EP1922449A1 - Verfahren und vorrichtung für die verfestigung von böden und die stabilisierung von fundamenten - Google Patents

Verfahren und vorrichtung für die verfestigung von böden und die stabilisierung von fundamenten

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EP1922449A1
EP1922449A1 EP06777128A EP06777128A EP1922449A1 EP 1922449 A1 EP1922449 A1 EP 1922449A1 EP 06777128 A EP06777128 A EP 06777128A EP 06777128 A EP06777128 A EP 06777128A EP 1922449 A1 EP1922449 A1 EP 1922449A1
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EP
European Patent Office
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injection
foundation
soil
hollow anchor
anchor rods
Prior art date
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EP06777128A
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English (en)
French (fr)
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EP1922449B1 (de
Inventor
Ilario Bridi
Enrico Nardelli
Fabiola Panizza
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Prematek Srl
Original Assignee
Prematek Srl
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Classifications

    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D27/00—Foundations as substructures
    • E02D27/32—Foundations for special purposes
    • E02D27/48—Foundations inserted underneath existing buildings or constructions

Definitions

  • JP 8260500 describes an injection process for a "chemical liquid" in a soil layer under the foundations of a structure to cause the soil compaction lifting the structure, including its foundations, to bring this, for example, from an inclined position in a normal position
  • DE 3332256 describes a process for the solidification of soils by means of two plastic components which foam strongly as a result of chemical reaction (foaming number from 2 to 5).
  • WO 98/24882 proposes that the ground surface, or the level of the structure above the area in which injections of expanding synthetic resins take place, is constantly monitored, that the expansion of the injected mass takes place very rapidly, that the increase in the volume of the expanding mass is at least five times the volume before injection and that the injections are made in different depths.
  • the invention has as its object to provide a method and the corresponding device of the type mentioned which is suitable for the consolidation of soils and the stabilization of the foundations of structures or components, the floors and foundations, which the ongoing and unforeseen loads of a building such that the stabilization is also ensured due to physical, chemical and / or geological changes which may occur over time, within the injected synthetic resin composition and / or in the consolidated and / or compacted soil mass.
  • the invention proposes that the inclusion of the above-mentioned ongoing and unforeseen loads of a building, except from, by injecting expanding synthetic resins, consolidated and / or compacted soil, in addition to a metallic reinforcement, on the one hand with the said foundation or connected to the structural elements and on the other hand, in a time-efficient manner, carried by the foot ends of the reinforcing bars and by the shear connection along these reinforcing bars takes place.
  • the injection of the expanding synthetic resins is not on the usual, rather thin-walled and smooth copper or plastic tubes but by means of known hollow, preferably strong resilient, steel rods, eg of the type "DYWIDAG", but without the use of other, possibly non-metallic,
  • the rods are introduced into boreholes which penetrate the foundation, which are preferably provided with drill bits themselves for the purposes of boring, are provided with injection bores along their longitudinal extent, via which bores are provided
  • the length of the rods is dimensioned such that they project with their upper end at least slightly beyond the bore provided in the foundation nd at different intervals can be done via known or inventive closure devices, or via calibrated or controlled valves, which are provided on the injection holes of the hollow anchor rods.
  • the injection regions in the individual depth positions are limited by sealing collars which seal the annular space between the inner surface of the drill hole and the anchor rod outer surface and prevent a backflow of the injected resin upwards.
  • sealing collars which seal the annular space between the inner surface of the drill hole and the anchor rod outer surface and prevent a backflow of the injected resin upwards.
  • These cuffs e.g. made of foam rubber, respectively, in the longitudinal extent of the anchor rod, between the injection holes of the respective depth position, fixedly mounted on the anchor rod and lie down elastically on the inner surface of the hole.
  • the anchor rod can further be provided with elastic spacers so that as possible a coaxial position of the anchor rod is secured within the wellbore.
  • Anchor rod and the inner wall of the corresponding hole in the foundation performed.
  • a threaded sleeve or a nut are placed which are dimensioned such that they can take a position within the borehole in the foundation in order by the "pouring" an efficient anchoring
  • the invention does not exclude that the connection achieved by "pouring” is additionally secured by known metallic fasteners, or that the anchoring is achieved exclusively via known fasteners, with or without the use of known adhesives.
  • the number of hollow anchor rods which are firmly connected to the foundation of the building, are able to absorb the ongoing and random loads, at the foot of the tie rods and shear composite along the same anchor rods, the shear bond due to the solidification and / or compression of the Bodens due to the injection and the foaming of synthetic resins is particularly efficient, but above all, due to any changes that take place over time in the resin, or in the soil, is largely sufficient.
  • At least that part of the anchor rod which traverses the cross section of the foundation is provided with an external thread, with annular external grooves or with a different profiling which provides the grip for the materials poured or injected between the anchor rod and the inner wall of the bore in the foundation (specific adhesive resins, injection mortars, liquid mortars);
  • this part of the anchor rod may be provided with a cross-section or a shape which is suitable for fixing to support elements which in turn are anchored to the foundation.
  • the entire anchor rod is provided with external thread or with an external profiling which is suitable to increase the contact surface with the solidified soil in order to achieve an increased shear bond along the anchor rod, which receives mainly axially acting loads.
  • Fig. 1 is a schematic vertical sectional view through a bore which in an inclined position the foundation of a building and the penetrates the underlying soil and this is then solidify and compact to achieve a lifting of the foundation.
  • Fig. 2 shows the same, shown in Fig. 1, bore into which a hollow anchor rod is inserted which in different depths with
  • Injection ports and gaskets are equipped against the return of the resin; the upper end of the anchor rod projects beyond the upper surface of the foundation.
  • FIG. 2 shows the hollow hole, according to FIG. 2, inserted hollow anchor rod, in which an axially sliding injection tube is inserted to perform the injections in the different depths can be formed whereby solidification and compression body which velvet lifting the soil effect the foundation.
  • Fig. 4 shows the hollow anchor rod without sliding injection tube, after the injection and the compaction of the soil, after the maximum lifting of the foundation and with the successful determination between the upper end portion of the hollow anchor rod and the foundation by pouring an adhesive without attaching cuffs or nuts.
  • FIG 5 shows schematically, partly in section, two regions of the same hollow anchor rod according to the invention during the injection phase.
  • Fig. 6 shows on an enlarged scale the area between the hollow
  • Fig. 7 shows the side view of a conical seal sleeve which is elastically attached to an anchor rod (without external profiling).
  • Fig. 7a shows the side view of a seal sleeve which is attached by a clamp to an anchor rod (without external profiling).
  • Fig. 7b shows the side view of an elastic centering device which is attached to an anchor rod (without external profiling).
  • Fig. 7c shows in longitudinal section a portion of an anchor rod (without external profiling) with an injection hole which is closed from the outside by a plug.
  • Fig. 8 shows, partially in section, the side view of a plug with elastic suspension tongue which has a predetermined breaking point.
  • Fig. 9 shows, partially in section, the side view of a plug with injection bore which is provided with an ejectable or breakable closure membrane.
  • Fig. 10 shows the side view of a portion of an anchor rod (without external profiling) with an injection hole which is closed by a perforable self-adhesive membrane clamp.
  • Fig. 11 shows in longitudinal section a portion of an anchor rod (without external profiling) with injection bore which is closed by a perforable, tearable or displaceable membrane and is held by an elastic clamp.
  • the foundation 1a for a continuous wall of a building absorbs the permanent and random loads on the structure in order to transfer them to the ground 1. If this soil is not very compact, or if, in the case of physical and / or geological changes, the balance between the forces acting on the structure and the reaction forces of the soil 1 is not present, then the subsidence of the soil is not structural condition and the design of the structure (inclination of the entire structure, formation of cracks, etc.).
  • the renovation of the building by solidification of the soil 1 and by any compression for the purpose of raising the structure by injection of expanding resins, preferably in different depths and in different time periods is recommended according to the invention;
  • the said solidification and possible compaction of the soil are additionally secured according to the invention by an underground reinforcement and thereby guaranteed over time, this is created from the introduction of scattered anchor rods 5 to forward the forces acting on the foundation 1a forces in the soil depth.
  • This transfer of the loads takes place in a combined manner by the shear connection between the longitudinal surface of the individual anchor rods 5 and the solidified soil and by the carrying capacity at the foot ends of the anchor rods which are cast in the solidification bodies.
  • the method according to the invention comprises the following phases: execution of a series of bores 3 in the bottom 1 which have different inclinations 3i, 3v, penetrate the foundation 1a 3b or are made in the immediate vicinity thereof;
  • these holes are made by means of hollow provided with drill bit rods 5 or by means of specific boring bars; - Inserting the corresponding hollow anchor rods 5 without drill bit which are provided between the injection holes 5e with sealing sleeves 6 and possibly with elastic centering devices 9; - Injecting C of the expanding resin in different depths via a sliding P, S injection tube 16 which has been previously introduced into the anchor rod - alternatively, the injection can be made directly through the cavity of the anchor rod if the individual injection holes 5e with known or with calibrated or controllable according to the invention Closing devices (10, 11, 13, 12, 14), or provided with known valves or closures;
  • Measurement of the extent and / or degree of solidification e.g., by penetrometer
  • Measurement of lifting 1b of the foundation 1a e.g., by penetrometer
  • the implementation of the holes 3, of which preferably a part with inclined axis 3i and a part with vertical axis 3v or created with a different angle of inclination is advantageously carried out by means of known hollow rods 5 of the type which is provided with drill bit and with an external thread and can be connected by means of threaded sleeves.
  • these rods 5 are provided along their longitudinal extension with injection bores 5e which are spaced apart from each other and which correspond to different depth positions.
  • the bores 3 can be made exclusively with simultaneous boring 3b of the foundation, or can be created partially or all in the immediate vicinity of the foundation or on this.
  • the hollow anchor rod 5 with drill bit is, after being removed from the bore 3, discharged from the drill bit and between the individual depth positions which are determined by the injection holes 5e with sealing cuffs 6 to prevent the backflow of the resin and possibly with centering devices 9, and then again inserted into the bore 3, ensuring that the lower end of the rod 5 at the bottom of the 3a Drill hole 3 rests while the upper end 5d of the rod 5 protrudes by a distance from the foundation which is slightly longer than the possible increase 1b of the foundation by compaction of the bottom 1 makes.
  • a sliding P, R injection tube 16 is then introduced which has a corresponding length so that the deepest injection holes 5e are not closed at the end portion of the Sssene 5; With the injection pipe 16 in this position, the injection C of the expanding resin is performed, whereby the lower solidification body 5a is formed. Subsequently, the following injections, corresponding to the different depth positions, can be made by pulling out the injection tube 16 and forming the solidification bodies 5b, 5c by the expanding resin over one or more series of hollow anchor rods 5, each series of which has a different number of injection holes 5e which are arranged according to different depth positions.
  • hollow anchor rods 5 of one of these series can be provided with injection bores exclusively at the lower end region, in which case, of course, injection C of the synthetic resin without injection tube 16 is performed directly over the cavity of anchor rod 5.
  • the injections in the different depth positions can also be achieved by closure devices which are provided on the individual injection bores 5e of the anchor rods 5. These closure devices release the flow of the injection mass as soon as a certain pressure is reached inside the cavity of the anchor rod 5; Depending on the depth position, or depending on the desired sequence of injection in the different depth positions, the closure devices can be tared or actuated by means of "ripcords.” According to the invention, these are
  • Plugs 10 which are inserted from the outside into the injection holes 5e, while the plug head 10d is on the outside of the rod surface while inside a resilient 10b retaining tongue 10a with predetermined breaking point 10c holds the plug 10 in the closed position until a certain pressure is reached.
  • Another closure device according to the invention consists of a plug 13 which with the head 13b rests on the outside of the rod 5 while a protruding edge 13a holds the plug on the inside of the rod, the plug 13 has a continuous axial bore 13c within which a membrane 13d is provided which is broken upon reaching a certain pressure or from his Seat is pushed outward.
  • the closure devices can also consist of a membrane clamp 11 which, for example, consists of a self-adhesive plastic band and closes the injection bore until a specific injection pressure is reached; the adaptation to different pressure values can be achieved by possible double or multiple cover of injection hole 5e.
  • a membrane 14 which covers the injection hole 5e and is held in place by an elastic sleeve 12 with bore 12a. According to the invention, it is possible to control the opening of all or some of the plug-shaped closure devices 10, 13 or the membrane closure devices 11, 14 via "ripcords" which are attached to the plug, or to the membranes.
  • the definition by "pouring” can be made particularly resistant by having a nut or other at that part of the anchor rod which, within the bore 3b, penetrates the foundation 1a Element is attached which has a larger cross section than that of the rod 5 and which is "embedded" in the cast material 15.
  • the invention does not exclude that under certain circumstances, the compression and / or solidification method with injection at different depths and at different time intervals by known methods with injection of expanding resins is replaced, but the injections are always done via rods which anchoring in the ground allow and which are defined on the foundation 1a.

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Description

VERFAHREN UND VORRICHTUNG FÜR DIE VERFESTIGUNG VON BÖDEN UND DIE STABILISIERUNG VON FUNDAMENTEN
BESCHREIBUNG
Es sind Verfahren und entsprechende Vorrichtungen zur Verfestigung, Verdichtung und Anhebung durch Einspritzen expandierender Kunstharze bekannt welche für Böden gedacht sind die gewissen mechanischen Belastungen ausgesetzt sind welche, z.B. von Gebäuden, von tragenden Bauwerken im Straßen- und Bahnbau, von Bauwerken des Zivilschutzes und dergleichen, ausgeübt werden. Diese Verfestigungsverfahren dienen wesentlich dazu, die Stabilität und oder die Tragfähigkeit des Bodens zu erhöhen, dessen mechanische Beständigkeit zu verbessern und eventuell eine Verdichtung zu erreichen welche das Anheben des Bodens und der Bauwerke welche in diesem gründen, bewirkt.
Aus der US 2,627,169 und aus der EP 0264998 sind Verfahren bekannt durch welche eine Bodenverfestigung durch Einspritzen expandierender und erhärtender Mittel erreicht wird.
Aus der Fl 823299 ist ein Verfahren bekannt welches das Anheben der Bodenoberfläche, bzw. von am Boden verlegten Platten, durch Einspritzen zweier Kunststoffkomponenten ermöglicht welche durch chemische Reaktion ein aufschäumendes Polyurethanharz ergeben. Insbesondere die JP 8260500 beschreibt ein Einspritzverfahren für eine „chemische Flüssigkeit" in eine Bodenschicht unter die Fundamente eines Bauwerkes um durch die Bodenverdichtung das Anheben des Bauwerkes, samt seiner Fundamente zu bewirken, um dieses, z.B. aus einer geneigten Stellung, in eine Normalstellung zu bringen. Die DE 3332256 beschreibt ein Verfahren für die Verfestigung von Böden mittels zweier Kunststoffkomponenten welche infolge chemischer Reaktion stark aufschäumen (Schäumungszahl von 2 bis 5). Die WO 98/24882 schlägt vor, dass die Bodenoberfläche, bzw. das Niveau des Bauwerkes, oberhalb dem Bereich in welchem Einspritzungen von expandierenden Kunstharzen erfolgen, andauernd überwacht wird, dass das Expandieren der eingespritzten Masse sehr rasch erfolgt, dass die Zunahme des Volumens der expandierenden Masse mindestens fünf mal das Volumen vor dem Einspritzen beträgt und dass die Einspritzungen in unterschiedlichen Tiefenlagen erfolgen.
Die Praxis hat gezeigt dass die Dauer des Verdichtungs- und des Konsolidierungseffektes welcher durch die bekannten Verfahren erreicht wird eng an die Beibehaltung der physikalischen und chemischen Eigenschaften der eingespritzten Kunstharze, an die „korrodierende Wirkung" und/oder an die zersetzende Wirkung der im Boden vorhandenen Wirkstoffe und/oder an die nachfolgenden Veränderungen in der Bodenstruktur, welche z.B. durch Einsickerungen oder durch Vibrationen bewirkt werden, gebunden ist. In bestimmten Fällen hält also das Gleichgewicht welches zwischen den, vom sanierten Bauwerkes verursachten, Belastungen und den Reaktionskräften des, durch das Einspritzen von expandierenden Kunstharzen, verdichteten und konsolidierten Bodens, zeitlich nicht an, wobei unter Umständen Bedingungen geschaffen werden bei welchen die folgenden Setzungen des Bodens nicht mehr von der Struktur und der Bestimmung des Bauwerkes tragbar sind.
Die Erfindung stellt sich die Aufgabe ein Verfahren und die entsprechende Vorrichtung der eingangs erwähnten Art zu schaffen welche für die Konsolidierung von Böden und die Stabilisierung der Fundamente von Bauwerken oder Bauelementen geeignet ist, wobei die Böden und Fundamente, welche die andauernden und unvorhergesehenen Belastungen eines Bauwerkes aufnehmen derart an den Boden weiterleiten, dass die Stabilisierung auch, infolge physikalischer, chemischer und/oder geologischer Veränderungen welche im Zeitablauf, innerhalb der eingespritzten Kunstharzmasse und/oder in der konsolidierten und/oder verdichteten Bodenmasse, auftreten können, sichergestellt ist. Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung vor, dass die Aufnahme der obgenannten andauernden und unvorhergesehenen Belastungen eines Bauwerkes, außer vom, durch Einspritzen von expandierenden Kunstharzen, konsolidierten und/oder verdichteten Boden, zusätzlich von einer metallischen Bewehrung, welche einerseits mit dem besagten Fundament oder mit den Strukturelementen verbunden ist und anderseits, auf zeitlich anhaltende effiziente Weise, von den Fußenden der Bewehrungsstäbe und durch den Scherverbund längs dieser Bewehrungsstäbe getragen wird, erfolgt.
Erfindungsgemäß erfolgt die Einspritzung der expandierenden Kunstharze nicht über die üblichen, eher dünnwandigen und glatten Kupfer- oder Kunststoffrohre sondern mittels bekannter hohler, vorzugsweise stark belastbarer, Ankerstäbe aus Stahl, z.B. vom Typ „DYWIDAG", ohne jedoch den Einsatz anderer, eventuell nicht metallischer, Werkstoffe, wie z.B. faserverstärkte Kunstharze oder Karbon, auszuschließen. Die Ankerstäbe werden in Bohrungen welche das Fundament durchdringen, eingeführt. Diese Stäbe welche vorzugsweise selbst, zwecks Ausführung der Bohrlöcher, mit Bohrkrone versehen sind, sind erfindungsgemäß entlang ihrer Längserstreckung mit Einspritzbohrungen versehen über welche eine Einspritzung ins Erdreich in unterschiedlichen Tiefenlagen durchführbar ist. Die Länge der Stäbe ist derart bemessen, dass diese mit ihrem oberen Ende mindestens etwas, über die im Fundament vorgesehene Bohrung vorstehen. Die Einspritzung der Kunstharze in unterschiedlichen Tiefenlagen und in unterschiedlichen Zeitabständen kann über bekannte oder erfindungsgemäße Verschlussvorrichtungen, bzw. über kalibrierte oder gesteuerte Ventile, erfolgen welche an den Einspritzbohrungen der hohlen Ankerstäbe vorgesehen sind. Die Praxis hat gezeigt, dass auf vorteilhafte Weise die Steuerung des Austrittes der Kunstharze durch die Einspritzbohrungen an den hohlen Ankerstäben in unterschiedlichen Tiefenlagen durchführbar ist indem die Einspritzung der Harze über ein eigenes Einspritzrohr (vorzugsweise aus Kupfer) erfolgt welches innerhalb der besagten hohlen Ankerstange längsverschiebbar ist. Die Einspritzung der Kunstharze erfolgt dabei indem diese zuerst aus den Einspritzbohrungen am unteren Ende der Ankerstange austreten, die folgenden Einspritzungen erfolgen in einer höheren Tiefenlage, über die nächst höher vorgesehenen Einspritzbohrungen, indem das innere Rohr jeweils progressiv mit seinem unteren Ende nach oben gezogen wird und jeweils eine höhere Position zu den in einer bestimmten Tiefenlage angeordneten Einspritzbohrungen an der Ankerstange einnimmt.
Erfindungsgemäß werden die Einspritzbereiche in den einzelnen Tiefenlagen durch Dichtungs-Manschetten begrenzt welche den Ringraum zwischen der Bohrlochinnenfläche und der Ankerstangenaußenfläche abdichten und einen Rückfluss des eingespritzten Harzes nach oben verhindert. Diese Manschetten, z.B. aus Schaumgummi, sind jeweils, in Längserstreckung des Ankerstabes, zwischen den Einspritzbohrungen der jeweiligen Tiefenlage, fest an der Ankerstange angebracht und legen sich elastisch an der Bohrlochinnenfläche an. Die Ankerstange kann weiters mit elastischen Abstandselementen versehen werden damit möglichst eine koaxiale Position des Ankerstabes innerhalb des Bohrloches gesichert ist. Nach der, durch die Einspritzung, Aufschäumung und Aushärtung des Kunstharzes, erreichten Verfestigung und/oder Verdichtung des Bodens, wird die Festlegung der oberen Enden aller Ankerstäbe am Fundament durch „Eingießen" spezifischer Haft-Kunststoffe, Einspritzmörtel oder Flüssigmörtel in den Freiraum, zwischen dem oberen Bereich der hohlen
Ankerstange und der Innenwand des entsprechenden Bohrloches im Fundament, durchgeführt. Erfindungsgemäß kann weiters am oberen Ende der Ankerstange, welche sich durch die Bohrung im Fundament erstreckt, eine Gewindemuffe oder eine Mutter aufgesetzt werden welche derart bemessen sind, dass diese eine Position innerhalb des Bohrloches im Fundament einnehmen können um durch das „Eingießen" eine effiziente Verankerung der Ankerstange am Fundament zu erreichen. Die Erfindung schließt nicht aus, dass die durch „Eingießen" erreichte Verbindung zusätzlich durch bekannte metallische Befestigunselemente gesichert wird, oder dass die Verankerung ausschließlich über bekannte Befestigungsmittel, mit oder ohne den Einsatz bekannter Haftmittel, erreicht wird. Die Anzahl der hohlen Ankerstäbe welche fest mit dem Fundament des Bauwerkes verbunden sind, sind in der Lage die andauernden und zufälligen Belastungen, am Fuß der Ankerstäbe und durch Scherverbund längs der selben Ankerstäbe, aufzunehmen, wobei der Scherverbund wegen der Verfestigung und/oder Verdichtung des Bodens infolge der Einspritzung und der Aufschäumung der Kunstharze besonders effizient ist, aber vor allem auch noch, infolge eventueller Veränderungen welche im Laufe der Zeit im Kunstharz, bzw. im Boden, stattfinden, weitgehend ausreichend ist.
Erfindungsgemäß ist mindestens jener Teil der Ankerstange, welcher den Querschnitt des Fundamentes durchquert, mit einem Außengewinde, mit ringförmigen Außenrillen oder mit einer anderen Profilierung versehen welche die Griffigkeit für die, zwischen der Ankerstange und der Innenwand der Bohrung im Fundament, eingegossenen oder eingespritzten Materialien (spezifische Haft- Kunstharze, Injektionsmörtel, Flüssigmörtel) erhöht; alternativ kann dieser Teil der Ankerstange mit einem Querschnitt oder einer Form versehen sein welche für die Festlegung an Trägerelementen geeignet ist welche ihrerseits am Fundament verankert sind. Vorteilhafterweise ist die gesamte Ankerstange mit Außengewinde oder mit einer Außenprofilierung versehen welche geeignet ist die Kontaktfläche mit dem verfestigten Boden zu erhöhen um einen erhöhten Scherverbund entlang der Ankerstange, welche vor allem axial wirkende Belastungen aufnimmt, zu erreichen.
Die Erfindung wird anschließend anhand eines, in den beigelegten Zeichnungen schematisch dargestellten, vorzuziehenden Ausführungsbeispieles eines erfindungsgemäßen Verfahrens und der entsprechenden Vorrichtung zur Verfestigung und/oder Verdichtung des Bodens, zwecks einer zeitlich andauernden Stabilisierung des Bodens und der Fundamente eines Bauwerkes, näher erklärt.
Die Fig. 1 ist eine schematische vertikale Schnittdarstellung durch eine Bohrung welche in geneigter Position das Fundament eines Bauwerkes und den darunterliegenden Boden durchdringt wobei dieser anschließend zu verfestigen und zu verdichten ist um ein Anheben des Fundamentes zu erreichen.
Die Fig. 2 zeigt die selbe, in Fig. 1 dargestellte, Bohrung in welche eine hohle Ankerstange eingeführt ist welche in unterschiedlichen Tiefenlagen mit
Einspritzöffnungen und Dichtungs-Manschetten gegen den Rückfluss des Harzes ausgestattet ist; das obere Ende der Ankerstange steht über die obere Oberfläche des Fundamentes vor.
Die Fig. 3 zeigt die Bohrung samt, gemäß Fig. 2, eingeführter hohler Ankerstange, wobei in diese ein axial gleitendes Einspritzrohr eingeführt ist um die Einspritzungen in den unterschiedlichen Tiefenlagen durchführen zu können wodurch Verfestigungs- und Verdichtungskörper ausgebildet werden welche das Anheben des Bodens samt dem Fundament bewirken.
Die Fig. 4 zeigt die hohle Ankerstange ohne gleitendem Einspritzrohr, nach der Einspritzung und der Verdichtung des Bodens, nach dem maximalen Anheben des Fundamentes und mit der erfolgten Festlegung zwischen dem oberen Endbereich der hohlen Ankerstange und dem Fundament durch Eingießen eines Haftmittels ohne Anbringung von Manschetten oder Muttern.
Die Fig. 5 zeigt schematisch, teils in Schnittdarstellung zwei Bereiche der selben hohlen erfindungsgemäßen Ankerstange während der Einspritzphase.
Die Fig. 6 zeigt in vergrößertem Maßstab den Bereich zwischen der hohlen
Ankerstange und dem Fundament gemäß Fig. 4 in welchem die Festlegung durch Eingießen stattfindet.
Die Fig. 7 zeigt die Seitenansicht einer konischen Dichtungs-Manschette welche elastisch an einer Ankerstange (ohne Außenprofilierung) angebracht ist. Die Fig. 7a zeigt die Seitenansicht einer Dichtungs-Manschette welche durch eine Schelle an einer Ankerstange (ohne Außenprofilierung) angebracht ist.
Die Fig. 7b zeigt die Seitenansicht einer elastischen Zentriervorrichtung welche an einem Ankerstab (ohne Außenprofilierung) angebracht ist.
Die Fig. 7c zeigt im Längsschnitt einen Abschnitt einer Ankerstange (ohne Außenprofilierung) mit einer Einspritzbohrung welche von außen durch einen Pfropfen verschlossen ist.
Die Fig. 8 zeigt, teilweise im Schnitt, die Seitenansicht eines Pfropfens mit elastischer Einhängzunge welche eine Sollbruchstelle aufweist.
Die Fig. 9 zeigt, teilweise im Schnitt, die Seitenansicht eines Pfropfens mit Einspritzbohrung welche mit einem ausstoßbaren oder durchbrechbaren Verschlussmembran versehen ist.
Die Fig. 10 zeigt die Seitenansicht eines Abschnittes einer Ankerstange (ohne Außenprofilierung) mit einer Einspritzbohrung welche durch eine perforierbare selbstklebende Membranschelle verschlossen ist.
Die Fig. 11 zeigt im Längsschnitt einen Abschnitt einer Ankerstange (ohne Außenprofilierung) mit Einspritzbohrung welche durch einen perforierbaren, abreißbaren oder verschiebbaren Membran verschlossen ist und durch eine elastische Schelle gehalten wird.
Das Fundament 1a für eine durchgehende Mauer eines Bauwerkes nimmt die permanenten und zufälligen Belastungen des Bauwerkes auf um diese an den Boden 1 zu übertragen. Wenn dieser Boden wenig kompakt ist oder wenn, im Falle physikalischer und/oder geologischer Veränderungen, die Ausgewogenheit zwischen den Kräften welche auf das Bauwerk wirken und den Reaktionskräften des Bodens 1 nicht gegeben ist, so ist die Setzungen des Bodens nicht von der strukturellen Gegebenheit und von der Bestimmung des Bauwerkes (Neigung des gesamten Bauwerkes, Ausbildung von Rissen, usw.) tragbar. In diesen und in ähnlichen Fällen wird erfindungsgemäß die Sanierung des Bauwerkes durch Verfestigung des Bodens 1 und durch eventuelle Verdichtung zwecks Anhebung des Bauwerkes mittels Einspritzung expandierender Kunstharze, vorzugsweise in unterschiedlichen Tiefenlagen und in unterschiedlichen Zeitabschnitten, empfohlen; die besagte Verfestigung und eventuelle Verdichtung des Bodens werden jedoch erfindungsgemäß zusätzlich durch eine unterirdische Bewehrung gesichert und dadurch im Zeitablauf garantiert, wobei diese aus der Einführung von verstreut angeordneten Ankerstangen 5 geschaffen wird um die auf das Fundament 1a wirkenden Kräfte in die Bodentiefe weiterzuleiten. Diese Weiterleitung der Belastungen erfolgt auf kombinierte Weise durch den Scherverbund zwischen der Längsoberfläche der einzelnen Ankerstangen 5 und dem verfestigten Boden und durch die Tragkraft an den Fußenden der Ankerstangen welche in den Verfestigungskörpern eingegossen sind. Die
Verbindung zwischen der unterirdischen Struktur der Ankerstangen 5 welche in den Festkörpern 5a, 5b, 5c im verdichteten Boden eingegossen sind erfolgt erfindungsgemäß mittels „Eingießen" von Haft-Harzen oder Einspritzmörtel ins Bohrloch am oberen Endabschnitt 5d, mittels Gewindemuffen oder Muttern oder/und mittels mechanischer Verbindung zwischen den besagten oberen Endabschnitten 5d der Stangen 5 und Tragelementen welche am Fundament befestigt sind.
Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst die folgenden Phasen: - Ausführung einer Reihe von Bohrungen 3 im Boden 1 welche unterschiedliche Neigung 3i, 3v aufweisen, das Fundament 1a durchdringen 3b oder in dessen unmittelbarer Nähe ausgeführt sind; vorteilhafterweise werden diese Bohrungen mittels hohler mit Bohrkrone versehener Stangen 5 oder mittels spezifischer Bohrstangen durchgeführt; - Einführen der entsprechenden hohlen Ankerstangen 5 ohne Bohrkrone welche zwischen den Einspritzbohrungen 5e mit Dichtungs-Manschetten 6 und eventuell mit elastischen Zentriervorrichtungen 9 ausgestattet sind; - Einspritzen C des expandierenden Kunstharzes in unterschiedlichen Tiefenlagen über ein gleitendes P, S Einspritzrohr 16 welches vorher in die Ankerstange eingeführt worden ist - alternativ kann die Einspritzung direkt über den Hohlraum der Ankerstange erfolgen wenn die einzelnen Einspritzbohrungen 5e mit bekannten oder mit erfindungsgemäßen kalibrierten oder steuerbaren Verschlussvorrichtungen (10, 11 , 13; 12, 14), bzw. mit bekannten Ventilen oder Verschlüssen, versehen ist;
- Messung der Ausdehnung und/oder des Grades der Verfestigung (z.B. durch Penetrometer) und/oder Messung des Anhebens 1 b des Fundamentes 1a;
- eventuelle weitere Einspritzungen von expandierenden Kunstharzen bis die erwünschte Anhebung, bzw. Verfestigung erreicht ist;
- Festlegung der oberen Endbereiche 5d der hohlen Ankerstangen 5 am Fundament 1a mittels „Eingießen" von Haftharzen oder Injektionsmörtel und/oder durch mechanische Verbindung.
Die Durchführung der Bohrungen 3, von denen vorzugsweise ein Teil mit geneigter Achse 3i und ein Teil mit vertikaler Achse 3v oder mit einem anderen Neigungswinkel erstellt wird, erfolgt vorteilhafterweise mittels bekannter hohler Stangen 5 von der Art welche mit Bohrkrone und mit einem Außengewinde versehen ist und mittels Gewindemuffen verbindbar sind. Diese Stangen 5 sind erfindungsgemäß entlang ihrer Längserstreckung mit, unter sich beabstandeten, Einspritzbohrungen 5e versehen welche unterschiedlichen Tiefenlagen entsprechen. Die Bohrungen 3 können ausschließlich mit gleichzeitiger Durchbohrung 3b des Fundamentes, oder können teilweise oder alle in der unmittelbaren Nähe des Fundamentes oder an diesem anliegend, erstellt werden. Die hohle Ankerstange 5 mit Bohrkrone wird, nach Ausziehen aus der Bohrung 3, von der Bohrkrone entledigt und zwischen den einzelnen Tiefenlagen welche durch die Einspritzbohrungen 5e bestimmt sind mitDichtungs- Manschetten 6 zur Verhinderung des Rückflusses des Harzes und eventuell mit Zentriervorrichtungen 9, ausgestattet und anschließend wieder in die Bohrung 3 eingeführt wobei sichergestellt wird, dass das untere Ende der Stange 5 am Boden 3a des Bohrloches 3 aufliegt während das obere Ende 5d der Stange 5 um ein Stück vom Fundament vorsteht welches etwas länger ist als die eventuelle Anhebung 1b des Fundamentes durch Verdichtung des Bodens 1 ausmacht. In die hohle Stange 5 welche in der Bohrung 3 eingeführt ist wird anschließend ein gleitendes P, R Einspritzrohr 16 eingeführt welches eine entsprechende Länge aufweist so dass die tiefsten Einspritzbohrungen 5e am Endbereich der Sänge 5 nicht verschlossen werden; mit dem Einspritzrohr 16 in dieser Position erfolgt die Einspritzung C des expandierenden Harzes wodurch der untere Verfestigungskörper 5a ausgebildet wird. Anschließend können die folgenden Einspritzungen, entsprechend den unterschiedlichen Tiefenlagen, durch Herausziehen R des Einspritzrohres 16 und Ausbildung der Verfestigungskörper 5b, 5c, durch das expandierende Kunstharz, über eine oder mehrere Serien von hohlen Ankerstangen 5 erfolgen von welchen jede Serie eine unterschiedliche Anzahl von Einspritzbohrungen 5e aufweist welche entsprechend unterschiedlicher Tiefenlagen angeordnet sind. Die hohlen Ankerstäbe 5 einer dieser Serien können erfindungsgemäß ausschließlich am unteren Endbereich mit Einspritzbohrungen versehen sein, in diesem Fall wird natürlich die Einspritzung C des Kunstharzes ohne Einspritzrohr 16, direkt über den Hohlraum der Ankerstange 5 durchgeführt. Erfindungsgemäß können die Einspritzungen in den unterschiedlichen Tiefenlagen auch durch Verschlussvorrichtungen erreicht werden welche an den einzelnen Einspritzbohrungen 5e der Ankerstangen 5 vorgesehen sind. Diese Verschlussvorrichtungen geben den Durchfluss der Einspritzmasse frei sobald ein bestimmter Druck innen im Hohlraum der Ankerstange 5 erreicht ist; die Verschlussvorrichtungen sind je nach Tiefenlage, bzw. je nach gewünschter Reihenfolge der Einspritzung in den unterschiedlichen Tiefenlagen, tariert oder über „Reißleinen" betätigbar. Erfindungsgemäß sind diese
Verschlussvorrichtungen Pfropfen 10 welche von außen in die Einspritzbohrungen 5e eingesetzt werden, dabei liegt der Pfropfenkopf 10d außen an der Stangenoberfläche auf während innen eine elastische 10b Rückhaltezunge 10a mit Sollbruchstelle 10c den Pfropfen 10 bis zur Erreichung eines bestimmten Druckes in Verschlussstellung hält. Eine weitere erfindungsgemäße Verschlussvorrichtung besteht aus einen Pfropfen 13 welcher mit dem Kopf 13b an der Außenseite der Stange 5 aufliegt während ein vorstehender Rand 13a den Pfropfen an der Innenseite der Stange festhält, der Pfropfen 13 weist eine durchgehende axiale Bohrung 13c auf innerhalb welcher ein Membran 13d vorgesehen ist welcher, bei Erreichen eines bestimmten Druckes durchbrochen wird oder aus seinem Sitz nach außen gedrückt wird. Erfindungsgemäß können die Verschlussvorrichtungen auch aus einer Membranschelle 11 bestehen welche z.B. aus einem selbstklebenden Kunststoffband besteht und die Einspritzbohrung bis Erreichen eines bestimmten Einspritzdruckes verschließt; die Anpassung an unterschiedliche Druckwerte kann durch eventuelle doppelte oder mehrfache Abdeckung der Einspritzbohrung 5e erreicht werden. Eine weitere erfindungsgemäße Verschlussvorrichtung besteht aus einem Membran 14 welcher die Einspritzbohrung 5e abdeckt und durch eine elastische Manschette 12 mit Bohrung 12a festgehalten wird. Erfindungsgemäß besteht die Möglichkeit die Öffnung aller oder einiger der pfropfenförmigen Verschlussvorrichtungen 10, 13 oder auch der Membran- Verschlussvorrichtungen 11 , 14 über „Reißleinen" zu steuern welche an den Pfropfen, bzw. an den Membranen befestigt sind.
Die Messung der Verdichtung des Bodens mit Anhebung 1 b des Fundamentes und/oder die eventuelle Messung des Verfestigungsgrades und/oder der
Ausdehnung der Verfestigung des Bodens während der Einspritzung und der Expansion des Kunstharzes und/oder nach Abschluss der Einspritzungen, ist Teil des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Nach Anhebung 1 b des Fundamentes 1a um das erforderliche Maß und/oder nach Erreichung der erforderlichen Verfestigung des Bodens 1 , erfolgt erfindungsgemäß die Festlegung 15, 15a zwischen dem Fundament 1 a und den einzelnen Ankerstäben 5 durch Einspritzen oder „Eingießen" A spezifischer Haft- Kunstharze, Einspritzmörtel oder Gießmörtel, zwischen dem oberen Endbereich 5d der Stange 5 und der entsprechenden Innenwand der Bohrung 3b im
Fundament 1a oder durch mechanische Verbindung zwischen dem Endbereich 5d der Stäbe und dem Fundament 1a mittels bekannter Befestigunselemente, ohne eine kombinierte oder doppelte Festlegung durch mechanische Verbindung und durch „Eingießen" auszuschließen. Erfindungsgemäß kann die Festlegung durch „Eingießen" besonders widerstandsfähig ausgeführt werden indem an jenem Teil der Ankerstange welcher, innerhalb der Bohrung 3b, das Fundament 1a durchdringt, eine Mutter oder ein anderes Element angebracht wird welches größeren Querschnitt als jenen der Stange 5 aufweist und welches im eingegossenen Material 15 „eingebettet" wird.
Die Erfindung schließt nicht aus, dass unter bestimmten Umständen, das Verdichtungs- und/oder Verfestigungsverfahren mit Einspritzung in unterschiedlichen Tiefenlagen und in unterschiedlichen Zeitabständen durch bekannte Verfahren mit Einspritzung expandierender Kunstharze ersetzt wird, wobei jedoch die Einspritzungen immer über Stangen erfolgen welche eine Verankerung im Boden ermöglichen und welche am Fundament 1a festgelegt sind.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren zur Bodenverfestigung und zur Stabilisierung von Bauwerk- Fundamenten durch Verfestigung und/oder Verdichtung des Bodens im Bereich wesentlich unter den Fundamenten mittels Einspritzung expandierender und aushärtender Kunstharze über Rohre welche in Bohrungen eingeführt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohre hohle Ankerstäbe (5) sind und dass, nach der Einspritzung (C) über die hohlen Ankerstäbe (5) und nach Feststellung des erfolgten Anhebens (1 b) des Fundamentes (1a) und/oder der erfolgten Verfestigung des Bodens (1 ), die
Festlegung zwischen dem Fundament (1a) und den einzelnen hohlen Ankerstäben (5) erfolgt.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Einspritzung (C) der expandierenden Kunstharze in unterschiedlichen
Tiefenlagen und in unterschiedlichen Zeitabständen durchgeführt wird.
3. Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Serie von Einspritzungen (C) expandierender Kunstharze in einem ersten Zeitabschnitt in einer weniger tiefen Lage durchgeführt wird, dass in einem folgenden Zeitabschnitt mindestens eine Serie von Einspritzungen in mindestens einer tieferen Lage durchgeführt wird und dass, im Falle von Einspritzungen in tieferen Lagen, jene Einspritzungen welche, über die selben hohlen Ankerstäbe (5), in der höheren Lage durchgeführt werden, wesentlich in der selben Tiefenlage der ersten Serie von Einspritzungen durchgeführt werden.
4. Verfahren gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass infolge der Feststellung des erfolgten erforderlichen Anhebens (1 b) des Fundamentes (1a), bzw. der erforderlichen Verfestigung des Bodens (1 ), die Festlegung zwischen dem Fundament (1a) und den einzelnen hohlen Ankerstangen (5) durch „Eingießen" (A) oder Einspritzen spezifischer Haft-Kunstharze, Injektionsmörtel oder flüssigem Mörtel zwischen den oberen Bereichen der Ankerstäbe (5) und den Innenwänden der entsprechenden Bohrungen (3b) aus denen die oberen Enden der besagten Ankerstangen (5) vorstehen, erfolgt.
5. Verfahren gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass nach der Feststellung des erfolgten erforderlichen Anhebens (1 b) des Fundamentes (1a), bzw. der erforderlichen Verfestigung des Bodens, die Festlegung zwischen dem Fundament (1a) und den einzelnen hohlen Ankerstangen (5) durch mechanische Befestigung direkt, mittels bekannter
Befestigungselemente, oder indirekt, mittels metallischer Halterungen, erfolgt welche mittels bekannter Befestigungsmittel fixiert sind.
6. Vorrichtung für die Erzielung der Stabilisierung gemäß dem in Anspruch 1 angeführtem Verfahren, dadurch gekennzeichnet, dass die hohlen
Ankerstäbe (5) selbstbohrender Art oder von, in vorher durch spezifische Bohrstangen ausgeführten Bohrungen (3), einführbarer Art sind und dass diese hohlen Ankerstäbe (5) mindestens eine Einspritzbohrung (5e) für das direkt durch den Hohlraum der Stange eingespritzte Kunstharz aufweisen.
7. Vorrichtung gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass im Falle einer hohlen Ankerstange (5) welche mehrere Einspritzbohrungen (5e) aufweist, diese zueinander, gemäß der Längsachse der Stange, beabstandet sind und mit Ventilen, Verschlüssen (10, 13) oder Abdichtungen (11 , 14) mit steuerbarer oder vorbestimmter Öffnung versehen sind, wobei die Einspritzung (C) des Kunstharzes direkt durch den Hohlraum der Ankerstange (5) erfolgt.
8. Vorrichtung gemäß den Ansprüchen 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspritzung des Kunstharzes indirekt über ein, axial im innern des Hohlraumes der Stange (5) verschiebbares (P, R) Einspritzrohr (16) erfolgt, wobei durch das progressive Herausziehen (R) des Rohres (16), die Öffnung der Einspritzbohrungen (5e) progressiv von der untersten Tiefenlage bis zur höchstgelegenen Tiefenlage erfolgt.
9. Vorrichtung gemäß den Ansprüchen 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspritzung des Kunstharzes direkt über den Hohlraum des hohlen Ankerstabes (5) erfolgt und dass die einzelnen Einspritzbohrungen (5e) zumindest teilweise mit Verschlusspfropfen (10) verschlossen sind welche, bei Erreichen eines bestimmten Einspritzdruckes innerhalb des Ankerstabes (5) oder bei Betätigung einer am Pfropfen befestigten Reißleine, durch Wirkung einer Sollbruchstelle (10c) an einem
Rückhalteorgan (10a), nach außen gedrückt, bzw. gezogen, werden um die Einspritzbohrung (5e) freizugeben.
10. Vorrichtung gemäß den Ansprüchen 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspritzung des Kunstharzes direkt über den Hohlraum des hohlen Ankerstabes (5) erfolgt und dass die einzelnen Einspritzbohrungen (5e) zumindest teilweise mit Verschlusspfropfen (13) verschlossen sind welche eine koaxiale Bohrung (13c) aufweisen in welcher ein Membran vorgesehen ist welcher, bei Erreichen eines bestimmten Einspritzdruckes innerhalb des Ankerstabes (5) oder bei Betätigung einer am Membran
(13d) befestigten Reißleine nach außen gedrückt, bzw. gezogen, wird um den Durchfluss für das Kunstharz freizugeben.
11. Vorrichtung gemäß den Ansprüchen 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspritzung des Kunstharzes direkt über den Hohlraum des hohlen Ankerstabes (5) erfolgt und dass die einzelnen Einspritzbohrungen (5e) zumindest teilweise durch Membranmanschetten (11 ) oder Verschlussmembrane (14) welche bei erreichen eines bestimmten Druckes durchbrochen werden oder durch Ziehen von, an den Membranen befestigten, Reißleinen durchbrochen oder entfernt werden.
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