DE19740032C2 - Vorrichtung zur Verankerung eines Bewehrungsstabes und Verfahren zur Verankerung einer Dichtsohle - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verankerung eines Bewehrungsstabes aus Stahl oder Faserverbundwerkstoff in einem erhärtenden Material wie z. B. Beton, verfestigtem Bodenmaterial oder dergleichen, mit einem Grobgewinde gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei Tiefbaumaßnahmen ist es häufig notwendig, Baugruben bis unter einen Grundwasserspiegel auszuheben. Bei derartigen Baugruben besteht das Problem, daß ohne geeignete Gegenmaßnahmen Grundwasser in die Baugrube drückt und diese somit volläuft. Dies erschwert die Arbeiten in der Baugrube oder macht sie sogar unmöglich.

Zur Vermeidung des Eindringens von Grundwasser in Baugruben ist es bekannt, die Baugrube mit einer Dichtwanne zu umschließen. Die Dichtwanne weist eine im wesentlichen horizontal verlaufende Dichtsohle und eine damit verbundene, im wesentlichen vertikal verlaufende Dichtwand auf. Neben der Dichtfunktion müssen sowohl die Dichtwand, als auch die Dichtsohle auch große statische Kräfte zur Abstützung der Baugrubenumschließung aufnehmen.

Nach dem Ausheben und Auspumpen einer Baugrube steht, unabhängig von der Tiefe der Baugrube, unterhalb des Grundwasserspiegels ein hydrostatischer Druck an. Um ein Reißen oder gar Anheben der Dichtsohle aufgrund dieses hydrostatischen Druckes zu vermeiden, ist es erforderlich, die Dichtsohle in dem darunter liegenden Boden zu verankern.

Zur Verankerung solcher Dichtsohlen werden zunehmend Verankerungsmethoden entwickelt, bei denen die Kraft der Ankerzugglieder zur Auftriebssicherung durch Haftverbund auf möglichst geringer Länge in die Dichtsohle übertragen werden soll. Damit werden Verankerungselemente vermieden, die unter Wasser bzw. unterhalb der Geländeoberfläche nicht positioniert werden können oder die nicht durch die Verrohrung der Bohrung abgesenkt werden können.

Neben der Möglichkeit der Herstellung einer Dichtsohle aus Beton in Unterwasserbetoniertechnik werden neuerdings Dichtsohlen auch durch Hochdruckinjektion einer Suspension von erhärtendem Material in den Boden hergestellt, sogenannte MDJ-Sohlen. Hierzu werden mittels eines Bohr-/Injektionsgestänges Bohrungen in den Boden abgeteuft. In der gewünschten Tiefe wird dann durch einen radial von dem Gestänge in den Boden austretenden energiereichen Flüssigkeitsstrahl das Korngefüge des Bodens aufgelöst und werden die verbliebenen Bodenteilchen mit einer Suspension aus erhärtendem Material, insbesondere einer Zementsuspension vermischt. Auf diese Weise entstehen jeweils um eine Bohrung herum Säulenscheiben aus erhärtendem Material; aus einer Vielzahl von derartigen, sich überschneidenden Säulenscheiben wird die Dichtsohle zusammengesetzt.

Gute Verankerungsmöglichkeiten mit geringer Verbundlänge bietet ein warmgewalzter Bewehrungsstab mit warmgewalzten, entlang einer Schraubenlinie verlaufenden und ein Teilgewinde bildenden Rippen, der unter der geschützten Bezeichnung "GEWI-Stahl" bekannt und beispielsweise in der DE 31 31 078 C1 gezeigt ist. Auch dieser Stahl bedarf, obwohl er ein Grobgewinde in Form eines Trapezgewindes aufweist, einer gewissen Mindestfestigkeit des Materials, in dem er durch Verbund verankert werden soll; diese Festigkeit ist insbesondere bei einer Hochdruckinjektionssohle nicht immer gegeben.

Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zu finden, um für einen derartigen Bewehrungsstahl mit Grobgewinde den Verbund in dem ihn umgebenden erhärtenden Material zu verbessern, um eine zuverlässige Verankerung von Ankerkräften in Bauwerken, insbesondere in Gründungssohlen zu finden.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung durch eine Verankerungsvorrichtung mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.

Eine bevorzugte Anwendung einer solchen Verankerungsvorrichtung ist die Verankerung einer Hochdruckinjektionssohle in dem darunterliegenden Boden.

Gegenstand der Erfindung ist noch ein Verfahren zur Verankerung einer derartigen Hochdruckinjektionssohle in dem darunterliegenden Boden.

Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, daß die Verbesserung des Verbundes durch eine auf das Grobgewinde des Bewehrungsstabes aufgeschraubte Flachstahlwendel entsprechender Länge erreicht wird. Diese Wendel überträgt an ihrem Innendurchmesser die Zugkraft durch infolge Anlage erreichten Kraft- und Formschluß unmittelbar auf die Gewinderippen des Bewehrungsstahles, während sie an ihrem Außendurchmesser den maximal möglichen Scherverbund zu dem sie umgebenden erhärtenden Material aktiviert, der auf dem vollen Außenumfang der Wendel wirksam wird. Die Vergrößerung der Verbundfläche erfolgt also erfindungsgemäß durch einen größeren Außendurchmesser des Verankerungselements. Je höher die Festigkeit des die Wendel umgebenden erhärtenden Materials ist, desto eher bilden sich in diesem Material dreieckige Druckkörper aus, die eine Verzahnung ohne Sprengwirkung erzeugen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung naher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 das Ende eines Bewehrungsstabes mit ein Teilgewinde bildenden Rippen, auf die eine Wendel aufgeschraubt ist,

Fig. 2 im Detail einen Längsschnitt durch den Bewehrungsstab mit der aufgeschraubten Wendel,

Fig. 3 schematisch das Wendelband mit Mitteln zur Verbesserung des Verbundes und

Fig. 4 ein Beispiel für die Anwendung der erfindungsgemäßen Verankerungsvorrichtung zur Verankerung einer Hochdruckinjektionssohle.

In Fig. 1 ist in Seitenansicht ein Bewehrungsstab 1 dargestellt, der in erfindungsgemäßer Weise zur Verankerung mit einer aufgeschraubten Wendel 2 aus bandförmigem Material versehen ist. Der Bewehrungsstab 1 hat etwa kreisförmigen Querschnitt; er ist auf einander gegenüberliegenden Seiten mit warmgewalzten Rippen 3 versehen, die auf einer Schraubenlinie liegen und ein Teilgewinde bilden. Die Rippen haben etwa trapezförmigen Querschnitt, wie insbesondere Fig. 2 erkennen läßt.

Auf das durch die Rippen 3 gebildete Teilgewinde ist die Wendel 2 aufgeschraubt. Die Wendel 2 besteht aus einem flachrechteckigen Band 4, das so zu einer Wendel geformt ist, daß die größere Abmessung des Querschnittes quer zur Längsachse 5 der Wendel - und des Stabes 1 - verläuft.

Der lichte Innendurchmesser der Wendel 2 entspricht dem Außendurchmesser des Kernquerschnitts des Stabes 1, sodaß die Wendel 2 auf den Stab aufgeschraubt werden kann.

Die in Richtung des Pfeils 7 wirkende Zugkraft wird von den Windungen 6 der Wendel 2 unmittelbar auf die Rippen 3 des Stabes 1 übertragen. Um die Wendel 2 auch schon beim Einbau, also vor der Belastung in dieser Position zu fixieren, kann die Ganghöhe der Wendel 2 an zumindest einem Ende derart verändert sein, daß die Wendel sich auf dem Stab 1 verklemmt. Die Wendel 2 kann auch auf den Stab 1 fixiert z. B. angeschweißt sein.

In Fig. 2 ist dargestellt wie sich in dem erhärtendem Material, in das die Wendel 2 eingebettet ist, dreieckförmige Druckkörper mit jeweils einer Abstützfläche 8 ausbilden, die eine Verzahnung erzeugt.

Wie Fig. 3 erkennen läßt, gibt es verschiedene Möglichkeiten, das Wendelband 4, das z. B. aus einem Flachstahl besteht, so auszubilden, daß auch hierdurch der Verbund in dem erhärtenden Material noch verbessert wird. Beispielsweise ist hier eine Profilierung 9 an der Unterseite des Bandes 4 gezeigt, dazu die Anordnung von Einbuchtungen und/oder Durchbrechungen 10, um auch hierdurch eine Verzahnung mit dem die Wendel umgebenden erhärtenden Material zu bewirken. Diese und andere äquivalente Maßnahmen können alternativ oder kumulativ vorgesehen sein.

Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet der Erfindung ist die Verankerung einer auf an sich bekannte Art und Weise durch Injektion einer Suspension aus erhärtem Material erzeugten Dichtsohle im Boden, einer sogenannten Hochdruckinjektionssohle (HDI-Sohle). Fig. 4 zeigt die Anwendung der erfindungsgemäßen Verankerungsvorrichtung in einer derartigen HDI-Sohle.

Zur Herstellung einer derartigen Verankerung wird zunächst mittels eines Bohr-/Injiziergestänges durch radiale Hockdruckinjektion von erhärtendem Material um das Bohrloch 11 herum im Horizont der zu erzeugenden Dichtsohle eine Scheibe verfestigten Bodens 12 erzeugt. Sodann wird mittels des Bohr-/Injektionsgestänges ein Bohrloch in dem darunterliegenden Boden abgeteuft und ebenfalls mit erhärtender Suspension gefüllt. Nach dem Ziehen des Bohr-/Injektonsgestänges wird gegebenenfalls in das noch offene Bohrloch ein erfindungsgemäß ausgebildeter Bewehrungsstab 1 als Ankerstab abgesenkt, der über die Dicke D der Dichtsohle mit einer oder mehreren Wendeln 2 besetzt ist. Der Außendurchmesser der Wendeln 2 wird so gewählt, daß er geringer ist als der Durchmesser des offenen Bohrloches, so daß der Stab 1 ohne weiteres in das mit Suspension gefüllte Bohrloch abgesenkt werden kann. Eine Verrohrung des Stabes 1 zur Erhaltung seiner Längsbeweglichkeit ist bei 13 angedeutet.

Die Verankerungswirkung einer erfindungsgemäßen Verankerung kann wesentlich dadurch verbessert werden, daß im Zuge des Ziehens des Bohr/-Injektionsgestänges die Suspension aus erhärtendem Material, die zur Durchdringung des Bodens im Sinne der Erzeugung der Dichtsohle gedient hat, durch einen druckfesten Zementmörtel ersetzt wird, der dann den Ankerstab 1 mit den Wendeln 2 umgibt. Auf diese Weise ergeben sich, wie in Fig. 4 angedeutet ist, drei Zonen unterschiedlicher Verankerungswirkung, nämlich eine erste Zone A mit der unmittelbaren Verankerungswirkung der Wendeln, eine sich radial ringförmig anschließende Zone B aus dem erhärtenden Zylinder von Zementmörtel und eine sich daran nach außen hin anschließende Zone C aus der Mischschicht von durch Hochdruckinjektion verfestigtem Boden. Auf diese Weise läßt sich auf sehr wirtschaftliche Weise eine zuverlässige Verankerung einer Dichtsohle erzielen.

Claims (14)

1. Vorrichtung zur Verankerung eines Bewehrungsstabes aus Stahl oder Faserverbundwerkstoff in einem erhärtenden Material wie z. B. Beton, verfestigtem Bodenmaterial oder dergleichen, mit einem Grobgewinde - insbesondere aus im Zuge der Herstellung des Stabes durch Walzen, Pressen, Prägen oder dergleichen erzeugten, entlang einer Schraubenlinie verlaufenden und zumindest ein Teilgewinde bildenden Rippen -, gekennzeichnet durch eine auf den Bewehrungsstab (1) aufgeschraubte Wendel (2) aus bandartigem Material mit flachrechteckigem Querschnitt, dessen größere Seitenlänge (b) quer zur Längsachse des Bewehrungsstabes (1) verläuft.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ganghöhe der Wendel (2) derjenigen des Gewindes des Bewehrungsstabes (1) entspricht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wendel (2) an zumindest einem Ende eine Änderung der Ganghöhe aufweist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Oberflächen des Wendelbandes (4) zur Verbesserung des Verbundes in dem erhärtenden Material gestaltet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Wendelband (4) in Richtung der Längsachse der Wendel (2) mit Durchbrechungen (10) versehen ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Wendelband (4) an zumindest einer Breitseite in Querrichtung profiliert ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Profilierung zickzack- oder wellenförmig ausgebildet ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Wendel (2) aus Bandstahl besteht.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Wendel (2) mit dem Bewehrungsstab (1) fest verbunden ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine aus Stahl bestehende Wendel (2) mit einem ebenfalls aus Stahl bestehenden Bewehrungsstab (1) verschweißt ist.

11. Anwendung einer Verankerungsvorrichtung gemäß den Ansprüchen 1 bis 10 zur Verankerung einer durch Injektion - insbesondere Hochdruckinjektion - einer Suspension aus erhärtendem Material in den Boden erzeugten Dichtsohle mittels Ankern in dem darunterliegenden Boden.

12. Verfahren zur Verankerung einer durch Hochdruckinjektion einer Suspension aus erhärtendem Material in den Boden erzeugten Dichtsohle mittels Ankern in dem darunterliegenden Boden, dadurch gekennzeichnet, dass im Zuge der Herstellung der Dichtsohle mittels eines Bohr-/Injektionsgestänges zumindest an einigen Bohr-/Injektionsstellen Bohrungen bis in die tieferen Zonen des Baugrundes fortgeführt und mit erhärtender Suspension gefüllt werden und dass nach dem Ziehen der Bohr-/Injektionsgestänge gemäß Anspruch 1 ausgebildete Ankerelemente derart in die noch nicht erhärtete Suspension abgesenkt werden, dass die Wendel bzw. die Wendeln im Bereich der Dichtsohle liegt bzw. liegen.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Herstellung der Dichtsohle mit erhärtender Suspension diese in der unmittelbaren Umgebung des Bohr-/lnjektionsgestänges im Zuge des Zurückziehens des Gestänges durch hochfesten Zementmörtel ausgetauscht wird.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass dem Mörtel Mittel zur Erhöhung der Zugfestigkeit, z. B. Fasern, zugegeben werden.