EP0006515B1 - Verfahren zur Verankerung von Zuggliedern - Google Patents
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Classifications
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- E21D20/02—Setting anchoring-bolts with provisions for grouting
- E21D20/025—Grouting with organic components, e.g. resin
Definitions
- the invention relates to a method for anchoring a prestressable and re-tensionable anchor, the tension member of which is glued in a borehole by reaction resin.
- the object of the invention is a simple method for anchoring tension members in rock.
- the tension members should consist of high-tensile materials, and the anchors must therefore be able to withstand high loads.
- a rational fastening of the tension members in the borehole above all a clear, secure fastening should also be possible overhead.
- the object is achieved in that the tension member is pushed into the borehole with a packer which is as far from the end of the tension member located in the borehole as the bond length is intended, and the reaction resin is injected deep into the borehole behind the packer .
- the packer on the tension member ensures that the predetermined bond length can be adhered to exactly. Regardless of the borehole conditions, the cavity in the area of the bond is completely filled. Since the injected reaction mixture is generated outside the borehole under controllable conditions, any desired composition can be produced with sufficient homogeneity.
- a wide range is available as a reaction resin, especially epoxy, polyester and polyurethane resins.
- the packer in the anchoring area of the tension member can be designed differently; possible embodiments are cuff and bellows.
- a bellows can be fixed on the tension member by means of a clamp or clamp connection. When the tension member is inserted into the borehole, the bellows can be pressed onto the anchor profile with a stocking-like film or a stocking-like coarse-mesh fabric in such a way that insertion is not hindered by the packer.
- These foils or fabrics can be removed at predetermined breaking points with a rip cord or rendered ineffective. The bellows then relaxes again and tries to return to its original shape.
- the bellows can also be set up more easily by briefly pulling back the tension member.
- the bellows fixes the tension member in the center of the borehole; the anchor is thus largely secured in the hanging against falling out and moving.
- the bellows is already capable of absorbing high compression pressures.
- the material of the bellows should be so elastic that the bellows stand up automatically within the ring gap after relief; it preferably consists of thermoplastics, elastomers or polyurethanes, which can also be foamed.
- the inner bellows rings or the bellows spiral can be constructed on a stocking-like, coarse-mesh, elastic fabric that has a high elasticity.
- the packer can also be slipped onto the anchor in the form of a sleeve.
- the cuff can be made of cellulose, e.g. B. in the form of corrugated cardboard or fleece.
- the foaming of montmorrillonite soaked in isocyanate or a hydrophilic fast-setting gypsum can result in a significant increase in volume.
- the annular gap between the anchor and the borehole wall is thereby completely filled for a short time, so that the anchor is fixed again and sliding or slipping in the hanging area is excluded.
- the moisture-packed sleeve - the packer - is pushed onto the anchor and fixed.
- the packaging is loosened, the cuff soaked with water and the anchor set. This reaction can be controlled within wide limits according to the start time and expiry.
- Both steel and fiber-reinforced plastics are possible as the material of the tension members. Since the anchor rods do not have to be screwed into the drill holes, thin, low-torsion tension members made of unidirectionally reinforced glass fiber plastics can also be used.
- the packers can be coated with a stabilizer, so that the hardening of the injected resins that touch the packer immediately takes place very quickly, thus creating a wall for the further resin injected deepest in the borehole.
- epoxy resins that are cured with aliphatic polyamines can be strongly activated with tertiary amines, acids, acid chlorides.
- the rapid curing of polyurethane resins can be greatly accelerated, for example, with tertiary amines, silaamines, alkali hydroxides or organic metal compounds.
- Polyester resin systems can also be activated with amine and metal salt accelerators.
- Anchors with tension members are then preferably produced which, in a known manner (cf. FR-A-2 096 653), consist of glass fiber reinforced plastics. These anchors are characterized by simple handling and high resistance to corrosion and can easily be destroyed again in the course of subsequent construction work. Because of the comparatively low modulus of elasticity, larger expansion paths are required for the pretension, but the loss of clamping force is correspondingly less than with steel. Because of the lower modulus of elasticity, it is possible to install long-length anchors without coupling joints even in confined spaces. Preferred areas of application for the anchoring according to the invention are temporary and permanent anchors for securing mountains and for securing expansion in coal and ore mining.
Description
- Die Erfindung richtet sich auf ein Verfahren zum Verankern eines vor- und nachspannbaren Ankers, dessen Zugglied in einem Bohrloch durch Reaktionsharz verklebt wird.
- Bei Erd- und Felsankern wird nur bei einer Verpreßinjektion ein einwandfreier Formschluß zwischen dem Zugglied und dem Bohrloch erreicht. Bei den so hergestellten Ankern mit Zuggliedern üblicherweise aus Stahl ist die Korrosionsgefahr groß; innerhalb des durch Injektion entstandenen Verpreßkörpers können infolge überhöhter lokaler Spannungen und Längenänderungen bei Gebirgsverschiebungen Risse auftreten und das Zugglied wird in diesem Bereich korrosiv angegriffen. Mit bekannten Klebepatronen läßt sich die Länge der Krafteintragung nur sehr unvollkommen abschätzen. Verwendet man gefüllte Systeme in Klebepatronen, so wird häufig keine homogene Mischung erreicht. Besonders unsicher ist eine Verankerung über Kopf, d. h. wenn das Zugglied an einer Decke befestigt werden muß. Hier müssen sehr aktive Klebesysteme verwendet werden, die aber nicht die erforderlichen hochwertigen Klebeeigenschaften haben. Beim Verpressen mit hydraulischem Mörtel wird üblicherweise zunächst ein größerer Teil verpreßt und dann durch Spülen ein Teil des Zugliedes wieder freigelegt. Dieses Verfahren ist sehr aufwendig.
- Aufgabe der Erfindung ist ein einfaches Verfahren zum Verankern von spannbaren Zuggliedern in Felsgestein. Die Zugglieder sollen aus hochzugfesten Werkstoffen bestehen, und die Anker müssen daher hohe Belastungen aufnehmen können. Neben einer rationellen Befestigung der Zugglieder im Bohrloch soll vor allem eine eindeutige sichere Befestigung auch über Kopf möglich sein.
- Entsprechend der Erfindung wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß das Zugglied mit einem Packer, der so weit vom im Bohrloch befindlichen Ende des Zuggliedes entfernt ist, wie die Verklebungslänge vorgesehen ist, in das Bohrloch geschoben und das Reaktionsharz hinter den Packer in das Bohrlochtiefste injiziert wird. Weitere vorteilhafte Ausbildungen des Verfahrens sind in den Unteransprüchen beschrieben.
- Der Packer auf dem Zugglied bewirkt, daß die vorher festgelegte Verklebungslänge genau eingehalten werden kann. Unabhängig von den Bohrlochgegebenheiten ist der Hohlraum im Bereich der Verklebung vollständig ausgefüllt. Da das injizierte Reaktionsgemisch außerhalb des Bohrlochs unter kontrollierbaren Bedingungen erzeugt wird, ist jede gewünschte Zusammensetzung mit genügender Homogenität herstellbar. Als Reaktionsharz steht ein breites Spektrum zur Verfügung, insbesondere Epoxid-, Polyester- und Polyurethanharze.
- Der Packer im Verankerungsbereich des Zuggliedes kann verschieden ausgeführt sein; mögliche Ausführungsformen sind Manschette und Faltenbalg. Ein Faltenbalg kann durch eine Klemm- oder Klammerverbindung auf dem Zugglied fixiert werden. Beim Einführen des Zuggliedes in das Bohrloch kann der Faltenbalg mit einer strumpfähnlichen Folie oder einem strumpfähnlichen grobmaschigen Gewebe so auf das Ankerprofil gepreßt werden, daß das Einschieben durch den Packer nicht behindert ist. Diese Folien oder Gewebe können an Sollbruchstellen durch eine Reißleine entfernt oder wirkungslos gemacht werden. Der Faltenbalg entspannt sich dann wieder und versucht, seine Ausgangsform wieder einzunehmen. Auch durch ein kurzes Zurückziehen des Zuggliedes wird das Aufstellen des Faltenbalgs erleichtert. Durch diesen Faltenbalg wird das Zugglied in der Bohrlochmitte fixiert; der Anker ist dadurch im Hangenden weitgehend gegen Herausfallen und Verschieben gesichert. Der Faltenbalg ist von sich aus schon in der Lage, hohe Verpreßdrücke aufzunehmen. Das Material des Faltenbalgs soll so elastisch sein, daß sich die Bälge nach der Entlastung innerhalb des Ringspalts selbständig aufrichten; vorzugsweise besteht er aus Thermoplasten, Elastomeren oder Polyurethanen, die auch geschäumt sein können. Zur Unterstützung der elastischen Eigenschaften können die innenliegenden Balgringe oder die Balgspirale auf einem strumpfähnlichen, grobmaschigen, elastischen Gewebe, das eine hohe Dehnfähigkeit besitzt, aufgebaut sein. Bei der Entspannung des Balges durch die Zerstörung der Antriebsfolie bzw. des Gewebes wird der Balg durch das strumpfartige innere Gewebe in Längsrichtung so zusammengezogen, daß der Ringspalt voll ausgefüllt ist. Der Packer kann auch in Form einer Manschette auf den Anker aufgeschoben werden. Die Manschette kann aus Cellulose, z. B. in Form von Wellpappe oder Vlies, aufgebaut sein. Durch das Ausschäumen von mit Isocyanat getränktem Montmorrillonit oder einem hydrophil eingestellten schnellbindenden Gips kann eine bedeutende Volumenvergrößerung erfolgen. Der Ringspalt zwischen Anker und Bohrlochwandung wird dadurch kurzfristig vollständig ausgefüllt, so daß der Anker wieder fixiert und ein Verschieben oder Abrutschen im Hangenden ausgeschlossen wird. Kurz vor dem Setzen des Ankers wird die feuchtigkeitsdicht verpackte Manschette - der Packer - auf den Anker geschoben und fixiert. Die Verpackung wird gelöst, die Manschette mit Wasser getränkt und der Anker gesetzt. Diese Reaktion ist nach Startzeit und Ablauf in weiten Grenzen steuerbar. Als Material der Zugglieder sind sowohl Stahl als auch faserverstärkte Kunststoffe möglich. Da die Ankerstangen nicht in die Bohrlöcher eingedreht werden müssen, können auch dünne, torsionsschwache Zugglieder aus unidirektional verstärkten Glasfaserkunststoffen verwendet werden.
- Der Einsatz von Reaktionsharz niedriger Aktivität ist möglich; die langsame Aushärtung führt zu besonders hochwertigen Eigenschaften der Verklebung. Auch mit langsam reagierenden Harzen ist das Arbeiten über Kopf möglich.
- Es gibt mehrere bevorzugte Varianten zum Einsatz der Packer. Die Packer können mit einem Stabilisator beschichtet sein, so daß die Aushärtung der injizierten Harze die den Packer unmittelbar berühren sehr schnell abläuft und somit ein Wall für das weitere im Bohrlochtiefsten injizierte Harz aufgebaut wird. Beispielsweise können Epoxidharze, die mit aliphatischen Polyaminen gehärtet werden, mit tertiären Aminen, Säuren, Säurechloriden stark aktiviert werden. Die rasche Aushärtung von Polyurethanharzen kann beispielsweise mit tertiären Aminen, Silaaminen, Alkalihydroxiden oder organischen Metallverbindungen stark beschleunigt werden. Ebenso können Polyesterharzsysteme mit Amin- und Metallsalzbeschleunigern aktiviert werden. Somit ist die Verwendung von Reaktionsharzen niedriger Aktivität gewährleistet, auch bei solchen Verankerungen, wo das Bohrloch nach oben in das Gestein verläuft. Zur Einleitung des Reaktionsgemisches in das Bohrlochtiefste bieten sich zwei Wege an. Mit dem Ankerkörper wird gleichzeitig ein Schlauch, der im eingebauten Zustand noch über den Packer hinaus in das Bohrlochtiefste hineinreicht, hineingeschoben und über ihn das Reaktionsharz injiziert. In vielen Fällen wird es aber möglich sein, das Reaktionsharz durch das Innere der Zugglieder einzupressen.
- Es lassen sich nach diesem Verfahren sowohl Temporär- als auch Permanentanker herstellen. Bevorzugt werden danach Anker mit Zuggliedern hergestellt, die in bekannter Weise (vgl. FR-A-2 096 653) aus glasfaserverstärkten Kunststoffen bestehen. Diese Anker zeichnen sich durch einfache Handhabung und hohe Korrosionsbeständigkeit aus und können bei nachfo4- genden Baumaßnahmen auch leicht wieder zerstört werden. Zwar sind wegen des vergleichsweise niedrigen E-Moduls größere Dehnwege bei der Vorspannung notwendig, die Spannkraftverluste sind aber dementsprechend auch geringer als bei Stahl. Wegen des niedrigeren E-Moduls ist es möglich, Anker großer Länge auch bei beengten Raumverhältnissen ohne Koppelstöße einzubauen. Bevorzugte Anwendungsgebiete für die erfindungsgemäße Verankerung sind Temporär- und Permanentanker zur Gebirgssicherung und zur Ausbausicherung beim Kohle- und Erzbergbau.
Claims (7)
1. Verfahren zum Verankern eines vor- und nachspannbaren Ankers, dessen Zugglied in einem Bohrloch durch Reaktionsharz verklebt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Zugglied mit einem Packer, der so weit vom im Bohrloch befindlichen Ende des Zugglieds entfernt ist, wie die Verklebungslänge vorgesehen ist, in das Bohrloch geschoben und das Reaktionsharz hinter den Packer in das Bohrlochtiefste injiziert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch eine Klemm- oder Klammerverbindung auf dem Zugglied als Packer ein Faltenbalg fixiert wird, der beim Einführen des Zuggliedes in das Bohrloch mit einer strumpfähnlichen Folie oder einem strumpfähnlichen grobmaschigen Gewebe auf das Ankerprofil gepreßt wird und dann im eingeschobenen Zustand die Folie oder das Gewebe wirkungslos gemacht wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Packer eine präparierte, feuchtigkeitsdicht verpackt gewesene Manschette auf das Zugglied aufgeschoben und fixiert wird, durch Tränken mit Wasser ein Aufschäumen der Präparation ausgelöst wird und das Zugglied unmittelbar in das Bohrloch eingeführt wird, wo der Ringspalt zwischen Anker und Bohrlochwandung durch die Volumenvergrößerung vollständig ausgefüllt wird.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß mit einem Stabilisator beschichtete Packer eingesetzt werden und die injizierten Harze, die den Packer unmittelbar berühren, dadurch besonders schnell dort aushärten.
5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Zugglied ein glasfaserverstärkter Kunststoff verwendet wird.
6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß über einen zusätzlich mit dem Zugglied in das Bohrloch eingeführten Schlauch, der bis hinter den Packer reicht, das Reaktionsharz injiziert wird.
7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß durch das Innere der Zugglieder das Reaktionsharz injiziert wird.
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