-
Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von
-
Bohrungen in nicht standfesten Böden
Die Erfindung
bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur !!erstellung von Bohrungen
in nicht standfesten Böden, insbesondere in Lockerböden bzw. im Alluvial.
-
Solche Bohrungen wurden bisher beispielsweise als verrohrte Bohrungen
hergestellt. Das verrohrte Bohrverfahren ist kostspielig und es wird daher häufig
auch mit sogenannten Dickspülungen gearbeitet, wobei ein thixotropes Spülmedium
die Stützung der Bohrlochwand während der Herstellung des Bohrloches bewirkt. Die
Verwendung eines thixotropen Spülmediums ist aber nur in nach unten geneigten Bohrungen
möglich und ist darüberhinaus nachteilig, wenn es sich um Ankerbohrungen handelt,
welche mit Beton verfüllt werden sollen, da die Rückstände des thixotropen Spülmediums
an der Bohrlochwandung und im Boden im Bereich der Bohrlochwand eine Schmierschicht
bilden, welche die Verbindung des Betons mit der Bohrlochwand beeinträchtigt und
damit den festen Sitz des Ankers in Frage stellt.
-
Es ist auch bekannt, als Spülmittel einen Flüssigkeitsschaum zu verwenden.
Ein solcher Flüssigkeitsschaum übt auch eine hinreichende Stützwirkung auf die Bohrlochwandung
aus und beeinträchtigt den festen Sitz der nachherigen Betonverfüllüng nicht. Ein
solcher Flüssigkeitsschaum besteht meist aus Wasser, welchem ein Schaumbildner,
beispielsweise alf Seifenlaugenbasis, zugesetzt ist. Als Stützmittel wirkt aber
ein solcher Flüssigkeitsschaur nur dann, wenn er unter einem gewissen Überdruck
steht. Dieser Überdruck ist bei senkrechten Bohrungen ab einer gewisse Tiefe durch
die Flüssigkeitssäule bzw. die Säule des Flüssigkeitsschaumes mit dem Bohrklein
gewährleistet. Es konnte daher bisher ein Flüssigkeitsschaum nur bei der Herstellung
von angenähert senkrechten, nach unten gerichteten Bohrungen als Spül- und Stützmittel
verwendet werden. Es ist nun aber häufig erforderlich, von der Lotrechten abweichende,
beispielsweise horizontale Bohrungen durchzuführen. Dieses Problem tritt beispielsweise
bei der Herstellung von Ankerbohrungen für Stützmauern auf.
-
In solchen Fällen konnte bisher nur verrohrt gebohrt werden, und es
mußten die hohen Kosten eines verrohrten Bohrverfahrens in Kauf genommen werden.
-
Die Erfindung bezieht sich nun auf ein Verfahren zur flerstellung
von Bohrungen in nicht standfesten Böden, insbesondere in Lockerböden, unter Verwendung
eines Flüssigkeitsschaumes als Spülmittel und als Stützmittel für die Bohrlochwandung,
wobei der Flüssigkeitsschaum durch das Bohrgestänge dem Bohrlochgrund zugeführt
wird und im Bereich der Bohrlochmündung ausströmt und besteht im wesentlichen darin,
daß der Flüssigkeitsschaum durch Erzeugung eines Gegendruckes an der Austrittsstelle
an der Bohrlochmündung im Bohrloch unter Überdruck gehalten wird. Durch einen entsprechenden
Gegendruck an der Austrittsstelle kann der nötige Druck des Flüssigkeitsschaumes,
welcher zur Ausübung einer Stützwirkung erforderlich ist, über den gesamten Bereich
des Bohrloches aufrecht erhalten werden. Bei waagrechten Bohrungen ist der Druck
am Bohrlochgrund statisch gleich dem Druck an der Bohrlochmündung, tatsachlich aber
am Bohrlochgrund größer als an der üotirlociimündung. Bei schräg abwärts gerichteten
Bohrungen ist der Druck am Bohrlochgrund um den durch die Niveaudifferenz zwischen
Bohrlochmündung und Bohrlochgrund bedingten statischen Druck größer als an der Bohrlochmündung.
-
Bei aufwärts gerichteten Borungen ist der Druck im Bohrlochgrund um
den durch die Niveaudifferenz zwischen Bohrlochmündung und Bohrlochgrund bedingten
statischen Druck geringer als an der Bohrlochmündung. Gemäß der Erfindung wird daher
zweckmäßig der Spülunqsdruck durch den Gegendruck um einen Wert zwischen 0,5 und
2 atü, vorzugsweise 1 bis 2 atü,angehoben. Auf diese Weise wird die llerstellung
von der Senkrechten abweichender, beispielsweise ungefähr horizontaler Bohrungen
unter Verwendung eines Flüssigkeitsschaumes als Spül- und Stützmittel ermöglicht.
Bei senkrecht nach unten gerichteten Bohrungen wird, wie bereits erwähnt, durch
das statische Gewicht der Säule des Flüssigkeitsschaumes mit dem Bohrklein ein ausreichender
Druck im Bohrloch aufgebaut, jedoch baut sich dieser Druck erst ab einer gewissen
Tiefe auf. Wenn die Formation an der Oberfläche sehr wenig standfest ist, so kann
auch bei senkrecht nach unten gerichteten Bohrungen das erfindungsgemtiße Verfahren
Vorteile bieten.
-
Der Gegendruck an der Austrittsstelle des Spülflüssigkeitsschaumes
an der Bohrlochmündung kann in beliebiger Weise hergestellt werden. Es kann beispielsweise
ein Zellenrad vorgesehen sein, welches den Austritt des Flüssigkeitsschaumes nur
in volumetrisch bestimmten Mengen ermöglicht. Es kann auch der Austritt in einem
geschlossenen Behälter erfolgen, in welchem der entsprechende Gegendruck erzeugt
bzw. aufrecht erhalten wird, wobei dieser Behälter als Absetzbehälter für das Bohrklein
bj. dn cuttings dienen kann. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
wird jedoch der Schaum durch Drosselung an der Austrittsstelle an der Bohrlochmündung
unter Überdruck gehalten.
-
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird
das Verfahren so durchgeführt, daß zu Beginn des Bohrens in der Oberflächenformation,
vorzugsweise nur über etwa 0,5 bis 1,5 m, verrohrt gebohrt wird, hierauf die Verrohrung
ortsfest gehalten und unverrohrt weitergebohrt wird. Hiebei bietet diese Verrohrung
eine einfache Möglichkeit, die Bohrlochmündung dicht abzuschließen und den Flüssigkeitsschaum
im Bereich der Bohrlochmündung unter Überdruck zu halten.
-
Solche Bohrungen dienen häufig zur Herstellung von Ankern für Stützmauern.
In diesem Fall wird das Bohrloch durch die Stützmauer aus Beton hindurchgetrieben,und
der Beton der Stützmauer bildet einen guten Abschluß, in welchem die Verrohrung
an der Mündung des Bohrloches ohne weiteres dicht sitzen kann.
-
Bei lockerer Oberflächenformation ist aber diese Dichtung nicht gewährleistet.
In diesem Fall kann das Verfahren so durchgeführt werden, daß zuerst eine Bohrung
von größerem Durchmesser lediglich im Bereich der Oberflächenformation hergestellt
und diese Bohrung durch ein Standrohr verrohrt wird, hierauf der Hohlraum zwischen
dem lockeren Boden und dem Standrohr mit einem einer Dichtung fähigen Material ausgefüllt
und die Bohrung
durch das Rohr hindurch durchgeführt wird. Als solches
einer Dichtung fähigen Material kann beispielsweise Beton verwendet werden. Auf
diese Weise kann auch bei sehr lockerer Oberflächenformation noch immer ein dichter
Abschluß an der Bohrlochmündung ermöglicht werden.
-
Die Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
ist im wesentlichen gekennzeichnet durch ein Rohrstück, welches über den Bereich
der verrohrten Bohrung in das Bohrloch eingeführt wird und dessen aus dem Bohrloch
herausragendes Ende im Bereich seiner Mündung gegenüber dem Bohrgestänge abgedichtet
ist und eine Austrittsöffnung für den Flüssigkeitsschaum aufweist, an welcher eine
Einrichtung zur Aufrechterhaltung eines Überdruckes im Inneren des Rohrstückes vorgesehen
ist. Dieses Rohrstück kann entweder in analoger Weise wie bei einer verrohrten Bohrung
nach Maßgabe des Fortschrittes der Bohrung unmittelbar mit dem Bohrer eingeführt
werden, jedoch nur bis zu einer gewissen Tiefe, welche den dichten Abschluß in der
Formation gewährleistet.
-
Es kann aber auch, wenn die Bodenverhältnisse dies gestatten, dieses
Rohr stück nach Erreichung einer gewissen Bohrlochtiefe in das Bohrloch eingeschoben
werden. Hiebei kann gemäß der Erfindung das Rohr stück einen nach außen gerichteten
Flansch aufweisen, welcher die Einschubtiefe des Rohrstückes in die Formation begrenzt.
Gemäß der Erfindung kann das Rohrstück xxxxxxxxxxxxx in seinem in der Formation
liegenden Bereich außen mit Dichtungselementen, beispielsweise Packern, ausgebildet
sein. Dies kommt beispielsweise bei Verankerung von Stützmauern in Betracht, bei
welchen das Bohrloch durch die Stützmauer hindurch vorgetrieben wird und wobei solche
Dichtungen oder Packer eine gute Dichtung zwischen dem Beton der Stützmauer und
dem Rohrstück bilden.
-
Die Einrichtung zur Aufrechterhaltung eines Überdruckes im Inneren
des Rohrstückes kann von einer an die Austrittsöffnung angeschlossenen Drossel gebildet
sein, deren
Drosselquerschnitt zweckmäßig verstellbar ist. Eine
solche Drossel mit verstellbarem Drosselquerschnitt ist gemäß der Erfindung zweckmäßig
von einem elastisch deformierbaren Schlauchstück gebildet, welches einen dicht abgeschlossenen
Ringraum innen begrenzt, wobei in den Ringraum ein Anschluß für ein Druckmedium
mündet. Durch Erhöhung des Druckes im Ringraum kann der Durchgangsquerschnitt durch
diesen Schlauch, d.h. also der Drosselquerschnitt, verringert und durch Verringerung
des Druckes im Ringraum kann der Durchgangsquerschnitt vergrößert werden. Auf diese
Weise kann der Drosselquerschnitt verändert und empirisch so gewählt werden, daß
der erforderliche Überdruck im Bohrloch erreicht bzw. aufrecht erhalten wird.
-
Um den Überdruck im Bohrloch aufrecht zu erhalten, muß auch das Bohrgestänge
dicht im Rohrstück geführt sein.
-
Dies wird gemäß der Erfindung in einfacher Weise dadurch ermöglicht,
daß das Bohrgestänge zylindrisch mit durchwegs gleichem Durchmesser ausgebildet
ist und an der Mündung des Rohrstückes eine mit der zylindrischen Oberfläche des
Bohrgestänges zusammenwirkende Dichtung, insbesondere eine Lippendichtung, vorgesehen
ist. Ein Bohrgestänge ist nun aus Schüssen zusammengesetzt, welche durch Verbindungsmurfen
aneinandergeschlossen sind. Die Verbindungsmuffen weisen einen größeren Durchmesser
auf als das Bohrgestänge zwischen den Verbindungsmuffen. Dies kann gemäß der Erfindung
dadurch ausgeglichen werden, daß zwischen den Verbindungsmuffen des Bohrgestänges
dicht an die Muffen anschließende Uberschubrohre vorgesehen sind, deren Außendurchmesser
gleich dem Außendurchmesser der Verbindungsmuffen ist. Solche Überschubrohre können
aus minderwertigem Material bestehen, da sie ja nur die Aufgabe des dichtenden Anliegens
an die Dichtung zu erfüllen haben. Zweckmäßig bestehen solche Überschubrohre aus
Kunststoff. Der einheitliche Außendurchmesser kann aber auch durch Ummantelung mit
einem beliebigen, genügend verschleißfesten Material erzielt werden.
-
Die Erfindung ist im besonderen Maße für die Herstellung von Bohrlöchern
durch schlagendes und/oder drehendes Bohren geeignet
In der Zeichnung
ist die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles schematisch erläutert.
-
Fig. 1 zeigt die Mündung eines Bohrloches mit dem eingesetzten Rohrstück
und dem Bohrgestänge mit Bohrkrone.
-
Fig. 2 zeigt eine Verbindungsstelle der Schüsse des Bohrgestänges
in auseinandergenommenem Zustand.
-
1 stellt eine Stützmauer aus Beton dar, welche die Formation 2 abschließt
und in dieser Formation durch Anker verankert werden soll. 3 ist der Beginn des
herzustellenden Bohrloches, welches durch die Stützmauer 1 hindurchgetrieben wird.
-
4 ist die Bohrkrone und 5 der Bohrlochgrund, der im Zuge des Bohrverfahrens
immer weiter vorgetrieben wird. Nach Fertigstellung der Bohrung 3, welche eine Länge
von 30 und mehr Metern aufweisen kann, wird das Bohrloch nach Herausziehen des Bohrgestänges
mit Beton verfüllt. Die Formation 2 ist nicht standfest und besteht aus einem Lockerboden.
Es muß daher durch einen Flüssigkeitsschaum die Bohrlochwandung 6 gestützt werden.
Der Flüssigkeitsschaum wird durch das hohle Bohrgestänge unter Druck zugeführt und
tritt durch Spülöffnungen 7 der Bohrkrone 4 aus, wobei er das Bohrklein bzw. en--cutter-
aus dem Bohrloch herausfördert.
-
Der Schaft 8 der Bohrkrone 4 ist durch eine Muffe 9 mit dem Bohrgestänge
10 verschraubt. Das Bohrgestänge selbst ist in Schüsse unterteilt, welche durch
weitere Muffen 9 miteinander verschraubt werden.
-
11 ist ein Rohrstück. Der Teil 12 dieses Rohrstückes dient zur Verrohrung
des ersten Stückes der Bohrung 3 über eine Länge a. Der Teil 13 dieses Rohrstückes
11 steht aus dem Bohrloch vor und liegt frei, bzw. ist an die nicht dargestellte
Lafette eines Bohrgerätes angeschlossen. 14 sind Dichtungen bzw. Packer, welche
den Teil 12 des Rohrstückes 11 gegenüber der Formation 3 bzw. gegenüber der Stützmauer
1 abdichten. Ein nach außen ragender Flansch 15 begrenzt die Einschubtiefe des Rohrstückes
11 in das Bohrloch.
-
16 ist eine Bohrung im Gestänge, durch welche der Flüssigkeitsschaum
den Spüllöchern 7 der Bohrkrone zugeführt wird.
-
Durch den Ringraum 17 zwischen dem Bohrgestänge und dem Rohrstück
13 wird der mit dem Bohrklein bzw. dem cuttings beladene Flüssigkeitsschaum zu einer
Austrittsöffnung 18 gefördert.
-
An der Mündung 19 des Teiles 13 des Rohrstückes 11 ist eine Lippendichtung
20 vorgesehen, welche von mehreren Lippen aus elastischem Material, wie beispielsweise
Gummi, gebildet ist. Diese Lippendichtung soll dicht an das Bohrgestänge 10, 9 anschließen.
Die Verbindungsmuffen 9 weisen einen größeren Durchmesser als das Bohrgestänge 10
auf, und es sind daher zwischen den Muffen 9 Überschubrohre 21 auf das Bohrgestänge
10 aufgeschoben, deren Außendurciimesser gleich dem Außendurchmesser der Verbindungsmuffen
9 ist. Auf diese Weise wird eine zylindrische Oberfläche des Bohrgestänges erreicht,
welche eine dichte Führung in der Dichtung 20 ermöglicht.
-
An die Austrittsöffnung 18 ist eine Drossel 22 angeschlossen. Diese
Drossel besteht aus einem Schlauchstück 23 aus elastisch deformierbarem Material,
wie beispielsweise Gummi.
-
Dieses Schlauchstück 23 ist in einen Hohlzylinder 24 aus starrem Material
eingesetzt und schließt mit diesem einen Hohlraum 25 dicht ab, in welchem ein Anschluß
26 durch ein Druckmedium mündet.
-
Durch Erhöhung des Druckes im Hohlraum 25 wird der Durchgangsquerschnitt
durch das Schlauchstück 23 verkleinert und durch Verringerung des Druckes wird der
Durchgangsquerschnitt vergrößert. Auf diese Weise kann der Durchgangsquerschnitt
entsprechend dem gewünschten Druck des Flüssigkeitsschaumes in der Bohrung 3 eingestellt
werden.
-
Der Hohlzylinder 24 ist unter Zwischenschaltung der Enden des Schlauchstückes
23 zwischen zwei Platten 27 und 28 unter Vermittlung von Zugschrauben 29 eingespannt.
Die Platte 27 ist mit dem Austrittsstutzen 30 verschweißt.
-
Die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtete
Vorrichtung kann ohne weiteres auch für weitere Zwecke verwendet werden, wobei insbesondere
an die Möglichkeit der Bodeninjektion gedacht ist.
-
Patentansprüche
Leerseite