Untersuchungen zur Zementfiltration während der Herstellung von Verpressankern in nichtbindigen Böden

Erfahrungen haben gezeigt, dass das Aufbringen eines Verpressdrucks bei der Herstellung von Verpressankern in nichtbindigen Böden die Ankertragfähigkeit maßgeblich steigert, über die genauen Vorgänge während des Verpressvorgangs ist allerdings wenig bekannt. Zwar wird die Erhöhung der Tragfähigkeit hauptsächlich auf einen Anstieg der Radialspannungen auf dem Verpresskörper und im umgebenden Boden zurückgeführt, jedoch sind die genauen Zusammenhänge zwischen Höhe des Verpressdrucks, der Verpressdauer und dem Spannungszustand unklar.
Auf Grundlage von Labor- und Feldversuchen sowie numerischen Simulationen wurden die Vorgänge während der Ankerherstellung in nichtbindigen Böden untersucht. Zielsetzung hierbei war es, den Einfluss des Verpressvorgangs auf die auf den Anker wirkenden Radialspannungen zu ermitteln.
In einer Serie von Laborversuchen wurden das Filtrationsverhalten von Zementsuspensionen sowie die Stoffeigenschaften des entstehenden Filterkuchens in Abhängigkeit des Verpressdrucks und des Wassergehalts der Suspension ermittelt. Messungen der Suspensionsdrücke im Bohrloch während und nach der Ankerherstellung gaben Aufschluss über das Filtrationsverhalten in situ und Hinweise darauf, wie sich die Radialspannungen auf den Ankerkörper erhöhen.
Basierend auf den Versuchsergebnissen wurde ein numerisches Modell entwickelt, mit dem der Filtrationsvorgang von Zementsuspension in einer FEM-Analyse simuliert werden kann.

Cement grout filtration during installation of grouted ground anchors in non-cohesive soils
Pressure grouting during installation of grouted ground anchors is known to increase anchor capacity in non-cohesive soils, but little information is available on correlations between applied grouting pressures, duration of grouting, ground conditions and increase of anchor pull-out capacity.
Based on laboratory and in situ tests as well as numerical simulations the processes taking place during installation of grouted ground anchors are investigated for non-cohesive soils. It was aimed to determine the influence of pressure grouting on the stresses on the anchor body and the properties of the adjacent soil. The knowledge of those is considered prerequisite in order to determine the anchors pull-out capacity.
Laboratory experiments are presented, which investigated the filtration process of cement grouts and the properties of the filter cake material, taking into account the influence of grouting pressure and initial water/cement ratio of the grout.
In in situ tests during anchor installation the grout pressure was measured inside the borehole during and after anchor installation. Measurements confirmed a grout filtration inside the grouting length and indicated the increase of radial stresses on the anchor body.
Finally a numerical model is proposed to simulate the filtration process of cement grout in a fully coupled flow-displacement finite element analysis.