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Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Verbindungsteilen zwischen bereits fertigen, vertikalen, in Abstand voneinander im Boden gegossenen zylindrischen, polygonalen od. ähnl. geformten Bauelementen von beliebigem Querschnitt, z. B. Pfählen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Verbindungsteilen zwischen bereits fertigen, vertikalen, in Abstand voneinander im Boden gegossenen zylindrischen, polygonalen od. ähnl. geformten
Bauelementen von beliebigem Querschnitt, z. B. Pfählen, für dichte Abschlüsse, wobei das zwischen je zwei aufeinanderfolgenden Bauelementen befindliche Erdreich mittels eines Bohrwerkzeuges ausgehoben und in den ausgehobenen Raum eine den umgebenden Boden wasserundurchlässig machende flüssige Sub- stanz, z. B.
Bentonit, eingeführt wird. Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur
Durchführung des Verfahrens.
Aus früheren Patentschriften ist ein von Prof. Veder erfundenes Verfahren bekanntgeworden, nach welchem im Untergrund wasserundurchlässige Trennwände hergestellt werden konnten, die aus einer Reihe vertika- ler, aus Beton bestehender Elemente bestanden, welch'letztere durch Ausgiessen vertikaler, aufeinander- folgender Ausnehmungen entstanden, wobei jede Ausnehmung oder Bohrung nach der Herstellung des je- weils vorhergegangenen vertikalen Elementes ausgehoben wurde.
Zur Durchführung dieses Verfahrens verwendete man vorzugsweise ein ebenes, hohles Bohrwerkzeug, durch das hindurch eine undurchdringlich machende Flüssigkeit, etwa Bentonit, in das Bohrloch, dieses erfüllend, eingeführt wurde. Diese Flüssigkeit durchtränkte die Bohrlochwandungen, dichtete diese ab und förderte, falls sie im Kreislauf geführt wurde, das durch die Bohrtätigkeit sich ergebende Abraummate- rial nach oben.
Gemäss einer Ausführungsform hatten die Bohrungen und in der Folge auch die vertikalen Elemente den Querschnitt von sich etwas überschneidenden Kreisen. Um die Arbeit zu beschleunigen und um die
Anzahl der Verbindungsstellen zu vermindern, wurde es nach Möglichkeit vorgezogen, den Ausnehmun- gen oder Bohrlöchern und damit auch den Betonelementen einen länglichen Querschnitt zu geben, wel- cher durch fortschreitende Bewegung des Bohrwerkzeuges entlang der Richtung der Wandung der herzu- stellenden länglichen Ausnehmung während des Bohrens erreicht wurde, wobei die vertikale, stossende Be- wegung des Werkzeuges mit einer langsamen, seitlichen Bewegung vereinigt wurde.
Eine andere Ausfüh- rungsart bestand darin, dass die Erde, die sich zwischen zwei aufeinanderfolgenden Bohrlöchern befand, wobei der Abstand zwischen diesen beiden Löchern grösser war als deren Durchmesser, mittels Greifern oder anderer Werkzeuge ausgehoben wurde.
Die erste Ausführungsdrt eignet sich jedoch nicht zur Herstellung von dichtenden Wänden im Boden, welche nach einem Bogen verlaufen. Die zweite Ausführungsform ist nicht nur in felsigem Boden oder in
Böden heterogener Beschaffenheit, in denen sich grosse erratische Blöcke vorfinden, unanwendbar. son- dern erlaubt auch nicht, die Aubnehmungen mit klei. förniigern Querschnitt auszufüllen, bevor das Terrain zwischen diesen ausgehoben worden ist, u. zw. aus dem Grunde, weil diese Ausführungsart auf die Ver- wendung von Werkzeugen abgestellt ist, welche für Angriffe des Betons ungeeignet sind.
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Weiters ist ein Verfahren zur Herstellung einer wasserdichten Sperrwand bekanntgeworden, bei welchem mehrere Bohrungen im Abstand voneinander ausgeführt und mit langsam abbindendem Beton ausgefüllt wer- den. Hierauf werden zwischen den bereits mit Beton ausgefüllten Bohrungen vor dem Abbinden des Betons wei- tere, sich mit diesen Bohrungen überschneidende Bohrungen ausgeführt, die mit Beton ausgefüllt werden, der sich mit dem noch nicht abgebundenen Beton in den erstgenannten Bohrungen verbindet.
Schliesslich ist ein Verfahren zur AusführungeinerOrtsspundung für Tiefbauten bekanntgeworden, bei welchem die Spundwand aus in geringem Abstand voneinander angeordneten Pfeilern und zwischen diesen liegenden verfestigten Bodenschichten gebildet wird, deren Durchlässigkeit gegenüber den angrenzenden
Bodenschichten zuvor erhöht wurde. Die Erhöhung der Durchlässigkeit der Bodenschichte kann z. B. in der
Weise erreicht werden, dass der zwischen den Pfählen liegende Boden entfernt und an seiner Stelle Boden- arten eingebracht werden, die gegenüber den angrenzenden Bodenschichten eine grössere Durchlässigkeit besitzen. Hierauf wird durch Injektion die Bodenschicht verdichtet.
DasVerfahren nach der Erfindung geht von dem eingangs erwähnten bekannten Verfahren aus und er- möglicht es, dasselbe auch für felsige und heterogene Böden anwendbar zu machen. Ausserdem erlaubt die Erfindung, die Bohrlöcher von kreisförmigem oder vieleckigem Querschnitt mit Beton auszufüllen, be- vor das Material zwischen je zwei aufeinanderfolgenden Bohrlöchern ausgehoben wurde. Ein weiterer Vor- teil des erfindungsgemässen Verfahrens liegt darin, dass die Anzahl der herzustellenden Bohrungen pro
Längeneinheit gegenüber den bekannten Verfahren vermindert, das Abnehmen von Material von den be-' reits gegossenen Elementen auf ein Minimum reduziert und die Oberfläche dieser Elemente, an die die
Verbindungsstücke zwischen diesen Elementen anschliessen, auf ein Optimum gebracht wird.
Schliesslich wird auch das Einbringen allfälliger Bewehrungen in das Verbindungselement erleichtert.
Um dies zu erreichen werden beim Verfahren der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäss die den ausgehobenen Raum abschliessenden Teile der Oberfläche der Bauelemente mittels zusätzlicher, der Wöl- bung dieser Oberfläche angepasster Klingen, die geeignet sind, in diesem Raumeine auflockernde Wir- kung auf das Erdreich zwischen den Bauelementen auszuüben, abgeschabt.
Bei der zur Durchführung dieses Verfahrens dienenden Vorrichtung sind an den Seiten eines einen Teil eines Bohrwerkzeuges bildenden Meissels, der mit Kanälen für die Zufuhr einer wasserdichten Substanz, z. B. Bentonit, in das vom Meissel hergestellte Bohrloch versehen ist, etwa halbringförmige, mit ihrer konvexen Seite dem Meissel zugekehrte Klingen angeordnet, welche an ihrem oberen und unteren Rande
Schneiden aufweisen und zur Vergrösserung des vom Meissel gebildeten Bohrloches sowie zum gleichzei- tigen Abschaben der Oberfläche der beiden das Bohrloch begrenzenden Bauelemente dienen.
Diese Klingen sind dazu bestimmt, während der auf-und abgehenden, stossenden Bewegung des zentralen Meissels die beiden zylindrischen Elemente aus Beton, welche den Raum, in dem sich das Werkzeug bewegt, abschliessen, abzuschaben und hiebei ihrerseits die Bohrung, welche der zentrale Meissel ausnimmt, zu vergrössern. Obwohl dieses Bohrwerkzeug in erster Linie zur Ausführung des erfin- dungsgemässen Verfahrens geeignet ist, hindert dies nicht, dieses Werkzeug auch für andere Zwecke anzuwenden, etwa aus Beton ausgeführte Bauteile untereinander zu verbinden, wie z. B. aneinandergrenzende Caissons, Dammabschnitte u. ähnl. Die Verwendung dieses Werkzeuges bei diesen Arbeiten kann in derselben Art vorgenommen werden wie innerhalb des Rahmens der Erfindung.
Wie schon ausgeführt worden ist, wird das Werkzeug stossend angewendet, wie ein Bohrer der üblichen Art, indem es durch eine geeignete Vorrichtung etwas angehoben und sodann durch sein Eigengewicht herabfallen gelassen wird.
Die sichelförmigen Klingen dieses Werkzeuges können fest angeordnet sein oder aber sie können verstellbar sein, d. h. sie können einander genähert oder voneinander entfernt werden.
Diese Möglichkeit der Veränderbarkeit ihres gegenseitigen Abstandes wirkt sich als sehr günstig aus, um von Zeit zu Zeit den Abstand der Klingen an jenen anzupassen, welchen die bereits gegossenen, zylindrischen Elemente aus Beton voneinander haben und entlang welchen Elementen die Klingen arbeiten, so dass der Abstand dieser Klingen während der Arbeit verändert werden kann, um beispielsweise Unregelmässigkeiten in der Form der gegossenen Elemente, die etwa in Folge von Ungleichmässigkeiten der Bodenbeschaffenheit oder bei der Aushebung der Bohrlöcher oder aus jedem andern vorkommenden Grunde entstanden sind und sich als Beulen od. ähnl. an der Oberfläche dieser Elemente auswirken, ausgleichen zu können.
Diese Veränderung des gegenseitigen Abstandes der sichelförmigen Klingen wird mit Hilfe eines Kolbens ausgeführt, welcher unter der Einwirkung einer Druckflüssigkeit in einem Zylinder verstellbar ist, der sich im-Kopf des Werkzeuges befindet und oberhalb des zentralen Meissels angeordnet ist. Hiebei ist jede der Klingen mittels eines Paares zueinander paralleler Lenker an ein vom Kolben ausgehendes, diesen
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verlängerndes Element angeschlossen, während ein weiteres Paar von zueinander parallelen Lenkern jede dieser Klingen mit dem Körper des Zylinders verbindet, wodurch sich zusammen mit den zuerst genannten Lenkern ein Gelenkviereck ergibt, welches eine veränderbare Seite besitzt, durch deren Veränderung die Distanz zwischen den Klingen und dem zentralen Meissel verändert werden kann.
Der Zylinder ist durch den Kolben in zwei Kammern unterteilt, und je nachdem die Druckflünigkeit, etwa unter Druck stehendes Öl, der einen oder der andern dieser beiden Kammern zugeleitet wird, wobei Flüssigkeit aus der jeweils andern Kammer abgelassen wird, nähern sich die beiden Klingen oder sie entfernen sich voneinander.
Zur Steuerung der Zufuhr der Flüssigkeit zu den Kammern des Zylinders ist eine Steuerungsvorrichtung vorgesehen, die mit entsprechenden Steuerorganen ausgestattet ist. Diese Einrichtung bildet, falls ein Bohrwerkzeug mit verstellbaren Klingen Verwendung findet, im Zusammenhang mit diesem ebenfalls einen Gegenstand der vorliegenden Erfindung.
Diese Steuerungsvorrichtung umfasst ausser einer Motorpumpe und einem Verteilerventil mit einem Handhebel zwei Manometer, die mit den beiden Kammern im Zylinder zur Bewegung der Klingen bzw. mit einem zweiten, mit dem genannten Zylinder identischen Zylinder in Verbindung stehen. Die Kammer dieses Zylinders steht einerseits mit der Kammer des ersten Zylinders in Verbindung und anderseits mit dem Verteiler. Der Kolben dieses zweiten Zylinders der Steuer-und Kontrollvorrichtung trägt aussen einen Zeiger, welcher mit einer Skala zusammenwirkt, die so angeordnet ist, dass der Zeiger, der vor dieser Skala spielt, den gegenseitigen Abstand der Klingen des Bohrwerkzeuges anzeigen kann.
Der Gegenstand der Erfindung ist in den Zeichnungen in verschiedenen Ausführungsformen darge- stellt. Hiebei zeigen Fig. l, 2 und 3 ein Bohrwerkzeug mit feststehenden Klingen, u. zw. in teilweisem
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in Ansicht. Die Fig. 4 und SzeigenmschaubildlicherDajstellungundteilweisemSchnL. tbzw. in Draufsicht das Bohrwerkzeug mit feststehenden Klingen während der Arbeit sowie zwei verschiedene Phasen der Her- stellung der Verbindungsteile zwischen bereits gegossenen Elementen aus Beton. Die Fig. 6 und 7 zeigen in Seitenansicht bzw. im Schnitt ein Bohrwerkzeug mit verstellbaren Klingen, u. zw. mit einander ganz genäherten ("geschlossenen") Klingen.
Die Fig. 8, 9 und 10 zeigen einen vertikalen Schnitt des Bohrwerk- zeuges mit verstellbaren Klingen, u. zw. in der linken Hälfte der Fig. 8 mit ganz ausgespreizten Klingen und in der rechten Hälfte dieser Figur mit ganz eingezogenen Klingen bzw. einen Schnitt nach der Linie IX-IX in Fig. 8 bzw. eine Seitenansicht. In den Fig. 11 und 12 ist das Bohrwerkzeug mit verstellbaren Klingen bei der Arbeit gezeigt, u. zw. schaubildlich von vorne in verschiedenen Ebenen bzw. in der Draufsicht, wobei die einzelnen Elemente und ein Verbindungsstück zu sehen sind. Fig. 13 zeigt die Steuer-und Kontrolleinrichtung für das Bohrwerkzeug mit verstellbaren Klingen.
Beim Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 - 3 trägt das Bohrwerkzeug 1 in seiner Mitte ein Meissel 2, welches nach unten über einen flachen Körper 2'vorragt. Zu beiden Seiten des Meissels 2 sind Durchlässe 3 vorgesehen zur Zuführung von Bentonit in die vom Bohrwerkzeug 1 gebildete Ausnehmung. Die Durch- lässe 3 gehen von einem Kanal 4 aus und endigen etwas oberhalb der Schneide des Meissels. Zu beiden Seiten des Meissels sind die Klingen 5 vorgesehen, die die Form je einer Sichel haben und bei dieser Ausführungsform fest angeordnet sind. Die Klingen sind an seitlichen Platten 6 befestigt, die Schneiden 6' besitzen sowie an zwischenliegenden Traversen 7 mit je einer Schneidkante 7'.
Auf diese Weise ist beim Bohrwerkzeug nach den Fig. 1-3 der Abstand zwischen den Klingen 5 dem Abstand zwischen zwei bereits fertig gegossenen vertikalen Elementen angeglichen und dieses Bohrwerkzeug kann dafür Verwendung finden, die Ausnehmung zwischen je zweier solcher Elemente zur Gänze auszuheben. Vorzugsweise wird diese Ausnehmung, im Falle es sich um das Bohren in sehr festen Böden handelt, nicht mit einem Bohrwerkzeug mit fixen Klingen vollendet. Mit diesem Werkzeug, welches um einiges robuster ist als ein Werkzeug mit verstellbaren Klingen, wird eine Bohrung niedergebracht, welche der Form nach der endgültigen Bohrung gleicht, jedoch etwas kleiner ist als diese. Sodann wird mit Hilfe eines Bohrwerkzeuges mit verstellbaren Klingen der endgültige Querschnitt der Bohrung durch Abschaben der Elemente, die die Bohrung seitlich begrenzen, hergestellt.
Diese Art, die Bohrungen mit Hilfe eines Werkzeuges mit fixen Klingen nach den Fig. l - 3 herzustellen. ist im mittleren Teil der Fig. 4 und 5 gezeigt. Dort ist klar zu erkennen, dass die halbmondförmigen Klingen 5 die zuvor gegossenen Elemente 8 nicht berühren. Die gleichen Figuren zeigen jedoch auch, u. zw. in ihrem linken Abschnitt, ein Verbindungsstück aus Beton,
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einem Bohrwerkzeug mit veränderlichem Abstand der beiden Klingen vorgenommen worden ist, Ein derartiges Werkzeug wird im folgenden beschrieben.
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Bei diesem Bohrwerkzeug 1 (Fig. 6-9) ist in dessen Mitte wieder ein Meissel 2 vorgesehen, zu dessen beiden Seiten sich die Bentonit-Zuleitungen befinden. Diese Zuleitungen umfassen beim Ausführungsbeispiel nach den Fig. 6 und 7 zwei obere Abschlussstücke 11, welche von einem oberen Zufuhrkanal 4 ausgehen, zwei untere Anschlussstücke 11', deren Ausmündungen seitlich gerichtet sind, und zwei Ver- bindungsrohre 12, welche die Anschlussstücke 11 mit den Anschlussstücken 11'verbinden.
Im oben gelegenen. zentralen Kopf des Bohrwerkzeuges und in entsprechender Höhe über dem Meissel 2 ist ein Zylinder 13 angeordnet, welcher mit Öl unter Druck gespeist werden kann. In diesem Zylinder ist ein Kolben 14 gleitend angeordnet, welcher den Zylinder 13 in zwei Kammern 15 und 16 unterteilt (Fig. 8). Die Stange des Kolbens ist aussen mittels einer gelenkigen Verbindung 17 mit zwei Platten 18 verbunden, die einander gegenüberliegen und auf diese Weise eine Verlängerung bilden. Zwischen diesen Platten befindet sich ein Paar zueinander paralleler Lenker 21, die bei 19 an die Platten angelenkt sind sowie ein weiteres Paar von ebenfalls parallelen Lenkern 22, die bei 20 an die Platten angelenkt sind. Die andern Enden dieser Lenker sind bei 23 bzw. 24 mit je einer der mit 25 bzw. 26 bezeichneten sichelförmigen Klingen gelenkig verbunden.
Diese zum Abschaben der Beton-Elemente dienenden Klingen, welche sowohl oben als auch unten Schneiden tragen, sind in gleicher Weise mit dem den Zylinder tragenden Teil des Bohrwerkzeuges verbunden, u. zw. jede Klinge mit einem weiteren Paar von Lenkern, die mit 27 bzw. 28 bezeichnet sind. Auf diese Weise bildet sowohl die Klinge 25 mit ihren Lenkern 21 und 27 als auch die Klinge 26 mit den Lenkern 22 und 28 zusammen mit der aus den Teilen Zylinder 13, Kolben 14 und Platten 18 bestehenden Vereinigung ein Gelenkviereck (Gelenkparallelogramm), von dem eine Seite, die durch die angeführte Vereinigung gebildet ist, in ihrer Länge verändert werden kann, u. zw. dadurch, dass der Kolben 14 seine Stellung innerhalb des Zylinders 13 verändert.
Hiedurch ändert sich aber auch die Lage der andern Parallelogrammseiten und damit die gegenseitige Stellung der Klingen 25 und 26. Die Anordnung ist so getroffen, dass dank dieser Einrichtung, durch die Wirkung des Kolbens 14 eine gegenseitige Entfernung oder Annäherung der Klingen 25 und 26 erreicht werden kann, welche hiebei aber zueinander parallel bleiben, wenn der Kolben sich im Zylinder nach unten oder nach oben bewegt.
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