DE3713291A1 - Gebirgsanker zur sicherung von strecken und raeumen im berg- und tunnelbau - Google Patents
Gebirgsanker zur sicherung von strecken und raeumen im berg- und tunnelbauInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Gebirgsanker zur Sicherung von
Strecken und Räumen im Berg- und Tunnelbau gemäß dem
Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Bei einem bekannten Gebirgsanker dieser Art ist das aus
Stahl bestehende Hüllrohr am bohrlochseitigen Ende des
Zugglieds über die Länge der Verankerungsstrecke mit dem
Zugglied verklebt, das nur mit einer kurzen Mischspitze über
das Ende des Hüllrohrs hinausragt (DE-PS 34 17 252). Am Ende
der Verankerungsstrecke ist im Hüllrohr eine Sollbruchstelle
vorgesehen. Im übrigen befindet sich das Hüllrohr, das bis
zur luftseitigen Verankerung des Ankers reicht, im Verbund
mit dem das Bohrloch ausfüllenden erhärtenden Kleber.
Bei diesem bekannten Anker soll das Hüllrohr, dessen
Oberfläche in einer den Verbund mit dem Kleber erhöhenden
Weise ausgebildet sein kann, wie ein starrer Anker wirken.
Sobald die auf das Hüllrohr wirkenden Kräfte dessen
Tragkraft überschreiten, soll es - an der Sollbruchstelle -
abreißen, so daß das innerhalb des Hüllrohrs geführte
Zugglied mit seiner Dehnfähigkeit zur Wirkung kommt. Auf
diese Weise sollen mit einem Ankerelement die Wirkungen
eines starren und eines dehnfähigen Ankers nacheinander
genutzt werden.
Bei einer Weiterentwicklung dieses bekannten Gebirgsankers
besteht das Hüllrohr aus mindestens drei jeweils über
Sollbruchstellen kraftschlüssig miteinander verbundenen
Abschnitten, wobei nur die im Bereich des Bohrlochmundes und
des Bohrlochtiefsten angeordneten Abschnitte mit einer den
Verbund vergrößernden Haftprofilierung versehen sind (DE-PS
35 31 393). Dadurch soll vermieden werden, daß das über die
gesamte Länge im Bohrloch eingeklebte Hüllrohr bei
überschreiten der vorgesehenen Tragkraft etwa an der Stelle
der Gebirgsöffnung reißt, womit ein unerwünschter
Kraftabfall auf die Kennlinie des Zugglieds verbunden ist.
Durch die glatte Ausbildung der Oberfläche des bzw. der
zwischen den im Verbund mit dem Kleber liegenden
Endabschnitten des Hüllrohres gelegenen mittleren Abschnitts
soll bei einer entsprechenden Gebirgsöffnung nach Abriß des
Hüllrohres eine weitere Längenänderung unter Reibung
gegenüber der das Hüllrohr umgebenden Klebersäule
stattfinden, die einen Ausgleich in der Kennlinie
verursacht.
Die gefährlichsten Beanspruchungen für einen solchen
Gebirgsanker sind die Kluftverschiebungen, die das Bestreben
haben, das Ankerelement abzuscheren. Es ergibt sich dabei
eine Biegelinie mit der Folge, daß die auf das Zugglied
einwirkende Maximalkraft an der Stelle der Scherfuge
auftritt und nicht an der Verankerung.
Nachteilig bei diesem bekannten Gebirgsanker ist, daß,
selbst wenn die Oberfläche des Hüllrohres über bestimmte
Bereiche im Sinn einer Vergrößerung des Verbundes behandelt
ist, dennoch vergleichsweise große Strecken des Hüllrohres
zu seiner Verankerung im Bohrloch erforderlich sind, die für
dessen Funktionsfähigkeit verloren gehen. Der bekannte Anker
entfaltet beispielsweise keine Wirkung, wenn eine
Kluftverschiebung etwa im Bereich einer der
Verankerungsstrecken im Bohrlochtiefsten oder nahe dem
luftseitigen Ende auftritt. Außerdem ist zur Behandlung des
Hüllrohrs im Sinne einer Verbesserung des Verbundes ein
zusätzlicher Aufwand erforderlich.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem
Gebirgsanker der eingangs angegebenen Art eine Möglichkeit
zu schaffen, um diese Verankerungsstrecken und die
Sollbruchstellen des bekannten Hüllrohrs zu vermeiden und
anstelle der vorbehandelten Hüllrohre solche aus normalem,
unbehandeltem handelsüblichen Stahl verwenden zu können.
Nach der Erfindung wird diese Aufgabe durch die Merkmale des
kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den
Unteransprüchen.
Der Grundgedanke der Erfindung liegt darin, im
Bohrlochtiefsten nicht wie beim Stand der Technik, das
Zugglied über das Hüllrohr im Kleber zu verankern, sondern
vielmehr umgekehrt, das Hüllrohr mittels des über sein Ende
hinausragenden Zugglieds im Kleber zu verankern. Am
luftseitigen Ende des Ankers sind das Hüllrohr und das
Zugglied unmittelbar gegenüber der am Gebirge anliegenden
Ankerplatte verankert. Man gewinnt so gewissermaßen zwei
Anker in einem, wobei die Verankerungsstrecke des Zugglieds
und die Ankerplatte von beiden gemeinsam genutzt werden.
Damit gelingt es, das Hüllrohr an seinen beiden Enden auf
kürzest möglichem Wege zu verankern und es so auf praktisch
seine gesamte Länge für die Aufnahme von Kräften verfügbar
zu halten. Besondere Maßnahmen, die notwendig wären, um das
Hüllrohr in einer den Verbund verbessernden Weise
auszubilden, können entfallen.
Die Reibung zwischen dem Hüllrohr und dem Zugglied kann
durch Schmierung verringert werden, um dessen Verformbarkeit
zu verbessern. Dadurch werden im Bereich einer
Kluftverschiebung mit einer S-förmigen Biegelinie die
Kraftverteilung günstiger und die Gesamtverformbarkeit des
Zugglieds größer.
Von Vorteil ist auch, daß für den Einbau des
erfindungsgemäßen Ankerelements keine besonderen Maßnahmen
erforderlich sind; der Anker kann in gleicher Weise gesetzt
werden wie das bei bekannten Gebirgsankern üblich ist.
Wenn, was als besonders zweckmäßig angesehen wird, als
Zugglied ein Bewehrungsstab verwendet wird, der mit
warmgewalzten, entlang einer Schraubenlinie verlaufenden und
ein Teilgewinde bildenden Kraftübertragungsrippen versehen
ist, kann die zugfeste Verbindung des Hüllrohrs mit diesem
Ankerstab im Bohrlochtiefsten durch einfaches Verquetschen
erfolgen.
Im Bereich der luftseitigen Verankerung wird, wenn das
Hüllrohr zur Verankerung an der Ankerplatte mit einem
umgebördelten Flansch versehen ist, beim Einbau des
Ankerelements aus Zugglied und Hüllrohr die Ankerplatte
vorweg aufgesetzt, um dem Hüllrohr die Abstützmöglichkeit zu
geben. Durch Aufbringen des Verankerungskörpers, z.B.
Aufschrauben einer Verankerungsmutter auf den Ankerstab,
wird das Hüllrohrende zugleich mit diesem und an der
gleichen Stelle wie dieser gegenüber der Ankerplatte
verankert.
Wenn auch durch die erfindungsgemäße Ausbildung eines
Gebirgsankers dessen Dehnfähigkeit bei Gebirgsverschiebungen
wesentlich vergrößert wird, vor allem auch durch Schmierung,
so ist eine weitere Vergrößerung der Dehnfähigkeit dadurch
zu erreichen, daß ein Verankerungskörper verwendet wird, der
so ausgebildet ist, daß bei Überschreitung einer
vorgegebenen Längszugkraft des Ankerstabes eine
Relativbewegung zwischen diesem und dem Verankerungskörper
bewirkbar ist, bis die Längszugkraft wieder unterschritten
ist. Ein solcher Verankerungskörper ist beispielsweise in
der DE-OS 35 03 012 beschrieben.
Auch hinsichtlich der Montage des Ankers sind keine
besonderen Bedingungen zu beachten. Wenn mit dem
Ankerelement zugleich Schutznetze zur Sicherung der
Ausbruchwandung eingebaut werden, ist ein Stoß der
Schutznetze im Bereich eines solchen Ankers auf einfache
Weise dadurch möglich, daß das Ende des einen Schutznetzes
durch eine innere Ankerplatte fixiert wird, gegen welche
sich das Ende des Hüllrohrs abstützt, während das Ende des
anschließenden Schutznetzes über das herausragende Zugglied
gesteckt und durch eine weitere Ankerplatte gesichert wird,
gegen die sich dann der Verankerungskörper, z.B. eine
Verankerungsmutter, abstützt.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher
erläutert. Es zeigt
Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Gebirgsanker nach der
Erfindung,
Fig. 2 einen Querschnitt entlang der Linie II-II in Fig. 1,
Fig. 3 eine Draufsicht auf die luftseitige Verankerung des
Gebirgsankers entlang der Linie III-III in Fig. 1 und
Fig. 4 einen der Fig. 1 entsprechenden Längsschnitt durch
eine andere Ausführungsform.
Fig. 1 zeigt einen - unterbrochenen - Längsschnitt durch
einen Gebirgsanker nach der Erfindung mit einem Ankerelement
A aus einem Ankerstab 1, der über den größten Teil seiner
Länge von einem Hüllrohr 2 aus Stahl umgeben ist. Der
Ankerstab 1 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel ein
warmgewalzter Bewehrungsstab, der mit einander
gegenüberliegenden, sich aber nur über einen Teil seines
Umfangs erstreckenden Kraftübertragungsrippen 3 versehen
ist, die auf einer Schraubenlinie liegen und ein Teilgewinde
bilden. Der Ankerstab 1 ragt mit seinem bohrlochseitigen
Ende 1′ aus dem Hüllrohr 2 heraus; mit diesem Bereich 1′ ist
der Ankerstab 1 in einem das Bohrloch 4 ausfüllenden
erhärtenden Material 5, z.B. einem Kunstharzkleber,
festgelegt.
Das Hüllrohr 2 ist an seinem bohrlochseitigen Ende 6 zugfest
mit dem Ankerstab 1 verbunden. Dies kann auf einfache Weise
durch Quetschen bewerkstelligt werden, wodurch das Material
des Hüllrohrs 2 ins Fließen gerät und die
Kraftübertragungsrippen 3 des Ankerstabes 1 umschließt. Im
übrigen umgibt das Hüllrohr 2 den Ankerstab 1 mit geringem
Spiel, um ihn demgegenüber dehnbar zu erhalten. An seinem
luftseitigen Ende ist das Hüllrohr 2 mit einem umgebördelten
Flansch 7 versehen, der sich gegen eine Ankerplatte 8
anlegt, die ihrerseits an der Ausbruchwandung 9 anliegt. Die
Verankerung des Hüllrohrs 2 mittels eines Flansches 7 ist
nur als ein Beispiel anzusehen; sie könnte beispielsweise
auch aus einer Gewindemutter bestehen, die auf ein an der
Außenseite des Hüllrohrs 2 vorgesehenes Gewinde
aufschraubbar ist.
Als Verankerungskörper ist eine Gewindemutter 10 vorgesehen,
die auf das durch die Kraftübertragungsrippen 3 gebildete
Teilgewinde des Ankerstabes 1 aufgeschraubt ist. Mit der
Ankerplatte 8 kann zugleich ein Schutznetz 11 an der
Ausbruchswand 9 befestigt werden.
Zur Montage des Gebirgsankers wird das vorgefertigte
Ankerelement A aus dem Ankerstab 1 und dem damit an seinem
Ende 6 zugfest verbundenen Hüllrohr 2 an die Einbaustelle
angeliefert. Das Ankerelement A wird sodann mit der
aufgeschobenen Ankerplatte 8 und der aufgeschraubten
Ankermutter 10 in das Bohrloch eingeführt und darin in an
sich bekannter Weise mittels eines Kunstharzklebers
verankert. Der Kunstharzkleber befindet sich in getrennten
Patronen, die beim Einbringen des Ankerstabes 1 durch die an
seinem unteren Ende ausgebildete Mischspitze 12 zerstört
werden, wodurch der Kleber aktiviert wird. Nach Erhärten des
Klebers wird die Ankermutter 10 angezogen und damit der
Anker gegenüber dem Gebirge verspannt.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig. 3
dargestellt, die, ähnlich wie Fig. 1, einen
- unterbrochenen - Längsschnitt durch einen Gebirgsanker
zeigt. In gleicher Weise wie in Fig. 1 ist auch hier ein
Ankerelement A mit dem bohrlochseitigen Ende 1′ seines
Ankerstabes 1 in einem das Bohrloch 4 ausfüllenden
erhärtenden Material 5 verankert. Über den restlichen Teil
seiner Länge ist der Ankerstab 1 von einem Hüllrohr 2
umgeben, das an seinem bohrlochseitigen Ende 6 mit dem
Ankerstab 1 zugfest verbunden ist und sich an seinem
luftseitigen Ende mit einem Flansch 7 gegenüber einer
Ankerplatte 8 abstützt, die hier allerdings nur eine innere
Ankerplatte darstellt. Mit dieser Ankerplatte 8 ist im
Beispiel der Fig. 4 das Ende einer unteren Lage eines
Schutznetzes 11 an der Ausbruchswand 9 fixiert.
Um zugleich einen Stoß dieser Schutznetze zu fixieren, ist
über die innere Ankerplatte 8 das Ende des anzuschließenden
Schutznetzes 11′ gezogen, das mittels einer äußeren, ähnlich
ausgebildeten Ankerplatte 13 fixiert wird. Gegen die
Ankerplatte 13 stützt sich die Ankermutter 14 zur
Verankerung des Ankerstabes 1 ab.
Die Ankermutter 14 ist in diesem Beispiel als sogenannte
"Gleitmutter" ausgebildet, d.h. als Mutter, die geeignet
ist, bei Überschreitung einer vorgegebenen Längszugkraft des
Ankerstabes 1 eine Relativbewegung zwischen diesem und der
Ankermutter 14 zu bewirken, bis die Längszugkraft wieder
unterschritten ist. Dies kann gemäß der DE-OS 35 03 012
vorteilhafterweise dadurch geschehen, daß die Ankermutter 10
aus einem Material besteht, das eine höhere Festigkeit
aufweist als das Material des Ankerstabes 1 und daß die
Gewindeflanken der Ankermutter zur Kraftübertragung jeweils
nur mit Teilflächen an den Kraftübertragungsrippen des
Ankerstabes 1 anliegen, so daß bei Überschreitung der
vorgegebenen Längszugkraft die Kraftübertragungsrippen des
Ankerstabes 1 im Ausmaß der miteinander in Eingriff
befindlichen Teilflächen abtragbar sind. In analoger Weise
können aber auch andere Verankerungskörper verwendet werden,
sofern sie diese Bedingungen erfüllen.
Um sicherzustellen, daß die Dehnfähigkeit des Ankerstabes 1
auch wirklich vollständig ausgenützt wird, ist im Abstand a
des Dehnweges der Ankermutter 14 eine fest auf dem Ankerstab
1 angebrachte Klemmvorrichtung 15, z.B. eine sogenannte
Stopmutter, vorgesehen, die, wenn die Ankermutter 14 die
Strecke a bis zum Anschlag an der Klemmvorrichtung 15
überwunden hat, eine feste Verankerung des Ankerstabes 1
bewirkt, bis dieser bei weiterer Kraftüberschreitung selbst
reißt und dann wirkungslos wird.
Claims (6)
1. Gebirgsanker, insbesondere Kunstharzklebeanker, zur
Sicherung von Strecken und Räumen im Berg- und Tunnelbau mit
einem Ankerelement aus einem Zugglied, das im
Bohrlochtiefsten festlegbar und am luftseitigen Ende mittels
eines sich gegen eine Ankerplatte abstützenden
Verankerungskörpers gegenüber dem Gebirge verspannbar ist,
und einem das Zugglied über den größten Teil seiner Länge
umgebenden Hüllrohr, das im Bohrlochtiefsten mit dem
Zugglied verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der im
Bohrlochtiefsten über das Ende (6) des Hüllrohrs (2)
hinausragende Teil (1′) des Zugglieds (1) unmittelbar seiner
Verankerung und derjenigen des mit ihm zugfest verbundenen
Hüllrohrs (2) in dem das Bohrloch zumindest in diesem
Bereich ausfüllenden erhärtenden Material (5) dient und daß
das Hüllrohr (2) am luftseitigen Ende des Ankers an der
Ankerplatte (8) gemeinsam mit dem Zugglied (1) zugfest
verankert ist.
2. Gebirgsanker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das Hüllrohr (2) am luftseitigen Ende des Ankers die
Ankerplatte (8) zusammen mit dem Zugglied (1) durchsetzt und
mit einer Verankerungsvorrichtung versehen ist, auf die sich
der Verankerungskörper des Zugglieds (1) abstützt.
3. Gebirgsanker nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Verankerungsvorrichtung aus einem sich gegen die
Ankerplatte (8) abstützenden Flansch (7) besteht.
4. Gebirgsanker nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß zur Vergrößerung der Verformbarkeit des
Zugglieds (1) zwischen dem Zugglied (1) und dem Hüllrohr (2)
ein Schmiermittel vorgesehen ist.
5. Gebirgsanker nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß das Zugglied (1) stabförmig ausgebildet
und an seiner Oberfläche mit zumindest ein Teilgewinde
bildenden Kraftübertragungsrippen (3) versehen ist und daß
der Verankerungskörper eine mit einem entsprechenden
Innengewinde versehene Mutter (10) ist.
6. Gebirgsanker nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß der Verankerungskörper (14) so
ausgebildet ist, daß bei Überschreitung einer vorgegebenen
Längszugkraft des Zugglieds (1) eine Relativbewegung
zwischen diesem und dem Verankerungskörper (14) bewirkbar
ist, bis die Längszugkraft wieder unterschritten ist.
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