DE19524502C1 - Bohrvorrichtung und Verfahren zur Herstellung eines Bohrpfahls mit einer vergrößerbaren Lastverteilungsfläche - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Bohrvorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung eines Bohrpfahls mit einer vergrößerbaren Lastverteilungsfläche.

Bei der Herstellung von Lastanker-Bohrpfählen, insbeson­ dere von Bohrpfählen mit einem Pfahldurchmesser kleiner 300 mm, oder vergleichbaren Gründungselementen werden sogenann­ te Fußverbreiterungen zur Sicherung der Stabilität benötigt Es ist bekannt, derartige Fußverbreiterungen durch gefaltete Blechbehälterauszubilden, die im gefalteten Zustand in ein, in einem separaten Arbeitsgang hergestelltes Bohrloch bis zur Bohrsohle eingebracht werden. Der gefaltete Blechbe­ hälter ist systembedingt in der Weise am freien Ende eines Leitungs-Rohres angeordnet, daß er sich vollständig vor der Stirnfläche des Rohres befindet. Das rückseitige Ende des Blechbehälters ist an der Spitze des Rohres befestigt und das vordere, bohrsohlenseitige Ende ist unbefestigt. Die gefalteten Blechlagen nehmen den Raum vor dem Leitungsrohr ein.

Durch Zuführen des flüssigen, aushärtenden Mediums unter Druck mittels des Leitungsrohres wird der Blechbehälter im Bau­ grund aufgeweitet und erhält so nach dem Aushärten einen quasi rotationssymmetrischen, vergrößerten Querschnitt. Die­ se Fußverbreiterung dient dann zur besseren Verteilung der durch den Pfahlschaft eingeleiteten Pfahllast.

Diese Arbeitsgänge sind vorteilhaft unter freiem Himmel oder bei ausreichender Arbeitshöhe durchführbar, wenn Hebe­ zeuge die schweren Bauteile bewegen können.

Eine gattungsbildende Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Ortbetonpfahles mit einer Fußerweiterung ist aus der AT-Patentschrift Nr. 323 658 bekannt. Gemäß dem darin offenbarten Verfahren wird eine Fußerweiterung mecha­ nisch am unteren Ende des in einem vorhergehenden Verfah­ rensschritt erzeugten Bohrloches hergestellt. In einem wei­ teren Verfahrens schritt wird sodann in dieser Fußerweite­ rung eine ausweitbare Vorrichtung eingebracht und mit flüs­ sigen, erhärtendem Baustoff, beispielsweise Beton, unter Druck von oben verfüllt.

Bei der zur Durchführung des obenbeschriebenen Verfahrens vorgesehenen Vorrichtung befindet sich am unteren Ende einer Zulauf- und Rücklaufleitung eine feste gewölbte Platte und darunter ein ausweitbares, einfach gefaltetes Kissen, welches sich beim Einbringen flüssigen Baustoffs über die Pfahlsohle ausbreitet.

Nachteil eines derartigen Verfahrens ist es, daß mehrere Verfahrensschritte notwendig sind um einen geeigneten Bohrpfahl herzustellen. Außerdem erlaubt es dieses bekannte Bauverfahren nicht den Blechbehälter im zusammengefalteten Zustand, d. h. vor dem Einbau, mit einem zum Verwendungs­ zweck angepaßten Drehmoment und der dazugehörigen Längskraft zu beanspruchen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung und ein Verfahren anzugeben, die ein einfache­ res und insbesondere schnelleres Bauverfahren gewährlei­ sten.

Die die Vorrichtung betreffende Aufgabe wird dadurch ge­ löst, daß die Bohrvorrichtung mit einem Bohrrohr, an des­ sen Ende ein Bohrkopf befestigbar ist und mit einer am Bohrrohrende unverschiebbaren Befestigungsvorrichtung, wel­ che das untere Ende eines verformbaren Fußverbreiterungs­ elements, welches das Bohrrohr hüllenförmig umgibt, trägt und einer darüber befindlichen verschiebbaren oder unver­ schiebbaren Befestigungsvorrichtung versehen ist, die das obere Ende des Fußverbreiterungselements trägt, wobei im unverformten Zustand des Fußverbreiterungselements zwischen dessen oberer und unterer Befestigungsvorrichtung im Bohr­ rohr wenigstens eine Öffnung vorgesehen ist, durch die das die Verformung des Fußverbreiterungselements bewirkende Ma­ terial in den Bereich zwischen Bohrrohr und Fußverbreite­ rungselement eintreten kann.

Die das Verfahren betreffende Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Bohrvorrichtung in einem Arbeitsgang in eine vorbe­ stimmte Tiefe gebracht wird und im entstandenen Bohrloch verbleibt, und daraufhin das zur Verbreiterung des Bohr­ fußes dienende Material durch das Bohrrohr in den Hohlraum zwischen Bohrrohr und Fußverbreiterungselement zugeführt wird.

Vorteil der Erfindung ist es, daß das Bohrrohr mit seinem erfindungsgemäß daran befestigten Fußverbreiterungselement in einem Arbeitsgang auf die erforderliche Tiefe im Bau­ grund eingebracht werden kann. Ein davon getrennter Bohr­ vorgang, der üblicherweise vorher ausgeführt werden muß entfällt.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Fußverbreiterung ist es, daß nach erfolgter Fußverbreiterung zwischen Bohr­ grund und eigentlicher Fußverbreiterung kein unerwünschter Zwischenraum verbleibt, da sich der Boden der Fußverbreite­ rung durch Vorsehen der nicht verschiebbaren Halteeinricht­ ung nicht nach oben verschieben kann.

Ein weiterer Vorteil ergibt sich durch die Verlängerbarkeit der erfindungsgemäßen Bohrrohre, wodurch mehrere Bohrrohre mit oder ohne Fußverbreiterungselement zu einem Bohrstrang zusammengefügt werden können.

Ein aus Blech bestehendes Fußverbreiterungselement kann vorteilhafterweise im unverformten Ausgangszustand derart gefaltet sein, daß seine Faltung beispielsweise mehrschich­ tig ausgebildet ist und diese so gelegt sind, daß beim Boh­ ren in Drehrichtung kein Aufblättern der Materialfalten er­ folgen kann.

Als vorteilhaft erweist sich ebenso das Vorsehen eines Ku­ gelventils im Bohrkopf für eine entsprechende Spüleinrich­ tung, welches im Vergleich zu den im Bohrrohr seitlich be­ findlichen Verpreßventilen bereits bei einem geringen Druck öffnet. Nach Erreichen der gewünschten Bohrtiefe wird die­ ses Suspensionsventil mittels einer Kugel, welche der Sus­ pension zugegeben wird, verschlossen. Dann tritt das durch das Bohrrohr zugegebene Material durch die seitlichen Ver­ preßventile und es erfolgt die nun gewünschte Fußverbreite­ rung.

Das Vorsehen einer Abweisungseinrichtung am Ende des Bohr­ rohrs zwischen Bohrkopf und eigentlicher Fußverbreiterung kann ein eventuelles Verkeilen der unverformten Fußverbrei­ terung verhindern und den Bohrvorgang erleichtern.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von drei Figuren näher erläutert.

Es zeigen

Fig. 1 eine Längsschnittansicht einer erfindungsgemäßen Ausführungsform eines Bohrrohrs ohne Darstellung eines Bohrkopfs,

Fig. 2 eine Querschnittsansicht entlang der in Fig. 1 gezeigten Linie II-II und

Fig. 3 eine teilweise Schnittansicht einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform eines Bohrrohrs mit Bohrkopf.

In Fig. 1 ist mit 1 ein Bohrrohr dargestellt, an dessen un­ terem Ende ein Bohrkopf (nicht dargestellt) befestigbar ist. Zwischen Bohrrohrende und Bohrkopf kann ein Kugelven­ til 7 vorgesehen sein, durch welches dem Bohrkopf über das Bohrrohr 1 Suspension während des Bohrvorgangs zugeführt wird. Ebenfalls am unteren Ende des Bohrrohrs 1 ist eine nicht verschiebbare Befestigungsvorrichtung 2 ringförmig um das Bohrrohr angeordnet. Sie dient zur Befestigung eines Fußverbreiterungselements 3, welches den unteren Endbereich des Bohrrohrs 1 hüllenförmig umgibt. Dabei wird das nach unten offene Ende des Fußverbreiterungselements 3 durch die Befestigungsvorrichtung 2 einerseits verschlossen und ande­ rerseits gehalten. Entsprechend wird das obere und nach oben offene Ende des Fußverbreiterungselements 3 durch eine in Achsrichtung des Bohrrohrs 1 verschiebbare Befestigungsvorrichtung 4 ver­ schlossen und gehalten, so daß sich zwischen Bohrrohr 1 und Fußverbreiterungselement 3 ein abgeschlossener Hohlraum 8 bilden kann. Dieser Hohlraum 8 steht im unverformten Zustand des Fußverbreiterungselements 3 über Verpreßventile 5 mit dem Inneren des Bohrrohrs in Verbindung.

Über die Befestigungsvorrichtungen 2 und 4 ist das Fußverbrei­ terungselement kraftschlüssig auf Drehmoment und Längskraft mit dem Bohrrohr verbunden. Dadurch wird das Fußverbreiterungsele­ ment mit einem zum Verwendungszweck angepaßten Drehmoment und der dazugehörigen Längskraft belastbar.

Nachfolgend wird anhand von Fig. 1 das erfindungsgemäße Ver­ fahren beschrieben:

Ein gemäß Fig. 1 ausgebildetes Bohrrohr wird mit einem Bohr­ kopf versehen. Die gesamte Einheit dient dann als Bohrgerät und wird z. B. unter Zuführung von Suspension durch das Bohrrohr 1 und das Kugelventil 7 in die gewünschte Tiefe im Baugrund ge­ bohrt. Das Bohrrohr kann dabei falls notwendig in bekannter Weise verlängert werden. Nach Erreichen der Bohrtiefe wird eine Kugel in das Bohrrohr 1 eingeführt, die dem Verschluß des Ku­ gelventils 7 dient. Dann wird das für die Fußverbreiterung ge­ wünschte Material, z. B. Zementsuspension, durch das Bohrrohr zugeführt und bei einem entsprechenden Druck öffnen die Ver­ preßventile 5 und der Hohlraum 8 zwischen Bohrrohr 1 und Fußverbreiterungselement 3 wird durch das zugeführte Material ausgefüllt.

Durch den im Hohlraum 8 ansteigenden Druck wird das Fußver­ breiterungselement gedehnt und die obere Befestigungsvor­ richtung 4 verschiebt sich nach unten. Dieser verformte Zu­ stand des Fußverbreiterungselements 3 ist in Fig. 1 ge­ strichelt dargestellt. Dabei kann, wie in der Figur zu se­ hen ist, die obere verschiebbare Befestigungsvorrichtung derart ausgestaltet sein, daß sie bei Erreichen eines be­ stimmten Füllstandes des Hohlraums 8 die Öffnungen der Ver­ preßventile 5 verschließt und der Fußverbreiterungsvorgang so beendet wird. Damit die verschiebbare obere Befesti­ gungsvorrichtung 4 nicht weiter absinkt, kann auch ein spe­ zieller Anschlag 4a unterhalb der Verpreßventile 5 vorgese­ hen sein.

Das zuvor beschriebene Verfahren stellt sicher, daß kein Hohlraum zwischen Bohrgrund und Fußverbreiterungselement 3 im verformten bzw. gedehnten Zustand entstehen kann.

Das Fußverbreiterungselement 3 kann aus gefaltetem Blech oder dehnbarem Material wie z. B. Gummi gefertigt sein.

Insbesondere bei Verwendung von Blech ist es vorteilhaft das Fußverbreiterungselement im unverformten Ausgangszu­ stand mittels geeigneter Faltung um das Bohrrohr 1 anzuord­ nen.

Eine derartige Faltung des Fußverbreiterungselements 3 ist im Querschnitt in Fig. 2 dargestellt. Der Schnitt ist ent­ lang der Linie II-II in Fig. 1 genommen. Gleiche Bezugs­ zeichen bezeichnen dabei gleiche Elemente. Wie zu sehen ist, sind im Winkel von 90 Grad vier Verpreßventile 5 sche­ matisch dargestellt. Die eigentliche Faltung des Fußver­ breiterungselement 3 erfolgt hier jeweils in Kreisabschnit­ ten von 45 Grad, so daß acht Bereiche ausgebildet werden. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine mäanderförmi­ ge Faltung des Fußverbreiterungselement 3 durchgeführt wor­ den. Dadurch werden die so gebildeten mehrschichtigen Fal­ ten bei Drehung in Pfeilrichtung nicht durch den durch die Bohrung gebildeten Bohrrand, an dem sich das Fußverbreite­ rungselement 3 während des Bohrvorgangs reibt, aufge­ blättert. Im dargestellten Beispiel werden jeweils fünf Lagen durch die gewählte Faltung gebildet. Selbstver­ ständlich können je nach gewünschter Größe des Fußver­ breiterungselements 3 mehr oder weniger Lagen durch ent­ sprechende Faltung gebildet werden.

In Fig. 3 ist in teilweiser Schnittansicht eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung darge­ stellt. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen wiederum gleichar­ tige Elemente. Im dargestellten Beispiel ist das Fußver­ breiterungselement 3 z. B. aus einem dehnbaren Kunststoff oder Gummi gefertigt. Die Befestigungsvorrichtungen sind durch zwei Halte- bzw. Klemmringe 2 und 4 gebildet. Diese sind über das Fußverbreiterungselement 3 geschoben, so daß sie diesen auf das Bohrrohr 1 am jeweiligen Ende des Fußverbreiterungselement 3 drücken. Zwischen Fußverbreite­ rungselement 3 und Bohrrohr 1, knapp oberhalb des unteren Rings 2, sind in Form einer Spiralfeder Elemente 9 zur Erhöhung der Haftreibung vorgesehen. Mittels dieser und dem sich am Ende des Bohrrohrs angebrachten Bohrkopfs 10 wird der untere Ring 2 unverschiebbar. Die Bohrspitze des Bohr­ kopfs 10 ist mit Spülöffnungen 12 (lediglich eine darge­ stellt) versehen. Im dargestellten Beispiel sind in ent­ sprechenden Kreissegmentabständen jeweils zwei Verpreßven­ tile 5 übereinander angeordnet. Das obere Ende des Bohr­ rohrs 1 ist zudem mit einem Gewinde 11 versehen, so daß ei­ ne Bohrrohrverlängerung mit oder ohne Fußverbreiterungsele­ menten befestigt werden kann. Der obere Befestigungsring 4 kann bei Wahl eines entsprechend elastischem Material des Fußverbreiterungselement 3 auch unverschiebbar ausgebildet sein.

Werden mehrere derartige Elemente übereinander zusammen­ gefügt, so ergibt sich ein Bohrstrang, dessen Querschnitts­ fläche im Fußbereich und abschnittsweise an den entsprechend darüberliegenden Teilstücken durch Einpressen von ent­ sprechendem Material, wie z. B. Zementsuspension oder der­ gleichem, aufgeweitet wird. Dadurch kann eine beständige Stabilität des so gebildeten Gründungselements gewährt wer­ den.

Je nach Art des Baugrund kann als Material für das Fußver­ breiterungselement 3 Kunststoff, Gummi oder Blech verwendet werden, um ein dauerhaftes Gründungselement mit einem rota­ tionssymmetrischen Querschnitt zu bilden.

Claims (12)

1. Bohrvorrichtung mit einem Bohrrohr (1), an dessen Ende ein Bohrkopf (10) befestigbar ist und das mit ei­ ner am Bohrrohrende unverschiebbaren Befestigungsvor­ richtung (2), welche das untere Ende eines verformbaren Fußverbreiterungselements (3), welches das Bohrrohr (1) hüllenförmig umgibt, trägt und einer darüber befindli­ chen verschiebbaren oder unverschiebbaren Befestigungs­ vorrichtung (4) versehen ist, die das obere Ende des Fußverbreiterungselements (3) trägt, wobei im unver­ formten Zustand des Fußverbreiterungselements (3) zwi­ schen dessen oberer und unterer Befestigungsvorrichtung (2, 4) im Bohrrohr (1) wenigstens eine Öffnung (5) vor­ gesehen ist, durch die das die Verformung des Fußver­ breiterungselements (3) bewirkende Material in den Be­ reich (8) zwischen Bohrrohr (1) und Fußverbreiterungs­ element (3) eintreten kann.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Fußverbreiterungselement (3) im unverformten Zustand durch Faltung um das Bohrrohr (1) angeordnet ist, wobei die Art der Faltung derart ausgeführt ist, daß während des Bohrvorgangs in Drehrichtung des Bohrrohrs (1) kein Aufblähen des gefalteten Fußverbreiterungselements (3) erfolgt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Faltung mäanderförmig in gleichen Kreisabschnitten ausgeführt ist.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das für das Fußverbreiterungselement (3) erforderliche flexible Material aus Blech oder dehnfähigem Werkstoff besteht.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Bohrkopf (10) mit einer Spülvorrichtung (12) verse­ hen ist, die mit einem verschließbaren Ventil (7) aus­ gestattet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (7) durch eine Kugel verschließbar ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen (5) Verpreßventile sind, deren Öffnung bei einem höheren Druck als beim Spülventil (7) statt­ findet.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Bohrrohr (1) und Fußverbreiterungselement (3) Elemente (9) zur Erhöhung der Haftreibung vorgesehen sind.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Bohrkopf (10) und unverschiebbarer Befesti­ gungsvorrichtung (2) eine Abweisungsvorrichtung (6) mit gegenüber dem Fußverbreiterungselement (3) im unver­ formten Zustand größerem Durchmesser vorgesehen ist.

10. Verfahren zur Herstellung eines Bohrpfahls mit einer vergrößerbaren Lastverteilungsfläche mittels einer Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrvorrichtung in einem Arbeitsgang in eine vorbe­ stimmte Tiefe gebracht wird und im entstandenen Bohrlo­ ch verbleibt, und daraufhin das zur Verbreiterung des Bohrfußes dienende Material durch das Bohrrohr (1) in den Hohlraum (8) zwischen Bohrrohr (1) und Fußverbrei­ terungselement (3) zugeführt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß während des Bohrvorgangs dem Bohrkopf (10) über ein verschließbares Ventil (7) eine Suspension zugeführt wird und nach Erreichen der vorbestimmten Bohrtiefe das Ventil (7) verschlossen wird.

12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Bohrrohre (1) mit oder ohne Fußverbreiterungs­ elementen (3) zu einem Bohrstrang zusammengefügt wer­ den.