EP4279658A1 - Verankerung mit künstlichen wurzeln - Google Patents

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EP4279658A1
EP4279658A1 EP22173838.8A EP22173838A EP4279658A1 EP 4279658 A1 EP4279658 A1 EP 4279658A1 EP 22173838 A EP22173838 A EP 22173838A EP 4279658 A1 EP4279658 A1 EP 4279658A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
hollow pile
openings
flowable
ground
fibers
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP22173838.8A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jürgen Trost
Markus Haufe
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sika Technology AG
Original Assignee
Sika Technology AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sika Technology AG filed Critical Sika Technology AG
Priority to EP22173838.8A priority Critical patent/EP4279658A1/de
Publication of EP4279658A1 publication Critical patent/EP4279658A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D27/00—Foundations as substructures
    • E02D27/10—Deep foundations
    • E02D27/12—Pile foundations
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D27/00—Foundations as substructures
    • E02D27/26—Compacting soil locally before forming foundations; Construction of foundation structures by forcing binding substances into gravel fillings
    • 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
    • E02D27/50—Anchored foundations
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D5/00—Bulkheads, piles, or other structural elements specially adapted to foundation engineering
    • E02D5/22—Piles
    • E02D5/24—Prefabricated piles
    • E02D5/28—Prefabricated piles made of steel or other metals
    • E02D5/285—Prefabricated piles made of steel or other metals tubular, e.g. prefabricated from sheet pile elements
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D5/00—Bulkheads, piles, or other structural elements specially adapted to foundation engineering
    • E02D5/22—Piles
    • E02D5/34—Concrete or concrete-like piles cast in position ; Apparatus for making same
    • E02D5/46—Concrete or concrete-like piles cast in position ; Apparatus for making same making in situ by forcing bonding agents into gravel fillings or the soil
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D5/00—Bulkheads, piles, or other structural elements specially adapted to foundation engineering
    • E02D5/74—Means for anchoring structural elements or bulkheads
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
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    • E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D5/00—Bulkheads, piles, or other structural elements specially adapted to foundation engineering
    • E02D5/74—Means for anchoring structural elements or bulkheads
    • E02D5/80—Ground anchors
    • E02D5/808—Ground anchors anchored by using exclusively a bonding material

Definitions

  • the invention relates to the anchoring of a component in soils using a hollow pile as an anchor element and a method for producing an anchor.
  • Foundations or foundations create the connection between a floor and a building element to be erected on it.
  • Structural elements are generally anchored in soil with a concrete foundation.
  • the concrete foundation is placed in a hole dug for this purpose and the component is attached to the foundation. This work is complex and costly.
  • this type of anchoring puts a lot of strain on the environment.
  • Large amounts of concrete are used.
  • Some of the concrete may additionally contain reinforcements and/or concrete additives and/or may optionally be provided with a coating, for example a protective paint.
  • Concrete has a high CO 2 footprint.
  • foundation with a concrete foundation affects the quality of the soil. When the anchoring is no longer needed, the foundation remains in the ground or has to be removed with great effort.
  • pile foundations Another common method for anchoring components is pile foundations, in which piles are inserted into the subsoil to which the component is then attached.
  • Pile foundations are used in particular when building elements are to be built on non- or poorly load-bearing soil layers. With the help of the piles, the loads of the building elements can be transferred to deeper, load-bearing soil layers.
  • the object of the invention was to provide a method for anchoring components, which offers an alternative to anchoring, particularly through concrete foundations but also through built-in or buried metal structures, such as screw anchors, and is therefore more environmentally friendly and sustainable.
  • the consumption of materials, especially concrete should be reduced without affecting the load-bearing capacity.
  • the inventor was inspired by nature. Plants take root to anchor themselves in the ground.
  • the root structures generally have large and fine roots, the latter of which can penetrate even the smallest spaces in the ground.
  • the roots achieve an intimate connection with the surrounding soil and thus offer the plants a firm hold.
  • artificial roots are formed in the soil or in the soil material of the soil.
  • the close interlocking of the artificial roots with the soil material enables firm anchoring.
  • a comparable load-bearing capacity of the anchoring is achieved with significantly lower material consumption.
  • the process according to the invention is therefore more environmentally friendly than the processes according to the prior art.
  • the flowable, hardening material for forming the artificial roots can be selected so that it is compatible with the soil and does not pollute the soil.
  • Environmentally harmful materials should be avoided as much as possible. At least the required amount of these materials can be significantly reduced.
  • the flowable, hardening material for the artificial roots is stable and preferably elastic. It can adhere to stones and other elements of the ground and glue or bond soil materials together, strengthening the anchorage in the ground.
  • the invention relates to a method for producing an anchor with artificial roots for anchoring a component, for example a tower of a wind turbine, in a ground using at least one hollow pile.
  • a component for example a tower of a wind turbine
  • One or more hollow piles can be used, on which the component is mounted after the anchor has been formed.
  • the hollow pile can be made of reinforced concrete, prestressed concrete, plastic, e.g. carbon fiber reinforced plastic (CFRP), or metal, e.g. copper, aluminum, cast iron or steel.
  • Prestressed concrete is usually concrete with prestressed steel reinforcement.
  • the plastic can be fiber-reinforced, in particular glass fiber-reinforced.
  • the hollow pile is preferably made of metal, especially steel.
  • the hollow pile can be made in one piece or in several parts.
  • the hollow pile is hollow on the inside and can have the shape of a tube, which is optionally tapered downwards.
  • the hollow pile can, for example, have a square, rectangular, polygonal, structured or circular cross-section, with a circular cross-section generally being preferred.
  • the cross section may have a different geometry if necessary.
  • the hollow pile has a lower closed end and an upper open end.
  • top and bottom refer to the position of the hollow pile when it is inserted into the ground.
  • the hollow pile tapers at the bottom end. This facilitates the insertion of the hollow pile into the ground in methods such as pile driving, in which the hollow pile is inserted by displacing the soil material. If necessary, the hollow pile can be tapered at the bottom or provided with a point.
  • the hollow pile has a large number of openings in the hollow pile wall. It is therefore a perforated hollow post.
  • the number of openings can vary widely and depends, among other things, on the dimensions of the hollow pile and the diameter of the openings.
  • the number of openings can be, for example, at least 6, preferably at least 10, more preferably at least 25, particularly preferably at least 40 or at least 50.
  • the diameter of the openings can be the same or different.
  • the openings in the hollow pile wall comprise openings with a different diameter.
  • artificial roots with different diameters can be formed, reflecting the structure of natural roots.
  • the openings can be designed, for example, as a simple through hole.
  • at least some of the openings, preferably all openings can be designed as spray nozzles. All openings can be designed as spray nozzles or some of the openings can be designed as spray nozzles and the other part of the openings can only be designed as through-holes.
  • Spray nozzles are also called injection nozzles designated. The use of spray nozzles enables the flowable, hardening material or liquid or air to be pressed through the openings or nozzles at a higher pressure, which enables the material to penetrate deeper into the floor material or to flush more strongly with the liquid.
  • Spray nozzles can therefore be used in particular for pre-rinsing, for example with water, to loosen the surrounding soil, and/or for increasing the pressure in order to facilitate the introduction of the injection agent, for example the flowable, hardening material or the liquid or air, into the soil material .
  • the spray nozzles are particularly useful for loosening up firm or compact soils, such as clay.
  • the distribution of the openings in the hollow pile wall is arbitrary. As a rule, the openings are distributed around the circumference of the hollow pile.
  • the distribution of openings on the hollow pile wall can be a regular or irregular arrangement. If there are openings with different diameters, it is generally preferred that they are distributed in a mixed manner. For example, smaller diameter openings may be disposed between the large diameter openings. In this way, subareas are created on which there are both openings with a smaller diameter and openings with a larger diameter.
  • the openings in the hollow pile wall are arranged in a lower section of the hollow pile, the distance of the lower section from the upper end of the hollow pile preferably being at least a fifth, more preferably at least half, of the length of the hollow pile.
  • an upper section which makes up at least 20%, preferably at least 50% or at least 70% of the length of the hollow pile, is free or essentially free of openings.
  • the openings are then all or essentially all arranged in the underlying section of the hollow pile. This can be advantageous, for example, to achieve better stability and/or to only form the artificial roots in deeper soil layers.
  • sections of the hollow pile with openings and sections of the hollow pile without openings can also alternate.
  • the position of the openings can, for example, be adapted to which soil layers are particularly suitable for the formation of artificial roots in a specific case.
  • the dimensions of the hollow pile and openings can vary widely depending on the desired application.
  • the length of the hollow pile can vary widely.
  • the length of the hollow pile is adjusted depending on the component to be anchored or the structure connected to it and depending on the substrate.
  • the length of the hollow pile can be in the range from 10 cm to 15 m, preferably 20 cm to 10 m, more preferably 50 cm to 5 m.
  • the hollow pile can optionally consist of several sections that are connected to one another during use. In this way, even longer lengths can be achieved.
  • the diameter of the hollow pile can vary widely.
  • the diameter of the hollow pile is adjusted depending on the component to be anchored or the structure connected to it and depending on the substrate.
  • the diameter of the hollow pile can be in the range from 3 cm to 3 m, preferably 5 cm to 50 cm, more preferably 5 cm to 30 cm.
  • the diameter here refers to the inside diameter at the upper end of the hollow pile.
  • the openings can, for example, have a diameter of 0.1 mm to 10 cm or 0.5 mm to 10 cm, preferably 1 mm to 3 cm, more preferably 3 mm to 2 cm. As mentioned, openings with two, three, four or more different diameters can be present, for example in the areas mentioned above. If the opening is designed as a spray nozzle, the diameter refers to the diameter at the outlet of the nozzle. If the Openings are designed as nozzles, so they can in particular have a diameter of 0.1 mm to 10 cm, preferably 0.2 mm to 10 mm, more preferably 0.5 mm to 5 mm.
  • the shape of the openings can be round or circular, oval, polygonal, for example triangular or square, star-shaped or any other regular or irregular shape.
  • the openings may have the same shapes or the openings may include openings with different shapes.
  • the plurality of openings may include openings with different diameters and/or different shapes, preferably different diameters and different shapes, as described above.
  • the method according to the invention includes inserting the hollow pile into the ground.
  • the hollow pile is usually inserted vertically into the ground.
  • the hollow pile can also be inserted at an inclined angle.
  • the floor can be any floor.
  • it is a geological or natural soil or subsoil.
  • it can be a topsoil or topsoil, a cohesive soil, a non-cohesive soil, rock or a combination thereof. It is understood that the soil can consist of layers of different soil formations.
  • Soils or soil layers are generally divided into different soil classes.
  • the DIN 18300 standard contains, for example, the following classifications: Soil class 1: Top soil, Soil class 2: Flowing soil types, Soil class 3: Easily detachable soil types, Soil class 4: Moderately difficult to detach soil types, Soil class 5: Difficult to detach soil types, Soil class 6: Easily detachable rock and comparable soil types , Soil class 7: Rock that is difficult to remove.
  • a particularly suitable soil into which the artificial roots should be introduced is loose soil, especially sandy soil or sand.
  • the insertion of the hollow pile into the ground can be carried out by any usual method, for example by a displacement method or a drilling method. Examples of such processes are shaking, drilling, ramming, pressing or gripping.
  • suitable devices such as pile driving devices and drilling devices, and measures are known to those skilled in the art.
  • common pile drivers such as free-fall rams and explosion rams, or automatic high-speed hammers can be used as ramming devices. It is also possible to insert the hollow pile manually, for example by driving it in with a hammer.
  • the hollow pile is inserted into the ground by a displacement method.
  • displacement methods the hollow pile is inserted into the ground by applying force while displacing the soil material.
  • drilling methods are also suitable.
  • drilling methods a borehole is first drilled into the ground and the hollow pile is inserted into the borehole.
  • the borehole into which the hollow pile is to be inserted can be created using the usual devices.
  • the borehole is expediently designed so that the hollow pile inserted into the borehole can be arranged flush with the surrounding soil.
  • the inserted hollow pile should in particular be in contact with the surrounding soil.
  • the upper end of the hollow pile can be approximately level with the surface of the soil. If necessary, it can also be located a little below the ground surface. However, it is preferred that the upper end of the hollow pile protrudes above the surface of the ground after the hollow pile has been inserted into the ground, i.e. the upper end of the hollow pile is above the ground surface level. This is advantageous because it simplifies the attachment of supply lines for flowable, hardening material or the subsequent attachment of the component to the hollow pile.
  • the protruding part of the hollow pile can also serve as a structural element itself.
  • the method according to the invention further comprises, according to step b), pressing a flowable, hardening material into the hollow pile inserted into the ground through the upper open end, so that the flowable, hardening material is filled into the hollow pile and pressed through the openings in the hollow pile wall and into penetrates the soil and forms the artificial roots there after the material has hardened.
  • the flowable, hardening material can also be referred to as an injection agent.
  • the flowable, hardening material or injection agent should preferably meet the requirements of the EN 1504-5:2013 standard, in particular for the systems F, P and H mentioned there.
  • the anchorings obtained with the anchor produced according to the invention should preferably meet the requirements of Eurocode 7.
  • the flowable, hardening material is flowable when pressed in, but hardens after a certain time so that it solidifies once it has penetrated into the ground.
  • the material can contain an inorganic or an organic binder. If necessary, a hardener or crosslinking agent can also be included.
  • the flowable, hardening material may optionally contain a liquid, in particular water.
  • the flowable, hardening material preferably contains a hydraulic binder, in particular cement, and/or an organic polymer, which is preferably crosslinkable, for example by means of atmospheric moisture or a hardener.
  • the flowable, hardening material is a mortar, a concrete, a plastic-modified mortar, a plastic-modified concrete, a polymer dispersion, a resin, in particular a casting resin or an injection resin, or a polymer-based sealant.
  • the flowable, hardening material is particularly preferably a plastic-modified mortar, a plastic-modified concrete, a polyurethane sealant or a polyurethane resin.
  • the flowable, hardening material or injection agent is in particular cementitious casting compounds, injection agents based on (meth)acrylate, polyurethane, polyepoxide or polyester.
  • One-component (1K) and two-component (2K) systems are conceivable. Such materials are commercially available.
  • the mortar and concrete are preferably based on cement.
  • Plastic-modified mortar and plastic-modified concrete are hybrid systems that, in addition to a hydraulic binder, in particular cement, contain a plastic, preferably in the form of an aqueous plastic dispersion.
  • Mortar and concrete also includes cement grouts, especially plastic-modified cement grouts.
  • the plastic can be, for example, methyl vinyl alcohol, methyl cellulose, natural or synthetic rubber, resin such as epoxy resin, polyester polyurethane or poly(meth)acrylate.
  • the materials containing a hydraulic binder are mixed with water before being pressed in in order to obtain the flowable, hardening material.
  • the flowable, hardening material containing a polymer, in particular an organic polymer can be a one- or two-component system or can be formed from it.
  • the two components are mixed together to form the flowable, hardening material.
  • the mixture starts chemical reactions, e.g. between polymer and hardener, which lead to crosslinking or solidification of the material.
  • chemical reactions are usually initiated after leaving the storage container through contact with atmospheric moisture, which lead to crosslinking or solidification.
  • Polymer-based sealants are generally pasty materials.
  • the polymer contained in the sealant can be, for example, silicone, polyurethane or a silane-modified polymer (SMP).
  • a useful sealant is a polyurethane sealant.
  • the resin is in particular a synthetic resin.
  • the resin or synthetic resin is preferably a casting resin or an injection resin.
  • Examples of the polymers contained in polymer dispersions and resins are polyester, (meth)acrylate, polyurethane, epoxies and silicones. Polyurethane resins are well suited.
  • flowable, hardening material are, in particular, polyurethane resins, polyurethane sealants, acrylate compounds and also polymer-modified cement grouts.
  • the flowable, hardening material can contain additives, for example fillers or fibers.
  • the flowable, hardening material contains fibers for reinforcement.
  • These reinforcing fibers preferably have such dimensions that they can be pressed through the openings together with the flowable, hardening material. In this way, the reinforcing fibers can reinforce the artificial roots formed.
  • the reinforcing fibers can be electrically conductive reinforcing fibers.
  • the reinforcing fibers can be used to control or monitor the installed anchoring. If, for example, electrically conductive reinforcing fibers are used as reinforcing fibers, the formation and/or integrity of the roots can be monitored via a current intensity flowing through them.
  • the fibers for reinforcement are, for example, selected from aramid fibers, e.g. Kevlar fibers, nylon fibers, carbon fibers, wire fibers, metal fibers. Steel fibers, plastic fibers, e.g. polyolefin fibers, such as polyethylene fibers and polypropylene fibers, glass fibers or combinations thereof. Wire fibers can also be pieces of wire or short wires. Wire fibers are also preferably made of steel.
  • the fibers for reinforcement can, for example, have a length in the range from 0.1 mm to 150 mm, preferably 2 to 80 mm. Mixtures of fibers of different lengths can also be used.
  • the fibers can be, for example, short fibers with a length of approximately 0.1 to 1 mm and/or long fibers with a length of approximately 1 to 150 mm.
  • the dimensions of the reinforcing fibers should preferably be chosen so that they fit through the openings of the hollow pile and can be pressed out of the openings together with the flowable, hardening material and are therefore also contained in the artificial roots formed.
  • the dimensions of the Reinforcement fibers are chosen so that blocking of the openings is avoided.
  • the proportion of fibers for reinforcement in the flowable, hardening material can be, for example, in the range of 0.01 to 5% by weight, preferably 0.03 to 2.5% by weight, more preferably 0.05 to 1% by weight.
  • the reinforcement fibers have a similar or the same coefficient of thermal expansion as the material or matrix material of the artificial roots.
  • the material of the artificial roots is obtained by hardening the flowable, hardening material in which the reinforcing fibers can be embedded.
  • the use of reinforcing fibers made of steel would be advantageous, since concrete and steel have a similar coefficient of thermal expansion.
  • the flowable, hardening material can be in the form of a paste, for example, which also includes slurry materials.
  • the flowable, hardening material is preferably pasty.
  • the flowable, hardening material is an elastic material after hardening.
  • the artificial roots formed are then elastic or made from an elastic material.
  • the hardened material can be, for example, an elastomeric material.
  • Elastic materials can be obtained in particular if a plastic-modified mortar or concrete or a material based on organic polymers is used as the flowable, hardening material.
  • the flowable, hardening material can also be a solid, plastic or rigid material after hardening.
  • the artificial roots formed then have a plastic or rigid character or are made of a plastic or rigid material.
  • the flowable, hardening material is pressed through the upper open end of the hollow pile inserted into the ground.
  • the flowable, hardening material can first be filled into the hollow pile and then the filled material is put under pressure via the upper open end.
  • the material filled into the hollow pile can be pressed in with a punch that is inserted into the upper end and then pressed down.
  • the material filled into the hollow pile can also be pressed in with a twist drill, for example, by inserting the twist drill into the upper end of the hollow pile, pressing it down and turning it in the direction of rotation in order to press in the filled material.
  • the punch or twist drill is then pulled out of the hollow pile.
  • the pressing in is carried out in particular in such a way that not all of the flowable, hardening material is pressed out of the openings, but rather a part remains in the cavity of the hollow pile. If necessary, additional flowable, hardening material can be refilled into the hollow pile after the material has been pressed in. The process of filling the material and putting it under pressure can be repeated several times if necessary.
  • the flowable, hardening material is preferably pressed continuously over the open end of the inserted hollow pile using a pump.
  • Suitable pumps include screw pumps, mortar pumps or concrete pumps.
  • the supply line for the flowable, hardening material is connected to the upper open end of the hollow pile, in particular connected in a pressure-tight manner. Pressing in using a pump is also preferably carried out in such a way that not all of the flowable, hardening material is pressed out of the openings, but rather a part remains in the cavity of the hollow pile. Regardless of the type of pressing in, part of the flowable, hardening material should remain in the hollow pile or be replenished in it after pressing in.
  • the pressure used to inject the flowable, hardening material can be adjusted with regard to the type and consistency of the material and the existing soil conditions.
  • the flowable, hardening material By pressing in the flowable, hardening material, the flowable, hardening material is pressed through the openings in the hollow pile wall and penetrates into the ground. It is preferred that the material penetrates as far as possible into the floor area, for example at least in some or all places at least 5 cm, preferably at least 15 cm, more preferably at least 30 cm and particularly preferably at least 1 m. It is understood that the depth of the Penetration is not the same for all openings depending on the nature of the soil and the opening diameter.
  • the artificial roots have fibers for reinforcement as mentioned above.
  • the artificial roots are preferably made of an elastic material or an elastomer composition.
  • the artificial roots formed do not necessarily have to have the ideal shape of natural roots. It is sufficient if the artificial roots fulfill an analogous function, i.e. anchoring in the ground by penetrating into the ground and connecting to the surrounding ground material, e.g. by adhering and/or sticking the artificial roots to or with the ground material, e.g. to stones , existing natural roots, rubble or rock in the soil material.
  • an analogous function i.e. anchoring in the ground by penetrating into the ground and connecting to the surrounding ground material, e.g. by adhering and/or sticking the artificial roots to or with the ground material, e.g. to stones , existing natural roots, rubble or rock in the soil material.
  • the cavity can be partially filled, for example at least 25%, preferably at least 50%, more preferably at least 75%, of the cavity volume of the hollow pile, or be completely filled with the flowable, hardening material that hardens over time.
  • the artificial roots formed are connected to the anchor element via the material hardened in the cavity of the hollow pile.
  • a rinsing step is carried out as an intermediate step after step a) and before step b).
  • air or a liquid is introduced under pressure through the upper open end into the hollow pile and through the openings in the hollow pile wall into the Floor blasted to rinse the floor.
  • the openings are designed as spray nozzles. In this way the pressure can be increased, which improves the flushing effect.
  • the pressure or flushing pressure can be in the range from 10 to 800 bar, for example.
  • the pressure can be, for example, in the low pressure range (about 10 to 40 bar), in the medium pressure range (about 40 to 250 bar) or in the high pressure range (about 250 to 800 bar, preferably 250 to 500 bar).
  • the air or liquid can be introduced into the hollow pile under pressure, for example using a pump. It goes without saying that for this purpose the air or liquid supply line is connected in a pressure-tight manner to the upper end of the hollow pile.
  • the air or liquid injected under pressure can loosen the soil. This creates free spaces in the ground that make it easier for the flowable, hardening material to penetrate. This is useful, for example, for compact, solid or compacted soils, cohesive soils such as loam or clay soils, or rocky soils.
  • the liquid is preferably water or an aqueous liquid.
  • the liquid, especially water, may contain additives, for example bentonite.
  • an anchor with artificial roots is produced in the ground using at least one hollow pile as an anchor element.
  • the anchor is used to anchor a component in the ground.
  • the component can be mounted on the anchor produced. All possible structures are suitable as components.
  • the part of the hollow pile protruding from the ground itself can form the structural element, for example as a post or pile.
  • the component is, for example, a component of a building, a mast or a post.
  • Specific examples are components, masts or posts for traffic signs, street signs, lamps, e.g. park or street lamps, fences, wind turbines, in particular a wind turbine tower, pier, walls, e.g. soundproof walls, bridges, e.g. suspension bridges, transmission towers or transmission masts.
  • the usual fastening methods can be used to mount the component on the manufactured anchor with artificial roots. Examples are push-in connections, screw connections, flange connections, welded connections or combinations thereof.
  • the component is inserted into the hollow pile for assembly, it makes sense that the flowable, hardening material contained in the cavity of the hollow pile has not yet hardened, so that the component can be inserted easily. After hardening, the inserted component is then fixed by the hardened material.
  • the hollow pile can have fastening means to facilitate the assembly of the component, which are in particular attached to the upper end of the hollow pile.
  • These fastening means can of course also serve to connect the supply lines for the flowable, hardening material and/or the supply lines for air or liquid to the upper open end, in particular to connect them in a pressure-tight manner.
  • fastening means that the hollow pile can have, particularly at the upper open end, are a thread for screwing, a flange, such as a flange bearing, a union nut and/or a flange.
  • the hollow pile can, for example, have a flange at the upper end to which the component is screwed using a union sleeve.
  • the hollow pile and structural element can also be connected using separate fastening elements, e.g. using pipe couplings or loose flanges.
  • the hollow pile can be provided with a fire protection coating. It is particularly possible to provide those parts of the hollow pile that are above ground with a fire protection coating. In particular, above-ground parts of the hollow pile and/or fastening means at the upper open end of the hollow pile can be provided with a fire protection coating. Fire protection coatings can be common state-of-the-art fire protection coatings.
  • the invention also relates to the use of a hollow pile as an anchor element for anchoring a structural element in a ground using artificial roots, the hollow pile having a lower closed end and an upper open end and being provided with a plurality of openings in the hollow pile wall.
  • the use according to the invention preferably includes the assembly of the component to the anchor element, the component preferably being a component of a building, a mast or a post.
  • the component preferably being a component of a building, a mast or a post.
  • the structural element for example as a post or pile.
  • the invention further relates to an anchor with artificial roots, which is obtainable according to the method according to the invention as described above.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of an example of a hollow pile for use in the method according to the invention.
  • the hollow pile 1 has an upper open end 2 and a lower closed end 3.
  • the hollow pile tapers towards the lower closed end.
  • the hollow pile 1 is, for example, made of copper, steel, aluminum or plastic, such as carbon fiber reinforced plastic (CFRP) or any other suitable material.
  • the hollow pile 1 has openings 4, 5, 6 with different diameters. In this embodiment, the openings 4, 5, 6 are only arranged in a lower section of the hollow pile.
  • Example dimensions of the hollow pile 1 can be as follows depending on the intended use:
  • the shape of the openings can be, for example, circular, star-shaped and/or semicircular.
  • the openings 4, 5 and 6 can have the same or different shapes.
  • Length of hollow post about 2 m Diameter of hollow pile: about 5 cm (inner diameter at the top) Openings 4: about 5 to 15 mm Openings 5: about 0.5 to 2 mm Openings 6: about 0.2 to 0.4 mm
  • the shape of the openings can be, for example, circular, star-shaped and/or semicircular.
  • the openings 4, 5 and 6 can have the same or different shapes.
  • the hollow pile can be inserted so that a significant part of the hollow pile protrudes above ground level.
  • the hollow pile can only be inserted into the ground to a depth of 50 cm, so that the part of the hollow pile protruding from the ground has a length of 150 cm.
  • the protruding part can serve directly as a fence post to which the other elements of the garden fence are attached.
  • the openings of the hollow pile wall are arranged in the lower part of the hollow pile, which are located below the ground level after being inserted into the ground.
  • Length of hollow post about 0.5 m Diameter of hollow pile: about 10 to 20 cm (inner diameter at the top) Openings 4: about 10 to 30 mm Openings 5: about 2 to 5 mm Openings 6: about 0.5 to 1.5 mm
  • the hollow pile can be inserted in such a way that a small part of the hollow pile protrudes above ground level.
  • the lamp post can then be attached to the protruding part of the hollow post.
  • hollow piles for example three or five
  • Each of the hollow piles used can have the following dimensions, for example.
  • Length of hollow post about 2 m
  • Diameter of hollow pile about 15 to 25 cm (inner diameter at the top)
  • Openings 4 about 15 to 40 mm
  • Openings 5 about 4 to 8 mm
  • Openings 6 about 1 to 3 mm
  • Fig. 2 shows examples of natural roots as they occur in nature.
  • Fig. 3 shows a schematic arrangement for an example of the method according to the invention.
  • the hollow pile 1 is inserted into the ground, for example by ramming, so that part of the hollow pile protrudes from the ground surface 8.
  • the upper end of the hollow pile 1 is pressure-tightly connected to a supply line for the flowable, hardening material via a coupling 9 made with conventional fasteners.
  • the mixing container 12 components are mixed using a stirring device to form the flowable, hardening material.
  • the flowable, hardening material can be formed, for example, from 2, 3 or more components.
  • a plastic-modified concrete concrete + polymer dispersion
  • a resin can be mixed with a hardener in the mixing container 12 to obtain the flowable, hardening material.
  • Fibers for reinforcement for example carbon fibers, steel wire or aramid fibers, are also preferably added to the components of the flowable, hardening material mixed in the mixing container.
  • a one-component, flowable, hardening material can be used, which hardens, for example, upon contact with atmospheric moisture.
  • An example of such a flowable, hardening material is a polymer-based sealant such as a polyurethane sealant, for example Sikaflex® SF 290 DC pro from Sika für AG.
  • a mixing container 12 is not necessary unless additional components such as reinforcing fibers are to be added, but the flowable, hardening material can be taken directly from a storage container, for example a cartridge or a barrel.
  • the flowable, hardening material contains fibers for reinforcement, for example carbon fibers, steel wire or aramid fibers, which can be added in the mixing container 12.
  • the mixing container 12 may optionally be provided with a heating device in order to heat the components of the flowable, hardening material mixed in the mixing container.
  • the flowable, hardening material produced is then pressed into the hollow pile 1 using a pump 11, for example a concrete pump.
  • a pump 11 for example a concrete pump.
  • the flowable, hardening material can be temporarily stored in a storage container 10.
  • the storage container 10 can optionally be heated.
  • the flowable, hardening material By pressing the flowable, hardening material into the hollow pile 1, the flowable, hardening material is pressed through the openings of the hollow pile 1 (not shown) and penetrates into the ground. In this example, the openings are only in the lower section of the hollow pile 1.
  • the flowable, hardening material that has penetrated into the ground forms after hardening the artificial roots 7.
  • the supply line for the flowable, hardening material is separated from the hollow pile.
  • the cavity of the hollow pile is still partially or completely filled with flowable, hardening material, which also hardens and remains connected to the artificial roots that form.
  • Fig. 4 shows a schematic arrangement for an example of anchoring a component to the as in Fig. 3 manufactured anchor.
  • the anchor made of the hollow pile 1 inserted into the ground and the artificial roots 7 serves to anchor a component 14, which is mounted on the hollow pile via a coupling 13 made with conventional fasteners.
  • the component 14 can be, for example, a building, a sign or a mast.

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Abstract

Die Erfindung beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines Ankers mit künstlichen Wurzeln zur Verankerung eines Bauelements in einem Boden mithilfe mindestens eines Hohlpfahls mit einer Vielzahl von Öffnungen in der Hohlpfahlwandung als Ankerelement, wobei der Hohlpfahl ein unteres geschlossenes Ende und ein oberes offenes Ende aufweist, wobei das Verfahren umfasst a) das Einbringen des Hohlpfahls in den Boden und b) das Einpressen eines fließfähigen, härtenden Materials in den eingebrachten Hohlpfahl durch das obere offene Ende, so dass das fließfähige, härtende Material durch die Öffnungen der Hohlpfahlwandung gedrückt wird und in den Boden eindringt und dort nach Härtung des Materials die künstlichen Wurzeln bildet.

Description

    Technisches Gebiet
  • Die Erfindung betrifft die Verankerung eines Bauelements in Böden mit einem Hohlpfahl als Ankerelement und Verfahren zur Herstellung eines Ankers.
    • Stand der Technik
  • Gründungen bzw. Fundamente stellen die Verbindung zwischen einem Boden und einem darauf aufzustellenden Bauelement her. Bauelemente werden im Allgemeinen mit einem Betonfundament in Böden verankert. Das Betonfundament wird in ein hierzu ausgehobenes Erdloch eingebracht und das Bauelement an dem Fundament angebracht. Diese Arbeiten sind aufwändig und kostenintensiv.
  • Außerdem belastet diese Art der Verankerung die Umwelt stark. So werden große Mengen an Beton verbraucht. Der Beton kann teilweise zusätzlich Armierungen und/oder Betonzusatzmittel enthalten und/oder gegebenenfalls mit einer Beschichtung, z.B. einem Schutzanstrich, versehen sein. Beton weist einen hohen CO2-Fußabdruck auf. Überdies beeinträchtigt die Gründung mit einem Betonfundament die Qualität des Bodens. Wenn die Verankerung nicht mehr benötigt wird, verbleibt das Fundament im Boden oder muss mit hohem Aufwand entfernt werden.
  • Ein anderes, allgemein übliches Verfahren zur Verankerung von Bauelementen sind Pfahlgründungen, bei denen Pfähle in den Baugrund eingebracht werden, an die dann das Bauelement angebracht wird. Pfahlgründungen werden insbesondere dann eingesetzt, wenn Bauelemente auf nicht oder schlecht tragfähige Bodenschichten aufgebaut werden sollen. Mithilfe der Pfähle können die Lasten der Bauelemente in tiefere, tragfähige Bodenschichten abgeleitet werden.
    • Darstellung der Erfindung
  • Die Aufgabe der Erfindung bestand in der Bereitstellung eines Verfahrens zur Verankerung von Bauelementen, welche eine Alternative zur Verankerung insbesondere durch Betonfundamente aber auch durch eingebaute oder eingegrabene Metallkonstruktionen, wie z.B. Schraubenanker, bietet und demgegenüber umweltschonender und nachhaltiger ist. Insbesondere sollte der Materialverbrauch, insbesondere von Beton, reduziert werden, ohne die Tragfähigkeit zu beeinträchtigen.
  • Der Erfinder hat sich dabei von der Natur inspirieren lassen. Pflanzen schlagen Wurzeln, um sich im Boden zu verankern. Die Wurzelstrukturen weisen im Allgemeinen große und feine Wurzeln auf, wobei letztere auch in kleinste Zwischenräume im Boden eindringen können. Die Wurzeln erreichen eine innige Verbindung mit dem umgebenden Boden und bieten so den Pflanzen einen festen Halt.
  • Zur Lösung der vorstehend genannten Aufgabe wurde dieses Prinzip der Natur auf die Verankerung von Bauelementen übertragen, indem zur Verankerung künstliche Wurzeln genutzt werden. Die Lösung stammt somit aus dem Gebiet der Bionik.
  • Dementsprechend betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Ankers mit künstlichen Wurzeln zur Verankerung eines Bauelements in einem Boden mithilfe mindestens eines Hohlpfahls mit einer Vielzahl von Öffnungen in der Hohlpfahlwandung als Ankerelement, wobei der Hohlpfahl ein unteres geschlossenes Ende und ein oberes offenes Ende aufweist, wobei das Verfahren umfasst
    1. a) Einbringen des Hohlpfahls in den Boden und
    2. b) Einpressen eines fließfähigen, härtenden Materials in den eingebrachten Hohlpfahl durch das obere offene Ende, so dass das fließfähige, härtende Material in den Hohlpfahl gefüllt und durch die Öffnungen der Hohlpfahlwandung gedrückt wird und in den Boden eindringt und dort nach Härtung des Materials die künstlichen Wurzeln bildet.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden künstliche Wurzeln im Boden bzw. im Bodenmaterial des Bodens gebildet. Die enge Verzahnung der künstlichen Wurzeln mit dem Bodenmaterial ermöglicht eine feste Verankerung. Auf diese Weise wird im Vergleich zur üblichen Verankerung mit einem Betonfundament eine vergleichbare Belastbarkeit der Verankerung mit einem deutlich geringeren Materialverbrauch erreicht. Das erfindungsgemäße Verfahren ist daher umweltschonender als die Verfahren nach dem Stand der Technik.
  • Das fließfähige, härtende Material zur Bildung der künstlichen Wurzeln, insbesondere der elastischen künstlichen Wurzeln, kann so gewählt werden, dass es kompatibel mit dem Boden ist und den Boden nicht verschmutzt. Umweltbelastende Materialien sollten soweit wie möglich vermieden werden. Zumindest kann die erforderliche Menge dieser Materialien deutlich reduziert werden.
  • Das fließfähige, härtende Material für die künstlichen Wurzeln ist stabil und vorzugsweise elastisch. Es kann an Steinen und anderen Elementen des Bodens anhaften und Bodenmaterial miteinander verkleben oder verbinden, was die Verankerung im Boden verstärkt.
    • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
    • Fig. 1 ist eine schematische Darstellung eines beispielhaften Hohlpfahls zur Verwendung im erfindungsgemäßen Verfahren.
    • Fig. 2 zeigt Beispiele für natürliche Wurzeln von Pflanzen.
    • Fig. 3 zeigt eine schematische Anordnung für ein Beispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung des erfindungsgemäßen Ankers.
    • Fig. 4 zeigt eine schematische Anordnung für ein Beispiel für die Verankerung eines Bauelements an den hergestellten Anker.
    Weg zur Ausführung der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Ankers mit künstlichen Wurzeln zur Verankerung eines Bauelements, beispielsweise ein Turm eines Windrades, in einem Boden mithilfe mindestens eines Hohlpfahls. Es können ein Hohlpfahl oder mehrere Hohlpfähle verwendet werden, an dem oder die nach Bildung des Ankers das Bauelement montiert wird.
  • Der Hohlpfahl kann aus Stahlbeton, Spannbeton, Kunststoff, z.B. carbonfaserverstärkter Kunststoff (CFK), oder Metall, z.B. Kupfer, Aluminium, Gusseisen oder Stahl, sein. Spannbeton ist gewöhnlich ein Beton mit vorgespannter Stahlarmierung. Der Kunststoff kann faserverstärkt sein, insbesondere glasfaserverstärkt. Der Hohlpfahl ist bevorzugt aus Metall, insbesondere Stahl. Der Hohlpfahl kann einteilig oder mehrteilig ausgebildet sein.
  • Der Hohlpfahl ist innen hohl und kann die Form eines Rohres aufweisen, welches gegebenenfalls nach unten verjüngt ist. Der Hohlpfahl kann z.B. einen quadratischen, rechteckigen, vieleckigen, gegliederten oder kreisförmigen Querschnitt aufweisen, wobei in der Regel ein kreisförmiger Querschnitt bevorzugt ist. In einem sich verjüngenden Abschnitt, sofern vorhanden, kann der Querschnitt gegebenenfalls eine andere Geometrie aufweisen.
  • Der Hohlpfahl weist ein unteres geschlossenes Ende und ein oberes offenes Ende auf. Die Ausdrücke "oben" und "unten" beziehen sich dabei auf die Lage des Hohlpfahls, wenn er in den Boden eingebracht wird. In einer bevorzugten Ausführungsform verjüngt sich der Hohlpfahl am unteren Ende. Dies erleichtert die Einbringung des Hohlpfahls in den Boden bei Verfahren wie Rammen, bei denen der Hohlpfahl durch Verdrängung des Bodenmaterials eingebracht wird. Der Hohlpfahl kann gegebenenfalls dafür unten spitz zulaufen bzw. mit einer Spitze versehen sein.
  • Der Hohlpfahl weist eine Vielzahl von Öffnungen in der Hohlpfahlwandung auf. Es handelt sich somit um einen perforierten Hohlpfahl. Die Anzahl der Öffnungen kann in weiten Bereichen variieren und hängt unter anderem von den Abmessungen des Hohlpfahls und dem Durchmesser der Öffnungen ab. Die Anzahl der Öffnungen kann z.B. mindestens 6, bevorzugt mindestens 10, bevorzugter mindestens 25, besonders bevorzugt mindestens 40 oder mindestens 50 betragen. Es gibt keine wirkliche Obergrenze für die Anzahl der Öffnungen. Es können z.B. nicht mehr als 1000 Öffnungen vorhanden sein, es können aber auch deutlich mehr sein.
  • Der Durchmesser der Öffnungen kann gleich oder verschieden sein. In einer bevorzugten Ausführungsform umfassen die Öffnungen in der Hohlpfahlwandung Öffnungen mit einem unterschiedlichen Durchmesser. Es können z.B. Öffnungen mit zwei, drei oder mehr unterschiedlichen Durchmessern vorhanden sein. Auf diese Weise können künstliche Wurzeln mit unterschiedlichen Durchmessern gebildet werden, was die Struktur natürlicher Wurzeln widerspiegelt. In der Regel kann es diesbezüglich zweckmäßig sein, dass die Zahl der Öffnungen mit einem kleineren Durchmesser größer ist als die Zahl der Öffnungen mit dem nächst größeren Durchmesser. Die Zahl kann aber auch gleich sein.
  • Die Öffnungen können z.B. als einfaches Durchgangsloch ausgebildet sein. In einer bevorzugten Ausführungsform kann zumindest ein Teil der Öffnungen, bevorzugt alle Öffnungen, als Sprühdüsen ausgebildet sein. Es können alle Öffnungen als Sprühdüsen ausgebildet sein oder ein Teil der Öffnungen ist als Sprühdüse ausgebildet und der andere Teil der Öffnungen ist lediglich als Durchgangsloch ausgebildet. Sprühdüsen werden auch als Injektionsdüsen bezeichnet. Der Einsatz von Sprühdüsen ermöglicht es, das fließfähige, härtende Material oder Flüssigkeit bzw. Luft mit einem höheren Druck durch die Öffnungen bzw. Düsen gepresst wird, was ein tieferes Eindringen des Materials in das Bodenmaterial bzw. eine stärkere Spülung mit der Flüssigkeit ermöglicht. Sprühdüsen sind somit insbesondere nutzbar zur Vorspülung, z.B. mit Wasser, um umgebendes Erdreich aufzulockern, und/oder nutzbar zur Erhöhung des Druckes, um die Einbringung des Injektionsmittels, z.B. das fließfähige, härtende Material oder die Flüssigkeit bzw. Luft, in das Bodenmaterial zu erleichtern. Die Sprühdüsen sind besonders nützlich zur Auflockerung fester bzw. kompakter Böden, wie z.B. Lehm.
  • Die Verteilung der Öffnungen in der Hohlpfahlwandung ist beliebig. In der Regel sind die Öffnungen um den Umfang des Hohlpfahls herum verteilt. Die Verteilung der Öffnungen auf der Hohlpfahlwandung kann eine regelmäßige oder unregelmäßige Anordnung sein. Bei Vorliegen von Öffnungen mit unterschiedlichem Durchmesser ist es in der Regel bevorzugt, dass diese gemischt verteilt werden. Beispielsweise können Öffnungen mit kleinerem Durchmesser zwischen den Öffnungen mit großem Durchmesser angeordnet werden. Auf diese Weise entstehen Teilbereiche, auf denen sowohl Öffnungen mit kleinerem Durchmesser als auch Öffnungen mit größeren Durchmesser vorliegen.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Öffnungen in der Hohlpfahlwandung in einem unteren Abschnitt des Hohlpfahls angeordnet, wobei der Abstand des unteren Abschnitts zum oberen Ende des Hohlpfahls bevorzugt mindestens ein Fünftel, mehr bevorzugt mindestens die Hälfte der Länge des Hohlpfahls beträgt. Auf diese Weise ist z.B. ein oberer Abschnitt, der mindestens 20%, bevorzugt mindestens 50% oder mindestens 70% der Länge des Hohlpfahls ausmacht, frei oder im Wesentlichen frei von Öffnungen. Die Öffnungen sind dann alle bzw. im Wesentlichen alle im darunterliegenden Abschnitt des Hohlpfahls angeordnet. Dies kann z.B. vorteilhaft sein, um eine bessere Stabilität zu erreichen und/oder die künstlichen Wurzeln nur in tieferen Bodenschichten zu bilden.
  • Es versteht sich, dass Abschnitte des Hohlpfahls mit Öffnungen und Abschnitte des Hohlpfahls ohne Öffnungen sich auch abwechseln können. Die Lage der Öffnungen kann z.B. daran angepasst werden, welche Bodenschichten im konkreten Fall für die Bildung von künstlichen Wurzeln besonders geeignet sind.
  • Die Abmessungen des Hohlpfahls und der Öffnungen können je nach gewünschter Anwendung in großem Umfang variieren.
  • Die Länge des Hohlpfahls kann in weiten Bereichen variieren. Insbesondere wird die Länge des Hohlpfahls je nach zu verankerndem Bauelement oder dem damit verbundenen Bauwerk und je nach Untergrund angepasst. So kann die Länge des Hohlpfahles z.B. im Bereich von 10 cm bis 15 m, bevorzugt 20 cm bis 10 m, bevorzugter 50 cm bis 5 m, liegen. Der Hohlpfahl kann gegebenenfalls aus mehreren Teilstücken bestehen, die beim Einsatz miteinander verbunden werden. Auf diese Weise lassen sich auch noch größere Längen realisieren.
  • Der Durchmesser des Hohlpfahls kann in weiten Bereichen variieren. Insbesondere wird der Durchmesser des Hohlpfahls je nach zu verankerndem Bauelement oder dem damit verbundenen Bauwerk und je nach Untergrund angepasst. So kann der Durchmesser des Hohlpfahles z.B. im Bereich von 3 cm bis 3 m, bevorzugt 5 cm bis 50 cm, bevorzugter 5 cm bis 30 cm, liegen. Der Durchmesser bezieht sich hier auf den Innendurchmesser am oberen Ende des Hohlpfahls.
  • Die Öffnungen können z.B. einen Durchmesser von 0,1 mm bis 10 cm oder 0,5 mm bis 10 cm, bevorzugt von 1 mm bis 3 cm, bevorzugter 3 mm bis 2 cm, aufweisen. Wie gesagt können Öffnungen mit zwei, drei, vier oder mehr unterschiedlichen Durchmessern, z.B. in den vorstehend genannten Bereichen vorhanden sein. Wenn die Öffnung als Sprühdüse ausgebildet ist, bezieht sich der Durchmesser auf den Durchmesser am Ausgang der Düse. Wenn die Öffnungen als Düse ausgebildet sind, so können sie insbesondere einen Durchmesser von 0.1 mm bis 10 cm, bevorzugt 0.2 mm bis 10 mm, mehr bevorzugt 0.5 mm bis 5 mm, aufweisen.
  • Die Form der Öffnungen kann rund bzw. kreisförmig, oval, mehreckig, z.B. dreieckig oder viereckig, sternförmig oder jede andere regelmäßige oder unregelmäßige Form sein. Die Öffnungen können gleiche Formen aufweisen oder die Öffnungen können Öffnungen mit unterschiedlichen Formen umfassen.
  • Die Vielzahl von Öffnungen können Öffnungen mit unterschiedlichen Durchmessern und/oder unterschiedlichen Formen, bevorzugt unterschiedlichen Durchmessern und unterschiedlichen Formen, umfassen, wie vorstehend beschrieben.
  • Im Folgenden wird das Verfahren anhand des Einsatzes eines Hohlpfahls erläutert. Es versteht sich, dass bei Einsatz mehrerer Hohlpfähle das Verfahren für alle Hohlpfähle durchgeführt wird, wobei die Hohlpfähle in geeigneter Weise im Boden angeordnet werden und das gegebenenfalls zu montierende Bauelement an alle Hohlpfähle montiert wird.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst gemäß Schritt a) das Einbringen des Hohlpfahls in den Boden. Der Hohlpfahl wird in der Regel senkrecht in den Boden eingebracht. Der Hohlpfahl kann aber je nach Anwendungszweck auch in einem geneigten Winkel eingebracht werden.
  • Der Boden kann jeder beliebige Boden sein. Es handelt sich insbesondere um einen geologischen bzw. natürlichen Boden bzw. Untergrund. Es kann z.B. ein Oberboden bzw. Mutterboden, ein bindiger Boden, ein nicht bindiger Boden, Fels oder eine Kombination davon sein. Es versteht sich, dass der Boden aus Schichten aus unterschiedlichen Bodenformationen bestehen kann.
  • Böden bzw. Bodenschichten werden im Allgemeinen in verschiedene Bodenklassen eingeteilt. Die Norm DIN 18300 enthält z.B. folgende Einstufungen: Bodenklasse 1: Oberboden, Bodenklasse 2: Fließende Bodenarten, Bodenklasse 3: Leicht lösbare Bodenarten, Bodenklasse 4: Mittelschwer lösbare Bodenarten, Bodenklasse 5: Schwer lösbare Bodenarten, Bodenklasse 6: Leicht lösbarer Fels und vergleichbare Bodenarten, Bodenklasse 7: Schwer lösbarer Fels.
  • Ein besonders geeigneter Boden, in den die künstlichen Wurzeln eingebracht werden sollen, ist ein lockerer Boden, insbesondere ein sandiger Boden oder Sand.
  • Bei kompakten und/oder harten Böden bzw. Bodenschichten, wie z.B. Fels, Granit oder Basalt, in die die künstlichen Wurzeln eingebracht werden sollen, kann es gegebenenfalls erforderlich sein, den Hohlpfahl mittels eines Bohrverfahrens in den Boden einzubringen.
  • Das Einbringen des Hohlpfahls in den Boden kann durch jedes übliche Verfahren durchgeführt werden, z.B. durch ein Verdrängungsverfahren oder eine Bohrverfahren. Beispiele für solche Verfahren sind Rütteln, Bohren, Rammen, Pressen oder Greifen. Die dafür geeigneten Vorrichtungen, wie Rammvorrichtungen und Bohrgeräte, und Maßnahmen sind dem Fachmann bekannt. Als Rammvorrichtungen können z.B. übliche Rammbären, wie Freifallbären und Explosionsbären, oder automatische Schnellschlaghämmer eingesetzt werden. Es ist genauso möglich, den Hohlpfahl manuell einzubringen, z.B. Einrammen mithilfe eines Hammers.
  • Im Allgemeinen ist es bevorzugt, dass der Hohlpfahl durch ein Verdrängungsverfahren in den Boden eingebracht wird. Bei Verdrängungsverfahren wird der Hohlpfahl durch Krafteinwirkung unter Verdrängung des Bodenmaterials in den Boden eingebracht. Bohrverfahren sind aber ebenfalls geeignet. Bei Bohrverfahren wird zunächst ein Bohrloch in den Boden gebohrt und der Hohlpfahl in das Bohrloch eingesetzt. Das Bohrloch, in das der Hohlpfahl eingebracht werden soll, kann mit den üblichen Vorrichtungen erstellt werden. Zweckmäßigerweise wird das Bohrloch so ausgelegt, dass der in das Bohrloch einsetzte Hohlpfahl bündig mit dem umgebenden Boden angeordnet werden kann.
  • Der eingebrachte Hohlpfahl sollte insbesondere in Kontakt mit dem umgebenden Boden sein. Nach Einbringung kann sich das obere Ende des Hohlpfahls ungefähr in Höhe der Oberfläche des Bodens befinden. Gegebenenfalls kann es sich auch ein Stück unterhalb der Bodenoberfläche befinden. Es ist aber bevorzugt, dass das obere Ende des Hohlpfahls nach Einbringung des Hohlpfahls in den Boden über der Oberfläche des Bodens heraussteht, d.h. das obere Ende des Hohlpfahls befindet sich über dem Bodenoberflächenniveau. Dies ist vorteilhaft, da dies das Anbringen von Zufuhrleitungen für fließfähiges, härtendes Material oder die später zu erfolgenden Anbringung des Bauelements an den Hohlpfahl vereinfacht. Der herausstehende Teil des Hohlpfahls kann auch selbst als Bauelement dienen.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst ferner gemäß Schritt b) das Einpressen eines fließfähigen, härtenden Materials in den in den Boden eingebrachten Hohlpfahl durch das obere offene Ende, so dass das fließfähige, härtende Material in den Hohlpfahl gefüllt und durch die Öffnungen der Hohlpfahlwandung gedrückt wird und in den Boden eindringt und dort nach Härtung des Materials die künstlichen Wurzeln bildet. Das fließfähige, härtende Material kann auch als Injektionsmittel bezeichnet werden.
  • Das fließfähige, härtende Material bzw. Injektionsmittel soll bevorzugt die Erfordernisse der Norm EN 1504-5:2013 erfüllen, insbesondere für die dort genannten Systeme F, P und H.
  • Die mit dem erfindungsgemäß hergestellten Anker erhaltenen Verankerungen sollen bevorzugt die Erfordernisse des Eurocode 7 erfüllen.
  • Das fließfähige, härtende Material ist beim Einpressen fließfähig, härtet aber nach einer gewissen Zeit aus, so dass es sich verfestigt, wenn es in den Boden eingedrungen ist. Das Material kann ein anorganisches oder ein organisches Bindemittel enthalten. Gegebenenfalls kann auch ein Härter bzw. Vernetzungsmittel enthalten sein. Das fließfähige, härtende Material kann gegebenenfalls eine Flüssigkeit, insbesondere Wasser, enthalten.
  • Das fließfähige, härtende Material enthält bevorzugt ein hydraulisches Bindemittel, insbesondere Zement, und/oder ein organisches Polymer, welches bevorzugt vernetzbar ist, z.B. mittels Luftfeuchtigkeit oder eines Härters.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform ist das fließfähige, härtende Material ein Mörtel, ein Beton, ein kunststoffvergüteter Mörtel, ein kunststoffvergüteter Beton, eine Polymerdispersion, ein Harz, insbesondere ein Gießharz oder ein Injektionsharz, oder ein Dichtstoff auf Polymerbasis. Das fließfähige, härtende Material ist besonders bevorzugt ein kunststoffvergüteter Mörtel, ein kunststoffvergüteter Beton, ein Polyurethan-Dichtstoff oder ein Polyurethan-Harz. Bei dem fließfähigen, härtenden Material bzw. Injektionsmittel handelt es sich insbesondere um zementöse Vergussmassen, Injektionsmittel auf Basis (Meth)acrylat, Polyurethan, Polyepoxid oder Polyester. Es sind einkomponentige (1K) und zweikomponentige (2K) Systeme denkbar. Solche Materialien sind im Handel erhältlich.
  • Der Mörtel und der Beton basieren bevorzugt auf Zement. Kunststoffvergüteter Mörtel und kunststoffvergüteter Beton sind Hybridsysteme, die neben einem hydraulischen Bindemittel, insbesondere Zement, einen Kunststoff enthalten, bevorzugt in Form einer wässrigen Kunststoffdispersion. Mörtel und Beton schließt auch Zement-Grouts, insbesondere kunststoffvergütete Zement-Grouts, ein. Der Kunststoff kann z.B. Methylvinylalkohol, Methylcellulose, natürliches oder synthetisches Gummi, Harz, wie Epoxidharz, Polyester Polyurethan oder Poly(meth)acrylat sein.
  • Es versteht sich, dass die ein hydraulisches Bindemittel enthaltenden Materialien vor dem Einpressen mit Wasser angemischt werden, um das fließfähige, härtende Material zu erhalten.
  • Das fließfähige, härtende Material, enthaltend ein Polymer, insbesondere ein organisches Polymer, kann ein ein- oder zweikomponentiges System sein bzw. daraus gebildet werden. Bei zweikomponentigen Systemen werden die beiden Komponenten miteinander vermischt, um das fließfähige, härtende Material zu bilden. Durch die Mischung werden chemische Reaktionen gestartet, z.B. zwischen Polymer und Härter, die zur Vernetzung bzw. Verfestigung des Materials führen. Bei einkomponentigen Systemen werden chemische Reaktionen in der Regel nach Austritt aus dem Lagerbehälter durch Kontakt mit der Luftfeuchtigkeit initiiert, die zur Vernetzung bzw. Verfestigung führen.
  • Dichtstoffe auf Polymerbasis sind im allgemeinen pastöse Materialien. Das in dem Dichtstoff enthaltene Polymer kann z.B. Silicon, Polyurethan oder ein silanmodifiziertes Polymer (SMP) sein. Ein zweckmäßiger Dichtstoff ist ein Polyurethan-Dichtstoff.
  • Das Harz ist insbesondere ein Kunstharz. Das Harz bzw. Kunstharz ist bevorzugt ein Gießharz oder ein Injektionsharz. Beispiele für die in Polymerdispersionen und Harzen enthaltenen Polymere sind Polyester, (Meth)acrylat, Polyurethan, Epoxide und Silicone. Gut geeignet sind Polyurethanharze.
  • Zweckmäßige Beispiele für das fließfähige, härtende Material sind insbesondere Polyurethanharze, Polyurethan-Dichtstoffe, Acrylatmassen und auch polymervergütete Zement-Grouts.
  • Das fließfähige, härtende Material kann Zusätze enthalten, z.B. Füllstoffe oder Fasern.
  • In einer besonders bevorzugten Ausführungsform enthält das fließfähige, härtende Material Fasern zur Armierung. Diese Armierungsfasern weisen vorzugsweise solche Abmessungen auf, dass sie zusammen mit dem fließfähigen, härtenden Material durch die Öffnungen gepresst werden können. Auf diese Weise können die Armierungsfasern die gebildeten künstlichen Wurzeln verstärken. In einer vorteilhaften Ausführungsform können die Armierungsfasern elektrisch leitfähige Armierungsfasern sein.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform können die Armierungsfasern zur Kontrolle bzw. Überwachung der installierten Verankerung dienen. Wenn beispielsweise elektrisch leitfähige Armierungsfasern als Armierungsfasern genutzt werden, kann über eine durchfliessende Stromstärke die Ausbildung und/oder Unversehrtheit der Wurzeln überwacht werden.
  • Die Fasern zur Armierung sind z.B. ausgewählt aus Aramid-Fasern, z.B. Kevlar-Fasern, Nylon-Fasern, Carbonfasern, Drahtfasern, Metallfasern. Stahlfasern, Kunststofffasern, z.B. Polyolefinfasern, wie Polyethylenfasern und Polypropylenfasern, Glasfasern oder Kombinationen davon. Drahtfasern können auch Drahtstücke bzw. kurze Drähte sein. Drahtfasern sind ebenfalls bevorzugt aus Stahl.
  • Die Fasern zur Armierung können z.B. eine Länge im Bereich von 0,1 mm bis 150 mm, bevorzugt 2 bis 80 mm, haben. Es können auch Mischungen von Fasern unterschiedlicher Länge eingesetzt werden. Die Fasern können z.B. Kurzfasern mit einer Länge von etwa 0,1 bis 1 mm und/oder Langfasern mit einer Länge von etwa 1 bis 150 mm sein.
  • Wie gesagt, sollen die Abmessungen der Armierungsfasern vorzugsweise so gewählt werden, dass sie durch die Öffnungen des Hohlpfahls passen und zusammen mit dem fließfähigen, härtenden Material aus den Öffnungen gedrückt werden können und damit auch in den gebildeten künstlichen Wurzeln enthalten sind. Insbesondere sollen die Abmessungen der Armierungsfasern so gewählt werden, dass eine Blockierung der Öffnungen vermieden wird.
  • Der Anteil an Fasern zur Armierung in dem fließfähigen, härtenden Material, bezogen auf das Gesamttrockengewicht des fließfähigen, härtenden Materials kann z.B. im Bereich von 0,01 bis 5 Gew.-%, bevorzugt 0,03 bis 2,5 Gew.-%, bevorzugter 0,05 bis 1 Gew.-%, liegen.
  • Idealerweise haben die Fasern zur Armierung einen ähnlichen oder gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten wie das Material bzw. Matrixmaterial der künstlichen Wurzeln. Das Material der künstlichen Wurzeln wird wie gesagt durch die Härtung des fließfähigen, härtenden Materials erhalten, in dem die Armierungsfasern eingebettet sein können. Beispielweise wären bei Einsatz von Beton als Material der künstlichen Wurzeln der Einsatz von Armierungsfasern aus Stahl vorteilhaft, da Beton und Stahl einen ähnlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen.
  • Das fließfähige, härtende Material kann z.B. in Form einer Paste vorliegen, was auch breiförmige Materialien einschließt. Das fließfähige, härtende Material ist vorzugsweise pastös.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform ist das fließfähige, härtende Material nach der Härtung ein elastisches Material. Die gebildeten künstlichen Wurzeln sind dann elastisch bzw. aus einem elastischen Material gebildet. Das gehärtete Material kann z.B. ein Elastomermaterial sein. Elastische Materialien können insbesondere erhalten werden, wenn als fließfähiges, härtendes Material ein kunststoffvergüteter Mörtel oder Beton oder ein auf organische Polymere basierendes Material eingesetzt werden. Das fließfähige, härtende Material kann nach der Härtung auch ein festes plastisches oder starres Material sein. Die gebildeten künstlichen Wurzeln haben dann plastischen oder starren Charakter bzw. sind aus einem plastischen oder starren Material gebildet.
  • Das fließfähige, härtende Material wird durch das obere offene Ende des in den Boden eingebrachten Hohlpfahls eingepresst. Hierfür kann das fließfähige, härtende Material zunächst in den Hohlpfahl eingefüllt werden und anschließend wird das eingefüllte Material über das obere offene Ende unter Druck gesetzt. Beispielsweise kann das in den Hohlpfahl eingefüllte Material mit einem Stempel, der in das obere Ende eingeführt und dann heruntergedrückt wird, eingepresst werden. Das in den Hohlpfahl eingefüllte Material kann z.B. auch mit einem Spiralbohrer eingepresst werden, indem der Spriralbohrer in das obere Ende des Hohlpfahls eingeführt, heruntergedrückt und dabei in die Drehrichtung gedreht wird, um das eingefüllte Material einzupressen. Der Stempel oder der Spiralbohrer wird dann aus dem Hohlpfahl herausgezogen. Das Einpressen wird insbesondere so ausgeführt, dass nicht das gesamte fließfähige, härtende Material aus den Öffnungen gedrückt wird, sondern ein Teil im Hohlraum des Hohlpfahls verbleibt. Gegebenenfalls kann hierfür nach dem Einpressen des Materials weiteres fließfähiges, härtendes Material in den Hohlpfahl nachgefüllt werden. Der Vorgang des Einfüllens des Materials und unter Druck setzen kann gegebenenfalls mehrfach wiederholt werden.
  • Das fließfähige, härtende Material wird bevorzugt mittels einer Pumpe kontinuierlich über das offene Ende des eingebrachten Hohlpfahls eingepresst. Als Pumpe eignen sich z.B. Schraubenpumpen, Mörtelpumpen oder Betonpumpen. Die Zufuhrleitung für das fließfähige, härtende Material wird dabei mit dem oberen offenen Ende des Hohlpfahl verbunden, insbesondere druckfest verbunden. Auch das Einpressen mittels Pumpe wird bevorzugt so ausgeführt, dass nicht das gesamte fließfähige, härtende Material aus den Öffnungen gedrückt wird, sondern ein Teil im Hohlraum des Hohlpfahls verbleibt. Unabhängig von der Art des Einpressens soll nach dem Einpressen ein Teil des fließfähigen, härtenden Materials in dem Hohlpfahl verbleiben oder darin nachgefüllt werden.
  • Der eingesetzte Druck für das Einpressen des fließfähigen, härtenden Materials kann im Hinblick auf die Art und Konsistenz des Materials und die vorhandenen Bodenverhältnisse eingestellt werden.
  • Durch das Einpressen des fließfähigen, härtenden Materials wird das fließfähige, härtende Material durch die Öffnungen in der Hohlpfahlwandung gedrückt wird und dringt in den Boden ein. Es ist bevorzugt, dass das Material möglichst weit in den Bodenbereich eindringt, z.B. zumindest an einigen oder an allen Stellen mindestens 5 cm, bevorzugt mindestens 15 cm, bevorzugter mindestens 30 cm und besonders bevorzugt mindestens 1 m. Es versteht sich, dass die Tiefe des Eindringens je nach Bodenbeschaffenheit und Öffnungsdurchmesser nicht bei allen Öffnungen gleich ist.
  • Das durch die Öffnungen gedrückte und in den Boden eingedrungene Material härtet dann unter Bildung der künstlichen Wurzeln in dem Bodenmaterial aus. Es ist bevorzugt, dass die künstlichen Wurzeln Fasern zur Armierung wie vorstehend erwähnt aufweisen. Wie bereits erwähnt sind die künstlichen Wurzeln bevorzugt aus einem elastischen Material oder einer Elastomerzusammensetzung.
  • In diesem Zusammenhang ist darauf hinzuweisen, dass die gebildeten künstlichen Wurzeln nicht unbedingt die ideale Form von natürlichen Wurzeln aufweisen müssen. Es reicht aus, wenn die künstlichen Wurzeln eine analoge Funktion erfüllen, d.h. eine Verankerung im Boden durch Eindringen in den Boden und Verbindung mit dem umgebenden Bodenmaterial, z.B. durch Anhaften und/oder Verkleben der künstlichen Wurzeln an bzw. mit dem Bodenmaterial, z.B. an Steinen, vorhandenen natürlichen Wurzeln, Geröll oder Fels im Bodenmaterial.
  • Nach Beendigung des Einpressens des fließfähigen, härtenden Materials in den Hohlpfahl verbleibt ein Teil des fließfähigen, härtenden Materials im Hohlraum des Hohlpfahls. Der Hohlraum kann nach Beendigung teilweise, z.B. zu mindestens 25%, bevorzugt mindestens 50%, bevorzugter mindestens 75%, des Hohlraumvolumens des Hohlpfahls, oder vollständig mit dem fließfähigen, härtenden Material ausgefüllt sein, dass mit der Zeit darin aushärtet. Über das im Hohlraum des Hohlpfahls gehärtete Material sind die gebildeten künstlichen Wurzeln mit dem Ankerelement verbunden.
  • In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird nach dem Schritt a) und vor dem Schritt b) ein Spülschritt als Zwischenschritt durchgeführt. Dabei wird nach Einbringen des Hohlpfahls in den Boden gemäß Schritt a) und vor dem Einpressen des fließfähigen, härtenden Materials gemäß Schritt b) Luft oder eine Flüssigkeit unter Druck durch das obere offene Ende in den Hohlpfahl eingeleitet und durch die Öffnungen in der Hohlpfahlwandung in den Boden gestrahlt, um den Boden zu spülen. Bei dieser Variante ist es besonders bevorzugt, dass die Öffnungen als Sprühdüsen ausgebildet sind. Auf dieser Weise kann der Druck erhöht werden, was die Spülwirkung verbessert.
  • Der Druck bzw. Spüldruck kann z.B. im Bereich von 10 bis 800 bar liegen. Der Druck kann je nach Anwendungsfall z.B. im Niederdruckbereich (etwa 10 bis 40 bar), im Mitteldruckbereich (etwa 40 bis 250 bar) oder im Hochdruckbereich (etwa 250 bis 800 bar, bevorzugt 250 bis 500 bar) liegen.
  • Die Luft oder die Flüssigkeit kann z.B. mittels einer Pumpe unter Druck in den Hohlpfahl eingeleitet werden. Es versteht sich, dass hierfür die Zufuhrleitung der Luft oder Flüssigkeit druckfest mit dem oberen Ende des Hohlpfahls verbunden wird.
  • Durch die unter Druck eingestrahlte Luft oder Flüssigkeit kann der Boden aufgelockert werden. Es werden so Freiräume im Boden geschaffen, die das Eindringen des fließfähigen, härtenden Materials erleichtert. Dies ist z.B. zweckmäßig bei kompakten, festen oder verdichteten Böden, bindigen Böden, wie Lehm oder Tonböden, oder Felsböden.
  • Als Flüssigkeit kann jede auf dem Gebiet übliche Spülflüssigkeit bzw. Spülhilfe eingesetzt werden. Die Flüssigkeit ist bevorzugt Wasser oder eine wässrige Flüssigkeit. Die Flüssigkeit, insbesondere Wasser, kann Zusätze enthalten, z.B. Bentonit.
  • Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird mittels mindestens eines Hohlpfahls als Ankerelement ein Anker mit künstlichen Wurzeln im Boden hergestellt. Der Anker dient zur Verankerung eines Bauelements im Boden.
  • In einer optionalen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann das Bauelement an den hergestellten Anker montiert werden. Als Bauelement eignen sich alle möglichen Aufbauten. In einer Ausführungsform kann der aus dem Boden herausstehende Teil des Hohlpfahls selbst das Bauelement bilden, z.B. als Pfosten oder Pfahl.
  • Das Bauelement ist z.B. ein Bauteil eines Bauwerks, ein Mast oder ein Pfosten. Konkrete Beispiele sind Bauteile, Masten oder Pfosten für Verkehrszeichen, Strassenschilder, Lampen, z.B. Park- oder Strassenlampen, Zäune, Windräder, insbesondere ein Turm des Windrades, Mole, Wände, z.B. Schallschutzwände, Brücken, z.B. Hängebrücken, Sendetürme oder Sendemasten.
  • Zur Montage des Bauelements an den hergestellten Anker mit künstlichen Wurzeln können die gebräuchlichen Befestigungsverfahren eingesetzt werden. Beispiele sind Einsteckverbindungen, Schraubverbindungen, Flanschverbindungen, Schweißverbindungen oder Kombinationen davon.
  • Wenn das Bauelement zur Montage in den Hohlpfahl eingesteckt wird, ist es sinnvoll, dass das im Hohlraum des Hohlpfahl enthaltene fließfähige, härtende Material noch nicht gehärtet ist, so dass das Bauelement ohne weiteres eingesteckt werden kann. Nach Härtung wird das eingesteckte Bauelement dann durch das gehärtete Material fixiert.
  • Der Hohlpfahl kann Befestigungsmittel aufweisen, um die Montage des Bauelements zu erleichtern, die insbesondere am oberen Ende des Hohlpfahls angebracht sind. Diese Befestigungsmittel können natürlich auch dazu dienen, die Zufuhrleitungen für das fließfähige, härtende Material und/oder die Zufuhrleitungen für Luft oder Flüssigkeit mit dem oberen offenen Ende zu verbinden, insbesondere druckfest zu verbinden.
  • Beispiele für Befestigungsmittel, die der Hohlpfahl insbesondere am oberen offenen Ende aufweisen kann, sind ein Gewinde zum Verschrauben, ein Flansch, wie ein Flanschlager, eine Überwurfmutter und/oder eine Bördel. Der Hohlpfahl kann z.B. am oberen Ende eine Bördel aufweisen, an die das Bauelement mittels einer Überwurfhülse angeschraubt wird. Die Verbindung von Hohlpfahl und Bauelement kann auch mit separaten Befestigungselementen erfolgen, z.B. mittels Rohrkupplungen oder losen Flanschen.
  • Der Hohlpfahl kann mit einer Brandschutzbeschichtung versehen sein. Es ist insbesondere möglich, diejenigen Teile des Hohlpfahles, die überirdisch liegen, mit einer Brandschutzbeschichtung zu versehen. Im speziellen können überirdische Teile des Hohlpfahles und/oder Befestigungsmittel am oberen offenen Ende des Hohlpfahles mit einer Brandschutzbeschichtung versehen sein. Brandschutzbeschichtungen können gängige Brandschutzbeschichtungen des Stands der Technik sein.
  • Die Erfindung betrifft auch die Verwendung eines Hohlpfahls als Ankerelement zur Verankerung eines Bauelements in einem Boden mithilfe künstlicher Wurzeln, wobei der Hohlpfahl ein unteres geschlossenes Ende und ein oberes offenes Ende aufweist und mit einer Vielzahl von Öffnungen in der Hohlpfahlwandung versehen ist.
  • Die erfindungsgemäße Verwendung umfasst bevorzugt die Montage des Bauelements an das Ankerelement, wobei das Bauelement bevorzugt ein Bauteil eines Bauwerks, ein Mast oder ein Pfosten ist. Wie gesagt, kann der aus dem Boden herausstehende Teil des Hohlpfahls selbst das Bauelement bilden, z.B. als Pfosten oder Pfahl.
  • Die vorstehenden Angaben zum erfindungsgemäßen Verfahren und zur Ausbildung des Hohlpfahls gelten analog für die erfindungsgemäße Verwendung, so dass darauf verwiesen wird.
  • Die Erfindung betrifft ferner einen Anker mit künstlichen Wurzeln, der gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wie vorstehend beschrieben erhältlich ist.
  • Im Folgenden werden zur weiteren Erläuterung der Erfindung Ausführungsbeispiele und Zeichnungen beschrieben, die die Erfindung aber in keiner Weise einschränken sollen.
  • Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung für ein Beispiel eines Hohlpfahls zur Verwendung im erfindungsgemäßen Verfahren. Der Hohlpfahl 1 weist ein oberes offenes Ende 2 und ein unteres geschlossenes Ende 3 auf. Der Hohlpfahl verjüngt sich zum unteren geschlossenen Ende hin. Der Hohlpfahl 1 ist z.B. aus Kupfer, Stahl, Aluminium oder Kunststoff, wie carbonfaserverstärkter Kunststoff (CFK) oder einem beliebigen anderen geeigneten Material. Der Hohlpfahl 1 weist Öffnungen 4, 5, 6 mit unterschiedlichen Durchmessern auf. Die Öffnungen 4, 5, 6 sind in dieser Ausführungsform nur in einem unteren Abschnitt des Hohlpfahls angeordnet.
  • Beispielhafte Abmessungen des Hohlpfahls 1 können z.B. je nach Verwendungszweck wie folgt sein:
    Die Form der Öffnungen kann z.B. kreisförmig, sternenförmig und/oder halbkreisförmig sein. Die Öffnungen 4, 5 und 6 können gleiche oder unterschiedliche Formen aufweisen.
    • Beispielhafte Ausführungsform A, z.B. als Anker für einen Gartenzaun
  • Länge Hohlpfahl: etwa 2 m
    Durchmesser Hohlpfahl: etwa 5 cm (Innendurchmesser am oberen Ende)
    Öffnungen 4: etwa 5 bis 15 mm
    Öffnungen 5: etwa 0,5 bis 2 mm
    Öffnungen 6: etwa 0,2 bis 0,4 mm
  • Die Form der Öffnungen kann z.B. kreisförmig, sternenförmig und/oder halbkreisförmig sein. Die Öffnungen 4, 5 und 6 können gleiche oder unterschiedliche Formen aufweisen.
  • Bei dieser Ausführungsform kann der Hohlpfahl so eingebracht werden, dass ein signifikanter Teil des Hohlpfahls über dem Bodenniveau herausragt. Beispielsweise kann der Hohlpfahl nur bis zu einer Tiefe von 50 cm in den Boden eingebracht werden, so dass der aus dem Boden herausragende Teil des Hohlpfahls eine Länge von 150 cm aufweist. Auf diese Weise kann der herausragende Teil direkt als Zaunpfahl dienen, an den die weiteren Elemente des Gartenzauns befestigt werden. Es versteht sich, dass bei dieser Ausführungsform die Öffnungen der Hohlpfahlwandung in dem unteren Teil des Hohlpfahls angeordnet sind, die sich nach dem Einbringen in den Boden unterhalb des Bodenniveaus befinden.
    • Beispielhafte Ausführungsform B, z.B. als Anker für einen Laternenpfahl
  • Länge Hohlpfahl: etwa 0,5 m
    Durchmesser Hohlpfahl: etwa 10 bis 20 cm (Innendurchmesser am oberen Ende)
    Öffnungen 4: etwa 10 bis 30 mm
    Öffnungen 5: etwa 2 bis 5 mm
    Öffnungen 6: etwa 0,5 bis 1,5 mm
  • Bei dieser Ausführungsform kann der Hohlpfahl so eingebracht werden, dass ein geringer Teil des Hohlpfahls über dem Bodenniveau herausragt. Der Laternenpfahl kann dann an dem herausragenden Teil des Hohlpfahls befestigt werden.
    • Beispielhafte Ausführungsform C, z.B. als Anker für einen Windradturm
  • Bei dieser Ausführungsform ist es zweckmäßig mehrere Hohlpfähle, z.B. drei oder fünf, so in den Boden einzubringen, dass sie gemeinsam als Anker für den Windradturm dienen, an den sie befestigt werden. Jeder der eingesetzten Hohlpfähle kann z.B. die folgenden Abmessungen aufweisen.
    Länge Hohlpfahl: etwa 2 m
    Durchmesser Hohlpfahl: etwa 15 bis 25 cm (Innendurchmesser am oberen Ende)
    Öffnungen 4: etwa 15 bis 40 mm
    Öffnungen 5: etwa 4 bis 8 mm
    Öffnungen 6: etwa 1 bis 3 mm
  • Fig. 2 zeigt Beispiele für natürliche Wurzeln, wie sie in der Natur vorkommen.
  • Fig. 3 zeigt eine schematische Anordnung für ein Beispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens. Der Hohlpfahl 1 ist in den Boden eingebracht, z.B. durch Rammen, so dass ein Teil des Hohlpfahls aus der Bodenoberfläche 8 herausragt. Das obere Ende des Hohlpfahls 1 ist über eine mit üblichen Befestigungsmitteln bewerkstelligte Kupplung 9 druckfest mit einer Zufuhrleitung für das fließfähige, härtende Material verbunden.
  • In dem Mischbehälter 12 werden Komponenten mittels einer Rührvorrichtung vermischt, um das fließfähige, härtende Material zu bilden. Das fließfähige, härtende Material kann z.B. aus 2, 3 oder mehr Komponenten gebildet werden. In dem Mischbehälter 12 kann beispielsweise ein kunststoffvergüteter Beton (Beton + Polymerdispersion) mit Wasser vermischt werden, um das fließfähige, härtende Material zu erhalten. Alternativ kann in dem Mischbehälter 12 ein Harz mit einem Härter vermischt werden, um das fließfähige, härtende Material zu erhalten. Zu den in dem Mischbehälter vermischten Komponenten des fließfähigen, härtenden Materials werden auch bevorzugt Fasern zur Armierung zugegeben, z.B. Carbonfasern, Stahldraht oder Aramidfasern.
  • Bei einer weiteren Variante kann ein einkomponentiges fließfähiges, härtendes Material verwendet werden, welches z.B. bei Kontakt mit Luftfeuchtigkeit härtet. Ein Beispiel für ein solches fließfähiges, härtendes Material ist ein Dichtstoff auf Polymerbasis wie ein Polyurethan-Dichtstoff, z.B. Sikaflex® SF 290 DC pro von Sika Schweiz AG. In diesem Fall ist ein Mischbehälter 12 nicht erforderlich, sofern nicht zusätzliche Komponenten wie Armierungsfasern zugegeben werden sollen, sondern das fließfähige, härtende Material kann direkt einem Lagerbehälter, z.B. einer Kartusche oder einem Fass, entnommen werden. Im Allgemeinen ist es aber bevorzugt, dass das fließfähige, härtende Material Fasern zur Armierung, z.B. Carbonfasern, Stahldraht oder Aramidfasern, enthält, die im Mischbehälter 12 zugesetzt werden können.
  • Der Mischbehälter 12 kann gegebenenfalls mit einer Heizvorrichtung versehen sein, um die in dem Mischbehälter vermischten Komponenten des fließfähigen, härtenden Materials zu erwärmen.
  • Das hergestellte fließfähige, härtende Material wird dann mittels einer Pumpe 11, z.B. einer Betonpumpe, in den Hohlpfahl 1 eingepresst. Optional kann das fließfähige, härtende Material in einem Vorratsbehälter 10 temporär zwischengelagert werden. Der Vorratsbehälter 10 kann gegebenenfalls beheizt werden.
  • Durch das Einpressen des fließfähigen, härtenden Materials in den Hohlpfahl 1 wird das fließfähige, härtende Material durch die Öffnungen des Hohlpfahls 1 (nicht dargestellt) gedrückt und dringt in den Boden ein. In diesem Beispiel befinden sich die Öffnungen nur im unteren Abschnitt des Hohlpfahls 1. Das in den Boden eingedrungene fließfähige, härtende Material bildet nach Härtung die künstlichen Wurzeln 7. Nach Beendigung des Einpressens wird die Zufuhrleitung für das fließfähige, härtende Material vom Hohlpfahl getrennt. Der Hohlraum des Hohlpfahls ist noch teilweise oder vollständig mit fließfähigem, härtendem Material gefüllt, das ebenfalls aushärtet und mit den sich bildenden künstlichen Wurzeln verbunden bleibt.
  • Fig. 4 zeigt eine schematische Anordnung für ein Beispiel für die Verankerung eines Bauelements an den wie in Fig. 3 hergestellten Anker. Der Anker aus dem in den Boden eingebrachten Hohlpfahl 1 und den künstlichen Wurzeln 7 dient zur Verankerung eines Bauelements 14, welches über eine mit üblichen Befestigungsmitteln bewerkstelligte Kupplung 13 an den Hohlpfahl montiert wird. Das Bauelement 14 kann z.B. ein Bauwerk, ein Schild oder ein Mast sein.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Hohlpfahl
    2
    oberes offenes Ende des Hohlpfahls
    3
    unteres geschlossenes Ende des Hohlpfahls
    4
    Öffnungen mit größerem Durchmesser
    5
    Öffnungen mit mittlerem Durchmesser
    6
    Öffnungen mit kleinerem Durchmesser
    7
    künstliche Wurzeln
    8
    Bodenoberfläche
    9
    Kupplung Hohlpfahl mit Zufuhrleitung
    10
    Vorratsbehälter für flüssiges, härtendes Material
    11
    Pumpe
    12
    Mischbehälter
    13
    Kupplung Hohlpfahl mit Bauelement
    14
    Bauelement
    M
    Motor Rührvorrichtung

Claims (15)

  1. Verfahren zur Herstellung eines Ankers mit künstlichen Wurzeln zur Verankerung eines Bauelements in einem Boden mithilfe mindestens eines Hohlpfahls mit einer Vielzahl von Öffnungen in der Hohlpfahlwandung als Ankerelement, wobei der Hohlpfahl ein unteres geschlossenes Ende und ein oberes offenes Ende aufweist, wobei das Verfahren umfasst
    a) Einbringen des Hohlpfahls in den Boden und
    b) Einpressen eines fließfähigen, härtenden Materials in den eingebrachten Hohlpfahl durch das obere offene Ende, so dass das fließfähige, härtende Material in den Hohlpfahl gefüllt und durch die Öffnungen der Hohlpfahlwandung gedrückt wird und in den Boden eindringt und dort nach Härtung des Materials die künstlichen Wurzeln bildet.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das fließfähige, härtende Material ein Mörtel, ein Beton, ein kunststoffvergüteter Mörtel, ein kunststoffvergüteter Beton, eine Polymerdispersion, ein Harz, insbesondere ein Gießharz oder ein Injektionsharz, oder ein Dichtstoff auf Polymerbasis ist.
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das fließfähige, härtende Material ein kunststoffvergüteter Mörtel, ein kunststoffvergüteter Beton, ein Polyurethan-Dichtstoff oder ein Polyurethan-Harz ist.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das fließfähige, härtende Material Fasern zur Armierung enthält, bevorzugt ausgewählt aus Aramid-Fasern, z.B. Kevlar-Fasern, Nylon-Fasern, Carbonfasern, Drahtfasern, Metallfasern, insbesondere Stahlfasern, Kunststoffasern, Glasfasern oder Kombinationen davon.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das fließfähige, härtende Material nach der Härtung unter Bildung der künstlichen Wurzeln elastisch, plastisch, oder starr ist.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vielzahl von Öffnungen in der Hohlpfahlwandung aus mindestens 10, bevorzugt mindestens 25 Öffnungen, gebildet ist und/oder die Vielzahl von Öffnungen in der Hohlpfahlwandung Öffnungen mit einem unterschiedlichen Durchmesser und/oder unterschiedlichen Formen umfasst.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest ein Teil der Öffnungen als Sprühdüsen ausgebildet sind.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Hohlpfahl sich am unteren Ende verjüngt.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Öffnungen in der Hohlpfahlwandung in einem unteren Abschnitt des Hohlpfahls angeordnet sind, wobei der Abstand des unteren Abschnitts zum oberen Ende des Hohlpfahls bevorzugt mindestens ein Fünftel, bevorzugt mindestens die Hälfte der Länge des Hohlpfahls beträgt.
  10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei nach Einbringen des Hohlpfahls in den Boden und vor dem Einpressen des fließfähigen, härtenden Materials Luft oder eine Flüssigkeit unter Druck durch das obere offene Ende in den Hohlpfahl eingeleitet und durch die Öffnungen in der Hohlpfahlwandung in den Boden gestrahlt wird, um den Boden zu spülen, wobei die Öffnungen bevorzugt als Sprühdüsen ausgebildet sind.
  11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Hohlpfahl durch ein Verdrängungsverfahren oder ein Bohrverfahren in den Boden eingebracht wird, z.B. durch Rütteln, Bohren, Rammen, Pressen oder Greifen.
  12. Verwendung eines Hohlpfahls als Ankerelement zur Verankerung eines Bauelements in einem Boden mithilfe künstlicher Wurzeln, wobei der Hohlpfahl ein unteres geschlossenes Ende und ein oberes offenes Ende aufweist und mit einer Vielzahl von Öffnungen in der Hohlpfahlwandung versehen ist.
  13. Verwendung nach Anspruch 12, wobei das Bauelement an das Ankerelement montiert wird oder der aus dem Boden herausragende Teil des Hohlpfahls das Bauelement bildet, wobei das Bauelement bevorzugt ein Bauteil eines Bauwerks, ein Mast oder ein Pfosten ist.
  14. Verwendung nach Anspruch 12 oder 13, wobei der Hohlpfahl wie in einem der Ansprüche 6 bis 9 ausgebildet ist oder in einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11 verwendet wird.
  15. Anker mit künstlichen Wurzeln, erhältlich nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11.
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