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B e s c h r e.i b u n g
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Einbringung eines Bohrloches
für eine Pfahlgründung sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
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Es sind bereits verschiedene Verfahren und Vorrichtungen zur Einbringung
von Bohrlöchern für eine Pfahlgründung bekannt.
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Diese sind jedoch durchgängig mit gravierenden Problemen unterschiedlicher
Art verbunden. Hierzu gehören etwa: 1. Die Bohrvorrichtung ist kompliziert. Der
komplizierte Aufbau der Vorrichtung führt zu Funktionsstörungen und höheren Kosten.
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2. Am Boden erweiteite Bohrlöcher sind hinsichtlich ihrer Form instabil.
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3. Es ist eine lange Zeit erforderlich, um das Bohrloch einzubringen.
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4. Die Ausbildung des Fundaments am Bohrlochboden und das Austragen
des Bodens und Sandes am Bohrlochboden sind nicht zufriedenstellend.
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5. Die Entfernung des Schlammes ist unzulänglich.
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6. Die Präzision der Messung der Tiefe des Bohrloches ( Pfahllänge)
ist gering.
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7. Die Auflagerkraft im oberen Teil des Pfahles kann zwar erhöht werden,
aber es ist unmöglich, Pfähle aufzubauen, die ein Biegemoment auszuhalten vermögen,
das durch eine äußere Horizontalkraft ausgeübt wird, wie sie etwa durch ein Erdbeben
oder ähnliches entsteht.
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In Kenntnis dieses Standes der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe
zugrunde, unter Vermeidung der aufgezeigten Nachteile eine Vorrichtung und ein Verfahren
zu schaffen, die in einer funktionssicheren und kostengünstigen Weise die Herstellung
einer stabilen und sicheren Pf ahlgründung gewährleisten.
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Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung durch die kennzeichnenden
Merkmale des Hauptvorrichtungs und Verfahrensanspruches. Bezüglich bevorzugter Ausführungsformen
wird auf die Merkmale der Unteransprüche verwiesen.
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Weitere Vorteile, Einzelheiten und erfindungswesentliche Merkmale
ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung verschiedener Ausführungsbeispiele
der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen. Dabei sagt im einzelnen:
Fig. 1 verschiedene Vertikalschnitte durch Bohrlöcher, wie sie durch das Verfahren
und die Vorrichtung gemäß der Erfindung einbringbar sind, in schematischer Darstellung,
Fig. 2 eine Vorderansicht des Hauptteiles der erfindungsgemäßen Vorrichtung, Fig.
3 einen Horizontalschnitt durch die Vorrichtung gemäß Fig. 2 entlang der Schnittlinie
III-III, Fig. 4 eine schematische Darstellung der Arbeitsweise des Saugrohres, Fig.
5 eine andere Ausführungsform des Saugrohres und Fig. 6 eine schematische Darstellung
der Bewegung des in den Fig. 4 und 5 dargestellten Saugrohres.
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In den Zeichnungen ist die Bohrvorrichtung A dargestellt, die zur
Durchführung des erfindurwgemäßen Verfahrens eingesetzt
wird. Die
Bohrvorrichtung besitzt ein hohles Drillrohr 1 mit der erforderlichen Länge (das
durch eine in den Zeichnungen nicht dargestellte Antriebsvorrichtung gedreht wird),
an dessen äußerem Ende eine Bohrerspitze 2 zur Einbringung einer Bohrung Ri mit
dem gewünschten Durchmesser befestigt ist. Der ausgegrabene Boden und Sand werden
zur Erdoberfläche zusammen mit dem Schlamm geführt mittels herkömmlicher Einrichtungen.
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Eine Anzahl (beispielsweise vier, wie in den Zeichnungen dargestellt)
von Bohrerspitzen 3 zur Aufweitung sind am unteren Ende des Drillrohres 1 in beliebigen
Abständen angeordnet. Die Bohrerspitze 3 ist an dem unteren Ende einer Schubstange
6 befestigt, die an ihrem oberen Ende von einem Schubring 5 gehalten wird, der gleitend
das Drillrohr 1 umfaßt. Die Bohrerspitze 3 ist so ausgebildet, daß sie entlang einer
Erweiterungsführung 8 gleitet, die zwischen einem festen Ring 7, der an dem Drillrohr
1 befestigt ist und einer entsprechenden Stelle am äußeren Ende der Bohrerspitze
2 gehalten ist. Die Führung 8 läuft zu ihrem oberen Ende zusammen, so daß sie innerhalb
des Bohrloches Ri gehalten werden kann, wenn das Pfahlloch R1 mit Hilfe der Bohrerspitze
2 eingebracht wird.
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Sie ist jedoch weiter an ihrem unteren Ende, so daß die erforderlichen
Bodenaufweitungen der Pfahllöcher R2, R3 und R4 ausgebildet werden können, wenn
der Erweiterungsbohrer 3 abgesenkt wird.
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Der Erweiterungsbohrer 3 ist mit einem Gleitelement 4 versehen, das
einen U-förmigen Querschnitt besitzt, so daß der Erweiterungsbohrer 3 entlang der
Führung 8 verschoben wird, wobei jedoch das Gleitelement nicht notwendigerweise
auf das oben erwähnte Ausführungsbeispiel beschränkt ist.
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Der Schubring 5 wird durch eine entsprechende Antriebsanordnung, wobei
es sich beispielsweise bei dieser Ausführungsform um einen hydraulischen Zylinder
9 handelt, nach oben und nach unten bewegt. Der hydraulische Zylinder 9 wird an
einem Ende gleitend von dem Drillrohr 1 gehalten, während die Köbenstange 10 an
ihrem oberen Ende an dem Schubring 5 befestigt
ist. Der hydrau3ische
Zylinder 9 wird von der Erdoberfltiche aus betätigt. Der Erweiterunqsbohrer 3 wird
entlang der Führung 8 abgesenkt, indem man den Schubring 5 nach unten drückt mit
Hilfe der Schubstange 6, wodurch der Erweiterungsbohrer 3 in radialer Richtung auseinandergeführt
wird.
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Anstelle des hydraulischen Zylinders 9 kann zum gleichen Zweck auch
eine Gewindestange eingesetzt werden, die im wesentlichen prallel zum Drillrohr
1 verläuft. In diesem Fall wird die Gewindestange in den Schubring 5 eingeschraubt
und wird durch einen ktromotor angetrieben.
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Der Schubring 5 ist mit einer Überwachungseinrichtung 11 versehen,
um das Ausmaß des Ahsenkens zu ermitteln. Die Überwachungseinrichtung 11 ist gemäß
der Darstellung in Fig. 2 als Drahtseil ausgebildet, wobei jedoch das Drahtseil
auch die Form einer Kette oder eines Stabes besitzen kann. Die Überwachungseinrichtung
kann auch dadurch bestehen, daß man die Flüssigkeitsströmung innerhalb des hydraulischen
Zylinders mißt.
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Die Bohrvorrichtung A besitzt ein bewegbares Saugrohr 20 (Fig. 4)
zur Ausförderung der Erde und des Sandes,der durch den Erweiterungsbohrer 3 gelöst
worden ist. Das Saugrohr 20 wird gleitend von einem Halterohr 22 abgestützt, das
schwenkbar ein Ende einer oberen Schiene 23 hält, deren anderes Ende schwenkbar
an einem Aufnahmering 19 befestigt ist, der durch das Drillrohr 9 nach oben und
nach unter verschoben werden kann, während er gleichzeitig schwenkbar ein Ende einer
unteren Schiene 24 hält, deren oberes Ende schwenkbar an dem Dz rohr 1 in dessen
unterem Bereich befestigt ist. Das obere Ende des Saugrohres 20 ist über ein flexibles
Rohr 25 an eine Abzweigung la des Drillrohres 1 angeschlossen. Entsprechend der
Absenkung des Schubringes 5 wird die utere Saugöffnung 21 des Saugrohres 20 radial
nach außen durch die Hebewirkung der beiden Schienen 23 und 24 geführt. Somit wird
im Laufe der Grehung des Dri3lrohres 1 Schlamm von dem Bohrlochboden sauber abgesaugt,
und der Bohrlochboden wird abgefegt.
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Bei der in den Fig. 2 bis 4 gezeigten Ausführungsform wird das Saugrohr
20 synchron mit den Erweiterungsbohrerspitzen 3 geführt, wobei diese Synchronisation
jedoch nicht notwendigerweise erforderlich ist,und das Saugrohr 20 kann getrennt
von der Bohrlochspitze 3 hin- und hergeführt werden. So kann beispielsweise entsprechend
der Darstellung in Eig. 4 anstelle entweder der oberen oder der unteren Schiene,die
das Halterohr 22 stützen, etwa die untere Schiene 24 ersetzt werden, durch ein Schraubsystem,
nämlich eine von einem hydraulischen Zylinder, einem Elektromotor, Öldruck oder
ähnlichem angetriebene Mutter, in welche eine Gewindestange eingeschraubt wird,
wobei durch Drehung der Mutter die Gewindestange vor-und zurückgeschoben wird. Mittels
dieser Anordnung wird die Kolbenstange ausgeschoben oder hereingezogen durch die
Wirkung des hydraulischen Zylinders, womit das Saugrohr 20 hin- und hergeschwenkt
wird. Andererseits könnte das Fußende des hydraulischen Zylinders an einer entsprechenden
Stelle des oberen Teils des Drillrohres 1 gehalten sein, wobei man die obere Schiene
23 wegläßt, während das obere Ende der Kolbenstange gehalten wird durch das Stützrohr
22, so daß das Saugrohr in der Zusammenwirkung mit der- unteren Schiene hin-und
herbewegt wird. Eine andere Einrichtung zum Hin- und Herschwenken des Saugrohres
20 ist darin zu sehen, daß man dem Stützrohr 22 das erforderliche Gewicht gibt,
während ein Ende eines Drahtes oder einer Kette an dem Stützrohr gehalten wird,
womit man die obere Schiene 23 weglassen kann. Wenn man den Draht oder die Kette
mit Hilfe des Betriebes eines Elektromotors oder einer ähnlichen Einrichtung, die
auf der Erdoberfläche installiert ist, löst, senkt sich das Stützrohr 22 durch sein
eigenes Gewicht an dem Saugrohr 20 entlang ab und dreht sich zur gleichen Zeit um
den Drehpunkt der unteren Schiene 24 an dem Drillrohr 1 als Schwenkpunkt, womit
das Saugrohr radial hin- und hergeschwenkt wird durch widerhotes Elochziehen und
Absenken des Drahtes oder der Kette, unabhängig
von der Erweiterungsbohrspitze
3. Diese verschiedenen Einrichtungen können Verwendung finden, ohne damit das Prinzip
der Erfindung zu verlassen.
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Die Fig. 5zeigt eine Ausführunqsform, bei welcher ein anderes Schwenksystem
für das Saugrohr 20 Verwendung findet. Bei dieser Ausführungsform ist ein flexibles
Rohr 25 vorgesehen, das im unteren Bereich des Drillrohres 1 vorspringt und ein
Saugrohr 20 umfaßt, das so ausgebildet ist, daß der erforderliche Zwischenraum gebildet
wird zwischen dem äußeren Ende 21 des Saugrohres und der Bodenfläche des gebohrten
Pfahl loches.
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Ein hydraulischer Zylinder, ein motorbetriebener Zylinder oder eine
ähnliche Einrichtung 33 wird von einer Klammer 34 gehalten, die von dem Drillrohr
1 vorspringt, während eine Kolbenstange 33a des Zylinders an einem Teil des Saugrohres
20 befestigt ist. Durch die Betätigung des hydraulischen Zylinders 33 von einer
Stelle an der Erdoberfläche wird das Saugrohr 20 in radialer Richtung der eingebrachten
Bohrung bewegt. Für diesen Fall wird beim Drehen der Bohrvorrichtung unter einer
radialen Bewegung des Saugrohres der Arbeitsweg der unteren Saugöffnung des Saugrohres
in Fig. 6 dargestellt, wobei die Saugöffnung beim Fortschreiten auf den Umfang des
Bohrlochbodens eine konzentrische Spirale beschreibt. Dementsprechend wird bei diesem
Verfahren, da der Hydraulikzylinder von der Erdoberfläche aus betätigt wird, so
daß sich das Saugrohr 20 stets in radialer Richtung bewegt, die Saugöffnung am unteren
Ende des Saugrohres über den gesamten Bohrlochboden geführt, und die gelöste Erde
wird sofort abgesaugt und ausgefördert. Darüber hinaus läßt sich diese Vorrichtung
auf jede Ausbildungsform des Bohrlochbodens anwenden, unabhängig von dem Neigungswinkel
des Bodens, wobei sich das Saugloch nicht mit Öl oder losgelösten Steinen usw. zusetzen
kann. Somit fördert diese Vorrichtung den Bohrwirkungsgrad und stellt, eine saubere
Entfernung der gelösten Erde und des Schlammes von dem Bohrlochboden sicher,mit
dem Ergebnis, daß die Belastungsfähigkeit am oberen Ende des Pfahles stabilisiert
wird.
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In den Zeichnungen ist ein Stabilisator 30 dargestellt, dessen
Durchmesser
nahezu der gleiche ist wie derjenige des Bohrloches Rl oder R2 und der an dem Haltering
befestigt ist, der das Drillrohr 1 in einem Bereich unterhalb des Aufnahmeringes
19 umfaßt, um eine Ablenkung bei der Bohrung zu verhindern.
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Eine Feder 31 ist vorgesehen, um die Abweichung auszugleichen, wenn
sich der Schubring 5 absenkt und um den hydraulischen Zylinder 9 nach oben zu drücken
durch dessen Rückstoßkraft, wenn der hydraulische Zylinder frei wird.
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Ein Überblick über die Einbringung eines Bohrloches für eine Pfahlgründung
mit einem erweitereten Bodenbereich unter Verwendung der oben beschriebenen Bohrvorrichtung
A soll nachfolgend gegeben werden.
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Die Erweiterungsbohrspitze 3 wird mittels des hydraulischen Zylinders
9 bis zu dem schräg verlaufenden Bereich der Führung 8 vorgeschoben, nämlich bis
zu der Position, in welcher sie nicht über die untere Bohrerspitze 2 hinausragt,
wo sie gehalten wird. Durch die Rotation des Drillrohres 1 wird ein Bohrloch R1
des gewünschten Durchmessers eingebracht mit Hilfe der Bohrerspitze 2, und die gelöste
Erde und der Sand werden über das Drillrohr 1 ausgefördert. Die Einbringung des
Pfahlloches R1 ist nicht auf die Bohrvorrichtung A der oben beschriebenen Art beschränkt,
sondern kann mittels einer Schnecke oder einer ähnlichen herkömmlichen Einrichtung
vollzogen werden. Für den Fall der Verwendung der Vorrichtung A wird diese in das
gebohrte Loch R1 eingesetzt, und die Austragung wird itl einer solchcn Weise durchgeführt,
daß der Winkel des Lochbodens nahezu eben ist. Nachdem die vorgegebene Länge eingebracht
ist, beginnt die Ausbildung des Pfahllochabschnittes R3 (Fig. lc).
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Wie oben beschrieben,wird der hydraulische Zylinder 9 durch den hydraulischen
Druck von der Erdoberfläche aus betrieben, während die Rotation des Drillrohres
1 aufrechterhalten wird.
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Der Schubring 5 wird mit Hilfe der Kolbenstange 10 abgesenkt, wodurch
die Erweiterungsbohrerspitze 3 sich ebenfalls absenkt entlang der Erweiterungsführung
8, wobei sie radial entlang
dem Winkel der Führung 8 geführt wird
und damit die Bohrung mit der Rotation deS Drillrohres 1 ausführt. Das Ausmaß der
Erweiterung der Bohrerspitze 3, d.h. das Ausmaß des Absenkens der Bohrerspitze 3
wird mit Hilfe einer geeigneten Überwacllungseinrichtung 11, wie beispielsweise
einem Seil, von der Oberfläche aus ermittelt. Wenn die Bohrerspitze 3 in die niedriqste
Position an der Führung 8 abgesenkt ist, wird der Betrieb durch den hydraulischen
Druck eingehalten.
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Wenn der hydraulische Zylinder 9 durch den hydraulischen Druck betätigt
wird und der Schubring 5 abgesenkt wird auf den Aufnahmering 9 mit Hilfe der Kolbenstange
10, senkt sich der Aufnahmering 19 ab, ebenso wie die Feder 31. Beim Absenken des
Aufnahmeringes 19 wird die untere Saugöffnung des Saugrohres 20 seitlich ausgeschwenkt
durch die Hebelbewegung der oberen Schiene 23 und der unteren Schirme 24. Mit der
Drehung des Drillrohres 1 führt die Saugöffnung 21 eine spiralförmige Bewegung aus.
Somit wird der gelöste Erdboden und Sand abgesaugt und ausgefördert zusammen mit
dem Schlamm, und das Einbringen des am Boden erweiterten Pfahlloches wird vollendet.
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Nachdem der angestrebte Bohrvorgang beendet ist, wird der Schubring
5 durch den Betrieb des hydraulischen Zylinders 9 angehoben unter fortlaufender
Drehung des Trillrchres 1, urld die Erweiterungsbohrerspitze wird mit Hilfe der
Schubstange 6 angehoben. Zu dieser Zeit wird der Aufnahme ring 19 nach oben geschoben
mit dem Anheben dec; Sthubrirges 5 durch die Rückstoßkraft der Feder 31,und das
Saugrohr 20 wird in Richtung auf die axiale Mitte geschwenkt während des Absaugens
des Schlammes an dem Pfahlbohrlochboden und kehrt in seine ursprüngliche Stellung
zurück. Der Schubring 5 wird weiter nach oben geschoben und führt die Bohrlochspitze
3 in ihre ursprüngliche Stellung zurück, was durch die Überwachungseinrichtung 11
ermittelt wird, worauf der hydraulische Betrieb eingehalten wird.
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Gemäß der Erfindung kann bei der radialen Führung der Erweiterungsbohrerspitze
3 entlang der Führung 8 ein Bohrloch
mit einem erweiterten Durchmesser
im Bodenbereich eingebracht werden, qenau nach den vorgegebenen Maßen. Darüber hinaus
kann die Maßeinhaltung sichergestellt werden durch eine Überwachungs einrichtung
auf der Erdoberfläche, wobei der von der Bohrerspitze 3 gelöste Sand und Schlamm
von einem Saugrohr 20 ausgefördert wlrd. Indem man das Saugrohr in radialer Richtung
ausschwenkt, kann der verbleibende Schlamm vollständig abgesaugt werden, so daß
der Boden in einer exakten Weise gereinigt wird, mit dem Ergebnis, daß sich der
aufgeweitete Boden des Pfahlloches vollständig mit Beton füllen läßt, ohne das die
Schwierigkeit besteht, daß sich Schlamm hiermit vermischt, wodurch der Endbereich
des Betonpfahles die volk Festigkeit erhält.
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Die obige Beschreibung bezieht sich auf ein Verfahren zur Einbringung
eines am Boden erweitertbn Pfahlloches, indem man zunächst die Erde und den Sand
unter Verwendung von lediglich einer normalen Bohrerspitze, worauf man anschließend
die Erweiterungsspitze bis zum unteren Ende des Pfahl loches einbringt, zur Erweiterung
des unteren Endbereiches, wie dies in Eig. lc dargestellt ist. Die Form des Längsschnittes
des Pfahl loches, das mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung und nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren eingebracht wird, ist jedoch nicht auf die Ausbildung gemäß der Darstellung
in Fig. lc beschränkt, sondern erstreckt sich auch auf die Darstellungen la, Ib
und ld. Die Fig. la zeigt den Längsschnitt eines Pfahlloches, das eingebracht werden
kann, indem man lediglich eine Bohrerspitze einsetzt. Die Fig. 1b zeigt einen Längsschnitt
durch ein Pfahlloch mit dem Durchmesser R2, welches eingebracht werden kann, indem
man die Erweiterungsbohrerspitzen in der entsprechenden Position an der Führung
8 gleich vom Beginn an hält. In diesem Fall hat man die freie Wahl für den herzustellenden
Pfahldurchmesser. Die Fig. ld zeigt den Längsschnitt eines Pfahlloches mit einem
größeren Durchmesser im oberen Pfeilbereich und einen auigeweiteten Bodenbereich
am Fuß des Pfahls. Hierfür hält man zunächst die Bodenerweiterungsspitze in einer
unteren Position, um ein Loch mit einem größeren Durchmesser einzubringen. Als zweites
zieht man die Erweiterungsbohrerspitzen
in der gewünschten Tiefe
ab und fährt dann mit der Einbringung fort bei einem geringeren Durchmesser, während
man schließlich die Bodenerweiterungsbohrspitzen wieder absenkt, um die Bodenerweiterung
des Pfahlloches einzubringen.
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Da das so eingebrachte Pfahlloch einen größeren Durchmesser in dem
oberen Bereich besitzt, ist beim Auftreten einer äußeren Horizontalkraft auf den
von dem Pfahl getragenen Aufbau, wie dies beispielsweise bei einem Erdbeben auftritt,
der Widerstand gegen das am Pfahl erzeugte Biegemoment sehr groß. Darüber hinaus
vermag, infolge der Tatsache, daß der untere Teil des Pfahl loches eine größere
Stützfläche für Vertikalkräfte infolge des erweiterten Bodens besitzt, der Pfahl
eine große Vertikal last aufzunehmen. Schließlich ist, dadurch, daß der Zwischenteil
des Pfahles einen geringeren Durchmesser besitzt als der obere und der untere Teil,
eine geringere Menge an Beton erforderlich, als dies der Fall wäre bei einem üblichen
Pfahl, der entsprechende HorizontaJ- und Vertlkalbelastungen aufzunehmen vermag,
womit erhebliche Kosten bei der Herstellung des beschriebenen Pfahles eingespart
werden.