DE3225808A1

DE3225808A1 - Werkzeug zur erzeugung von bohrloechern mit verfestigten wandungen und verfahren zur erzeugung derartiger bohrloecher unter verwendung dieses werkzeugs

Info

Publication number: DE3225808A1
Application number: DE19823225808
Authority: DE
Inventors: Valentin I. Dnepropetrovsk Feklin; Boris M. 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: 1983-06-01
Also published as: US4496011A; AU8470782A; AU550190B2; FR2513304A1; IT8241629A0; CA1173426A; FR2513304B1; IT8241629A1; IT1192989B; DE3225808C2

Description

ZWEIBRÜCKENSTR. 10 ρ gg 393

BOQO MÜNCHEN 2

Beschreibung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die ßautechnik und betrifft insbesondere Einrichtungen sowie Verfahren zur Erzeugung von Bohrlöchern mit ver~ festigten Wandungen in verschiedenen nichtfelsigen, besonders in losen und wassergesätligten Böden.

Bs ist ein Werkzeug zur Erzeugung-von Bohrlöchern bekannt, welches in einer früher en Anmeldung von Λ'.Ι. Poklin u.a. beschrieben ist und ein vor-

1Q deres Gehäuse enthält, das einen zylindrischen Kalibrierteil sowie kegelförmige vordere und hintere Spitzen mit helikoidalen bandartigen Oberflächen zur Bodenverdichtung sowie ein hinter es Gehäuse aufweist, das über dem vorderen Gehäuse gleich« achsig mit diesem angeordnet ist, wobei das hintere

Gehäuse dieselbe Gestalt wie das vordere Gehäuse hab. Das vordere· und hintere Gehäuse sind miteinander durch ein röhrenförmiges Verbindungselement verbunden, das einen Hohlraum, v/elcher an den im Inneren des hinteren Gehäuses ausgeführten Kanal angeschlossen ist, sowie öffnungen in den Wandungen aufweist·

Eine derartige Lösung ermöglicht es, die Verfestijung von Bohrlochwandungen mit verschiedenen Verfesti-(jungsstoffen beim Eindringen des Werkzeuges in den :'3oden zu gewährleisten. Jedoch bleiben dabei der Boden und die Wandungen des Bohrloches auf dessen unterem Abschnitt unverfestigt, was bei dem Wiederbringen des Bohrlochbodens unter den Grundwasserspiegel die Bohrlochverwässerung sowie Verschlechterung des Arbeitsablaufs beim nachfolgenden. Errichten von Pfählen zur S¹Olje hat. Bei Verwendung eines derartigen Werkzeuges ist es zur Verfestigung des dohrlochbodens erforderlich, das Werkzeug auf die oberfläche herauszuziehen, den Verfestigungsstoff de;n Bohrloch über dessen Mündung zuzuführen und ein wiederholtes !'fiederoringen der gesaraten Bohrung durchzuführen. Dies hat eine wesentliche Erhöhung des Arbeitsaufwandes sowieVVerminderung der

Arbeitsqualität zur Folge, da die Wandungen des Bohrloches auf dem unteren Abschnitt bis zur Verfestigung des letzteren beim wiederholten Niederbringen abrutschen und das Bohrloch mit durch seinen unverfestigten Boden einsickerndem Wasser gefüllt wird.

In der erwähnten Anmeldung ist ein Verfahren zur Erzeugung von Bohrlöchern mit verfestigten Wandungen beschrieben, welches die Bildung des Bohrlochs ohne Bodenaushub, die Zuführung eines Verfestigungsstoffes i*¹ das Bohrloch sowie die Verfestigung der Bohrlochwandungen durch Einpressen von Verfestigungsstoff in die letzteren gleichzeitig mit der Erzeugung des Bohrloches einschließt.

Durch ein derartiges Verfahren wird die Erhöhung der Festigkeit von .Bohrlochwandungen sowie die Herabsetzung des Arbeitsaufwandes für die Erzeugung des Bohrloches gewährleistet.

Bei der Vertiefung des Bohrlochbodens auf den Stand, der niedriger als der Grundwasserspiegel liegt, wird jedoch der Nutzeffekt des besagten Verfahrens herabgesetzt, da bei dessen Anwendung die Verfestigung des Bohrlochbodens Sowie des unteren Bohrlochabschnittes nicht erreicht wird, was die Wasserdurchsickerung in das Bohrloch und das Abrutschen dessen Wandungen auf

p«-, dem unteren Abschnitt zur Folge hat.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Werkzeug sowie ein Verfahren zur Erzeugung von Bohrlöchern mit verfestigten Wandungen zu entwickeln, welche es gestatten, die Wirksamkeit und die Zuverlässigkeit der Verfestigung des Bohrlochbodens zu erhöhen.

Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß im Werkzeug zur Erzeugung von Bohrlöchern mit verfestigten Wandungen das hintere Gehäuse einen Kalibrierteil mit einem Durchmesser aufweist, der den Durchmesser des vorderen Gehäuses überschreitet. Die Drallriclitungen der helikoidalen Überflächen

der beiden Gehäuse spitzen stimmen dabei überein. Lias Verbindungselement, welches das vordere und das hintere Gehäuse verbindet, ist mit Schaufeln ausgerüstet, welche in Bezug auf seine Achse entlang einer Helikoide gn^eordnet sind, deren Drallrichtung der Drallrichuung der helikoidalen Oberfläche der Vorderspibze des vorderen Werkzeuggehäuses entgegengesetzt ist.

Die gestellte"Aufgabe wird auch dadurch gelöst, daß beim Verfahren zur Erzeugung von Bohrlöchern mit verfestigten Wandungen zuerst ein Vorbohrloch mit einem Durchmesser erzeugt; wird, der den Durchmesser des Fertigbohrloches unterschreitet, sowie einer Tiefe, welche durch die Länge des vorderen Werkzeugteiles bestimmt wird, wonach das Niederbringen des Fertigbohrloches gleichzeitig mit dem zuvorkommenden Wiederbringen des Vorbohrloches sowie der Zuführung des Verfestigungsstoffes in das letztere auf den einer Verfestigung bedürfenden Abschnitten durchgeführt wird. Wach dem Abschluß des Wiederbringens wird das Bohrwerkzeug auf eine Höhe gehoben, welche nicht; geringer ist, als die Länge des vorderen Teiles, und der Verfestigungsstoff wird in das Bohrloch zugeführt, wonach das erneute Wiederbringen des unteren Abschnittes des Bohrloches unter Verfestigung dessen Wandungen sowie des Bodens durchgeführt wird.

Das Wesen der Erfindung wird an Hand von Zeichnungen erläutert. Ks zeigen:

FIq. 1 die Gesamtansicht; des Werkzeuges zur Krzeugung von bohrlöchern;

1'¹Xg. 2 eine)! Schnitt II-II nach Fig. 1; Fig. 3 das Anfangsstadium des Niederbringens einer

Bohrung;

Fig. 4- das Niederbringen der Bohrung mit einer gleichzeitigen Verfesticjung deren Wandungen;

Fi;:;. 5 die Zuführung des Verfestigungsstoffes zum Bohrlochboderi;

jj'ig. 6 die Verfestigung der Wandungen des unteren Abschnittes und des Bodens des Bohrlochs.

Das Werkzeug zur Erzeugung von Bohrlöchern mit verfestigten Wandungen schließt ein in Bewegungsrichtung vorderes Gehäuse 1 ' welches einen zylindrischen Kalibrierteil 2, kegelförmige Vorder- und Hinterspitzen 3 ^und 4 mit helikoidalen bandartigen Oberflächen zur Bodenverdichtung enthält, die gleiche Drallrichtung haben, sowie ein in Bewegungsrichtung hinteres Gehäuse 5 ein, welches über dem vorderen Gehäuse 1 angeordnet und mit diesem durch ein röhrenförmiges Verbindungselement 6 verbunden ist, wobei das vordere Gehäuse 1, das hintere Gehäuse 5 sowie das Verbindungselement 6 eine gemeinsame Längsachse aufweisen und das hintere Gehäuse 5 einen zylindrischen Kalibrierteil 7 enthält, dessen Durchmesser diesen des Kalibrierteiles 2, d.h. den Durchmesser des Bcxjenbohrloches überschreitet, sowie eine kegelförmige Spitze Ö aufweist, die zum zylindrisehen Teil 7 koaxial angeordnet ist und eine helikoidale bandartige Oberfläche hat, deren Drallrichtung mit der der helikoidalen Oberflächen der Vorder- und der Ilinterspitze 3 bzw. 4 des vorderen Gehäuses 1 übereinstimmt, und die in Form von koaxial angeordneten zylindrischen Abschnitten ausgeführt ist, deren Halbmesser nach unten in Richtung vom Kalibrierteil 7 des hinteren " Gehäuses 5 zu dessen Verbindungsstelle mit dem Element 6 hin stufenweise abnehmen, wobei die Zylinderflächen der gleichachsigen Abschnitte, welche die Spitze Ü des hinteren Gehäuses 5 bilden, miteinander durch Übergangsabschnitte 9 (Fig.2) stetig verbunden sind. Das hintere

Gehäuse 5 des Werkzeuges weist einen Kanal 10 (Fig. 1) für die Zuführung eines Verf e st igung sst off es 11 auf, der mit dem Hohlraum der Bohrstange 12 verbunden ist. Das Element 6 hat einen Hohlraum I3, welcher :nit dem Kanal 10 in Verbindung steht, Offnungen 14 in den Wandungen zum Durchlassen des Verfestigung^-

Stoffes 11 in das Bohrloch 15 sowie Schaufeln 16, welche bezüglich des ßefestigungselementes 6 entlang einer Helikoide angeordnet sind, deren Drallrichtung dieser der helikoidalen Oberflächen der Spitzen des vorderen und des hinter^en Gehäuses

1 und 5 des Werkzeuges entgegengesetzt

isb. Das Verfahren wird derart durchgeführt, wie es nachstehend bei der Veranschaulichung des Werkzeugbetriebes geschildert ist. Beim Drehen, welches von einem Antrieb (nicht gezeigt) an das Werkzeug übertrafen wird, schraubt sich das vordere Gehäuse 1 des 7/erkzeuges danlr Vorhandenseins einer kegelförmigen Vorderspitze 3 in den Boden hinein und erzeugt ein bohrloch 15 (Fig· 3)» welches anschließend beim ISindringen des hinteren Gehäuses 5 bis zu einem entwurfsmäßigen Durchmesser (Fig. 4) erweitert wird, der dem Durchmesser des zylindrischen Teiles 7 des hinteren Gehäuses 5 gleich ist. Der zylindrische Teil 7 dient zur Formgebung des Bohrloches 15· Entsprechend dem Eindringen des Werkzeuges in den Boden wird der Boden in die Wandungen des Bohrloches 15 mit den Oberflächen der Ubergangsabschnitte 9 der kegelförmigen Spitze ü des hinteren Gehäuses 5 eingepreßt. Beim niederbringen der Abschnibte des Bohrloches 15» wo ei-

2-3 ne Bodenverfestigung erforderlich ist, wird über den Hohlraum der Bohrstange 12, den Kanal 10 im Inneren des hinteren Gehäuses 5 sowie den Hohlraum 13 im Verbindungselement 6, welche miteinander sukzessive verbunden sind, der Verfestigungsstoff 11 gefordert, welcher durch die Öffnungen 14 in den Wandungen des Verbindungselementes 6 in den Raum zwischen dem vorderen und hinteren Gehäuse 1 und 5 gelangt und je nach dem Eindringen des Werkzeuges in den Boden in die Wandungen des Bohrloches 15 bei doren Verfestigung eingepreßt wird. Das Vorhandensein von Schaufeln 16, welche an der Oberfläche des Verbindunjseiementes 6 in bezug auf dieses

entlang einer Ilelikoide angeordnet sind, deren Drallrichtung dieser der helikoidalen überflächen der Gehäusespitzen entgegengesetzt ist, ermöglicht es, den Verfestigungsstoff 11 zu vermischen, infolgedessen wird seine Konsistenz auf dem gesamten Umfang gleich gehalten ,

was die Erhöhung der Wirksamkeit der Verfestigung der Wandungen des Bohrloches 15 zur Folge hat und eine Festigkeitsgleichheit gewährleistet. Darüber hinaus wird durch die Schaufeln 16 das Anhaften des Bodens an der uberfläche des Verbindungselementes 6 sowie das Eindringen des ausgehobenen Bodens aus dem Bohrloch über die Öffnungen 14 in den Hohlraum I3 verhindert. Nach Abschluß des iliederbringens der Bohrung wird das Herausdrehen des Werkzeuges (Fig. 5) durch Änderung seiner JDreh richtung durchgeführt, wobei der in dem Hohlraum zwischen dem vorderen und hinteren Gehäuse 1 und 5 befindliche Verfestigungsstoff 11 in die ßohrlochwandungen durch die kegelförmige Vorderspitze 4 sowie mit den Kalibrierteil 2 des vorderen Gehäuses 1 eingepreßt wird. Das 7/erkzeug wird auf eine Höhe gehoben, die nicht kleiner ist, als die Länge seines vorderen Teiles, d.h. als der Abstand vom unteren Punkt des Gehäuses 1 bis zum unteren .Punkt des hinteren Gehäuses 5» bzw. bis das Werkzeug aus dem Vorbohrloch bei fortgesetzter Zuführung von Verfestigungsstoff 11 herausgeführt wird,welcher auf den Boden des Bohrloches I5 herunterfällt. Nach dem Füllen des unteren Abschnittes .bzw. des Vorbohrloches im Bohrloch 15 mit Verfe st igung sstoff 11 wird ein wiederholtes Niederbringen des unteren Abschnittes des Bohrloches (Fig. 6) durchgeführt. Dabei wird die Verfestigung des ßohrlochbodens sowie der Wandungen des unteren Abschnittes (Fig. 7) erreicht.

Es ist auch eine solche Ausf ührunjsvariante der vorstehend beschriebenen Einrichtung möglich, bei welcher dnc hintere Gehäuse mit einer ilinüerspitzo vorsehen ist, die ihrer Form nach der 'Tinter-

spitze des vorderen Gehäuses ähnlich ist. In diesem Fall ist es möglich, die Verfestigung der Bohrlochwandungen in zwei Schichten bei einem Niederbringen durchzuführen. Die zweite Schicht des Verfestigungsstoffes, der unmittelbar in das Bohrloch vor dem Herausziehen des Werkzeuges gefördert wird, wird in die Bohrlochwandungen durch die Oberfläche der kegelförmigen Hinfcerspitze des hinterten Gehäuses beim Herausschrauben des Werkzeuges aus dem Bohrloch eingepreßt.

Die Drallrichtung der helikoidalen Oberflächen der Hinterspitzen des vorderen sowie des hinteren Gehäuses kann der Drallrichtung der helikoidalen Oberflächen der Vorderspitzen dieser Gehäuse entgegengesetzt; sein. In diesem Falle wird das Herausziehen des Werkzeuges aus dem Bohrloch durch Änderung der Vorschubrichtung des Werkzeuges in entgegengesetzter Richtung (von unten nach oben), aber ohne Änderung der Drehrichtung des Werkzeuges, durchgeführt· Die Verwendung des erfindungsgemäßen Werkzeuges ermöglicht es, verfestigte Bohrlöcher in losen und wassergesättigten Böden bei einem höher als der Bohrlochboden liegenden Grundwasserspiegel zu erzeugen. Dabei wird das Wasserdurchsickern in das Bohrloch verhindert. Bei Benutzung des Bohrloches zur Herstellung von Verdichtungspfählen wird die Tragfähigkeit des Pfahles in der Sähe des ßohrlochbodens infolge der zusätzlichen Bodenverdichtung um 15 bis 30 % erhöht.

Claims

ZELLENTIN ZWeiBRÜCKENSTR. 1Ö 8OOO MÜNCHENS Dnepropetrowskij inschenerno-stroitelnyj 9. Juli 1982 Institut RZ/Hu Dnepropetrowsk / UdSSR P 89 898 ZUR 'ERZEUGUNG VON BGHRLUOHEHN MIT VEIiPEST IGTEN WMDUNGEN UND VEEFAH-REN ZUR ERZEUGUNG DERARTIGER BOHRLÖCHER UNTER VERWENDUNG DIESES WEIiKZEUGS PATENTANSPRÜCHE

1. Werkzeug zur Erzeugung von Bohrlöchern mit verfestigten Wandungen, welches ein vorderes Gehäuse, das einen zylindrischen Kalibrierteil sowie kegelförmige Vorder- und Hinterspitzen mit helikoidalen bandartigen überflächen zur Bodenverdichtung enthält, welche zu beiden Seiten des Kalibrierteils angeordnet sind, sowie ein hinteres Gehäuse einschließt, das einen zylindrischen Kalibrierteil und eine kegelförmige Vorderspitze mit helikoidalen bandartigen Oberin flächen zur Bodenverdichtung aufweist, oberhalb des vorderen Gehäuses gleichachsig mit diesem angeordnet ist, einen Axialkanal für die Zuführungeines Verfestigungsstoffes aufweist und mit dem vorderen Gehäuse durch ein röhrenförmiges Verbindungselement verbun- ^O den ist, das mit dem Axialkanal in Verbindung steht und eine Auslaß Öffnung für den Verf e st igung s st off besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß der Kalibrierteil ('/) des hinteren Gehäuses (i?)

einen Durchmesser hat, welcher größer als der Durchmesser des Kalibrierteiles (2) des vorderen Gehäuses (1) ist und dem Durchmesser des zu erzeugenden Bohrloches entspricht.

2. Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das hintere Gehäuse (5) eine kegelförmige Vorderspitze mit helikoidalen bandartigen Oberflächen zur Bodenverdichtung aufweist.

3· Verfahren zur Urzeugung von Bohrlöchern mit verfestigten Wandungen, welches darin besteht, daß ein Vorbohrloch mit einem Durchmesser, der den vorgegebenen Durchmesser unterschreitet, erzeugt und mit Verfestigungsstoff gefüllt wird, wonach man ein Bohrloch mit dem vorgegebenen Durchmesser bildet, indem der Verfestigungsstoff in den Boden eingepreßt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Bohrloch mit dem vorgegebenen Durchmesser unter Verwendung des Werkzeuges nach Anspruch 1 mit dem vorherigen Niederbringen eines Vorbohrloches mit demselben Werkzeug erzeugt, die Zuführung des Verfestigungsstoffes in das Vorbohrloch auf den Abschnitten, welche zu befestigen sind, durchgeführt und nach dem Abschluß der Erzeugung des Bohrloches mit dem vorgegebenen Durchmesser das Werkzeug so lange gehoben wird, bis es aus dem Vorbohrloch heraustritt, wonach der Verfestigungsstoff in das Bohrloch gefördert und ein erneut.es Wiederbringen des Bohrlochs zum Einpressen des Verfestigungsstoffes in die Wandungen sowie den Boden des Bohrloches durchgeführt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch ge kennzeichnet, daß das erneute Wiederbringen des Bohrlochs mit einem Werkzeug nach Anspruch 2 erfolgt ,daß vor dem Fier ausziehen des Werkzeuges der Verfestigungsstol'f in die Bohrlochmündung gefördert ,und dann das vVcDrkzeug aus dem Bohrloch herausgezogen wird, wobei in die Bohrlochwandungen mit der Vorderspitze des hinteren Gehäuses noch eine Schicht des

VerfestigungBüboffea eingepreßt wird.