DE2432708A1

DE2432708A1 - Rohrfoermiger pfahl und verfahren zu seinem vergiessen in einem bohrloch

Info

Publication number: DE2432708A1
Application number: DE2432708A
Authority: DE
Inventors: Jean Paul Geffriaud; Daniel Gouvenot; Georges Mazier
Original assignee: SOLMARINE SA
Current assignee: SOLMARINE SA
Priority date: 1973-07-09
Filing date: 1974-07-08
Publication date: 1975-01-30
Also published as: NO143676B; DE2432708B2; BR7405613D0; ES428062A1; NO143676C; GB1419356A; AU7098074A; US3939664A; CA1009463A; FR2237475A5; DE2432708C3; JPS57894B2; JPS5038310A; NO742508L; OA04737A; NL7408876A; DK357074A; PH11558A

Description

und
Verfahren zu seinem Vergießen in einem Bohrloch

Die Erfindung beschäftigt sich mit der Verankerung im Erdboden von metallischen Rohren verhältnismäßig großen Durchmessers, die hohe wechselnde Zug-Druckkräfte aufnehmen sollen, und bezieht sich insbesondere auf ein Verfahren zum Vergießen eines rohrförmigen Pfahls von verhältnismäßig großem Durchmesser in einem Bohrloch sowie auf einen rohrförmigen Pfahl, der sich gemäß diesem Verfahren vergießen läßt.

Die derzeit angewandten Verfahren gestatten nicht die Durchführung dieser Arbeit mit mit Sicherheit zufriedenstellenden Ergebnissen. Das klassische Verfahren besteht in der Tat darin, den ringförmigen Raum zwischen Bohrloch und metallischem Pfahl mit einer Vergußmasse auf Zementbasis aufzufüllen, die durch die einfache Wirkung der Schwerkraft eingebracht wird. Es ist bekannt, daß mit dieser Verfahrensweise

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eine vollständige Umhüllung des metallischen Rohres nicht erzielbar ist, da während des Auffüllvorganges immer Einbrüche des Bohrloches möglich sind. Deshalb besteht die Gefahr, daß die Zementierung oder Versteinerung nicht regelmäßig ist. Außerdem ist die auf diese Weise erhaltene seitliche Reibung sehr gering, und es sind zur Aufnahme der Kräfte sehr bedeutende Einsenktiefen notwendig, d.h. sehr tiefe Bohrlöcher, die man insbesondere bei im Meer gelegenen Baustellen nicht immer mit guter Qualität .herzustellen vermag.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und einen rohrförmigen Pf ahl der eingangs beschriebenen Gattungen zu schaffen, denen diese Nachteile nicht anhaften.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem das Rohr mit einer spritzfähigen Vergußmasse oder Injektionsmasse vergossen wird, die unter Druck eingebracht wird. Dadurch werden sehr viel höhere seitliche Reibungen hervorgerufen als mit herkömmlichen Verfahren erzielbar sind. Das erhaltene Produkt bewahrt in diesem Falle angemessene Einsenktiefen. Außerdem erfolgt die Ummantelung mit einer Vergußmasse, die die gesamte Seitenfläche des Rohres umhüllt und nach dem Aushärten dieses Rohr gegen Korrosion schützt.

Was die Verankerung bzw. das Vergießen metallischer Elemente in Bohrlöchern verhältnismäßig kleinen Durchmessers betrifft, ist bereits vorgeschlagen worden, beispielsweise in der französischen Patentschrift 1 539 176, diese Elemente mit einem speziellen zylindrischen Teil zu versehen, das stellenweise mit einer Rückschlagsperre ausgestattete Öffnungen aufweist, und die Injektion unter Verwendung eines Hilfsrohres oder Hilfsschlaueh.es vorzunehmen, der in diesem speziellen Teil verschiebbar und mit Auslaßöffnungen versehen ist, die zwischen zwei Absperrstiicken liegen^ welche in dem genannten Teil unter Abdichtung verschiebbar sind.

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Wenn es sich, wie in dem Fall, mit dem sich die Erfindung beschäftigt, darum handelt, Rohre mit einem Durchmesser in der Größenordnung von 1000 bis 1500 mm auf einer Länge bis zu zwischen 30 und 50 Metern und sogar darüber zu vergießen, ist ein derartiges Verfahren aus den folgenden Gründen nicht praktisch durchführbar:

- Schwierigkeit der Ausführung, da die zum Verankern benutzten Vergußmassen stets mit ausreichender Geschwindigkeit abfließen müssen, damit keinesfalls eine stationäre Zone entsteht und das Abbinden oder Erhärten der Vergußmasse begünstigt. Bei zu verschließenden Kammern mit einem Durchmesser in der genannten Größenordnung ist diese Gefahr sehr groß.

- Schwierigkeit, an der Rohrwand Rückschlagsperren auszubilden.

- Bei großer Länge des zu vergießenden Rohres muß notwendigerweise durch Aneinandersetsren kürzerer Rohre vorgegangen werden. Die im allgemeinen durch Schweißen erhaltenen Anschlußstellen sind für die Absperrstücke gefährlich, da sie Grate aufweisen, die an diesen Teilen Beschädigungen hervorrufen.

- Die auf die Absperrstücke wirkenden Kräfte können mehrere Hundert Tonnen erreichen, wenn die zu verschließende Kammer, in der die Vergußmasse unter Druck gesetzt wird, einen großen Querschnitt aufweist.

Die Lösung der der Erfindung gestellten Aufgabe hat zur Überwindung dieser Schwierigkeiten zu einem Verfahren der eingangs genannten Gattung mit den folgenden Arbeitsschritten ge führt:

- Anfügen an das zu vergießende Hauptrohr eines in diesem angeordneten Hilfs-Einspritzrohres von kleinerem Durchmesser, das mit im Hauptrohr ausgebildeten Öffnungen über seitwärts gerichtete Leitungen in Verbindung steht, die mit Rückschlagsperren versehen sind, welche eine spritzfähige Vergußmasse nur in Richtung vom Hilfsrohr zum Hauptrohr durchlassen,

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- Einführen in das Hilfsrohr eines Einspritzrohres, das zwei Absperrstücke aufweist, die jeweils "beiderseits der Einlaßöffnung der Leitung angeordnet werden, durch welche die Vergußmasse eingespritzt werden soll, und

- Einspritzen der Vergußmasse durch die genannten Leitungen und Öffnungen hindurch in das Bohrloch.

Die nach diesem Verfahren vorgenommene Einspritzung "bereitet keinerlei Schwierigkeiten.

Im Gegensatz zu Verfahren zur Herstellung von Pfählen mit vergrößertem ]?uß, die nur in kohärentem Erdreich ausgeführt werden können, ist dieses Verfahren in jeder Art Erdreich anwendbar.

Das Einspritzen der Vergußmasse unter Druck gestattet die bestmögliche Ausnutzung der mechanischen Eigenschaften des Bodens und sogar dessen Eigenschaften durch Imprägnierung und Verfestigung zu verbessern.

Außerdem können mit beliebigem Zeitabstand wiederholte Einspritzungen vorgenommen v/erden. Insbesondere kann dies im Falle aufgetretener Schaden an der Verankerung sehr interessant sein.

Die Einspritzvorrichtung erlaubt die Verwendung sehr viskoser Vergußmassen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen mehrerer Ausführungsbexspiele mit weiteren Einzelheiten erläutert. In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 eine vereinfachte Prinzipansicht im Längsschnitt eines rohrförmigen Pfahles nach der Erfindung,

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Fig. 2 einen Querschnitt durch eine Ausbildungsform des Pfahles,

Fig. 3 einen Teilschnitt in vergrößertem Maßstab längs der Linie III-IXI in Fig. 2, und

Pig. 4 eine Gesamtansicht im Schnitt einer Ausbildungsform der Erfindung.

Im Innern eines zu vergießenden oder zu verankernden Rohres 1 ist ein Hilfs-Einspritzrohr 2 angeordnet. Dieses Eohr kann mit dem Rohr 1 gleichachsig angeordnet sein. Es kann auch außermittig angeordnet sein, wenn das Innenvolumen des Rohres 1 frei sein soll. Es könnten ebenso mehrere Hilfsrohre vorgesehen sein.

In das Hauptrohr 1 sind stellenweise Öffnungen 3 eingebohrt, denen im Hilfsrohr 2 ausgebildete Öffnungen 4 entsprechen. Diese Öffnungen sind unter sich jeweils paarweise durch seitwärts gerichtete Leitungen 5 verbunden.

Jede der Leitungen 5 weist eine Rückschlagsperre 6 auf, die einzuspritzende Vergußmasse in Richtung vom Hilfsrohr zur Außenseite des Hauptrohres durchläßt. Diese Rückschlagsperre könnte beispielsweise von einer Kugel gebildet sein, die in die Öffnung 3 eingepreßt ist und beim Einspritzen ausgestoßen wird. Die Rückschlagsperre könnte auch der Öffnung 4 zugeordnet sein.

Bei der in Fig. 2 und 3 dargestellten Ausbildungsform ist die Rückschlagsperre von einer Manschette 7 aus Kautschuk oder einem ähnlichen Elastomeren gebildet, die den nahe der Wand des Rohres 1 befindlichen Teil der Leitung 5 umgibt. Der genannte Leitungsteil ist an seinem Ende mit einem Stopfen 8 verschlossen und in geringem Abstand vor diesem von Löchern 9 durchsetzt, die mit der Manschette abgedeckt

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sind. Die Manschette ist in einem Gehäuse 10 untergebracht, das mit seinem ringförmigen Boden an die leitung 5 und mit seinem Rand an das Rohr 1 rund um die Öffnung 3 angeschweißt ist. Der Raum zwischen der Manschette 7 und dem Gehäuse 10 ist mit Schaumstoff 11 aus Kautschuk oder einem ähnlichen kompressibelen Material ausgefüttert.

Beim Absenken des Rohres 1 in ein Bohrloch 12 kann nichts in die Leitung 5 eindringen. Zum Einspritzen von Vergußmasse wird in das Rohr 2 ein Einspritzrohr oder -schlauch ί3 eingeführt, das bzw. der im Durchmesser kleiner ist als das genannte Rohr. In das Einspritzrohr 13 sind zwischen zwei an ihm befestigten Absperrstückeη 15 Öffnungen 14 eingebohrt. Das Einspritzrohr 13 wird so fixiert, daß sich die Absperrstücke oberhalb bzw. unterhalb der Öffnung 4 befinden, und die Vergußmasse wird unter Druck zugeführt. Sie tritt an der Öffnung 3 aus, indem sie die Manschette von den Löchern 9 abhebt. Umgekehrt verhindert die Manschette das Rückströmen der Vergußmasse. Dieser Einspritzvorgang kann wiederholt werden.

In der Praxis ist das Hilfsrohr 2 mit, dem Hauptrohr über Leitungen 5 verbunden, die stellenweise, beispielsweise mit Zwischenabständen von einem Meter, angeordnet und um 90° winkelversetzt sind.

Am unteren Teil des Rohres 1 kann das Hilfsrohr 2 an ein Endstück 16 angeschweißt sein, das ebenfalls durch Schweißen mit dem Rohr 1 verbunden ist.

In dieses sich verjüngende Endstück sind seitliche Öffnungen 17 eingebohrt, die über Leitungen 18, welche mit Rückschlagsperren 6 versehen sind, an Einspritzöffnungen 19 des Rohres 2 angeschlossen sind. Dadurch ist es möglich, mit Hilfe des Einspritzrohres mit zwei Absperrstücken Vergußmasse in den unteren Teil des Bohrloches einzuspritzen (Fig. 1). Die

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Verwendung des Einspritzrohres mit zwei Absperrstücken erlaubt es, die Vergußmasse den strahlenförmig ausgehenden Leitungen 5 einzeln zuzuführen.

Auf diese Weise lassen sich die in jede der Sohlen eingespritzten Mengen regeln. Die Behandlung jedes Meters Boden oder Gebirge ist in vollkommener Weise gewährleistet» Anders ausgedrückt, es besteht die Möglichkeit, beispielsweise alle Meter die Qualität der Vergießung oder Verankerung zu überprüfen. Die Überwachung des Druckes gestattet die Beobachtung des Verhaltens des Bodens und das Verfolgen seiner Verfestigung.

Die verwendete Vergußmasse kann entweder aus Zement oder aus einem Gemisch von Kunstharz und Zement zubereitet sein. Im allgemeinen ist jedes beliebige Material geeignet, das während mehrerer Stunden fließfähig bleibt und nach dem Aushärten eine hohe Festigkeit erreicht.

Nach dem Aushärten weisen diese Vergußmassen ..sehr interessante mechanische Eigenschaften auf.

Statt nur ein metallisches Rohr zu erhalten, das von einem unregelmäßigen und unkontrollierten Zementfilm umhüllt ist, wie mit dem herkömmlichen Verfahren erzielt _t führt das erfindungsgemäße Verfahren zu einem metallischen Pfahl, der von einem Vergußmassensack umschlossen ist, dessen Größe ein Mehrfaches des Durchmessers des Ausgangsbohrloches erreichen kann.

Außerdem ist der Boden am Außenumfang des Vergußmassensacks durch die Wirkung der unter Druck vorgenommenen Einspritzung verbessert. Es wird somit ein Fundament erhalten, das von dem mit herkömmlichen Verfahren erzielbaren sehr verschieden ist.

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Die Erfindung ist für zahlreiche Anwendungsfälle geeignet.

Fig. 4 zeigt "beispielsweise einen wichtigen Anwendungsfall als Fundament für fest errichtete Bohrinseln.

Zuerst erfolgt das Einrammen eines rohrförmigen Primärpfahles 20 durch das Gerippe der Plattformkonstruktion hindurch. Der Primärpfahl wird in einem führungsrohr 21 geführt, das am (nicht gezeichneten) Gerippe angeschweißt ist.

Sobald der Rammwiderstand erreicht ist, wird das Bohrloch 12 durch den eingerammten Pfahl hindurch ausgeführt und bis zum Fuß dieses Pfahles verlängert.

Sodann wird in das Bohrloch die weiter oben beschriebene Kombination aus den Rohren 1 und 2 niedergefahren. Diese Kombination ist mit aufeinanderfolgenden Teilstücken verwirklicht, wobei die Teilstücke des Hilfsrohres 2 an jene des Rohres 1 mit Teilen verbunden sind, die an ihren Enden 22 trichterförmig erweitert sind. Das Verschweißen erfolgt an Schweißstellen 23, ohne den Durchgang der Absperrstücke 15 des Einspritzrohres 13 zu behindern.

Der Kopf des Rohres 1 ist mit einem Übergangsteil 24 an ein Gestänge 25 angeschlossen, das dazu dient, das Aggregat abzusenken und das Einspritzrohr 13 mit zwei Absperrstüeken durchzulassen. Nach dem Einspritzen der Vergußmasse in den Raum außerhalb des Rohres 1 über die Leitungen 5 und 18 erhält man eine extrem feste Verankerung.

Die Anzahl der zur Herstellung dieser Verankerung benutzten Mittel ist sehr klein, und die Arbeit kann von der Plattform selbst aus ausgeführt werden, wodurch Schutz gegen die auf See häufig schlechten Wetterbedingungen gewährt ist.

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Die Anwendung des Verfahrens kann auch für Landbaustellen in Betracht gezogen werden, beispielsweise für Pfähle großen Durchmessers, die wechselnden Beanspruchungen ausgesetzt sind und deren Fuß oder Basis an einem sehr widerstandsfähigen Untergrund aufruht.

Das Verfahren gibt die Möglichkeit, sehr teuere Bohrarbeiten in hartem Boden oder Gebirge zu vermeiden. Außerdem vermag die Fundamentierung oder das Fundament, die bzw. das durch Vergießen unter Druck erhalten wurde, im Gegensatz zu Erdankern oder Stahlbetonpfählen, bei geringen Einsenktiefen sowohl Zug- als auch Druckbeanspruchungen und waagerechte Kräfte aufzunehmen, da die Kräfte jeder Art, die von der Superstruktur übertragen werden, nämlich waagerechte Kräfte und axial gerichtete Druck- und Zugkräfte, vom vergossenen Rohr abgestützt werden. Auf Meeresbaustellen kann jedes Bauwerk, das den vorstehend genannten Kräften ausgesetzt ist, durch die Anwendung der Erfindung auf seine Fundamente verbessert werden.

Die Erfindung ist nicht auf die vorstehenden Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern im Rahmen dieses Grundgedankens in vielfältiger Weise abwandelbar.

/Ansprüche A09885/0459

Claims

ANSPRUCHE

Verfahren zum Vergießen eines rohrförmigen Pfahles von verhältnismäßig großem Durchmesser in einem Bohrloch, gekennzeichnet durch die folgenden Arbeitsschritte:

- Anfügen an ein zu vergießende^ Hauptrohr (1) eines in diesem angeordneten Hilfs-Einspritzrohres (2) von kleinerem Durchmesser, das mit im Hauptrohr (1) ausgebildeten Öffnungen (3) über seitwärts gerichtete Leitungen (5) in Verbindung steht, die mit Rückschlagsperren (6) versehen sind, welche eine spritzfähige Vergußmasse nur in Richtung vom Hilfsrohr (2) zum Haupt rohr (1) durchlassen,

- Einführen in das Hilfsrohr (2) eines Einspritzrohres (13), das zwei Absperrstücke (15) aufweist, die jeweils beiderseits der Einlaßöffnung (4) der Leitung (5) angeordnet werden, durch welche die Vergußmasse eingespritzt werden soll, und

- Einspritzen der Vergußmasse durch die genannten Leitungen (5) und Öffnungen (4,3) hindurch in das Bohrloch (12).
2. Rohrförmiger Pfahl, der sich gemäß dem Verfahren nach Anspruch 1 vergießen läßt, gekennzeichnet durch die Kombination eines mit Öffnungen (3) durchlöcherten Hauptrohres (1) mit einem in diesem angeordneten Hilfsrohr (2), das mit den Öffnungen (3) im Hauptrohr (1) über Leitungen (5) in Verbindung steht, die mit Rückschlagsperren (6) versehen sind, welche eine Vergußmasse nur in Richtung vom Hilfsrohr (2) zum Hauptrohr (1) durchlassen.

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3. Pfahl nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückschlagsperre von einer elastischen Manschette (7) gebildet ist, die einen Teil der zweckentsprechend durchlöcherten Leitung (5) umschließt und in einem an die Öffnung (3) des Hauptrohres (1) angeschlossenen Gehäuse (10) untergebracht ist.
4. Pfahl nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (10) eine die Manschette (7) umschließende Ausfütterung (11) enthält, die aus kompressibelem Material, beispielsweise aus Schaumgummi oder einem ähnlichen Elastomeren hergestellt ist.
5. Pfahl nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Pfahl aus miteinander · verbundenen Teilstücken zusammengesetzt ist, wobei die Teilstücke des Hilfsrohres (2) mit Teilen aneinander angeschlossen sind, die, um ein Beschädigungsrisiko für die Absperrstücke (15) des Einspritzrohres (13) zu vermeiden, an ihren Enden (22) aufgeweitet sind.
6. Pfahl nach einem der Ansprüche 2 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß der Pfahl am unteren Ende ein sich verjüngendes Endstück (16) tragt, an dem die beiden Rohre (1,2) befestigt sind und welches seitwärts gerichtete Öffnungen (17) aufweist, die mit dem Hilfsrohr (2) über Einspritzleitungen (18) verbunden sind.

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