Die Erfindung betrifft einen korrosionsgeschützten Selbstbohranker gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, ein Verfahren zu dessen Herstellung gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 10 sowie eine vorgefertigte Ankerteileinheit gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 15.

Erd- und Felsanker sowie Pfähle werden im Tiefbau immer dann eingesetzt, wenn es darum geht, Kräfte im Bereich des Anker- beziehungsweise Pfahlkopfs in tiefer liegende Bodenschichten einzuleiten. Dies gilt gleichermaßen für auf Zug belastete Anker und Nägel sowie auf Druck oder Zug belastete Pfähle. Zu diesem Zweck weisen Anker, Nägel oder Pfähle ein Tragglied auf, das in einem Bohrloch mit dem umgebenden Untergrund in kraftschlüssigen Verbund gebracht und am luftseitigen Ende im Bereich des Kopfes verankert wird. Da die Tragglieder im Regelfall aus Stahl bestehen, sind sie gegenüber Korrosion empfindlich.

Dabei wird zwischen Traggliedern für den temporären Einsatz und Traggliedern für den dauerhaften Einsatz unterschieden, wobei letztgenannter Einsatz eine zum Schutz vor Korrosion geeignete konstruktive Ausbildung voraussetzt. Von einem doppelten oder erhöhten Korrosionsschutz wird dann gesprochen, wenn eine Passivierung der Stahloberfläche des Tragglieds durch Injizieren eines Zementmörtels gewährleistet ist und ein zusätzliches, den Anker umhüllendes Kunststoffrohr eine Diffusionssperre für Flüssigkeiten darstellt.

Einen Sonderfall unter den Ankern stellt der Selbstbohranker dar, dessen Anwendungsgebiete vor allem in der Herstellung von Bodennägeln, Mikropfählen und Temporärankem liegen. Selbstbohranker wie aus der CH 693 934, die als nächstliegender Stand der Technik gilt, bekannt, bestehen im Wesentlichen aus einer Anzahl von Ankerstangen mit einem durchgehenden axialen Hohlraum. Am Ende der ersten Ankerstange ist eine Bohrkrone mit Spüldüsen angeordnet, die über den durchgehenden axialen Hohlraum mit einer Bohr- und Injiziereinrichtung am luftseitigen Ankerende verbunden sind. Die Verlängerung des Selbstbohrankers nach dem Einbohren einer jeweiligen Ankerstange erfolgt durch Ausbildung eines Muffenstoßes. Hat ein Selbstbohranker seine vorbestimmte Länge erreicht, so wird durch den axialen Hohlraum das entstandene Bohrloch mit Zementmörtel injiziert und gegebenenfalls nach Erhärten des Injektionsgutes der Anker gespannt.

Die Vorteile eines derartigen Ankers liegen zunächst in dem schnellen Baufortschritt, der durch das Bohren und Versetzen des Ankers sowie das Injizieren des Bohrloches in einem Arbeitsgang erreicht wird. Es ist also kein gesonderter Ankereinbau sowie kein Verrohrungs- und Gestängeausbau notwendig. Die Konstruktionsweise eines Selbstbohrankers sowie das davon bestimmte Herstellungsverfahren erlauben jedoch nicht die Umsetzung eines erhöhten Korrosionsschutzes, der für ein dauerhaft geschütztes Tragglied Voraussetzung ist.

Vor diesem Hintergrund liegt die Aufgabe der Erfindung darin, bekannte Selbstbohranker weiter zu entwickeln, um sie für einen dauerhaften Einsatz auch in korrosionsgefährdeter Umgebung zu ertüchtigen. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren sowie vorgefertigte Ankerteileinheiten zur Herstellung eines solchen Ankers anzugeben.

Diese Aufgabe wird durch einen Selbstbohranker mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1, durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 10 sowie vorgefertigte Ankerteileinheiten den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 15 gelöst.

Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Bis zur Erfindung galt es in der Fachwelt als unmöglich, Selbstbohranker mit einem doppelten Korrosionsschutz auszustatten. Einerseits bestanden Befürchtungen darin, dass die werkseitig vorinjizierte und bereits erhärtete Korrosionsschutzmasse, im Regelfall ein zement- oder kunstharzgebundener Mörtel oder Suspension, zwischen Hüllrohr und Ankerstab beim Bohrvorgang Risse bekommt und der Korrosionsschutz dadurch Schaden nimmt, andererseits gab es keine zufriedenstellende Lösung, den Korrosionsschutz auch im Stoßbereich zweier Hohlstäbe zu gewährleisten. Dem Selbstbohranker blieb daher die Anwendung in stark korrosionsgefährdeter Umgebung versagt.

Es ist das Verdienst der Erfindung dieses Vorurteil überwunden zu haben und einen Selbstbohranker bereitzustellen, der auch den Anforderungen eines erhöhten Korrosionsschutzes genügt. Zu diesem Zweck stellt die Erfindung eine Lösung bereit, die den Korrosionsschutz sowohl im Bereich der Hohlstäbe als auch des Stoßbereiches sicherstellt. Erreicht wird dies durch eine axial durchgängige Kombination aus Hüllrohren und Muffenrohren, die eine erste Barriere gegen von außen kommende, Korrosion verursachende Stoffe darstellen. Der dabei gebildete Hohlraum zum Hohlstabelement ist jeweils mit einer Korrosionsschutzmasse verfüllt, die die zweite Barriere gegen Korrosion bildet, weswegen auch von einem doppelten Korrosionsschutz gesprochen wird. Ein erfindungsgemäßer Anker vereint daher erstmals die Vorteile eines Selbstbohrankers mit den Vorteilen eines doppelt korrosionsgeschützten Ankers oder Pfahls.

Im Bereich des Hüllrohrs ist der Hohlraum von einer ersten Korrosionsschutzmasse aufgefüllt, die aus einem erhärtbaren Material besteht, beispielsweise aus einem Mörtel oder einer Suspension auf Zement- oder Kunstharzbasis. Im Bereich des Muffenrohres, also im Stoßbereich, besteht die Hohlraumauffüllung aus einer zweiten Korrosionsschutzmasse, die sich in ihrer Art von der ersten Korrosionsschutzmasse unterscheidet und beispielsweise aus einem plastisch verformbaren Material wie Fett und dergleichen besteht.

Gemäß einer besonderen Ausführungsform der Erfindung ist jeweils ein Adapter an den Enden des Hüllrohrs vorgesehen, die bereits beim Herstellen der vorgefertigten Ankerteileinheiten die stirnseitigen Öffnungen der Hüllrohre dicht gegenüber dem Hohlstab abschließen und gleichzeitig einen dichten Anschluss des Muffenrohrs ermöglicht. Hierzu weist der Adapter bevorzugterweise einen zylindrischen Sitz auf, auf den das Muffenrohr axial aufsteckbar ist, wobei im Einsteckbereich Mittel zur Lagesicherung und Dichtung des Muffenrohrs angeordnet sein können, beispielsweise in Form eines umlaufenden Wulstes. Um dabei den Außendurchmessers des Selbstbohranker nicht zu vergrößern ist es vorteilhaft im Bereich des zylindrischen Sitzes zur Aufnahme des Muffenrohrs einen radialen Rücksprung vorzusehen.

Das Hüllrohr und die Adapter bilden also einen den Hohlstab umgebenden, dicht abgeschlossenen Hohlraum, wodurch es möglich ist, durch werkseitiges Vorinjizieren dieses Hohlraums mit einer erhärtbaren Korrosionsschutzmasse Ankerteileinheiten serienmäßig vorzufertigen. Im Rahmen der Erfindung liegt aber auch eine Herstellungsart der Ankerteileinheiten, bei der anstelle der Adapter, die wie eine verlorene Schalung wirken, die Stirnseiten des Hohlraums nur temporär für den Injiziervorgang und bis zum Erhärten der Suspension verschlossen werden.

Die werkseitige Herstellung dieser Ankerteileinheiten bietet den großen Vorteil, dass unter gleichbleibend optimalen Bedingungen und unabhängig von klimatischen Einflüssen produziert werden kann. Damit ist eine konstant hohe Qualität der so erzeugten Ankerteileinheiten möglich mit entsprechendem Qualitätsgewinn beim fertigen Selbstbohranker. Darüber hinaus kann die Korrosionsschutzmasse innerhalb des Hüllrohrs ohne Rücksichtnahme auf das spätere Verpressen des Bohrlochs speziell an die Erfordernisse eines optimalen Korrosionsschutzes angepasst werden, beispielsweise durch seine besondere Zusammensetzung und die Art seiner Einbringung. Für das Verpressen des Bohrloches nachdem der Anker eingebaut worden ist, kann dann ein ebenfalls für diesen Verwendungszweck optimierter Zementmörtel verwendet werden.

Eine weiter bevorzugte Ausführungsform der Erfindung besitzt zudem eine Bohrkrone mit einer Düse mit in Bohrrichtung schräg nach vorne weisenden Austrittsöffnungen. Der aus der Düse austretende Druckstrahl lockert den vor der Düse liegenden Untergrund auf und kann diesen bei Anwendung hoher Drücke sogar lösen und zerkleinern. Zum gleichen Zweck kann alternativ oder kumulativ die Anordnung einer Düse mit radialer Austrittsöffnung vorgesehen sein. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass sich der aufgelockerte Untergrund für die Bohrkrone leichter lösen lässt, so dass ein weitestgehend erschütterungsfreier Vortrieb möglich ist. Damit wird die Gefahr einer Rissbildung im Bereich des vorinjizierten Korrosionsschutzes des Hohlstabankers minimiert.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert. Es zeigen

Fig. 1

eine Seitenansicht auf einen erfindungsgemäßen Selbstbohranker, zum Teil aufgebrochen,

Fig. 2

eine Teilansicht des in Fig. 1 dargestellten Selbstbohrankers im Bereich des Muffenstoßes in größerem Maßstab, zum Teil aufgebrochen,

Fig. 3

einen Querschnitt durch die in Fig. 1 dargestellte Teileinheit B entlang der dortigen Linie III - III,

Fig. 4

einen Querschnitt durch die in Fig. 1 dargestellte Teileinheit B entlang der dortigen Linie IV - IV,

Fig. 5

einen Längsschnitt durch den in Fig. 1 dargestellten Selbstbohranker im Bereich der Bohrkrone,

Fig. 6

eine Seitenansicht auf einen erfindungsgemäßen Selbstbohranker als Pfahl, zum Teil aufgebrochen, und die

Figuren 7 a-f

die verschiedenen Verfahrensschritte zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Ankers.

In Fig. 1 ist in einer Übersicht ein erfindungsgemäßer Selbstbohranker 1 dargestellt, wie er vorteilhaft in injizierbaren Böden zur Anwendung kommen kann. Der Anker 1 besteht im vorliegenden Beispiel aus zwei werkseitig vorgefertigten im Wesentlichen gleich aufgebauten Teileinheiten A und B, die entlang der Ankerlängsachse 2 kraftschlüssig miteinander gestoßen sind. Die Länge der Einheiten A und B kann je nach Erfordernis zwischen 1 m und 6 m variieren. Durch Aneinanderreihung einer vorbestimmten Anzahl von Teileinheiten A, B mit jeweils vorbestimmter Länge ist ein erfindungsgemäßer Anker 1 in der gewünschten Gesamtlänge herstellbar.

Der konstruktive Aufbau der Teileinheiten A, B geht zudem aus den Figuren 2, 3 und 4 hervor. Man sieht ein Hohlstabelement 3, das über seine gesamte Länge mit einem Außengewinde 4 versehen ist und das im Bereich seiner Längsachse 2 eine axiale Durchgangsbohrung 5 besitzt. Das Hohlstabelement 3 ist bis auf seine Endabschnitte 3', 3" über seine gesamte Länge mit einem gerippten Hüllrohr 6 in lichtem Abstand umgeben. Die beiden Enden des gerippten Hüllrohrs 6 sind mittels der Adapter 7 dicht an den Hohlstab 3 angeschlossen. Zu diesem Zweck besitzt der Adapter 7 einen Anschlussstutzen 8, auf den das Hüllrohr 6 axial aufgeschoben wird und in Richtung des einen Endabschnitts 3' einen zylindrischen Sitz 9, dessen Mantelfläche einen umlaufenden Wulst aufweist. Der sich auf diese Weise ergebende allseits geschlossene Hohlraum zwischen dem Hüllrohr 6 und dem Hohlstabelement 3 ist werkseitig vollständig mit einer ersten Korrosionsschutzmasse 10, beispielsweise mit einem aushärtbaren Injektionsmörtel ausgefüllt.

Auf diese Weise ergeben die diffusionsdichten Materialeigenschaften des Hüllrohrs 6 zusammen mit den die Passivierung der Stahloberfläche erreichenden Eigenschaften des Injektionsmörtels 10 einen doppelten Korrosionsschutz.

Durch kraftschlüssiges axiales Aneinanderfügen einer Vielzahl derart vorgefertigter Teileinheiten A, B können Anker 1 beliebiger Länge hergestellt werden. Für das Aneinanderfügen ist ein Muffenstoß vorgesehen, dessen konstruktive Ausbildung zur Erzielung eines Korrosionsschutzes vor allem aus Fig. 2 hervorgeht. Dort sieht man die freien Endabschnitte 3' zweier sich axial gegenüberliegenden Hohlstabelemente 3, die mittels einer Schraubmuffe 8 zug- und druckfest miteinander verbunden sind.

Der Stoßbereich wird zudem über die gesamte Länge der Endabschnitte 3' von einem Muffenrohr 12 umgeben, das mit seinen Enden unter Einhaltung eines geringfügigen axialen Spiels dicht am zylindrischen Sitz 9 des Adapters 7 anliegt. Der Hohlraum zwischen dem Muffenrohr 12 und den Endabschnitten 3' der Hohlstäbe 3 bzw. der Schraubmuffe 11 ist mit einer zweiten Korrosionsschutzmasse 13, beispielsweise mit einem Fett aufgefüllt.

Somit ist auch im Stoßbereich ein doppelter Korrosionsschutz vorhanden, der einerseits von dem diffusionsdichten Muffenrohr 12 und andererseits von der Korrosionsschutzmasse 13 gebildet wird. Über die Länge eines erfindungsgemäßen Ankers ergibt sich somit eine wechselnde Abfolge von Längsabschnitten, bei denen einmal das mit der ersten Korrosionsschutzmasse 10 vorinjizierte Hüllrohr 6 den Korrosionsschutz bietet und einmal das mit der zweiten Korrosionsschutzmasse 13 gefüllte Muffenrohr 12.

Die Teileinheit A bildet den Anfang eines erfindungsgemäßen Ankers 1, wobei deren dem Bohrlochgrund zugeordneter Endabschnitt 3" nicht zur Ausbildung eines Muffenstoßes, sondern zur Aufnahme einer Bohrkrone 14 bestimmt ist. Aus diesem Grund weist der am Ende 3" angeordnete modifizierte Adapter 7' keinen zylindrischen Sitz 9 auf.

Der konstruktive Aufbau der Bohrkrone 14 geht aus Fig. 5 hervor, wonach diese einen zylindrischen Körper 15 besitzt, an den sich zur einen Seite eine Kegelspitze 16 anschließt. Von der Mantelfläche der Kegelspitze 16 erstrecken sich in radialer Richtung Schaufeln 17 mit Schneiden 18 zum Lösen und Fördern des Untergrunds. Von der anderen Seite des zylindrischen Körpers 15 ausgehend bis in den Übergangsbereich zwischen zylindrischem Körper 15 und Kegelspitze 16 erstreckt sich in der Längsachse 2 eine Sackbohrung 19 mit Innengewinde, in die das Hohlstabelement 3 der Teileinheit A mit seinem Ende 3" eingeschraubt wird.

Die Bohrkrone 14 besitzt eine erste Injektionsdüse 20, die sich von einer Bohrung senkrecht zur Kegelmantelfläche bis in die Sackbohrung 19 erstreckt, und eine zweite Düse 21, die von einer Bohrung senkrecht zur Zylindermantelfläche des Körpers 15, also radial, gebildet wird. Auf diese Weise ergibt sich zusammen mit dem Hohlraum 5 der einzelnen Hohlstabelemente 3 ein durchgehender Hohlraum über die gesamte Länge des Ankers 1 bis hin zu den Düsen 20 und 21.

Die Teileinheit B bildet das luftseitige Ende des Ankers 1, so dass auch hier deren freies Ende 3" des Hohlstabes 3 nicht zur Ausbildung eines Muffenstoßes, sondern zur Ausbildung der luftseitigen Verankerung dient.

Auf den Endabschnitt 3" ist dazu eine Ankerplatte 22 gesteckt, die zur Abstützung gegenüber dem Untergrund 25 bestimmt ist. Ein Dichtrohr 23 ist fest mit der Unterseite der Ankerplatte 22 verbunden und umgreift das Ripprohr 6 in radialem Abstand. Auf den Endabschnitt 3" ist schließlich eine Kalottenmutter 24 geschraubt, die sich mit ihrer balligen Umfangsfläche auf der Ankerplatte 22 abstützt und so ein Spannen des Ankers 1 ermöglicht. Zur Vervollständigung des doppelten Korrosionsschutzes ist auch hier der Hohlraum zwischen Dichtrohr 23 und Endabschnitt 3" des Hohlstabelements 3 mit einem Zementmörtel injiziert.

Bei Ankern mit mehr als zwei Teileinheiten werden zwischen die Teileinheiten A und B weitere Teileinheiten zwischengeschoben, deren Aufbau im wesentlichen dem der Teileinheiten A und B entspricht, mit dem Unterschied, dass die weiteren Teileinheiten beidseitig Enden aufweisen, die den Enden 3' der Teileinheiten A und B entsprechen und somit beidseitig die Ausbildung eines Muffenstoßes ermöglichen.

Das Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Ankers 1 wird nachfolgend anhand der Figuren 7a bis 7f näher erläutert.

Fig. 7a zeigt den Beginn der Herstellung eines erfindungsgemäßen Ankers 1. Dazu wird eine Teileinheit A umfassend ein Hohlstabelement 3 mit einer Bohrkrone 14 und einem dahinter angeordneten Korrosionsschutz, bestehend im Wesentlichen aus dem Ripprohr 6 und der darin bereits werkseitig eingebrachten, erhärteten Korrosionsschutzmasse 10, mit einer nicht weiter dargestellten Bohrausrüstung in den Untergrund eingebohrt. Gleichzeitig wird unter hohem Druck Spülluft oder Spülflüssigkeit durch die Durchgangsbohrung 5 zu den Düsen 20 und 21 an der Spitze des Ankers 1 transportiert, um den Untergrund zu lockern und zu lösen. Das gelöste Material wird dann zwischen Hüllrohr 6 und Bohrlochwandung nach außen gespült.

Fig. 7b zeigt einen Zustand, bei dem das Bohrloch eine Tiefe erreicht hat, bei der die Teileinheit A im Wesentlichen nur noch mit ihrem Ende 3' aus dem Bohrloch übersteht. Ist dieser Zustand erreicht, wird eine Schraubmuffe 11 mit ihrer halben Länge auf das Ende 3' aufgeschraubt, so dass die andere Hälfte der Schraubmuffe 11 zur Aufnahme des Hohlstabes 3 einer weiteren Teileinheit B zur Verfügung steht.

Um den Korrosionsschutz im Stoßbereich zu gewährleisten, wird jedoch zuvor eine Korrosionsschutzmasse 13, beispielsweise in Form von Fett, auf die Muffe 11 sowie auf die freiliegenden Bereiche des Endes 3' des Hohlstabelements 3 großzügig aufgetragen, was in Fig. 7c dargestellt ist.

Anschließend wird, wie in Fig. 7d gezeigt, das Muffenrohr 12 über die Schraubmuffe 11 geschoben, bis es mit seinem Ende auf dem zylindrischen Sitz 9 des Adapters 7 sitzt.

Nun kann eine neue Teileinheit, beispielsweise die vorstehend beschriebene Teileinheit B, in das so vorbereitete Ende der Teileinheit A eingeschraubt werden. Die weitere Teileinheit besitzt ebenfalls einen bereits werkseitig hergestellten Korrosionsschutz im Bereich des Hüllrohrs 6, wie oben beschrieben. Um den Korrosionsschutz im Bereich des Muffenstoßes zu vervollständigen, wird vorher auf das freie Ende 3' des Hohlstabelements 3 der Teileinheit B ebenfalls eine Korrosionsschutzmasse 13 aufgebracht und dann in die Schraubmuffe 11 eingeschraubt. Dabei schiebt sich das Muffenrohr 12 mit seinem freien Rand über den zylindrischen Sitz 9 des Adapters 7 und bildet auf diese Weise eine durchgehende und dichte Verbindung der gerippten Hüllrohre 6 der beiden Teileinheiten A und B.

Nach Komplettierung des Ankers 1 mit der Teileinheit B kann das Bohrloch, wie bereits unter Figur 7a beschrieben, weiter vorgetrieben werden. Dieser Zustand ist in Fig. 7e dargestellt.

Nach Erreichen der vorbestimmten Bohrlochtiefe wird am Ende des Ankers 1 die Verankerung aufgebracht. Dazu wird eine Ankerplatte 22 mit daran befestigtem Dichtrohr 23 auf das Ende 3" des Hohlstabelements 3 der Teileinheit B aufgeschoben, bis die Ankerplatte 22 flächig am Untergrund 25 anliegt. Anschließend wird eine Kalottenmutter 24 auf das Ende 3" aufgeschraubt, bis diese mit ihrer balligen Unterseite an der Ankerplatte 22 anliegt. Die Fertigstellung des Ankers 1 geschieht durch Verpressen des Bohrlochs, das heißt des Ringspalts zwischen Hüllrohr 6 und Bohrlochwandung mit einem Zementmörtel und gegebenenfalls durch Spannen des Ankers 1 nachdem der Zementmörtel erhärtet ist.

Figur 6 zeigt die Verwendung eines erfindungsgemäßen Selbstbohrankers 26 als Pfahl 30. Bis auf die luftseitige Verankerung des Pfahls 30 besitzt der Pfahl 30 einen identischen Aufbau zu dem unter den Figuren 1 bis 5 beschriebenen Anker 1, so dass für gleiche Merkmale gleiche Bezugszeichen Verwendung finden und zur Vermeidung von Wiederholungen auf den dortigen Teil der Beschreibung verwiesen wird.

Da der Pfahl 30 dazu bestimmt ist, mit seinem luftseitigen Ende in eine - nicht dargestellte - Pfahlkopfplatte aus Beton einzubinden, wird eine Ankerplatte 27 zwischen einer Mutter 28 und einer Kontermutter 29 in vorbestimmter Lage fixiert. Da dieser Bereich zu einem späteren Zeitpunkt vollständig vom Beton der Pfahlkopfplatte umschlossen ist, kann auf ein Dichtrohr verzichtet werden.