DE10359103B4

DE10359103B4 - Vorrichtung zur Herstellung von Bohrpfählen

Info

Publication number: DE10359103B4
Application number: DE2003159103
Authority: DE
Inventors: Ludwig Schmidmaier
Original assignee: Bauer Spezialtiefbau GmbH
Current assignee: Bauer Spezialtiefbau GmbH
Priority date: 2003-12-17
Filing date: 2003-12-17
Publication date: 2006-04-27
Anticipated expiration: 2023-12-18
Also published as: DE10359103A1

Abstract

Vorrichtung zur Herstellung von Bohrpfählen, wobei eine durchgehende Schnecke zumindest über einen Teil ihrer Länge von einem Rohr umhüllt ist, und bei der die Schnecke und die Verrohrung im Wesentlichen gleichzeitig abgeteuft werden und wobei Schnecke und Verrohrung einzeln und voneinander unabhängig gedreht werden können und am unteren Ende der Schnecke (2) eine quer zur Bohrachse liegende, bewegliche Absperrvorrichtung (3) angeordnet ist, die bzgl. der Schnecke (2) in der Weise verdreht oder verschoben werden kann, dass die Absperrvorrichtung (3) die Eintritts- oder Austrittsöffnungen (8) der Schnecke (2) in die Verrohrung (1) verschließt oder freigibt dadurch gekennzeichnet,
– dass die Bewegung der Absperrvorrichtung (3) relativ zur Schnecke (2) durch ein Antriebselement (4) erfolgt, welches Kräfte zwischen Schnecke (2) und Absperrvorrichtung (3) ausübt und dass das Antriebselement (4) ein eigenes Bauelement ist
– und dass die Relativbewegung der Absperrvorrichtung (3) zur Schnecke (2) unabhängig von der Drehrichtung der Schnecke...

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung von Bohrpfählen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Die Herstellung von Pfählen mit Verrohrung und durchgehender innenliegender Schnecke gehört zum Stand der Technik. Dabei hat in den meisten Fällen die Verrohrung und die durchgehende Schnecke jeweils einen eigenen Drehantrieb und beides wird bevorzugter Weise gegenläufig angetrieben.

Bis zum Erreichen der Endtiefe wird ein Teil des gelösten Bodens durch die Schnecke an die Erdoberfläche gefördert und das gelöste Bodenmaterial tritt aus speziellen Öffnungen am luftseitigen Ende der Verrohrung aus.

Nach Erreichen der Endtiefe ist die im Rohrinneren angeordnete Schnecke unterschiedlich mit Boden gefüllt. Der Füllgrad der Schnecke ist dabei bestimmt durch den Auflockerungsgrad des gelösten Bodens und die Lösbarkeit des anstehenden Bodens. Je nach Lagerungsdichte und Kornaufbau des zu lösenden Bodens ist die Schnecke mehr oder weniger gefüllt.

Um eine sachgemäße Herstellung von Bohrpfählen zu gewährleisten, sollte die Schnecke mit dem Schneckenanfänger, der mit unterschiedlichen Lösewerkzeugen ausgestattet ist, nicht der Verrohrung vorauseilen. Besonders bei rolligen Böden würde durch vorauseilendes Bohrwerkzeug der Boden, der die Verrohrung umgibt, zu sehr aufgelockert werden. Diese Auflockerung würde das statische Tragverhalten des späteren Bohrpfahls negativ beeinflussen und ggf. zu Setzungen im Nachbarbereich führen.

Nach Erreichen der Endtiefe werden Verrohrung und Schnecke wieder zurückgezogen und gleichzeitig durch eine Förderleitung im Inneren der Schneckenseele Pumpbeton in den entstandenen Hohlraum eingebracht.

Die kontinuierliche Aufrechterhaltung eines gewissen Betondruckes im eingebrachten Beton unterhalb der Verrohrung, bzw. unterhalb des Schneckenanfängers gewährleistet während des Ziehens der Vorrichtung eine vollständige Füllung des Hohlraums im Boden mit Beton. Gleichzeitig wird verhindert, dass die Bohrlochwandung einstürzt und sich der Beton mit Boden vermischt.

Insbesondere bei rolligen Böden und bei anstehendem Grundwasser können bei den Vorrichtungen nach dem Stand der Technik Probleme auftreten:
Üblicherweise enden die Schnecken im Anfängerbereich mit einer oder zwei Schneckenwendeln (eingängige oder zweigängige Schnecken).

Je nachdem wie steil die Wendeln geneigt sind und wie die Kornzusammensetzung des Bodens ist, besteht die Möglichkeit, dass Bodenteile während des Betoniervorgangs von der Schneckenwendel nach unten rutschen und auf diese Weise unerwünschte Bodeneinschlüsse im Beton entstehen.

Erschwerend kommt dazu, dass je höher der Wasserspiegel innerhalb des Rohres während des Zurückziehens steht, zum Gewicht des Bodens noch eine zusätzliche Druckkraft aus der Wasserauflast ausgeübt wird und somit der Boden aus der Schnecke nach unten herausgedrückt werden kann und es zu Fehlstellen im Beton kommt.

Um diesen Problemen entgegenzuwirken, beschreibt die EP 0974729 B1 einen drehbaren Verschlussdeckel. Mit diesem Deckel kann sowohl eine vorauseilende Betonieröffnung geöffnet und verschlossen werden und zugleich ist es möglich, die Eintrittsöffnung des Bohrwerkzeuges in die Verrohrung zu verschließen und zu öffnen.

Diese Vorrichtung funktioniert, so lange beim Abbohren keine Probleme auftreten und es zu keinen Verstopfern während des Betoniervorganges kommt.

Tritt dies auf, so kann es notwendig werden, die Verrohrung und die innen liegende Schnecke auszubauen und dabei den entstehenden Hohlraum wieder mit Bodenmaterial zu verfüllen.

Zur Verfüllung mit Boden muss die Drehrichtung der Förderschnecke gewechselt werden, so dass der Boden nach unten gefördert wird.

Bei dieser Drehrichtung verschließt sich jedoch der Deckel 10 und das von oben eingefüllte Bodenmaterial kann unten nicht aus dem Bereich der Verrohrung heraustreten. Somit ist ein Verfüllen des Hohlraums nicht möglich.

Unterbleibt das Verfüllen des Hohlraums, so bringt dies Auflockerungen in der Umgebung des Bohrpfahls mit sich, was zu Setzungen und zu einem Verschlechtern des Tragverhaltens des im zweiten Durchgang hergestellten Bohrpfahls führt.

In der GM 9002781 ist ein Verdrängungsbohrer beschrieben, der eine schneckenartige Bohrspitze besitzt, welche die erdseitige Betonieröffnung verschließt.

Bei dieser Vorrichtung ist es zwar möglich, den Öffnungsvorgang durch Betätigung eines Seilzuges 44 zu erreichen, ein Verschließen der Öffnung ist jedoch erst wieder nach vollständigem Herausziehen der Vorrichtung möglich, da durch den Seilzug keine Umkehrung des Vorgangs bewerkstelligt werden kann.

Die Erfindung hat die Aufgabe, das Nachfallen von Boden während des Betoniervorgangs zu verhindern und gleichzeitig soll die Erfindung ermöglichen, dass man auch bei auftretenden Bohrproblemen oder Verstopfern beim Betonieren die gesamte Vorrichtung gefahrlos zurückbauen kann mit der Möglichkeit, durch Umkehrung der Schneckendrehrichtung den beim Zurückziehen entstehenden Hohlraum mit Bodenmaterial zu verfüllen.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.

Besondere Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Die Erläuterung der Erfindung erfolgt anhand der 1 und 2.
Um zu vermeiden, dass während des Betonierens Boden in die von den Schneckenwendeln auf den frisch eingebrachten Beton herunterfällt, wird am erdseitigen Ende der Schnecke eine erfindungsgemäße Absperrvorrichtung 3 angeordnet, welche die Eintritts- und Austrittsöffnung der Schneckenwendel in das Rohrinnere der Verrohrung 1 verschließen oder freigeben kann.
1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung in der Arbeitsstellung, bei der die Vorrichtung aus Schnecke 2 und Verrohrung 1 im Wesentlichen gemeinsam in den Boden eingedreht wird und in der die Vorrichtung auf Endtiefe gebracht wird. Die Besonderheit in dieser Arbeitsstellung ist, dass dabei eine Absperrvorrichtung 3, die um eine Achse 6 verdreht werden kann, betätigt wird.
Beim Abbohren nimmt die Absperrvorrichtung eine Stellung ein, welche den Eintrittsbereich 8 in die untere Schneckenwendel 10 freigibt. So kann der gelöste Boden in das Rohrinnere und auf die Schneckenwendel gelangen und nach oben gefördert werden.
Im Seelenrohr 5 der Schnecke 2 befindet sich eine Betonförderleitung 8, die einen im Wesentlichen nach unten gerichteten Austrittsbereich 7 besitzt. Dieser Austrittsbereich für den Beton wird bevorzugter Weise in der Arbeitsstellung beim Abbohren verschlossen, um ein Eindringen von Boden und ein damit verbundenes Verstopfen der Betonleitung 8 zu verhindern.
Weiter befindet sich ein Antriebselement 4 an der Schnecke 2, über das die Absperrvorrichtung 3 bewegt bzw. verdreht werden kann. Zudem ist das Antriebselement 4 so ausgestattet, dass es die Absperrvorrichtung 3 im geöffneten oder geschlossenen Zustand gegen Kräfte, die auf die Schnecke wirken, fixieren bzw. in der Lage halten kann. Diese Kräfte auf die Absperrvorrichtung 3 können durch die Drehung der Schnecke 2 und den Widerstand beim Lösen des Bodens entstehen.
2 zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung in einer Arbeitsstellung, bei der die Vorrichtung nach Erreichen der Endtiefe wieder zurückgezogen wird und gleichzeitig Beton in den entstandenen Hohlraum eingebracht wird.
Vor Beginn des Zurückziehens wird die Absperrvorrichtung 3 erneut betätigt. Die Absperrvorrichtung 3 verschließt jetzt den Eintritts- bzw. Austrittsbereich 8 ins Rohr 1, welcher dem Boden den Eintritt auf die Schneckenwendel und ins Rohrinnere des Rohres 1 ermöglicht hatte.
Bodenmaterial im Rohrinneren kann somit während des Rückziehvorgangs nicht mehr aus dem Rohr bzw. von der Schnecke nach unten heraus fallen.
Gleichzeitig ist die Absperrvorrichtung 3 so ausgebildet, dass sie spätestens jetzt den Austrittsbereich 7 der Betonförderleitung 8 freigibt und somit ein ungehinderter Austritt des Betons in den entstandenen Hohlraum möglich wird.
In einer bevorzugten Ausführungsvariante ist die Absperrvorrichtung 3 als Scheibe ausgebildet, die um eine Achse 6 drehbar ist.
Die Scheibe besitzt Ausschnitte, die so an die Geometrie der Schnecke und des Rohres angepasst sind, dass sowohl der Eintrittsbereich 8 des Bodens in die Schnecke freigegeben oder verschlossen werden kann, als auch, dass der Austrittsbereich 7 der Betonleitung geöffnet oder verschlossen werden kann.
Eine weitere Besonderheit der Absperrvorrichtung 3 besteht darin, dass sie unabhängig von der Drehrichtung der Schnecke geöffnet oder geschlossen werden kann. Die Absperrvorrichtung macht es möglich, dass das Bodenmaterial sowohl bei Linksdrehung, als auch bei Rechtsdrehung der Schnecke ins Rohr eindringen kann. Ebenso ermöglicht sie, dass auch Material, das sich bereits auf der Schnecke im Rohr befindet, aus der erdseitigen Öffnung des Rohres herausgefördert werden kann.
Insbesondere Letzteres wird erforderlich, wenn eine Bohrung durch auftretende Schwierigkeiten bei der Herstellung noch vor dem Betonieren abgebrochen werden muss. Zieht man das Rohr mit der bodengefüllten Schnecke einfach aus dem Boden, so würde die Bohrlochwandung des entstandenen Hohlraums zusammenfallen und dies würde zur Auflockerung des umgebenden Bodens führen.
In diesem Fall dreht man während des Zurückziehens der Verrohrung die Schnecke so, dass eine Förderung des Bodens auf der Schnecke nach unten erfolgt und dabei wird während des Herausziehens der Vorrichtung der Hohlraum wieder mit Boden abgefüllt. Das Einstürzen des Bodens wird verhindert.
Dass die Eintritts- bzw. Austrittsöffnung 8 der Schnecke unabhängig von der Drehrichtung geöffnet bleibt, ist nur möglich, wenn die Betätigung der Absperrvorrichtung 3 durch ein besonderes Antriebselement 4 erfolgt.
Dieses Antriebselement 4 ermöglicht eine Relativbewegung der Absperrvorrichtung 3 gegenüber der Schnecke 2 und diese Relativbewegung ist bevorzugter Weise eine Drehbewegung.
Für das Antriebselement 4 gibt es unterschiedliche Ausführungsvarianten.
So kann es aus einem oder mehreren Hydraulikzylindern bestehen, die zwischen Schnecke und Absperrvorrichtung direkt oder indirekt befestigt sind. Das Öffnen und Schließen erfolgt dabei durch das Ein- und Ausfahren der Hydraulikkolben. Bevorzugter Weise verwendet man Hydraulikkolben, die in beiden Richtungen mit Druck beaufschlagt werden können.
Das Versorgen der Hydraulikkolben erfolgt bevorzugter Weise mit Flüssigkeiten und insbesondere mit Hydrauliköl. Auch die Verwendung von Druckluft ist möglich. Das Zuführen der Medien für die Hydraulikkolben erfolgt über Leitungen, die innerhalb oder außerhalb des Seelenrohres vom Antriebselement 4 zur Erdoberfläche geführt werden. Dort werden die Leitungen bevorzugt über hydraulische Drehdurchführungen nach dem Stand der Technik mit Hydraulikkreisläufen verbunden und die Bedienung erfolgt durch den Baggerfahrer.
Die Hydraulikkolben können offen an der Schnecke befestigt werden oder geschützt in besonderen Gehäusen oder weitgehend im Inneren des Seelenrohres der Schnecke angeordnet werden.
In einer weiteren Ausführungsvariante bestehen die Antriebselemente 4 aus Motoren und insbesondere aus Ölmotoren, welche direkt oder über Getriebe oder Zahnstangen die Absperrvorrichtung 3 gegenüber der Schnecke 2 verdrehen.
Weiter können die Antriebselemente auch Stangen sein, die über die Schneckenlänge nach oben geführt werden und an der Erdoberfläche über Hebel, Kolben oder Drehmotoren gedreht werden und somit eine Betätigung der Absperrvorrichtung 3 ermöglichen.
Eine weitere Besonderheit der Erfindung liegt darin, dass mit dem Antriebselement 4 nicht nur die Öffnungs-, und Schließvorgänge erreicht werden, sondern die Antriebselemente 4 sind so ausgestaltet, dass Kräfte erzeugt und gehalten werden können, welche die Absperrvorrichtung 3 auch dann in ihrer Lage halten, wenn die Schnecke gedreht wird. Das „in Lage halten" kann auf unterschiedliche Weise erreicht werden.
So kann die Absperrvorrichtung 3 sowohl in geöffneter, wie geschlossener Stellung auf Anschlag gefahren werden und durch Aufrechterhaltung der Schließ- oder Öffnungskräfte in dieser Lage gehalten werden. Die Haltekräfte können auch gegenüber den erforderlichen reinen Kräften zum Schließen und Öffnen höher gewählt werden.
Dies kann erforderlich werden, wenn auf die Schnecke hohe Kräfte zum Lösen des anstehenden Bodens einwirken. Über die höheren Kräfte wird sichergestellt, dass sich die Absperrvorrichtung 3 nicht selbständig und unbeabsichtigt verschiebt oder verdreht.
Erfolgt die Betätigung über Hydraulikzylinder oder Hydraulikantriebe, so wird die Fixierung der Absperrvorrichtung 3 über die Größe und die Aufrechterhaltung des Hydraulikdrucks geregelt.
Eine weitere Variante für die Fixierung der Absperrvorrichtung 3 im geschlossenen oder geöffneten Zustand besteht darin, dass am jeweiligen Endanschlag eine mechanische Verriegelungseinrichtung zum Einsatz kommt. Solche Verriegelungen sind beispielsweise mechanische Klinken nach dem Stand der Technik. Um diese wieder öffnen zu können, bedarf es zusätzlicher Mittel nach dem Stand der Technik wie Stangen, Seilzüge, Hydraulikkolben, elektrische Antriebe, usw.
Damit der Baggerfahrer weiß, ob die Absperrvorrichtung 3 im abgebohrten Zustand auch vollständig offen oder geschlossen ist, sind hierzu besondere Signalgeber empfehlenswert. Dies können z. B. elektrische Endschalter nach dem Stand der Technik sein, welche Auskunft über Stellung oder Lage der Absperrvorrichtung 3 geben. Über Leitungen werden die Signale zur Erdoberfläche und zum Baggerfahrer übertragen.
Eine andere Variante sind mechanische, wie beispielsweise stangenartige Signalgeber, die bis zur Oberfläche reichen und über Drehung oder Verschiebungen auf die Stellung der Absperrvorrichtung 3 zur Schnecke 2 hinweisen.
Unabhängig davon, in welche Richtung die Schnecke gedreht wird, bleibt durch diese Maßnahmen der Eintrittsbereich bzw. Austrittsbereich 8 der Schnecke 2 in das Rohr 1 geöffnet oder geschlossen je nach Arbeitsschritt.
Das Gleiche gilt für den Austrittsbereich 7 der Betonförderleitung 8.
Auf diese Weise ist es möglich, jederzeit Material von der Schnecke in beide Richtungen – nach unten und oben – zu fördern.
Neben der im Wesentlichen scheibenförmigen Ausbildung der Absperrvorrichtung 3 kann diese zumindest teilweise die Form einer Schnecke haben oder aus einzelnen Schneckenbestandteilen bestehen.
Des Weiteren kann die Absperrvorrichtung 3 mit unterschiedlichen Lösewerkzeugen versehen sein.
Dabei können Lösewerkzeuge nach dem Stand der Technik zum Einsatz kommen, wie sie in unterschiedlicher Weise von Bohrwerkzeugen bekannt sind.
Dies sind beispielsweise Rundschaftmeißel, Flachzähne oder besonders ausgebildete Schneiden.
Diese besondere Ausbildung der Absperrvorrichtung 3 erleichtert dann den Bohrfortschritt durch besseres Eindringverhalten des anstehenden Bodens in die Schneckenwendeln.
Um das Eindringen der Verrohrung möglichst wenig durch die Absperrvorrichtung 3 zu behindern, wird diese möglichst im Inneren der Verrohrung untergebracht und dort bevorzugter Weise im Bereich der unteren Öffnung des Rohres 1. Im geschlossenen Zustand dichtet dann die Absperrvorrichtung 3 gegen die Innenwandung der Verrohrung 1 ab.
Zusammengefasst noch einmal die Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung:

– während des Betoniervorgangs kann kein Bodenmaterial von der Schnecke in den frisch eingebrachten Beton fallen
– Verrohrung und Schnecke können beim Antreffen von Hindernissen oder beim Entstehen von Stopfern in der Betonierleitung unter gezielter Verfüllung des entstandenen Hohlraums mit Boden problemlos zurückgezogen werden. Einbrüche der Bohrlochwandung und die Auflockerung des umgebenden Bodens wird verhindert.

Claims

Vorrichtung zur Herstellung von Bohrpfählen, wobei eine durchgehende Schnecke zumindest über einen Teil ihrer Länge von einem Rohr umhüllt ist, und bei der die Schnecke und die Verrohrung im Wesentlichen gleichzeitig abgeteuft werden und wobei Schnecke und Verrohrung einzeln und voneinander unabhängig gedreht werden können und am unteren Ende der Schnecke (2) eine quer zur Bohrachse liegende, bewegliche Absperrvorrichtung (3) angeordnet ist, die bzgl. der Schnecke (2) in der Weise verdreht oder verschoben werden kann, dass die Absperrvorrichtung (3) die Eintritts- oder Austrittsöffnungen (8) der Schnecke (2) in die Verrohrung (1) verschließt oder freigibt dadurch gekennzeichnet, – dass die Bewegung der Absperrvorrichtung (3) relativ zur Schnecke (2) durch ein Antriebselement (4) erfolgt, welches Kräfte zwischen Schnecke (2) und Absperrvorrichtung (3) ausübt und dass das Antriebselement (4) ein eigenes Bauelement ist – und dass die Relativbewegung der Absperrvorrichtung (3) zur Schnecke (2) unabhängig von der Drehrichtung der Schnecke (2) erfolgt – und dass die Betätigung und Steuerung des Antriebselementes (4) direkt oder indirekt von der Erdoberfläche aus über Leitungen, Schläuche, Rohre oder dergleichen erfolgt – und dass das Antriebselement (4) so ausgestattet ist, dass es unabhängig von der Drehrichtung der Schnecke und entgegen der auf die Schnecke (2) wirkenden Kräfte die Eintritts- oder Austrittsöffnungen (8) der Schnecke (2) in die Verrohrung (1) offen oder verschlossen hält.
Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebselement (4) aus einem oder mehreren aus- und einfahrbaren Kolben besteht.
Vorrichtung nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Kolben durch Medien bewegt werden, die flüssig oder gasförmig sind und dass sie mit Druck beaufschlagt werden und im Prinzip wie Hydraulikkolben wirken.
Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebselement (4) ein Motor ist, der mit einer Flüssigkeit, einem Gas oder mit Strom angetrieben wird.
Vorrichtung nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, dass der Motor die Bewegung der Absperrvorrichtung (3) bewirkt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass der Motor des Antriebselements (4) die Kräfte und Bewegung über Zahnstangen und/oder Getriebe bewirkt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebselement im Wesentlichen eine Stange darstellt, die sowohl Druck, Zug oder Drehung ausüben kann und über welche die Absperrvorrichtung (3) von der Erdoberfläche aus betätigt wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, dass die Absperrvorrichtung (3) im geöffneten oder geschlossenen Zustand durch eine selbsttätig wirkende oder von der Erdoberfläche zu betätigende, mechanische Arretierungsvorrichtung, wie Klinken oder Bolzen, kraftschlüssig gehalten wird, welche in jeder Tiefenlage von der Erdoberfläche aus geöffnet werden kann.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 dadurch gekennzeichnet, dass bei abgeteufter Vorrichtung ein Signal über den Zustand der Absperrvorrichtung (3) hinsichtlich geöffneter oder geschlossener Stellung an die Erdoberfläche übertragen wird.
Vorrichtung nach Anspruch 9 dadurch gekennzeichnet, dass das Signal über elektronische Sensorik an der Absperrvorrichtung (3) und/oder Schnecke (2) oder über mechanische Teile erfolgt, die bis an die Oberfläche reichen wie z. B. über Stangen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10 dadurch gekennzeichnet, dass die Absperrvorrichtung (3) den Austrittsbereich (7) für den Beton freihalten oder verschließen kann.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11 dadurch gekennzeichnet, dass die Versorgungs- und/oder Steuerleitungen für die Antriebselemente (4) im Inneren des Seelenrohres oder im Wendelbereich zur Erdoberfläche geführt werden.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12 dadurch gekennzeichnet, dass die Absperrvorrichtung (3) mit Lösewerkzeugen wie z. B. Bohrzähnen oder Schneidleisten versehen ist.