DE10002314A1

DE10002314A1 - Bohrverfahren und dazugehöriges Arbeitsgerät zum Erstellen von Ortbetonbohrpfählen

Info

Publication number: DE10002314A1
Application number: DE10002314A
Authority: DE
Original assignee: SCHORR CLAUS PETER
Current assignee: SCHORR CLAUS PETER
Priority date: 1999-01-21
Filing date: 2000-01-20
Publication date: 2000-07-27

Description

Die Erfindung betrifft im Bereich des Spezialtiefbaues ein Bohrverfahren und das dazugehörige Arbeitsgerät zur Herstellung von Bohrpfählen.

Es handelt sich um das Optimieren des Herstellvorganges, sowohl des Vorganges Abbohren eines Arbeitsgerätes an sich, als auch des Produktes Bohrung und dessen Eigenschaft während einer laufenden Bohrung. Dies geschieht durch das Messen und Steuern einer zeitlich und örtlich voraus, während des Abbohrvorganges vorhandenen, zusätzlichen Bohrung, der eigentlichen Bohrung voraus, dabei werden jeweils boden- und geräteabhängigen Parameter durch eine zusätzliche gesonderte Innenschnecke, axial angeordnet im Seelrohr einer sog. Endlosschnecke (Außenschnecke), die unabhängig von der Außenschnecke mit Vorschub, Drehmoment und Drehzahl beaufschlagt werden kann, gemessen und, die im Hinblick auf die Eigenschaften der Bohrung der Außenschnecke erforderlichen Bohrparameter, gesteuert ausgeführt. Dabei ist auch besonders in weichen bindigen Böden durch Eingabe von Zugabematerial über die vorgenannte Innenschnecke an den Fuß der Bohrung und Übergabe des zugegebenen Materials an die vorgenannte Außenschnecke ein Optimieren der Mantelreibung beim fertigen Bohrpfahl möglich.

Dem angemeldeten Herstellverfahren ist eigentümlich und wesentlich, daß nach dem Herstellen der Bohrung unmittelbar Frischbeton gegen den anstehenden Boden zugegeben wird und mit keiner sog. Verrohrung der Bohrung gearbeitet wird.

Da das angemeldete Verfahren der Herstellung sog. unverrohrter Schneckenpfähle bzw. dem Endlosschneckenverfahren mittels unterschiedlich ausgebildeter Bohrschnecken am nächsten kommt, wird zur Ausführung des derzeitigen Standes der Technik nur auf die Herstellung von sog. "Unverrohrten Schneckenbohrpfählen" eingegangen:

Die Herstellung der unverrohrten Schneckenbohrpfähle erfolgt im derzeitigen Stand der Technik mittels einer durchlaufenden Bohrschnecke. Hierzu sind an einem Rohr, unterschiedlichen Durchmessers, genannt Seelrohr, durchgehende Wendelflächen geschweißt. Der Außendurchmesser des herzustellenden Bohrpfahles und zugleich der Außendurchmesser der Wendel der Bohrschnecke variiert dabei zwischen ca. d = 400- 1000 mm. Die hierzu verwendeten Bohrschnecken haben einen Außendurchmesser der Wendel in der Größe des zu erzielenden Außendurchmessers des zu erstellenden Bohrpfahles, die Wendelanordnung erfolgt in unterschiedlicher Steigung am Seelrohr, jedoch innerhalb einer Bohrschnecke immer mit der gleichen Steigung. Der Durchmesser dieses Seelrohres ist entscheidend für das mit der Bohrschnecke in den Boden einzudrehenden Volumen. Das Seelrohr ist am Ende (Bohrlochtiefst) mit einer verlorenen Spitze verschlossen oder bleibt offen, dabei ist dann die Anordnung der Austrittsöffnungen für den Frischbeton so gewählt, daß ein Eindringen von Boden in die Austrittsöffnung beim Abbohren der Bohrschnecke nahezu vermieden wird.

Man unterscheidet beim Herstellen von Bohrpfählen im unverrohrten Schnecken bohrverfahren bzw. Endlosschneckenbohrverfahren zwischen folgenden Systemen, ausgehend von der Ausbildung der Bohrschnecken.

Vollverdrängersystem

Schnecken mit großem Seelrohr, (d ca. 400 mm) im Verhältnis zum Pfahldurchmesser, bzw. stehen die Wendelflächen nur wenige Zentimeter über das Seelrohr über. Dabei wird der anstehende Boden im Zuge des Eindrehens der Bohrschnecke nahezu voll verdrängt, also das in den Hoden eingebrachte Volumen der Bohrschnecke wird in den seitlich anstehenden Boden verdrängt. Dabei sind in lockeren und weichen Böden geringere Kräfte als in dicht gelagerten Böden erforderlich. Allgemein sind hierzu jedoch große Kräfte und sehr leistungsfähige Bohrgeräte notwendig.

Teilverdrängung

Der Seelrohrdurchmesser ist geringer als beim Vollverdrängersystem, dies bedeutet eine teilweise Verdrängung des anstehenden Bodens.

Reine Förderung

Das Seelrohr ist auf ein Mindestmaß beschränkt, so daß das einzubringende Volumen der Schnecke ebenfalls gering ist, infolgedessen sind die erforderlichen Drehmomente geringer als bei den vorgenannten Systemen.

Allen Systemen eigentümlich ist, daß die Stützung des anstehenden Bodens über die mit Bohrgut gefüllten durchgehenden Wendel der Bohrschnecke erfolgt, und daß versucht werden muß durch geeignete Wahl von Vorschub und Drehmoment des Bohrgerätes nur wenig Boden zu fördern, um den anstehenden Boden am Rand des entstehenden Bohrpfahles nicht aufzulockern bzw. Boden zu entziehen.

Im Hinblick auf den Bohrfortschritt und den zu erzielenden Zweck der Bohrung (Verdrängungsfähigkeit) ist jedoch allen Systemen eigentümlich, das für die Bohrung nur eine Bohrschnecke mit nur einem Seelrohrdurchmesser verwandt wird. Weiter eigentümlich ist allen mit dem Endlosschneckenbohrverfahren hergestellten Pfählen daß der Durchmesser des Pfahlschaftes nicht wechselt, sondern immer dem Außendurchmesser der Wendel der Bohrschnecke über die gesamte Pfahllänge entspricht.

Zum Herstellvorgang des Bohrpfahles im Verfahren des sog. Unverrohrten Schneckenbohrpfahles bzw. Endlosschneckenverfahren an sich wird nun eine Bohrschnecke von sehr leistungsfähigen Geräten in den Boden eingedreht. Dabei wird zum Teil Boden verdrängt, entsprechend der Verdrängungsfähigkeit des anstehenden Bodens bzw. seiner Lagerungsdichte und dem eingebrachten Volumen der Bohrschnecke. Es wird jedoch auch entsprechend der vorhandenen kontinuierliche Wendelanordnung Boden gefördert, vor allen Dingen in Bereichen in denen keine Verdrängung des eingebrachten Volumens der Bohrschnecke mehr erfolgen kann. Nach Erreichen der Endtiefe wird über das Seelrohr Frischbeton mittels einer am Kopf der Schnecke angeschlossenen Betonpumpe unter Druck eingepumpt, gleichzeitig wird die Bohrschnecke gezogen. Dabei wird der Frischbeton in den kurzzeitig am Fuß der Bohrschnecke entstehenden Hohlraum, unmittelbar gegen das anstehende Erdreich bzw. den Boden, eingepreßt. Durch kontinuierliches Ziehen und Betonieren wie vor beschrieben entsteht der Bohrpfahl. Die Bewehrung wird als fertiger Bewehrungskorb unmittelbar nach dem Betonieren in die Frischbetonsäule des Bohrpfahles eingebracht, oder bei den Vollverdrängersystemen (Seelrohr mit Durchmesser ca. 400 mm) nach dem Abbohrvorgang unmittelbar vor dem Betonieren in das Seelrohr der Bohrschnecke eingestellt.

Die bisher bekannten Verfahren haben den Nachteil, daß starke Geräte mit hohen Drehmomenten zur Verfügung stehen müssen, um die anstehenden Kräfte zu überwinden, insbesonders kann teilweise kein Boden entsprechend des Volumens der Bohrschnecke mehr verdrängt werden, dies führt zu überaus langen Bohrzeiten, da dann das überschüssige Bodenmaterial nur über die Außenwendel der Bohrschnecke gefördert werden kann, bedingt durch die durchgehende Anordnung der Wendel über die gesamte Länge der Bohrschnecke bzw. der Pfahllänge kann kontinuierlich eine Förderung des anstehenden Bodens erfolgen, der über das durch die Schnecke in den Boden eingebrachte Volumen hinausgeht. Es kann somit zu Auflockerungen im anstehenden Boden und der Umgebung des Bohrpfahles kommen, die sich negativ auswirken können.

Dies ist insbesonders dann der Fall, wenn die Bohrschnecke aufgrund höherer Lagerungsdichte des Bodens in zunehmender Tiefe der Bohrung, oder in harten Bodenschichten sich nicht mehr in den anstehenden Boden eindrehen kann, eine Füllung der Wendel aufgrund mangelnden Vorschubes der Schnecke abnimmt und dann zwangsläufig seitlicher Boden von den Schneckenwendeln aufgenommen wird, und durch weiteres Drehen der Schnecke bei gleichzeitig weiter unzureichendem Vortrieb zunehmend gefördert wird. Welchen Vortrieb die Schnecke beim Eindrehen in den anstehenden Boden sowohl im Hinblick auf ein Vermeiden von unzulässiger Förderung als auch zum Erzielen wirtschaftlicher Bohrweise erzielen muß, ist abhängig von den Parametern Lagerungsdichte des Bodens, und damit verbunden seiner Verdrängungseigenschaft, der Konsistenz bei bindigen Böden, der eingebrachten Seelrohrstärke bzw. Volumen der Schnecke, der Steigung der Wendel sowie letztendlich den möglichen aufzubringenden Kräften mittels der eingesetzten Gerätetechnik.

Den bisherigen Systemen der Herstellung von Bohrpfählen mittels Endlos schneckenbohrverfahren eigentümlich ist der Nachteil mit Verwendung der einen Bohrschnecke auf den gesamten Abbohrvorgang fixiert und festgelegt zu sein, gezielte Steuerungen während des Abbohrvorganges sind nur über das Aufbringen der Kräfte Vorschub und Drehmoment auf die eine vorhandene Bohrschnecke möglich. Weitere "Hilfen", insbesonders Messungen gezielter Art, deren Umsetzung bzw. Extrapolation auf den Abbohrvorgang, Schaffen von exakten Voraussetzung für eine optimierte Bohrung zum Abteufen und deren Steuerung sind nicht möglich. Ebenso ist es bisher nicht möglich und bekannt das Verdrängungsvolumen der Bohrschnecke im Hinblick auf ihr eingebrachtes Volumen auf die wechselnden Eigenschaften des Bodens, bei der niederzubringenden Bohrung, gezielt anzupassen. Des weiteren wird bei den bisherigen Herstellverfahren des Endlosschneckenbohrens kein Material in den Boden bzw. in die Bohrung bzw. deren Fuß eingegeben. Ebenso lassen die unterschiedlich erforderlichen Kraftansätze des Bohrgerätes bei den bisherigen Bohrschnecken keine Unterstützung der einzusetzenden Kräfte zu. Dies ist damit begründet, daß zunächst die erforderlichen Parameter zum Niederbringen bzw. Abteufen der Bohrschnecke, wie z. B. Überwinden der Mantelreibung der Bohrschneckenfläche, Aufbringen einer erforderlichen Reißkraft am Beginn der Schnecke bzw. am Schneidzahn der Bohrschnecke, und die unterschiedliche Verdrängungsfähigkeit des Gerätes bzw. des Bodens zunächst nur äußerst begrenzt und global zu messen sind, nicht jedoch unmittelbar am Fuß der Bohrung bzw. zeitlich und örtlich voraus, wie es sinnvoll wäre, auch ist jeweils nur das aufgebrachte Drehmoment und die Vorschubkraft in der Summe zu messen, wie sich die Kräfte jedoch verteilen kann nicht gemessen werden, des weiteren kann nicht steuernd, bzw. nur sehr bedingt über die aufzubringenden Kräfte gerätetechnischer Natur eingegriffen werden kann.

In der Patentschrift DE 196 51 586 A1 wird ein Verfahren und eine Bohrschnecke bekannt, bei der der Durchmesser des Seelrohres innerhalb einer Bohrschnecke entsprechend dem anstehenden Boden abweicht. Wesentlich hier jedoch ist, daß die Bohrschnecke aus einem Stück besteht und lediglich der Teil der Schnecke mit dem variierten Seelrohr lösbar bzw. austauschbar ist. Sollte der Boden im Hinblick auf seine Verdrängungsfähigkeit wechseln so ist eine Steuerung im laufenden Verfahren nicht möglich, auch muß der Boden vor Anwendung der Schnecke im vorbesagten Verfahren der Patentanmeldung DE 196 51 586 A1 festgelegt werden. Auch ist eine Messung und Steuerung während des Vorganges des Abbohrens nicht möglich, da nur das eine Bohrwerkzeug bzw. die eine vorhandene Bohrschnecke gedreht werden kann. Dies kann bedeuten, das bedingt durch den anstehenden Boden ein Eindrehen der Schnecke in den Boden entsprechend der günstigen Geometrie der durchgehenden Wendel verhindert ist, ursächlich hierfür ist, daß der Anfänger der Schnecke und damit die Bohrschnecke an sich aufgrund des harten Bodens nicht weiter in diesen eindringen kann, zum weiteren Bohrfortschritt jedoch immer eine weitere Drehung der Schnecke erforderlich ist, somit auch weiterhin eine Förderung in Bereichen nicht gefüllter Wendel stattfindet.

In der Patentschrift US 3 565 190 wurde ebenfalls die Anordnung von zwei axial ineinander geschobenen Endlosschnecken bekannt. Im Gegensatz zum hiermit angemeldeten Verfahren sind jedoch folgende wesentliche Unterschiede, zu verzeichnen:

Die Innenschnecke ist nicht gesondert axial verfahrbar, bzw. ist kein gesondertes Vorausbohren der Innenschnecke vorgesehen bzw. kann die Innenschnecke nicht vor der Unterkante der Außenschnecke bohren, dies ist auch bei dieser Patentschrift nicht beabsichtigt und möglich, auch eine Messung der Bohrparameter im Hinblick auf aufgebrachte Kräfte und deren Auswirkungen ist nicht enthalten, das Einbringen von Material über die Innenschnecke (in der hier vorliegenden Anmeldung über einen ausdrehenden Lauf der Innenschnecke, bei gänzlicher oder teilweiser Höhenfixierung der vorbesagten Innenschnecke in Bezug zu ihrer Wendelsteigung, oder erhöhte Drehzahl zum analogen Vorschub wendelbezogen) ist ebenfalls nicht enthalten.

In der Patentschrift GB 2 154 630 wurde ebenfalls ein Verfahren zum Erstellen von Bohrpfählen bekannt, auf das kurz eingegangen wird. Dies Verfahren bedeutet jedoch eine Variante des bekannten Doppelkopfbohrverfahrens (Rohr außen mit einem gesonderten Drehantrieb, Innenschnecke (also innerhalb des Rohres mit gesondertem Drehantrieb), da als Besonderheit bzw. wesentlichen Inhalt der vorgenannten Patentschrift "nur" das Außenrohr mit sogenannten Rippen, mit dem Ziel der Verbesserung der Mantelreibung, versehen sind, zudem wird beim Erstellen des Bohrpfahles nicht unmittelbar gegen das Erdreich betoniert, also das klassische Element des Endlosschneckenbohrverfahrens ist nicht vorhanden.

Es galt im Rahmen der Erfindung die oben genannten Nachteile des Verfahrens "Unverrohrte Schneckenbohrpfähle" zu minimieren, insbesonders die in Ansatz zu bringenden Kräfte bzw. für das Verfahren notwendigen Kräfte zu reduzieren, somit höhere Drehzahlen, größere Bohrtiefen bei unverändertem Kräfteansatz, bzw. höhere Kraftreserven und schnellere Abbohrzeiten zu erzielen und gleichzeitig die Förderung des anstehenden Bodens beim Eindrehen der Bohrschnecke zu minimieren bzw. zu reduzieren. Gleichzeitig und wesentlich wird mit der Erfindung im Verfahren unverrohrte Schneckenbohrpfähle eine wesentliche Steuerungskomponente zur Bearbeitung und zur Reaktion des fertigen Bohrpfahles auf den anstehenden Boden durch die Messung und Steuerung der Bohrparameter der Innenschnecke eingeführt, so daß der Zweck der Bohrung im Hinblick auf den Gebrauch des Pfahles und seinen Eigenschaften in Verbindung mit dem anstehenden Boden abgestimmt werden kann, gleichzeitig kann mit der Anordnung der Innenschnecke zusätzliches Material über die Wendel der Innenschnecke bei ausdrehendem Lauf dieser in die Bohrung bzw. an deren Fuß eingegeben werden, so daß z. B. bei weichen Böden mehr Volumen an Material in den Randbereich der eigentlichen Bohrung mit der Außenschnecke verdrängt werden kann als beim konventionellen Bohren mit einer Endlosschnecke bei festgelegtem Volumen dieser Schnecke.

Die Aufgabe wird mittels, sowohl der unabhängigen Anordnung zweier Bohrschnecken gemäß den beantragten Patentansprüchen und Darstellung gemäß beiliegender Zeichnungen, als auch die Steuerung dieser Anordnung und Ausbildung, bedingt durch die Anordnung und die Unabhängigkeit der beiden verwandten Bohrschnecken, bzw. einer zusätzlichen Bohrung in der auszuführenden Schneckenbohrung, wobei im Hinblick auf die Anwendung und das Zusammenspiel der beiden Bohrschnecken verschiedenste Mess- und Steuerungskomponenten in Bezug auf Boden, Steigung der Wendel, Drehzahl, Drehmoment, Vorschubkraft und erzielbarer Vorschub, Vorschubgeschwindigkeit und Voreilmaß der Innenschnecke möglich sind, gelöst. Vorgenanntes gilt ebenfalls für den Fall des Einbringens von Material über die besagte Innensohnecke. Vor allen Dingen über das Voreilmaß der Innenschnecke kann das Ergebnis der eingesetzten Kräfte gesondert für die Innenschnecke, im Bereich des Voreilmaßes, gemessen und die Ergebnisse auf weitere Bohrparameter der Innenschnecke und im Nachlauf auf die Außenschnecke umgesetzt werden.

Dargestellt in Zeichnung 1.1 ist die Anordnung der beiden Bohrschnecken in grundsätzlicher Art und Weise, in Zeichnung 1.2 ein mögliches Zusammenspiel beim Abbohrvorgang im Boden, in Zeichnung 1.2.1 ein ev. notwendiges Einbringen von Material in die Bohrung.

In Zeichnung 1.3 ist die Herstellung des Bohrpfahles bei der Bohrung mit vorauslaufender Innenschnecke und mittels Frischbetonzugabe durch das Seelrohr der Innenschnecke dargestellt.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die Vorrichtung besteht nun darin, daß zwei Bohrschnecken axial ineinandergeschoben verwandt werden, diese können sowohl mit je einem Drehantrieb unabhängig voneinander gedreht werden als auch über unabhängige Vorschubeinrichtung unabhängig mit Vorschubkräften beaufschlagt und verfahren werden.

Es wird die Bohrschnecken eigentümliche Geometrie von durchgehenden Wendeln im Hinblick auf einen zügigen Abbohrvorgang als äußeres Element genutzt, und im Innenbereich dieser äußeren Schnecke, nämlich im Seelrohr, bzw. der Innenraum des Seeirohres der äußeren Bohrschnecke wird durch eine zweite Bohrschnecke genutzt. Wenn nun, wie im hiermit angemeldeten Verfahren beide Schnecken unabhängig voneinander gedreht und mit Vorschubkräften beaufschlagt werden können bzw. in ihrer Längsachse unabhängig voneinander verfahren werden können, so können diese beiden Schnecken sich jeweils in ihren Aufgaben, Abbohrvorgang und Betoniervorgang auf exakte Art und Weise unterstützen. Notwendig hierzu ist eine exakte Messung des Vorganges der Innenschnecke, in der die Ergebnisse beim Abbohrvorgang dieser, nämlich die Parameter Voreilmaß, Drehzahl, Drehmoment und Vorschubkraft und/oder Vorschubgeschwindigkeit in Bezug auf den anstehenden Boden und dessen Eigenschaften, z. B. Lagerungsdichte und Kornzusammensetzung, gewonnen werden, danach die Messergebnisse auf die Bohrparameter der Innenschnecke ev. neu festgelegt, und erneut gemessen werden können. Entsprechend der dann gefundenen und eingestellten Parameter kann es sich z. B. um Förderung eines exakt definierten Volumens, Einbringen eines bestimmten Volumens oder keiner Veränderung mittels Innenschnecke im Bereich vor der eigentlichen Bohrung mit Außenschnecke (A) handeln. In Bezug auf den zeitlichen Verlauf der Bohrung ist entsprechend des Voreilmaßes natürlich von Bedeutung, ob die vor genannten Volumina der Förderung der Innenschnecke gleichzeitig mit der Außenschnecke ablaufen oder ob das vorgenannte Messen, Umsetzen, Schaffen von Voraussetzungen usw. und ggfs. Fördern bzw. Einbringen zeitlich und örtlich voraus vor der eigentlichen Bohrung der Außenschnecke ablaufen.

Zweckmäßigerweise und wirtschaftlicherweise wird man die Innenschnecke bei ausreichend vorhandenem Verdrängungskräften oder bei hartem Boden sozusagen fokussiert meßtechnisch gesteuert voraus "fahren", so daß vor der größeren Außenschnecke eine Zentrierung bzw. eine kleine Bohrung bzw. ein mit bestimmten Eigenschaften versehener Boden entsteht. Die Innenschnecke kann dann entsprechend Vorlauf und Drehzahl ein festgelegtes Maß bzw. Volumen an Boden fördern und so die Voraussetzungen für ein zweckmäßigeres Eindrehen der Außenschnecke geben, dies im Hinblick auf Vorschub entsprechend Wendelsteigung und damit ein Vermeiden bzw. Verringern von negativ sich auswirkender Förderung von Boden über ein zulässiges Maß hinaus, Erleichterung des Bohrfortschrittes durch Eliminierung einer vorhandenen zu großen Lagerungsdichte im Hinblick auf das Volumen der Schnecken und gesteuertem Auffahren von hartem Boden, bzw. führen die gemessenen Parameter der Innenschnecke, und diese sind aufgrund der Anordnung, sehr exakt meßbar, ggfs. zu erneuten Parametern der Innenschnecke oder zu den optimalen Bedingungen für Außenschnecke und Bohrung bzw. die Mantelfläche/Zylinderfläche der Bohrung an sich. Analog gilt dies für das Einbringen von Material.

Entsprechend dem anstehenden Boden und dem Bohrfortschritt wird nun das Verhältnis der beiden Schnecken bezüglich Vorlauf, Drehmoment und. Drehzahl gesteuert, dabei übernimmt die Innenschnecke jeweils die Überprüfung der Soll/Ist-Bohrparameter und schafft die Voraussetzungen durch ein gesondertes Bohren mit ihren eigenen Parametern. Zweckmäßigerweise wird in den harten Bereichen des anstehenden Bodens einer Bohrung die Innenschnecke vorauslaufen, zu Enden der Bohrung wird dieser Vorlauf zurückgefahren, sodaß die beiden Schnecken im Bohrlochtiefst gleich sind, um keine unzulässigen Auflockerungen an der Bohrlochsohle herbeizuführen. Selbstverständlich werden über eine Meßtechnik jeweils die Bohrparameter von Außen- und Innenschnecke gemessen und aufgezeichnet, nach entsprechendem Kalibrieren können die Herstellparameter ausgewertet werden und so mittels Steuerung der beiden Schnecken zu exakten Tragfähigkeitsbeiwerten des Bohrpfahles führen.

Das Erhöhen der Mantelreibung im Hinblick auf die Nutzung des fertigen Bohrpfahles bietet das Verfahren und die Anordnung ebenfalls durch das Einbringen von Material (z. B. Schotter, Beton, Zementsuspension, Bindemittel, ev. vorab aus dem tieferen Verlauf der Bohrung zu Tage gefördertes Material z. B. Kies, u. ä.) über die Innenschnecke (ausdrehender Lauf). Dabei geschieht folgendes: am Fußende der Bohrung wird das über die Innenschnecke eingebrachte Material durch Verdrängung der Innenschnecke an die Außenschnecke übergeben, dabei wird das Material dann durch die Schneidkante aufgenommen und die Wendel der Außenschnecke an den, Rand der Bohrung verbracht und baut dort mit den weiterhin mit Boden gefüllten Wendeln der Außenschnecke eine Verspannung auf, die geeignet sein kann die Mantelreibung des fertig gestellten Bohrpfahles zu erhöhen. Dies Verfahren wird zweckmäßigerweise in weichen Böden angewandt.

Das Betonieren des Bohrpfahles kann dann, bei Erreichen der Endtiefe, analog der bisherigen Verfahren mittels Zugabe von Frischbeton durch das Seelrohr, in diesem Fall das Seelrohr der Innenschnecke und gleichzeitigem Ziehen der beiden Schnecken erfolgen, wobei der Frischbeton in den kurzzeitig entstehenden Hohlraum am Fuß der Bohrschnecken, unter entsprechendem Druck mittels einer Betonpumpe o. ä. Gerät, eingebracht wird. Dabei werden die Schnecken nicht gedreht. Das Einbringen von Bewehrung oder Stahlarmierung erfolgt dann unmittelbar in die Frischbetonsäule des Bohrpfahles. Es ist jedoch auch möglich den Frischbeton über die Wendel der Innenschnecke und entsprechende Drehung der Innenschnecke einzubringen.

Zusammenfassend sind die Vorteile der Bohrschneckengeometrie und der Steuerbarkeit des Eindrehens der zur Pfahlherstellung letztlich im Hinblick auf den Pfahldurchmesser maßgebenden Außenschnecke, in Bezug zum anstehenden Boden jeweils sich ergänzend erreicht. Wesentlich ist, daß das Messen und Steuern des Bohrvorganges der Innenschnecke die Voraussetzungen für den Abbohrvorgang der Außenschnecke erleichtert und steuert, dies ist aufgrund der besonderen Geometrie der Bohrschneckenanordnung von erheblichem Vorteil für das angepaßte Abbohren der Außenschnecke und ein eventuelles Einbringen von Material mit dem Ziel eine zunächst dem Zweck und den Bodenverhältnissen angepaßte Bohrung und letztendlich bei diesem Betonierverfahren unmittelbar gegen das mit dieser gesteuerten Eigenschaft versehene Erdreich sowie im Endzustand des Produktes bzw. Bohrpfahles zu erhalten.

Vorteile der Erfindung

Bei Verwendung des beschriebenen Arbeitsgeräts sind folgende Vorteile zu erzielen:
deutliche Reduzierung der Bohrzeit und Drehmomente im Vergleich zu den konventionell eingesetzten Bohrschnecken, durch mögliche exakte Steuerung der Bohrparameter,
deutliche Reduzierung der einzusetzenden Drehmomente der Drehantriebe bei vergleichbarer Bohrtiefe,
exakte Messung von Bohrparametern einer Vorausbohrung zur Steuerung der eigentlichen Bohrung, Erzielung von gesteuerter Verdrängung des anstehenden Bodens, wobei hierzu genaue Aussagen erst nach Durchführung der notwendigen Großversuche erfolgen können.

Gezielte Zugabe von zusätzlichem Material in die Bohrung bzw. deren Verlauf mit dem Ziel der Steigerung der Erhöhung der Mantelreibung zwischen fertigem Bohrpfahl und Boden.

Darstellung der Erfindung mittels Prinzipskizzen

Zeichnung Nr. 1.1 Ausbildung des Arbeitsgerätes bzw. Anordnung der Bohrschnecken;

Zeichnung Nr. 1.2 beispielhafte Wirkungsweise des Bohr- und Herstell verfahrens in Bezug auf die Wirkung der beiden Schnecken;

Zeichnung Nr. 1.2.1 Darstellung Materialzugabe beispielhaft;

Zeichnung Nr. 1.3 beispielhafter Herstellvorgang mit den Takten Abbohren des Arbeitsgerätes und Betonieren des Pfahles.

Bezugszeichenliste/Zeichenerklärung

A Endlosbohrschnecke außen
I Endlosbohrschnecke innen
G anstehender Boden
DSA Durchmesser Seelrohr Endlosschnecke A
DWI Wendeldurchmesser Innenschnecke (I)
Swa Wendelsteigung Endlosschnecke, außen (A)
Swi Wendelsteigung Innenschnecke I
SRA Seelrohr Endlosbohrschnecke A
I1 Rohr Innenschnecke
I2 Wendel Innenschnecke
A1 Rohr Außenschnecke
A2 Wendel Außenschnecke
GOK Geländeoberkante, Herstellebene
H kurzzeitig entstehender Hohlraum
vm Voreilmaß gemäß Zeichnung,
M Drehmoment
v Vorschub
U Umdrehung
S* Schneide an Wendel der Endlosschnecke
Unterkante der Bohrung
B Verlauf der Bohrung, bzw. Boden im weiteren Verlauf der Bohrung
E1 Eigenschaften von Boden
E2 Eigenschaften von Boden
Bn Frischbeton Zulauf
eingegebener Frischbeton
Zugabe von Material/Bewegung von Material/Boden

Claims

1. Bohrverfahren und dazugehöriges Arbeitsgerät zum Erstellen von Bohrpfählen dadurch gekennzeichnet, daß zwei sogenannte Bohrschnecken (A und I) mit Wendelanordnung, in für die Funktion zur Aufnahme von Kräften notwendiger Dimensionierung, Materialwahl und Ausbildung ineinander axial geschoben sind, d. h. das Seelrohr der Außenschnecke (A) bzw. das Rohr (A1) an dem Wendel (A2) in entsprechender Anordnung und Verhältnis bzw. Steigung befestigt sind, nimmt innerhalb dieses besagten Rohres eine zweite Bohrschnecke (I), ebenfalls bestehend aus einem Rohr (I1) und einer durchgehenden Wendel (I2), die auch gegenläufig zur Wendel von Schnecke (A) sein kann, auf.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beide ineinander eingebauten Bohrschnecken (A, I) unabhängig voneinander gedreht werden können, in ihrer Längsachse unabhängig voneinander verfahren werden können und die innere Bohrschnecke um ein Voreilmaß (vm) vorauseilen kann.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1-2, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenschnecke (I) im Hinblick auf ihre Längsachse länger ist als die Außenschnecke (A), bzw. am Kopf der Außenschnecke (A) über die Außenschnecke hinausragt und so mittels einem Drehantrieb an einem Mäkler eines Bohrgerätes geführt werden kann, und bedingt durch die größere Länge der Innenschnecke diese beim Abbohren der beiden Schnecken vorauseilen kann, die Außenschnecke ebenfalls an einem Mäkler und mit einem Drehantrieb geführt wird, beide Schnecken unabhängig voneinander mit Vorschubkräften beaufschlagt werden können und jeweils über eine getrennte Meßtechnik bezüglich der Messung ihrer Bohrparameter verfügen, die jeweiligen Steuerungen sowohl von Hand als auch mittels EDV-Unterstützung vorhanden sein können bzw. eine Koppelung von jeweiliger Mess- und Steuerung vorhanden sein kann.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstimmung der Durchmesser von Seelrohr der Außenschnecke (DSA), Wendeldurchmesser der Innenschnecke (DWI), Seelrohr der Innenschnecke (DSI) und Wendelsteigung (Sw) sowohl von Außen- als auch Innenschnecke sich nach den Erfordernissen von Förderbarkeit des anstehenden Bodens, Einbringen von Frischbeton richten und unterschiedlich sein können, es jedoch immer so ist, daß der Innendurchmesser des Seeirohres der Außenschnecke (DSA) nur geringfügig größer ist als der Wendeldurchmesser der Innenschnecke (DWI), so daß eine Förderung des Bodens der mit der Innenschnecke aufgenommen wurde, durch das Seelrohr der Außenschnecke stattfinden kann.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenschnecke (I) beim Abbohren der beiden Schnecken sozusagen fokussiert voraus abgebohrt werden kann, wobei sich die Parameter Voreilmaß (vm), Drehzahl, und Vorschub nach dem anstehenden Boden, den jeweils vorhandenen Durchmessern von Innenrohr der Außenschnecke und Wendeldurchmesser der Innenschnecke und Wendelsteigung der Innenschnecke sowie erzielbarer Drehzahl der jeweiligen Drehantriebe der beiden Schnecken richten, d. h. eine gezielte Steuerung der vorlaufenden Innenschnecke sowohl im Hinblick auf die Örtlichkeit als auch den zeitlichen Verlauf der Bohrung stattfindet.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß beide Bohrschnecken über Anfängerausbildungen, bzw. Schneidkanten (SA/SI) am Beginn der Wendel, verfügen, die sich nach dem anstehenden Boden richten, bzw. dem zugeordneten Zweck der einzelnen Bohrschnecken.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß ein überflüssiges von der Innenbohrschnecke gefördertes Bodenmaterial am Kopf der Außenschnecke zu Tage tritt und mittels geeigneter Vorrichtung, die jedoch nicht Gegenstand des angemeldeten Verfahrens ist, abgeführt wird.

8. Verfahren nach den Ansprüchen 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß beide axial ineinander geschobenen Schnecken in den anstehenden Boden gedreht werden, wobei jeweils die Innenschnecke und die Außenschnecke unterschiedliche Parameter von Drehzahl, Drehmoment, Drehrichtung und Vorschub als auch Wendelsteigung und Ganghöhe der Wendel enthalten können, des weiteren, daß der Wendellauf von Innensohnecke und Außenschnecke jeweils gegenläufig sein kann.

9. Verfahren zum Erstellen von Ortbetonpfählen nach den Ansprüchen 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenschnecke (I) der beiden Bohrschnecken kontrolliert mittels ihrer gesondert zu messenden und einzustellenden Bohrparameter insbesonders im Hinblick auf das gesteuerte Voreilmaß, in Verbindung mit Umdrehung, Wendelsteigung und Vorschub, Vorschubgeschwindigkeit sowohl meßtechnisch als auch gesteuert vorausbohren kann, als auch synchron mit der Außenschnecke bohren kann.

10. Verfahren zum Erstellen von Ortbetonpfählen nach den Ansprüchen 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenschnecke den Boden durch gezielte Steuerung entsprechend dem Volumen des Seeirohres der Außenschnecke durch zusätzliche Drehung fördern kann, und somit das notwendige Verdrängen des Bodens durch das Volumen der Außenschnecke reduziert.

11. Verfahren zum Erstellen von Ortbetonpfählen nach den Ansprüchen 1-10, dadurch gekennzeichnet, daß beim Eindrehen der beiden Bohrschnecken diese unterschiedlichen Lauf vorweisen können.

12. Verfahren zum Erstellen von Ortbetonpfählen nach den Ansprüchen 1-11, dadurch gekennzeichnet, daß es auch möglich ist mit der Außenschnecke eindrehend zu bohren und mit der Innenschnecke ausdrehend, so daß keinerlei Boden mit der Innenschnecke gefördert wird, dies z. B. in besonders weichen Böden.

13. Verfahren zum Erstellen von Ortbetonpfählen nach den Ansprüchen 1 und 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenschnecke durch ausdrehende Drehung auch Material (z. B. auf der Baustelle gewonnenes Material, Schotter, Suspension o. ä.) in den Bohrverlauf bzw. die laufende Bohrung der Bohrschnecken, jeweils an den Fuß der Bohrung einbringen kann, gleich welche Stellung die Schnecken einnehmen, dies kann sowohl mit als auch ohne Voreilmaß der Innenschnecke geschehen.

14. Verfahren zum Erstellen von Ortbetonpfählen nach den Ansprüchen 1-13 und dem nachfolgenden Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zu den in vorgenannten Tätigkeiten mittels geeigneter Maßnahmen (z. B. Soll-Ist- Abgleiche, Messungen der aufgebrachten Kräfte und daraus resultierender Reaktionen) in Bezug auf die Steuerungsparameter von Außen- und Innenschnecke ein Anpassen der Bohrparameter an den Zweck der Bohrung (z. B. Verdrängungsfaktor) und ein eventueller Abgleich sowie eine Beurteilung des anstehenden Bodens bzw. eine Kalibrierung des anstehenden Bodens geschehen kann, dies durch die Wahl eines geeigneten Voreilmaßes im zeitlichen Vorlauf vor der eigentlichen Bohrung mit der Außenschnecke, somit können die Voraussetzungen (V) als auch Eigenschaften der Bohrung, Bohrparameter der Außenschnecke und letztendlich des fertigen Produktes aufgrund der gewonnenen Daten der Innenschnecke und deren Steuerung bzw. daraus geschaffenen Voraussetzungen bzw. des Zustandes im Boden gesteuert werden, dabei werden die Parameter der Innenschnecke jeweilig gemessen, im Hinblick auf die Soll/Ist Parameter neu berechnet und ausgeführt, im Hinblick auf eine optimierte und festzulegende Bohrung der Außenschnecke, die wesentlich für das Erstellen des Pfahles ist, ausgeführt, bzw. Kennzeichnung dadurch, daß die zunächst ursprünglich vorhandenen Eigenschaften, des im weiteren Verlauf der Bohrung (B) mit der Außenschnecke (A) vorhandenen Bodens, bezeichnet mit E1, mittels Innenschnecke (I) gezielt mess- und steuerungstechnisch über deren Bohrparameter zu neuen Eigenschaften, bezeichnet mit E2, verändert werden, oder, daß die Eigenschaften E1 unverändert beibehalten werden können, wobei vorbesagte Überprüfung der Eigenschaften und ev. notwendige Veränderung des Bodens im zeitlich und örtlichen Vorlauf, bevor die Schnecke A) diesen Bereich der Bohrung erreicht, geschehen kann.

15. Verfahren zum Erstellen von Bohrpfählen nach Anspruch 1-14, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrparameter der Innenschnecke einer laufenden Messung und Steuerung im Hinblick auf das erzielbare Bohrergebnis, in Verbindung mit den jeweilig gültigen Bohrparametern, und die Auswirkung sowohl der besagten Innenschnecke als auch der Außenschnecke und damit der Eigenschaft der Bohrung bzw. der Mantelfläche des anstehenden Bodens unterliegen können.

16. Verfahren zum Erstellen von Bohrpfählen nach Anspruch 1-15, dadurch gekennzeichnet, daß entsprechend der bei der Innenschnecke gemessenen und eingestellten Bohrparameter es sich um Förderung eines exakt definierten Volumens, Einbringen eines bestimmten Volumens oder keiner Veränderung mittels Innenschnecke im Bereich vor der eigentlichen Bohrung mit Außenschnecke (A) handeln kann.

17. Verfahren zum Erstellen von Bohrpfählen nach Anspruch 1-16, dadurch gekennzeichnet, daß für die Innenschnecke ein gesonderter Anfänger dahingehend verwendet wird, der ein Eindringen von Boden in die Innenschnecke nicht zuläßt, sondern somit die Innenschnecke lediglich die Aufgabe hat harten Boden mittels Drehung und der Wirkungsweise dieses Anfängers aufzulockern, bzw. zu perforieren.

18. Verfahren zum Erstellen von Ortbetonpfählen nach Anspruch 1-15, dadurch gekennzeichnet, daß nach Erreichen der Endtiefe der Bohrschnecken der Frischbeton (Bn) zur Erstellung des Bohrpfahles durch das Innenrohr der Innenschnecke eingegeben wird, dies unter gleichzeitigem Ziehen der Bohrschnecken erfolgt, wobei ein kurzzeitiger Hohlraum entsteht, ein Betonüberdruck entweder durch die Verwendung einer Betonpumpe und durch den hydrostatischen Überdruck des sich im Innenrohr der Innenschnecke befindenden Frischbetons aufrechterhalten wird.

19. Verfahren zum Erstellen von Ortbetonpfählen nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß nach Erreichen der Endtiefe der Bohrschnecken es auch möglich ist, durch den ausdrehenden Lauf der Innenschnecke bei entsprechendem vertikalen Verfahren in Bezug auf das mögliche einzubringende Volumen durch Drehzahl, negativem Vorschub, Volumen der Bohrung und Wendelsteigung sowohl Beton als auch ev. anderes geeignetes Zugabematerial in den kurzzeitig entstehenden Hohlraum (H), der beim Ziehen der Außenschnecke entsteht, eingegeben wird.

20. Verfahren zum Erstellen von Ortbetonpfählen nach Anspruch 17 und 18, dadurch gekennzeichnet, daß unmittelbar nach dem Betonieren des Pfahles eine erforderliche Bewehrung in Form eines Bewehrungskorbes o. ä. in die Frischbetonsäule eingebracht wird.