Bohrstange
an unterschiedliche Boden- bzw. Gebirgsbeschaffenheiten bzw. Bohrlochdurchmesser
möglich ist.
[0025] Es ist die Bohrstange in ihrem, der Bohrkrone 2 benachbarten Bereich, d.h. ausgehend
von der Bohrkrone beispielsweise in einer Länge von 0,5 m mit Bohrungen 9 versehen,
durch welche eine Verbindung zwischen dem Außenraum und der zentralen Bohrung 4 der
Bohrstange 1 hergestellt ist.
[0026] Zeichnerisch nicht dargestellt sind Muffenstücke, mittels welchen ein oder auch mehrere
Verlängerungsabschnitte an die Bohrstange 1 angekuppelt werden, welche in ihren äußeren
Abmessungen und in ihrer sonstigen Beschaffenheit der Bohrstange 1 entsprechen, jedoch
keinerlei Bohrungen 9 aufweisen.
[0027] An dem, der Bohrkrone 2 abgekehrten Ende der ggf. im oben beschriebenen Sinne verlängerten
Bohrstange 1 befindet sich ein Adapterteil 10, welches schematisch in Fig. 3 gezeigt
ist. Dieses Adapterteil 10 ist mit einem Anschlußteil 11 versehen, an welches eine
zeichnerisch nicht dargestellte Zuleitung für Ankermörtel bzw. eine Mörtelsuspension
angeschlossen ist. An der Stelle 12 befindet sich ein zeichnerisch ebenfalls nicht
näher dargestelltes Kupplungsteil zum Anschluß eines herkömmlichen Bohrantriebs,
der für drehenden und/oder schlagenden Betrieb ausgelegt sein kann.
[0028] Das Adapterteil 10 besteht gemäß Fig. 3 aus einem Muffenteil 13, welches innenseitig
mit einem an das Außengewinde der Bohrstange 1 angepaßten Innengewinde versehen ist.
Das Muffenteil 13 ist - wie an der Stelle 14 angedeutet - innenseitig geschlossen
ausgebildet und an der Stelle 12 wiederum mit einem Innengewinde versehen, welches
das Kupplungsglied für den zeichnerisch nicht dargestellten Bohrantrieb bildet. Mit
15 ist ein auf dem Mantel des Muffenteils 13 fest angeordneter Anschlagkörper bezeichnet,
dessen Funktion im folgenden noch erläutert werden wird.
[0029] Das Muffenteil 13 wird von einem feststehenden Gehäuseteil 16 umgeben, an welchem
das Anschlußteil 11 angebracht ist und welches mit einem innenseitig angeordneten
Ringraum 17 versehen ist. Der Ringraum 17 steht in zeichnerisch nicht dargestellter
Weise mit dem Anschlußteil 11 in Verbindung, so daß über dieses in Richtung des Pfeiles
18 eine Mörtelsuspension in den Ringraum 17 einführbar ist. Dem Ringraum 17 radial
unmittelbar gegenüberliegend ist in den Außenmantel des Muffenteils 13 eine zylindrische
Ausnehmung 19 eingearbeitet, welche mit einer Reihe von radialen Bohrungen 20 versehen
ist.
[0030] Mit 21 ist ein Anschlagmittel, hier ein vergleichsweise kurzer, mit Außengewinde
versehener Rohrzylinder bezeichnet, der in das Muffenteil 13 eigeschraubt ist, und
zwar bis zu der Stelle 14, an welcher der Innenraum des Muffenteils verschlossen ist.
Es ist das Anschlagmittel 14 mit einer Reihe von radialen Bohrungen 22 versehen, die
fluchtend zu den Bohrungen 20 verlaufen, so daß zwischen dem Ringraum 17 und dem Innenraum
des Anschlagmittels 21 eine für die Mörtelsuspension durchlässige Verbindung besteht.
Durch das Anschlagmittel 21 ist gewährleistet, daß beim Einschrauben des Endes einer
Bohrstange in das Muffenteil 13 die Einschraubtiefe der Bohrstange begrenzt wird,
so daß durch letztere insbesondere keine Überdeckung der Bohrungen 20 eintritt. Das,
das Muffenteil 13 im übrigen mit geringem Spiel umgebende Gehäuseteil 16 wird in
seiner, an dem Anschlagkörper 15 mit geringem Spiel anliegenden Stellung mittels eines
axial bezüglich des Muffenteils 13 beweglichen weiteren Anschlagkörpers 23 gehalten,
der auf dem Muffenteil 13 mittels einer Reihe von Klemmschrauben 24 arretiert ist.
Im Betrieb des Adapterteils 10 wird somit das Gehäuseteil 16 ortsfest zwischen den
sich mit dem Muffenteil drehenden Anschlagkörpern 15, 23 gehalten.
[0031] Die vorstehend anhand der Fig. 1 bis 3 beschriebene Vorrichtung wird erfindungsgemäß
zum Setzen von Gebirgsankern vorzugsweise in kohäsionsarmen bis kohäsionslosem, gebrächem
Gebirge eingesetzt, wobei während des Bohrens anstelle eines üblichen Spülmittels
eine Mörtelsuspension bzw. Zementmilch benutzt wird, welche über das Anschlußteil
11 unter Druck zugeführt wird. Während des Bohrfortschritts tritt diese Mörtelsuspension
sowohl aus der Spülbohrung 3 der Bohrkrone 2 als auch den Bohrungen 9 der Bohrstange
1 aus, wobei relativ feinkörniges, als Folge des Bohrvorgangs gelöstes Material abgeschwemmt
wird, wohingegen relativ gröberes Material im Bohrloch verbleibt, jedoch unmittelbar
ein Gemenge mit der Mörtelsuspension bildet, um zu einem späteren Zeitpunkt zusammen
mit dieser zu erhärten. Es wird somit die zur Herstellung eines Verbundes zwischen
dem Anker einerseits und dem umliegenden Gebirge erforderliche Mörtelsuspension bereits
während des Bohrvorgangs unter Druck in das Bohrloch eingebracht, wodurch nicht nur
eine bereits beim Bohren erreichte Stabiliserung des Bohrlochs, sondern auch eine
relativ großräumige Durchdringung des das Bohrloch umgebenden Gebirges mit Mörtelsuspension
erreicht wird. Letzterer Effekt wird durch das Ausschwemmen von relativ feinkörnigem
Material noch verstärkt. In dem schließlich fertigen Bohrloch ist erfindungsgemäß
der Anker von einer betonartigen Ummantelung, bestehend aus einem Gemenge aus Mörtelsuspension
und relativ gröberen Gesteinspartikeln umgeben, wobei sich aufgrund der großvolumigen
Durchdringung des umgebenden Gebirges mit Mörtelsuspension eine Stabilisierung desselben
und eine sichere Befestigung des Ankers ergeben.
[0032] In den Fig. 4 bis 6 ist eine für bestimmte Einsatzfälle speziell ausgestaltete Bohrkrone
2 dargestellt. Es sind dies solche Fälle, bei denen - über die Tiefe einer Bohrung
gesehen - in abwechselnder Folge Schichten von gebrächem bzw. kohäsionslosem Gebirge
und relativ feste tragende Schichten angeordnet sind. Charakteristisch für diese Schichtenfolge
ist, daß im Bereich der gebrächen Schichten mit einem Zusammenfallen der Wandungen
der Bohrung zu rechnen ist, nicht hingegen im Bereich der festen Schichten. Zur Behebung
der sich aus dem zu erwartenden ungleichmäßigen Querschnitt des Verbundsystems aus
Anker und umgebender Mörtelschicht ergebenden Nachteile, wird ein Bohrkopf 2 vorgeschlagen,
der im folgenden näher beschrieben werden soll.
[0033] Es besteht der Bohrkopf 2 im wesentlichen aus einem rohrförmigen, außenseitig mit
einem vergleichsweise groben, vorzugsweise einem Rundgewinde versehenden Ansatzteil
25, an dessen vorderem, der Bohrsohle zugekehrten Teil Seitenstege 26 befestigt sind.
Diese Befestigung kann in beliebiger Weise, vorzugsweise durch Verschweißung mit
der Außenwandung des Ansatzteils 25 erfolgen.
[0034] Die genannten Seitenstege 26 erstrecken sich in dem gezeigten Ausführungsbeispiel
im wesentlichen in einer, die Achse 27 des Ansatzteils 25 enthaltenden Ebene ausgehend
von letzterem pfeilförmig nach hinten, d. h. von der Bohrsohle fortgerichtet. Sie
bilden gemäß Fig. 4 jeweils mit der Achse 27 Winkel von ungefähr 45° und können im
Querschnitt beispielsweise quadratisch, jedoch auch rechteckig ausgebildet sein.
[0035] Das Ansatzteil 25 ist zur Verschraubung mit Bohrstangen 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel
der Fig. 1 bis 3 bestimmt, so daß im montierten Zustand des Bohrkopfes 2 die Achse
27 koaxial zu der zentralen axialen Bohrung 4 (Fig. 1) der Bohrstange 1 verläuft.
Die somit die Verlängerung der Bohrung 4 bildende Bohrung 28 des Ansatzteils 25 endet
an ihrem, der Bohrsohle zugekehrten Ende in einem sich endseitig konisch zuspitzenden
Abschnitt 29, an dessen Ende sich eine koaxial zu der Achse 27 erstreckende Spül-
bzw. Austrittsbohrung 30 befindet. Es ist das Ansatzteil 25 mit weiteren, mit der
Bohrung 28 in Verbindung stehenden seitlichen Austrittsbohrungen 30′ bestückt.
[0036] Mit 31 sind als Rotationskörper ausgebildete Reißwerkzeuge bezeichnet, die jeweils
um sich senkrecht zu den Seitenstegen 26 erstreckende und in deren Ebene liegende
Achsen 32 frei drehbar gelagert sind. Die Reißwerkzeuge 31 sind hierbei auf der, der
Bohrsohle zugekehrten Seite der Seitenstege 26 angeordnet. Die Ausführung der drehbaren
Lagerung der Reißwerkzeuge 31 an den Seitenstegen 26 kann grundsätzlich beliebig ausgebildet
sein, sofern die, für den Bohrbetrieb erforderliche Festigkeit gegeben ist.
[0037] Es bestehen die Reißwerkzeuge 31 im einzelnen jeweils aus rotationssymmetrischen
Ringkörpern 33, an deren peripherer Außenseite eine Reihe von Schneidkörpern 34 in
vorzugsweise gleichmäßiger Verteilung angeordnet sind. Die Schneidkörper 34 weisen
in dem gezeigten Ausführungsbeispiel eine parallelepipedförmige Gestalt auf und weisen
insbesondere auf ihrer Vorderseite, d.h. auf ihrer der Bohrlochsohle zugekehrten Seite
ausgeprägte Schneidkanten 35 auf. Selbstverständlich wirken jedoch auch die übrigen
Kanten der Schneidkörper als Schneidkanten.
[0038] Beide Reißwerkzeuge 31 sind vorzugsweise identisch ausgebildet.
[0039] Es ist das System aus Seitenstegen 26 sowie Reißwerkzeugen 31 derart bemessen, daß
dieses - in einer Axialprojektion gemäß Fig. 6 gesehen - lediglich höchstens 50%
der Fläche mit dem Radius 36 ausmacht, innerhalb derer in jedem Fall durch die Reißwerkzeuge
31 eine Bohr- bzw. Auflockerungswirkung entwickelt wird. Dies hat zur Folge, daß während
des Bohrfortschritts ein genügender Querschnitt im Bereich des rotierenden Bohrkopfes
zur Verfügung steht, über welchen das aufgerissene, zermahlene oder auch gelockerte
Material auf die Rückseite des Bohrkopfes 2, nämlich auf die, der Bohrlochsohle abgekehrte
Seite gefördert werden kann.
[0040] Mit 37 ist ein im Querschnitt dreieckiger, prismenartiger Schneidkörper bezeichnet,
der sich auf der, der Bohrsohle zugekehrten Seite eines jeden Reißwerkzeugs 31 diametral
über dessen Ringkörper 33 erstreckt und hier ebenfalls zur Schneid-, Reiß- sowie
Auflockerungswirkung während des Bohrfortschritts beiträgt.
[0041] Der Gebrauch des in den Fig. 4 bis 6 dargestellten Bohrkopfes 2 gestaltet sich grundsätzlich
ähnlich wie der eingangs beschriebene. Während des Erstellens der Bohrung, wobei vorzugsweise
mit einem ausschließlich drehenden Bohrantrieb gearbeitet wird, wird unmittelbar eine
Mörtelsuspension in die Bohrstange eingeführt, welche somit über die axiale Bohrung
4 in die Bohrung 28 des Bohrkopfes 2 gelangt und schließlich über die Austrittsbohrungen
30, 30′ austritt. Als Folge des Bohrvorgangs wird das gebräche Gebirge gelockert,
wobei es zu einem Ausschwemmen von feinen bzw. feinsten Betandteilen kommt, wohingegen
sich die gröberen Bestandteile mit der austretenden Mörtelsuspension durchmischen,
um schließlich im Verbund mit dieser auszuhärten. Die als Folge des drehenden Bohrens
entgegengesetzt zur Umdrehungsrichtung der Bohrstange umlaufenden Reißwerkzeuge 31
bewirken während des Bohrfortschritts neben einem Aufreißen des Gebirges, einem teilweisen
Zerkleinern der losgelösten groben Partikel insbesondere jedoch eine Durchmischung
der gelösten Partikel mit der aus den Bohrungen 30,30′ austretenden Mörtelsuspension.
Die Reißwerkzeuge erfüllen somit gleichzeitig die Aufgabe von Mischorganen, so daß
sich hinter der Bohrkrone 2 während des Bohrfortschritts ein Gemenge aus Mörtelsuspension
und gröberen Gesteinspartikeln bildet, wodurch die, durch den Bohrvorgang aufgelockerte
Zone des Gesteins bzw. die Bohrung stets gefüllt bleibt, so daß ein Hohlraum gar
nicht erst entsteht. Im Endzustand ist der durch das System aus Bohrstange und Bohrkrone
gebildete Anker auf seiner ganzen Länge in einen mit Gesteinspartikeln durchsetzten
Mörtel eingebunden, wobei entsprechender Konsistenz des umliegenden Gebirges sowie
dem Einführungsdruck der Mörtelsuspension es zu einer mehr oder weniger tiefen Durchdringung
von Mörtelsuspen sion und umliegendem Gebirge kommt. Der von dem austretenden Mörtel
durchdrungene Bereich des Gebirges bzw. Bodens, der nach Erhärten um den Anker herum
eine betonierte, stabilisierte Zone bildet, weist jedoch unabhängig von der Schichtenfolge
des Bodens einen Mindestquerschnitt auf, der durch den Radius 36 bestimmt wird.
[0042] Letzteres bedeutet, daß beispielsweise bei Verwendung des Verfahrens bei armierten
Pfahlgründungen der Mindestquerschnitt des Pfahles durch den, sich aus der Bohrkronenkonstruktion
ergebenden Radius 36 gegeben ist. Dies bedeutet ferner, daß auch unter den gegebenen
schwierigen Bedingungen, bei denen Schichten unterschiedlicher Konsistenz aufeinander
folgen ein Gründungspfahl erstellbar ist, dessen Mindestquerschnitt durch konstruktive
Bemessung des genannten Radius 36 in weiten Grenzen variierbar ist, wobei die Notwendigkeit
eines verrohrten Bohrens entfällt und in einem einzigen einheitlichen Arbeitsvorgang
der Anker in den Boden bzw. das Erdreich bohrend eingeführt wird und während des Bohrens
gleichzeitig eine Mörtelverpressung stattfindet.
[0043] Die gezeigte Bohrkrone kann in mannigfacher Form variiert werden. Insbesondere können
grundsätzlich beliebige, um Achsen drehbare Reißwerkzeuge eingesetzt werden, von denen
gleichzeitig eine gewisse Durchmischungswirkung auf das sich bildende Gemenge aus
Gesteinspartikeln und Mörtelsuspension ausgeht. Es können darüber hinaus die Seitenstege
26 - in einer Ansicht gemäß Pfeil VI gesehen - auch wendelartig gewunden ausgebildet
sein und darüber hinaus - bezogen auf ihre Längsachse sowie ihre Querschnittsform
- eine Profilierung aufweisen, von der zusätzlich eine Förderwirkung auf das durch
die Reißwerkzeuge gelockerte Gestein in Richtung von der Bohrlochsohle fort entwickelt
wird.
[0044] Es können - soweit in dem durch den Radius 36 umrissenen Querschnitt hinreichend
Raum zum Verdrängen des im Bereich der Bohrlochsohle gelösten Materials verbleibt,
auch mehr als zwei Reißwerkzeuge 31 vorgesehen sein. Es können darüber hinaus anstelle
zweier Seitenstege 26 auch mehrere angeordnet sein, soweit die eingangs genannte Bedingung
erfüllbar ist.
1. Verfahren zum Setzen von Ankern in losem, kohäsionsarmen bis kohäsionslosem Gebirge
unter Verwendung eines Ankers, der gleichzeitig als Bohrstange (1) einsetzbar ist,
dessen zentrale axial verlaufende Bohrung (4) lediglich an ihrem, der Bohrkrone (2)
zugekehrten Ende mit radialen Bohrungen (9) versehen ist, dadurch gekennzeichnet,
daß während des Bohrens über die Bohrung (4) eine Mörtelsuspension oder dergleichen
geführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß während des Bohrens relativ
feinere Anteile des gelösten Materials ausgespült werden und daß relativ gröbere Anteile
des gelösten Materials von der Mörtelsuspension umspült und während deren Aushärtens
in dieser eingebunden werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Außendurchmesser
der den Anker umgeben den, unter anderem aus Mörtel bestehenden Ummantelung bei gegebenem
Zuführungsdruck der Mörtelsuspension durch Varrierung der Bohrdrehzahl gesteuert wird.
4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorangegangenen Ansprüche
1 bis 3, gekennzeichnet durch einen Anker, der gleichzeitig als Bohrstange (1) verwendbar
ist, welche außenseitig mit einer Profilierung, vorzugsweise einem Rundgewinde versehen
ist, wobei lediglich in einem, der Bohrkrone (2) benachbarten Bereich radiale, als
Austrittsöffnungen dienende Bohrungen (9,31) vorgesehen sind, die mit der zentralen
axialen Bohrung (4) der Bohrstange (1) in Verbindung stehen und der an seinem, der
Bohrkrone (2) abgekehrten Ende - ggf. unter Zwischenanordnung von Verlängerungsstücken
- mit einem Adapterteil (10) versehen ist, mittels welchem der Antrieb der Bohrstange
(1) sowie die Zufuhr von Mörtelsuspension erfolgt.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Adapterteil (10) aus
einem, zur Aufnahme des einen Endes der Bohrstange (1) sowie zur Drehmomentübertragung
bestimmten Muffenteil (13) und einem feststehenden, der Einführung von Mörtelsuspension
dienenden Gehäuseteil (16) besteht, daß das Muffenteil (13) im Bereich des Gehäuseteils
(16) umfangsseitig mit Öffnungen (20) und innenseitig mit Anschlagmitteln (21) für
die Bohrstange (1) versehen ist, daß das Gehäuseteil (16) mit einer, zur Verteilung
der Mörtelsuspension bestimmten, das Muffenteil (13) umgebenden Ringraum (17) versehen
ist und daß das Gehäuseteil (16) zwischen einem festen bzw. unlösbaren und einem lösbaren,
das Muffenteil mit geringen Spiel umgebenden Anschlagkörper (15,23) fixiert ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrkrone
(2) aus einem rohrförmigen Ansatzteil (25) und einer, an diesem angebrachten Anordnung
frei drehbarer Reißwerkzeuge (31) gebildet wird und daß die Anordnung aus wenigstens
zwei, von dem Ansatzteil (25) seitlich abstehenden, Träger für die Reißwerkzeuge (31)
bildenden Seitenstegen (26) besteht, auf deren Vorderseiten die Reißwerkzeuge (31)
angeordnet sind.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest zwei Seitenstege
(26) in einer, die Achse (27) des Ansatzteils (25) enthaltenden Ebene angeordnet sind.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Seitenstege
(26) im wesentlichen geradlinig erstrecken sowie im Querschnitt vorzugsweise quadratisch
oder rechteckig ausgebildet sind.
9. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenstege
(26) in Umdrehungsrichtung der Bohrstange (1) wendelartig gewunden ausgebildet sind.
10. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche 6, 7 oder 9, dadurch gekennzeichnet,
daß die Seitenstege (26) um ihre Längsachse gewunden ausgebildet sind.
11. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet,
daß die Seitenstege (26) ausgehend von dem vorderseitigen Ende der Bohr krone (2)
in Richtung auf deren rückwärtiges Ende hin sich unter einem Winkel gegenüber der
Achse (27) des Ansatzteils (25) erstrecken, insbesondere pfeilförmig abgespreizt sind.
12. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet,
daß das Ansatzteil (25) mit seitlichen Bohrungen (30′) sowie einer axialen Bohrung
(30) an seinem vorderseitigen Ende ausgerüstet ist, welche Bohrungen (30,30′) mit
der zentralen axialen Bohrung (4) der Bohrstange (1) in einer, einen Durchtritt von
Mörtelsuspension ermöglichenden Verbindung stehen.
13. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet,
daß die Achsen (32) der Reißwerkzeuge (31) senkrecht zu den Seitenstegen (26) verlaufen.
14. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche 6 bis 13, dadurch gekennzeichnet,
daß die Reißwerkzeuge (31) in vorzugsweise gleichmäßiger Verteilung mit Schneidkörpern
(34,37) ausgerüstet sind.
15. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche 6 bis 14, dadurch gekennzeichnet,
daß - in einer axialen Stirnansicht gesehen - die genannte Anordnung einschließlich
der Reißwerkzeuge (31) höchstens 50% der Fläche überdeckt, in der während des drehenden
Bohrens eine Bohrwirkung entwickelt wird.
16. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche 6 bis 15, dadurch gekennzeichnet,
daß das Ausmaß der seitlichen Erstreckung der Seitenstege (26) entsprechend einem
Radius (36) bemessen ist, welcher Radius (36) dem Mindestradius eines solchen Querschnitts
entspricht, in welchem bei Setzen eines Gebirgsankers bzw. beim Erstellen eines Gründungspfahls
eine Durchdringung mit Mörtelsuspension gegeben ist.
17. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche 6 bis 16, dadurch gekennzeichnet,
daß das Ansatzteil (25) vorzugsweise mit Außengewinde zur Verschraubung mit einer
Bohrstange (1) ausgerüstet ist und daß das Außengewinde vorzugsweise als Rundgewinde
oder dergleichen ausgebildet ist.