DE3225807A1

DE3225807A1 - Werkzeug zur erzeugung von bohrloechern in grobporigen zusammendrueckbaren boeden

Info

Publication number: DE3225807A1
Application number: DE19823225807
Authority: DE
Inventors: Viktor B. &Scaron;vez; Valentin I. Feklin; Boris M. Dnepropetrovsk Maso
Original assignee: DN INZH STR INST
Current assignee: DN INZH STR INST
Priority date: 1981-09-22
Filing date: 1982-07-09
Publication date: 1983-03-31
Also published as: AU8569582A; US4484640A; SU1086106A1; FR2513284B1; JPS5858387A; IT8241630A1; FR2513284A1; CA1173427A; IN156352B; JPS616237B2; AU548669B2; DE3225807C2; IT8241630A0; IT1192990B

Description

PATENTANWÄLTE. ^:..^: *>" " ^:_^: ; '^:.„-.:.. 9. Juli 1982

ZELLENTlN

ZWEIBRÜCKENSf«. 15 - 3 - P 90 935

8OOO MÜNCHEN 2

Beschreibung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Werkzeuge zur Erzeugung von Bohrlöchern für Verdichtungs~ pfähle in grobporigen zusammendrückbaren Böden.

In der früher eingereichten Anmeldung von W , Föklin u.a. ist ein Werkzeug zur Erzeugung von Bohrlöchern in grobporigen zusammendrückbaren Boden beschrieben, welches ein zur Befestigung an der Bohrstange hergerichtetes Gehäuse enthält, das einen zylindrischen Kalibrierteil, durch Bodenverdichtungsflächen begrenzte gleichachsig© Abschnitte mit sich in Richtung vom Kalibrierteil zu der Werkzeugspitze hin stufenweise verringernden Halbmessern, sowie durch Bodenverdichtungsflächen begrenzte Ubergangsabschnitte aufweist, welche von der Oberfläche des gleichachsigen Abschnittes mit grösserem Halbmesser zur Oberfläche des benachbarten Abschnittes mit geringerem Halbmesser einen stetigen Übergang bilden. Die Bodenverdichtungsflache des jeweiligen gleichachsigen Abschnittes stellt eine Zylinderfläche dar, die durch eine Mantellinie vorgegebener Länge erzeugt sowie durch zwei als Führungen für diese Mantellinie dienende zylindrische Schraubenlinien mit dem gleichen Steigungswinkel begrenzt ist. Die Bodenverdichtungsfläche des jeweiligen gleichachsigen Abschnittes stellt also eine Oberfläche in Gestalt eines Bandes dar, welches vom Kalibrierteil auf dem benachbarten gleichachsigen Abschnitt des gleichen Halbmessers und auf die gleiche Weise auf dem jeweiligen gleichachsigen Abschnitt bis zur Werkzeugspitze gewunden ist. Die "BSnder" des jeweiligen gleichachsigen Abschnittes sind dabei miteinander durch "Bänder" der TTbergangsabschnitte verbunden· Kurzerhand, ungeachtet dessen, dass das Werkzeug ohne Kalibrierteil eine Kegelform aufweist, ist die Mantellinie der Bodenverdichtungsfläche des jeweiligen Gleichachsigen Abschnittes sowie des jeweiligen tfb erlang s ab schnitt es zur Werkzeugochse parallel.

Eine derartige bauliche Gestaltung des Werkzeuges gestattet es, Bohrlöcher mit vorfestigten Wandungen zu

erzeugen, was die Gütekennwerte von Bohrlöchern verbessert und die Möglichkeit bietet, die Tragfähigkeit von in solchen Bohrlöchern hergestellten Verdichtungspfählen zu erhöhen.

Bei Verwendung eines derartigen Werkzeuges zur Erzeugung von Bohrlöchern für kurze Verdichtungspfähle ist die Tragfähigkeit der letzteren infolgedessen niedrig, da die Länge des kegelförmigen Teiles des Werkzeuges zur Bildung von kurzen oder¹/ tiefen Bohrlöchern 30 ... 35 % und darüber ihrer Gesamtlänge beträgt, was die Verminderung der gesamten Seitenoberfläche von in derartigen Bohrlöchern hergestellten Verdichtungspfählen zur Folge hat, da die Oberfläche des kegelförmigen Teiles mit einer Grundfläche des vorgegebenen Durchmessers kleiner als die Oberfläche des zylindrischen Teiles mit demselben Durchmesser sowie derselben Länge und Höhe ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein vervollkommnetes Werkzeug zur Erzeugung von BohrlÖ-ehern in grobporigen zusammendrückbaren Böden zu entwickeln, welches es dank seiner neuen baulichen Gestaltung ermöglicht, die Tragfähigkeit von insbesondere kurzen Verdichtungspfählen zu erhöhen.

Die gestellte Aufgabe ist durch Entwicklung eines Werkzeugs zur Erzeugung von Bohrlöchern in grobporigen zusammendrückbaren Böden gelöst, welches ein zur Befestigung an einer Bohrstange hergerichtetes Gehäuse enthält, das einen zylindrischen Kalibrierteil, durch Bodenverdichtungsflachen begrenzte gleichachsige Abschnitte mit sich in Richtung vom Kalibrierteil zu der Werkzeugspitze hin stufenweise vermindernden Halbmessern sowie durch Bodenverdichtungsflächen begrenzte Übergang sabschnitte aufweist, welche von der Oberfläche des Abschnittes mit größerem Halbmesser zur Oberfläche des benachbarten Abschnittes mit geringerem Halbmesser einen stetigen Übergang bilden,j die Bodenverdichtungsfläche des jeweiligen gleichachsigen Abschnittes gemäß

der Erfindung eine Kegelflache darstellt, die durch eine Mantellinie vorgegebener Länge erzeugt ist, wobei die letztere durch zwei als Führungen für diese Mantellinie dienende kegelförmige Schraubenlinien mit gleichem SteigungswinKel begrenzt ist.

Ein derartiges Werkzeug weist Oberflächen zur Bodenverdichtung sowohl auf den gleichachsigen als auch auf d_en Ubergangsabschnitten auf, deren Mantellinie zur Werkzeugachse unter einem Winkel und zwar unter einem positiven Winkel verläuft, wenn die Terminologie eines Drehmeißels verwendet werden darf« Üine derartige bauliche Gestaltung ermöglicht es, Bohrlöcher ohne Bodenaushub zu. erzeugen, deren verfestigter Teil dazu beiträgt, einenVerdicatungspfahl mit vorgegebener Bodentragfähigkeit infolge der Kräfteverteilung längs der Pfahloberfläche zu bilden, so daß sich die auf den ffahl einwirkende senkrechte Belastungskomponente unter einem Winkel zur Lotrechten verzweigt· In diesem Falle vergrößert sich auch die die Belastung aufnehmende Bodenoberflache im Vergleich zu einer durch ein Werkzeug mit zylindrischer Bodenverdichtungsfläche gebildete Oberfläche der Bohrlochwandungen.

Zur Stabilisierung der Werkzeugbewegung im Boden ist es möglich, an den Segelflächen der gleichachsigen Gehäuse ab schnitte sowie an den Oberflächen der Übergangsabschnitte in der Nähe der Absätze entlang einer Schraubenlinie Bunde auszubilden. Diese Bunde können Radialauskragungen aufweisen, die sich koaxial® Abschnitten mit geringerem Halbmesser vergrößern, wobei die Auskragungshöhe den Durchmesser des Kalibrierteils nicht überschreiten soll. Durch/Zunahme der Auskragung der Bunde wird die Überwindung

erleichtert eines zusätzlichen Bodenwiderstandes Λwelcher infolge der Neigung der Mantellinie der BodenverdichtungsfIaehe der gleichachsigen Abschnitte je nach Vertiefung des Werkzeuges entsteht. Darüber hinaus können die gleichachaigen Abschnitte sowohl gleiche als auch ver- <§) von den Abschnitten mit größerem Halbmesser zu desn

schiedene Höhe bezüglich der Werkzeug achse aufweisen. Die Neigungswinkel der Mantellinie der Bodenverdichtung sfläche können für unterschiedliche Abschnitte sowohl gleich als auch verschieden sein. Im weiteren wird die Erfindung an Hand der Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Werkzeug in Gesamtansicht; _etnß

Fig. 2/Ansicht des erfindungsgemäßen Werkzeuges von der Seite der Spitze;

Fig. 3 Ansicht eines Teiles der Fig. 2 in vergrößertem Maßstab;
eine
Fig. 4/Ansicht in Richtung des Pfeiles A in Fig. 3;

Fig. 5 eine Ausführungsvariante mit sich sukzessive vermindernden Neigungswinkeln der Mantellinien von Bodenverdichtungsflachen der gleichachsigen Abschnitte bezüglich der Längsachse des Werkzeuges;

eine eines

Fig. 6/Gesamtansicht / erfindungsgemäßen Werkzeuges, welches eine Mantellinie seiner Bodenverdichtungsf lache η mit sich sukzessive vergrößernden Neigungswinkeln aufweist;

Fig. 7 Ansicht des in Fig. 6 gezeigten Werkzeuges, aber mit sich im oberen Teil vergrößernden und im unteren Teil vermindernden Neigungswinkeln der. iwantellinie von Bodenverdichtungsflächen; ?ig· ö eine Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Werkzeuges mit gleichachsigen Abschnitten verschiedener Länge entlang der Achse; Fig. 9 ein Werkzeug während der Bohrlöcherzeugung; Fig. 10 das Fertigbohrloch.
Wie es in den Zeichnungen, genauer

in Fig. 1 bi3 4, gezeigt ist, enthält das an der Bohrstange 1 befestigte Werkzeug einen zylindrischen Ka-

librierteil 2 und eine Spitze 3 sowie gleichachsige Abschnitte 4, von welchen jeder als Kegelstumpf ausgebildet ist, dessen größere Grundfläche/über der kleineren befindet. Sie gleichachsig^ Abschnitte 4 sind miteinander durch Übergangsabschnitte/stetig verbunden. Jeder gleichachsige Abschnitt 4 ist durch eine Bodenverdichtungsflache begrenzt, welche eine Kegelfläche darstellt, die durch die Mantellinie g vorgegebener Länge erzeugt ist, welche durch zwei als Führungen für diese Mantellinie dienende kegelförmige Schraubenlinien h mit dem gleichen Steigungswinkel begrenzt ist. Die Übergangsabschnitte 5 haben eine Oberfläche, die der Oberfläche der gleichachsigen Abschnitte 4 ähnlich ist, aber die führungen ihrer Mantellinie weisen eine Krümmung auf, welche kleiner als der geringste Halbmesser der Krümmung der Führungen der Mantellinie der Oberfläche des benachbarten höher liegenden gleichachsigen Abschnittes ist. Per Krümmungshalbmesser kann dabei sowohl konstant als auch allmählich abnehmend sein. In einem solchen Falle wird ein stufenweiser Übergang von dem Abschnitt mit größerem Halbmesser zu dem gleichachsigen Abschnitt mit geringerem Halbmesser und zugleich ein stetiger Über-

von gang der Bodenverdicritungsf lache/einem gleichachsigen Abschnitt zu einem anderen gewährleistet. Die unteren Kanten bzw. Absätze gleichachsiger Abschnitte 4 sowie der Übergangsabschnitte 5 sind mit Schaufeln bzw. Bunden 6 ausgerüstet. Unmittelbar über der Anordnungsstelle der Übergangsabschnitte 5 weisen die Schaufeln

OQ 6 Ausbrüche im Bereich von 1/4 des Kreisumfanges auf, der den Querschnitt des jeweiligen Abschnittes 4 begrenzt. Die Breite der Schaufeln bzw. die Auskragung der Bunde 6 vergrößert sich stufenweise in Richtung von oben nach unten vom obenliegenden gleichachsigen Absclmitt/zur Werkzeugspxtze 3 hin. Das Werkzeug ist mit einem Kanal 7 sowie mit Verzweiflungen ü verseilen· Der Kanal 7 ist mit einer Flüssigkeitsquelle (in der

Zeichnung nicht gezeigt) verbunden.

Die Wirkungeweise des Merkzeuges besteht in folgendem.

Beim Drehen des Werkzeugs durch einen Antrieb (in der Zeichnung nicht gezeigt) über die Stange 1 dringt es unter Einwirkung des Axialdruckes in den Boden ein und drückt diesen von der Achse des zu erzeugenden Bohrloches durch die Oberfläche der die gleichachsigen Abschnitte 4 miteinander verbindenden Übergangsabschnitte 5 zu den Seiten ab. Die Bunde 6, die an den unteren KantenIgleichachsigen Abschnitte 4 sowie der Ubergangsabschnitte 5 ausgeführt sind, tragen zur Stabilisierung der Bewegung des Werkzeuges im Boden bei. Das Vorhandensein der Ausbrü-

ehe in^Sunden 6 im Bereich von 1/4 des den Querschnitt des jeweiligen Abschnittes 4 begrenzenden Kreisumfanges setzt die erforderliche Größe des Axialdruckes herab.

Durch stufenweise Vergrößerung der Breite der Bunde 6 in Richtung zur Werkzeugspitze 3 wird das Überwinden eines zusätzlichen Bodenwiderstandes erleichtert, welcher infolge der Neigung der Mantellinie der Oberflächen in bezug auf die Längsachse entsteht. Im Verlaufe des Betriebs kann zwecks Herabsetzung der Reibungskräfte über den Kanal 7 sowie des-

sen Abzweigungen 8 zu den Berührungsstellen der Bodenverdichtung sf lachen mit dem Boden Flüssigkeit zur Bildung einer Schmierschicht gefördert werden. Beim Niederbringen der Bohrung dient der Teil 2 als Kalibrierteil.

Die Verwendung der Ausführungsvarianten der Einrichtung mit unterschiedlicher rföhe der gleichachsigen Abschnitte (Fig. 5 bis 6) sowie mit für diese Abschnitte unterschiedlichem Neigungswinkel der Mantellinien ihrer Oberflächen zu der Längsachse des Werkzeu- ges ermöglicht es, die Beanspruchungen entlang der Oberfläche des Künftigen Verdichtungspfahies, welcher im erzeugten Bohrloch herzustellen ist, auf die vorge-

gebene Weise zu verteilen und den letzteren mit vorgegebenen Nennwerten der Bodentragfähigkeit herzustellen.

Die Verwendung aex^orgesC/ ^agenelfcinrichtung gestattet es, für einen kurzen Verdichtungspfahl (Fig. 9 und 10) ein Bohrloch zu erhalten, dessen Wandungsfläche aus geneigten Abschnitten besteht. Dies bietet die Möglichkeit, die Tragfähigkeit des Jifahies dank einem zusätzlichen ßodenwiderstand an der Seitenfläche um 10 bis 20 % zu erhöhen.

-40-Leerseite

Claims

ZELLENTIN ZWEIBRÜCKENSTR. 1Ö 80OO MÜNCHEN 2

Dnepropetrovsk! j inschenerno- 9. Juli 1982 stroitelnyj institut RZ/Os

Dnepropetrovsk / Sowjetunion P 90 935

WERKZEUG ZUR iiäiZEUÜDNG VON BOHRLÖCHERN US

GßOBFORiGEN zusammendrückbaren böden

PATENTANSPRÜCHE 1. Werkzeug zur Erzeugung von Bohrlöchern in grobporigen zusammendrüokbaren Böden, welches ein zur Befestigung an der Bohrstange hergerichtetes Gehäuse enüiält, das einen zylindrischen kalibrierten, durch Bodenverdichtungsflachen begrenzte gleichachsige Abschnitte mit sich in Richtung vom Kalibrierteil zur tferkzeugspitze hin stufenweise vermindernden Halbmessern sowie durch Bodenverdichtungsflächen begrenzte Übergangsabschnitte aufweist, welche von der Oberfläche des gleichachsigen Abschnittes mit größerem Halbmesser zur Oberfläche des benachbarten Abschnittes mit geringerem Halbmesser einen stetigen Übergang bilden, dadurch gekennzeichnet, daß die Bodenverdichtungsfläche des jeweiligen gleichachsigen Abschnittes (4) eine Kegelfläche darstellt, die durch eine Mantellinie (g) vorgegebener Länge erzeugt ist, wobei die letztere durch zwei als Führungen für diese Mantellinie dienende kegelförmige Schraubenlinien (h) mit gleichem Steigungswinkel begrenzt ist.
2. Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an den kegelförmigen Oberflächen der gleichachsigen Abschnitte (4) sowie an den Oberflächen der Ubergangsabschnitte (5) in der Nähe der Absätze entlang einer Schraubenlinie Bunde (6) ausgeführt sind.

3· Werkzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bunde (6) Auskragungen aufweisen, die sich in Radialrichtung vom gleichachsigen Abschnitt mit größerem Halbmesser zum benachbarten gleichachsigen Abschnitt mit geringerem Halbmes-

aber
ser vergrößern/den Durchmesser des Kalibrierteiles (2) nicht überschreiten.