DE3225807C2 - Werkzeug zur Herstellung von Bohrlöchern in grobporigen, zusammendrückbaren Böden - Google Patents

Abstract

Das Gehäuse des Werkzeuges weist einen zylindrischen Kalibrierteil (2), gleichachsige Abschnitte (4) mit Bodenverdichtungsflächen sowie sich in Richtung vom Kalibrierteil (2) zu der Werkzeugspitze (3) hin stufenweise vermindernden Halbmessern und Übergangsabschnitte (5) mit Bodenverdichtungsflächen auf, welche einen stetigen Übergang von einem gleichachsigen Abschnitt mit größerem Halbmesser zu einem benachbarten gleichachsigen Abschnitt mit geringerem Halbmesser bilden. Die Bodenverdichtungsfläche des jeweiligen gleichachsigen Abschnittes (4) stellt eine Kegelfläche in Gestalt eines Bandes dar, das vom Kalibrierteil (2) zu der Werkzeugspitze (3) gewunden ist und Übergangsabschnitte (5) enthält.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Werkzeuge zur Herstellung von Bohrlöchern für Verdichtungspfähle in grobporigen, zusammendrückbaren Böden.

In der früher eingereichten Anmeldung von W. Föklin u. a. (DE-OS 32 18 995) ist ein Werkzeug zur Erzeugung von Bohrlöchern in grobporigen, zusammendrückbaren Böden beschrieben, welches ein zur Befestigung an der Bohrstange hergerichtetes Gehäuse enthält, das einen zylindrischen Kalibrierteil, durch Bodenverdichtungsflächen begrenzte gleichachsige Abschnitte mit sich in Richtung vom Kalibrierteil zu der Werkzeugspitze hin stufenweise verringernden 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. Die Bodenverdichtungsfläche des jeweiligen gleichachsigen Abschniues 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 »Bänder« des jeweiligen gleichachsigen Abschnittes sind dabei miteinander durch »Bänder« der Übergangsabschnitte verbunden. Kurzerhand, ungeachtet dessen, daß das Werkzeug ohne Kalibrierteil eine Kegelform aufweist, ist die Mantellinie der Bodenverdichtungsfläche des jeweiligen gleichachsigen Abschnittes sowie des jeweiligen Übergangsabschnittes zur Werkzeugachse parallel,
ίο Eine derartige bauliche Gestaltung des Werkzeuges gestattet es, Bohrlöcher mit verfestigten 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 bzw. nicht sehr tiefen Bohrlöchern 30 bis 35% und darüber ihrer Gesamtlänge beträgt, was die Verminderung der gesamten Seitenoberfläche 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 Durchmeaser sowie derselben Länge und Höhe ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein vervollkommnetes Werkzeug zur Herstellung von Bohrlöchern 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 Herstellung von Bohrlöchern in grobporigen, zusammendrückbaren Böden gelöst, welches ein zur Befestigung an einer Bohrstange hergerichtetes Gehäuse enthält, das einen zylindrischen Kalibrierteil, duich Bodenverdichtungsflächen begrenzte gleichachsige Abschnitte mit sich in Richtung vom Kalibrierteil zu der Werkzeugspitze hin stufenweise vermindernden Halbmessern sowie durch Bodenverdichtungsflächen begrenzte Übergangsabschnitte aufweist, welche von der Oberfläche des Abschnittes mit größerem Halbmesser zur Oberfläche des benachbarten Abschnittes mit geringerem Halbmesser einen stetigen Übergang bilden, wobei die Bodenverdichtungsfläche des jeweiligen gleichachsigen Abschnittes gemäß der so Erfindung eine Kegelfläche darstellt, die durch eine Mantellinie vorgegebener Länge erzeugt ist, die durch zwei als Führungen für die Mantellinie vorgesehene kegelförmige Schraubenlinien mit gleichem Steigungswinkel begrenzt ist.

Ein derartiges Werkzeug weist Oberflächen zur Bodenverdichtung sowohl auf den gleichachsigen als auch auf den Übergangsabschnitten auf, deren Mantellinie zur Werkzeugachse unter einem Winkel und zwar unter einem positiven Winkel verläuft, wenn die Therminologie eines Drehmeißels verwendet wird. Eine derartige bauliche Gestaltung ermöglicht es, Bohrlöcher ohne Bodenaushub zu erzeugen, deren verfestigter Teil dazu beiträgt, einen Verdichtungspfahl mit vorgegebener Bodentragfähigkeit infolge der Kräfteverteilung längs der Pfahloberfläche zu bilden, so daß sich auf den Pfahl einwirkende senkrechte Belastungskomponente unter einem Winkel zur Lotrechten verzweigt. In diesem Falle vergrößert sich auch die die Belastung

aufnehmende Bodenoberfläche im Vergleich zu einer durch ein Werkzeug mit zylindrischer Bodenverdichtungsfläche gebildete Oberfläche der Bohrlochwandungen.

Zur Stabilisierung der Werkzeugbewegun? im Boden ist es möglich, an den Kegelflächen der gleichachsigen Gehäuseabschnitte sowie an den Oberflächen der Übergangsabschnitte in der Nähe der Absätze entlang einer Schraubenlinie Bunde auszubilden. Diese Bunde können Radialauskragungen aufweisen, die sich koaxial von den Abschnitten mit größerem Halbmesser zu den Abschnitten mit geringerem Halbmesser vergrößern, wobei die Auskragungshöhe den Durchmesser des Kalibrierteils nicht überschreitet Durch diese Zunahme der Auskragung der Bunde wird die Überwindung eines zusätzlichen Bodenwiderstandes erleichtert, welcher infolge der Neigung der Mantellinie der Bodenverdichtungsfläche der gleichachsigen Abschnitte je nach Arbeitstiefe des Werkzeugs entsteht Darüber hinaus können die gleichachsigen Abschnitte sowohl gleiche als auch verschiedene Höhe bezüglich der Werkzeugachse aufweisen. Die Neigungswinkel der Mantellinie der Bodenverdichtungsfläche können für unterschiedliche Abschnitte sowohl gleich als auch verschieden sein.

Im weiteren wird die Erfindung anhand der Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 ein erfindungsgemäßes Werkzeug in Gesamtansicht;

Fig. 2 eine Ansicht des erfindungsgemäßen Werkzeugs von der Spitze her gesehen;

F i g. 3 die Ansicht eines Teiles der F i g. 2 in vergrößertem Maßstab;

Fig.4 eine Ansicht in Richtung des Pfeiles A in Fig. 3;

F i g. 5 eine Ausführungsvariante mit sich sukzessive vermindernden Neigungswinkeln der Mantellinien von Bodenverdichtungsflächen der gleichachsigen Abschnitte bezüglich der Längsachse des Werkzeugs;

F i g. 6 eine Gesamtansicht des erfindungsgemäßen Werkzeugs, welches eine Mantellinie seiner Bodenverdichtungsflächen mit sich sukzessive vergrößernden Neigungswinkeln aufweist;

Fig. 7 die Ansicht des in Fig.6 gezeigten Werkzeugs, jedoch mit sich im oberen Teil vergrößernden und im unteren Teil vermindernden Neigungswinkeln der Mantellinie von Bodenverdichtungsflächen;

F i g. 8 eine Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Werkzeugs mit gleichachsigen Abschnitten verschiedener Länge entlang der Achse;

F i g. 9 ein Werkzeug während der Bohrlochherstellung;

Fig. 10das Fertigbohrloch.

Wie es in den F i g. 1 bis 4 gezeigt ist, enthält das an der Bohrstange 1 befestigte Werkzeug einen zylindrischen Kalibrierteil 2 und eine Spitze 3 sowie gleichachsige Abschnitte 4, von welchem jeder als Kegelstumpf ausgebildet ist, dessen größere Grundfläche sich über der kleineren befindet. Die gleichachsigen Abschnitte 4 sind miteinander durch Übergangsabschnitte 5 stetig verbunden. Jeder gleichachsige Abschnitt 4 ist durch eine Bodenverdichtungsfläche 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 Λ 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 Mantellinien 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 Der Krümmungshalbmesser kann dabei sowohl konstant als auch allmählich abnehmend sein. In einem solchen Falle wird ein stufenweiser Übergang ίο von dem Abschnitt mit größerem Halbmesser zu dem gleichachsigen Abschnitt mit geringerem Halbmesser und zugleich ein stetiger Übergang der Bodenverdichtungsfläche von 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 6 Ausbrüche im Bereich von ¹A des Kreisumfanges auf der den Querschnitt des jeweiligen Abschnitts 4 begrenzt. Die Breite der Schaufeln bzw. die Auskragung der Bunde 6 vergrößert sich stufenweise in Richtung von oben nach unten vom obenliegenden gleichachsigen Abschnitt 4 zur Werkzeugspitze 3 hin. Das Werkzeug ist mit einem Kanal 7 sowie mit Verzweigungen 8 versehen. Der Kanal 7 isi mit einer Flüssigkeitsquelle (in der Zeichnung nicht gezeigt) verbunden.

Die Wirkungsweise des Werkzeuges 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 hin ab. Die Bunde 6, die an den unteren Kanten der gleichachsigen Abschnitte 4 sowie der Übergangsabschnitte 5 ausgeführt sind, tragen zur Stabilisierung der Bewegung des Werkzeuges im Boden bei. Das Vorhandensein der Ausbrüche in den Bunden 6 im Bereich von ¹A des den Querschnitt des jeweiligen Abschnittes 4 begrenzenden Kreisumfanges setzt die erforderliche Größe des Axialdruckes herab. Durch stufenweise Ve-größerung 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 dessen Abzweigungen 8 zu den Berührungsstellen der Bodenverdichtungsflächen 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 Höhe der gleichachsigen Abschnitte (F i g. 5 bis 8) sowie mit für diese: ' Abschnitte unterschiedlichem Neigungswinkel der eo Mantellinien ihrer Oberflächen zu der Längsachse des Werkzeuges ermöglicht es, die Beanspruchungen entlang der Oberfläche des künftigen Verdichtungspfahles, welcher im erzeugten Bohrloch herzustellen ist, auf die vorgegebene Weise zu verteilen und den letzteren mit vorgegebenen Kennwerten der Bodentragfähigkeit herzustellen.

Die Verwendung der vorgeschlagenen Einrichtung gestattet es, für einen kurzen Verdichtungspfahl (F i g. 9

und 10) ein Bohrloch zu erhalten, dessen Wandungsfläche aus geneigten Abschnitten besteht. Dies bietet die Möglichkeit, die Tragfähigkeit des Pfahles dank einem zusätzlichen Bodenwiderstand an der Seitenfläche um 10 bis 20% zu erhöhen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Werkzeug zur Herstellung von Bohrlöchern in grobporigen, zusammendrückbaren Böden, welches ein zur Befestigung an eine Bohrstange hergerichtetes Gehäuse enthält, das einen zylindrischen Kalibrierteil, durch Bodenverdichtungsflächen begrenzte gleichachsige Abschnitte mit sich in Richtung vom Kalibrierteil zur Werkzeugspitze 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 Obergang bilden, dadurch gekennzeichnet, daß die Bodenverdichiungsfläche des jeweiligen gleichachsigen Abschnittes (4) eine Kegelfläche darstellt, die durch eine Mantellinie (g) vorgegebener Länge erzeugt ist, die durch zwei als Führungen für die Mantellinie vorgesehene kegelförmige Schraubenlinien (h) mit gleichem Steigungswinkel begrenzt ist

2. Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an den kegelförmigen Oberflächen der gJeichachsigen Abschnitte (4) sowie an den Oberflächen der Übergangsabschnitte (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 Halbmesser vergrößern, jedoch den Durchmesser des Kalibrierteiles (2) nicht überschreiten.