DE3235118A1

DE3235118A1 - Einrichtung zur herstellung von ortmantelpfaehlen sowie verfahren zur herstellung solcher pfaehle unter verwendung dieser einrichtung

Info

Publication number: DE3235118A1
Application number: DE19823235118
Authority: DE
Inventors: Walentin I. Dnepropetrowsk Feklin
Original assignee: DN INZH STR INST
Current assignee: DN INZH STR INST
Priority date: 1981-09-22
Filing date: 1982-09-22
Publication date: 1983-04-07
Also published as: IT8223387A0; FR2516958B1; IT1191014B; AU556900B2; AU8861782A; FR2516958A1; US4504173A

Description

PATENTANWÄLTE .:'...:. "' 22. September 1982

E L L E N T I N P 90 94 3

ZWEIBRÜCKENSTR. 16 -,

8OOO MÜNCHEN a ~^P~ "> ο Ο Γ 1 1 λ

Beschreibung ο Z ^ D I I ο Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einrichtungen zur Herstellung von Ortmuntelpfählen sowie auf ein Verfahren zur Herstellung solcher Pfähle unter Verwendung dieser einrichtungen·

In einer früher eingereichten Ameldung von V.FÖiclin u.a. ist eine einrichtung beschrieben, welche eine itohrstange sowie ein hohles Arbeitsorgan mit helicoidaler Oberfläche und einer Spitze einschliesst, welche mit einem an dieser befestigten und im Hohlraum des Arbeitsorganes angeordneten Stutzen mit Vorsprungen in seinem Oberteil sowie einer Auslassöffnung im Unterteil ausgestattet ist, während das Arbeitsorgan mit an seiner Innenfläche ausgeführten und mit den Vorsprungen des Stutzens zusammenwirkenden Nuten versehen ist, wobei die einrichtung mit einer an der Hohrstange längsverstellbar angeordneten Hülle mit helikoidaler Aussenflache in seinem Oberteil ausgerüstet ist Der Hachteil dieser einrichtung besteht in der Beschranktheit ihrer technologischen Möglichkeiten bei der Herstellung von OrtmantelpfKhlen. Im Besonderen ist es kompliziert, die einrichtung in ©in mit einem anderen Bohrwerkzeug vorgefertigtes und mit Betongemisch gefülltes Bohrloch achsrecht abzusenken.

Der Erfindung steht ein Verfahren zur Herstellung von Ortmantelpfählen (UdSSR-Urheberschein 777144·) am nächsten, demgemsise in den Boden ein Futterrohr abgesenkt wird, das aus miteinander verbundenen und mit einem .Radialspiel fluchtend angeordneten Rohrabschnitten

^O ausgeführt ist, deren obere Enden vor dem Absenken in den Boden durch einen Deckel starr verbunden werden und in den Kohrzwischenraum ein Bewehrungsskelett mit an seinem unteren Kegel angeordneten Fokussiereleiaen— ten eingeführt wird, und das Absenken des Futterrohres gleichzeitig mit dem Absenken des Bewehrungsskelettes erfolgt.

Dem beschriebenen Verfahren haften aber mehrere

an, von dunen di,> wichtiqiJt-.on Io lgomlo

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sind:

1. Niedrige Arbeitsproduktivität, was auf die. Schwierigkeiten öeim Absengen der Fuuterroure wegen eines beim Absenken in jürscheinung tretenden Hohen Widerstandes zurückzurühren ist.

2. Der Bodenverdichtungsgrad und die Abmessungen der Verdichtungszone um den Mantel herum sind unzureichend, so daß die Bodentragrähigkeit des Mantels nur

unbedeutend vergrößert wird. Die

einet·

3·jManteloDerrläche ist gegen/Einwirkung aggressiver Grundwasser nicht geschützt, so daß der Mantel einer beschleunigten Zerstörung durch Korrosion ausgesetzt; ist.

4. Das vorgeschlagene Verfahren gewährleistet

nicht eine qualitative Arbeitsausrührung, da beim Absenken in den Mantel nicht nur Schotter, sondern auch - wegen eines beträchtlichen HadialabStandes zwischen dem inneren und dem äußeren Futterrohr - Boden gelangen kann und es praktisch unmöglich ist, diesen Radialabstand geringer zu machen.

5. Begrenzte Üinbautiefe der hergestellten Ortmantelpt'ähle wegen eines honen Widerstandes beim Absenken.

6. Übermäßig hoher ünergieverorauch im Verlaufe des Herstellungsvorgangs.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,eine Einrichtung zur Herstellung von Ortmantelpfählen sowie ein Verfahren zur Herstellung solcher Ftahle unter Verwendung dieser Einrichtung zu schaffen, welche es ermögliehen,die Verdichtungszone zu erweitern und den Bodenverdichtungsgrad um den Preil herum, wie auch die Tragfähigkeit des li/lantelpf ahls zu erhöhen.

Die gestellte Aurgabe ist dadurch gelöst, daß die

gemäß dem. Oberbegriff des Anspruchs 1 . Einrichtung/mit einem hohlen formgeoenden Gehäuse ausgestattet ist, welches mit einem ßetonförderrohr verbunden und mit dem Aroeitsorgan rluchtend angeordnet ist 3owie aus einem zylindrischen Mittelteil,einen heli-

wobei koidalen kegelrörmigen Unterteil,idie Innenfläche des-

sen Durchgangsbohrung mit; dta¹ Außenfläche der Hülle

einen

in Berührung liteht, und / kegelförmigen oberteil besteht, wobei die Kohr3tange mit dem zylindrischen Teil des hohlen formgebenden Gehäuses durch iiudialrippen starr verbunden ist. Die Außenfläche der Hülle ist oben kegelförmig ausgeführt, wobei die Hülle- auf der ßohrstange derart angeordnet ist, dab sie Drehmomente übertragen kann. Die Länge der Hülle übertrifft die-

, , , , , inklusive dor ,-^n se des Arbeitsorganes / m die untere Stellung gebrachten Spitze.

Die gestellte Aufgabe wiru auch dadurch gelöst, daß mit dem Werkzeug ein Bohrloch von Vb11querschnitt erzeugt wird, wonach man gleichzeitig mit dem Heben des Werkzeuges das Betonieren der Mantelpfahlsäule unter Bildung eines Innenraums bis auf die erforderliche Tiefe vornimmt, wobei das Betonieren der iviantelpfahlsäuie nach der Höhe mit einer Voreilung in bezug auf die Bildung des lnnenraums durchgeführt wird, und zum - Schutz des Pfahls vor Korrosion gleichzeitig mit der Ausbildung der Mantelpfahisäule durch Einpressen eines in das Bohrloch über dem Werkzeug geförderten üorrosionsschutzstoffes mit dem Werkzeug in die Bohrlochwandungen der Außenmantel gebildet wird.

Das Verfahren kann auch derart durchgeführt werden, daß bei dem Herausziehen der Einrichtung aus dem Bohrloch in die Bohrlochmündung ein Korrosionsschutzstoff gefördert und mit dieser Einrichtung in die Bohrlochwandungen je nach ihrem Heben eingepreßt wird.

Nachstehend wird die Erfindung an Hand von Ausführunysbeispiölen und unter Bezug auf Zeictinungon näher erlüutert. Es zeigt: Fig. 1 eine Einricht-uny in Gesamtansicht;

.Fig· 2 uine Einrichtung bei der dna keyclförnii qv Oberteil eine helikoidale Außenfläche

aufweist} eine

Fig. 3/Einrichtung im Längsschnitt beim Nieder-

bringen eines Bohrlochs}

lig. 4 einen Schnitt iv-iv gemäß Fig. 3,-

Fig. 5 einen Schnitt v-v yemäß Fig. 3;

Fig. 6 einen Schnitt vi.-vi gemäß Fig. 3;

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fig. V einen Schnitt vii-vii gemäß Fig. 3; Fig. ö einen Schnitt viil-viii gemäß Fig. 3; Fig. 9 den Längsschnitt durch die Einrichtung beim Einbringen der Betonmischung und des ßaliastzuschlagstoffes in das Bohrloch;

Fig. 10 eine Ansicht des Bohrlochs im Verlaufe seiner Erzeugung;
die

Fig. 11|Betonierung eines Mantelpfahls im Anfangsstadium; _{die das} Fig. 12/Betonierung eines Mantelpfahls und/Füllen des Hohlraumes mit Ballastzuschlagstoff und Fig. 13 einen fertigen Mantelpfahl. Die Einrichtung zur Herstellung von Ortmantelpfähien (Fig. 1 bis 3) schließt ein an tuner Rohrstange 1 befestigtes Schraubwerkzeug ein, welches aus einer hohlen Hülle 2 und einem Arbeitsorgan 3 besteht, in welchem ein röhrenförmiges Gehäuse 4 mit einer in seinem Unterteil starr befestigten Spitze(untergebracht ist, wobei über dem Arbeitsorgan 3 ein hohles formgebendes Gehäuse 6 angeordnet ist, welches aus einem zylindrischen kalibrierenden Mittelteil 7,einem helikoidalen kegelförmigen Teil Ö, welcher eine heliüoidale bandförmige Oberfläche hat und mit einer Öffnung des oberen kegelförmigen Teils 9 endet, die mit einem Betonförcäerrohr 10 (Fi^. 4) verbunden ist, in welchem die Rohrstange 1 fluchtend untergebracht ist. Der obere kegelförmige Teil 9 kann mit helikoidaler Außenfläche ausgeführt werden. Die Rohrstange 1 ist mit dem zylindrischen Teil 7 innerhalb des formgebenden Gehäuses 6 durch Ra-3Q dialrippen 11 starr verbunden (Fig. 4 und 5)· Das form-,jebende Gehäuse 6 ist mit dem Arbeitsorgan 3 fluchtend angeordnet. Die Hülle 2 ist in ihrem überteil, an der Stelle, wo sie an der Rohrstange 1 anliegt, mit einem hohlen Kegel 12 mit an seiner innenfläche befindliehen Nuten 13 (Fig. 6) ausgestattet, weiche mit den an der Außenfläche der Rohrstange 1 ausgeführten Längsrippen 14 zusammenwirken (Fig.6/7). Die Hülle 2 ist an der Rohrstange 1 in bezug auf die Längsachse der Ein-

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richtung derart verstellbar angeordnet, daß es Dreh-

und axe Längsverschiebuny
iuomente/ übertragen kann. Daß röhren! orniige Gehäuse 4 ist mit dem Arbeitsorgan 3 durch verzahnte Vorsprünge 15 verbunden, welche in Keilnuten 16 (Fig. ö) des Arbeitsorgans 3 eingreifen, so daß das röhrenförmige Gehäuse 4 über die Länge der Keilnuten 16 längsverschiebbar ist. Der Innendurchmesser des röhrenförmigen Gehäuses 4 ist dem Innendurchmesser der iiohrstange 1 gleich. Im Unterteil des Gehäuses 4 sind Ausiaßöffnungen 17 vorgesehen. Die Keilnuten 16 begrenzen die Bewegung des Gehäuses 4, ermöglichen das Öffnen und Schließen der Auslaßöffnungen 17 und Verhindern das Durchdrehen des Gehäuses 4 bezüglich des Arbeitsorgans 3 beim Niederbringen des Bohrlochs. In der oberen Stellung

^³ TFig.9)

(Fig· 3) verdeckt die Hülle 2 die Durchgangsbohrung 1öj des helikoidaien kegelförmigen Unterteils ü. Das Durchdrehen der Hülle 2 in bezug auf die .Längsachse der Einrichtung wird durch in die Nuten 13 eingreifende längsrippen 14 verhindert. In der unteren Stellung (Fig· 9) verdeckt die iiüin 2 die heiikoidaie überfläche des Arbeitsorgans 3, wobei die länge der Hülle 2

inklusive

diese des Arbeitsorganes 3 / der in der unteren Stellung befindlichen Spitze 5 überschreitet. In ihrer unteren Stellung gibt die Hülle2 die Durchgangsbohrung 1d des helikoidaien kegelförmigen Unterteils 8 frei. Die helikoidaien Oberflächen des Arbeitsorgans 3, der Spitze 5 und der kegelförmigen Teile ü und 9 des formgebenden Gehäuses 6 sind mit Schaufeln 19 versehen, welche das Einschrauben der Einrichtung bei der ISrzeugung eines Bohrlochs 20 ermöglichen.

Daß Verfahren und die Wirkungsweise der Einrichtung bestehen in folgendem. Die Rohrstange 1 und das mit ihr starr verbundene Betonförderrohr 10 werden durch einen Drehantrieb in Drehung versetzt, wobei auf sie gleichzeitig eine Axialbelastung wirkt, infolgedes-

errqlgt
sen;die Erzeugung des Bohrlochs 20 (Fig. 10)_;

was durch an dem Arbeitsorgan 3, der Spitze und dem helikoidaien kegelförmigen Unterteil ό des

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i'ormgebenden Gehäuses 6 ausgeführte helikoidale Oberflächen und Schaufeln 19 gewährleistet wird. Beim Niederbringen des Bohrlochs 20 ist die Hülle 2 in ihrer

oberen Stellung (Fig. 3) arretiert, ihrem Durchdrehen bezüglich der Längsachse wirken die mit den Längrippen 14 zusammenwirkenden Nuten 13 entgegen. Befindet sich die Hülle 2 in ihrer oberen Stellung, so ist die Durchgangsbohrung 1d des formgebenden Gehäuses 6 geschlossen_t wodurch vermieden wird, daß Boden in den Hohlraum des formgebendön Gehäuses 6 gelangen kann.

Die unteren Kanten der Hülle 2 liegen bei dieser Stellung an der helikoidalen Oberfläche des Arbeitsorgans 3 stetig an. Das röhrenförmige Gehäuse 4 befindet sich in seiner in Bezug auf das Arbeitsorgan 3 oberen Stellung. Dabei sind die Ausiaßöffnungen 17 gesperrt.

Nach Abschluß des Niederbringens des Bohrlochs 20 wird in den Innenraum des formgebenden Gehäuses 6 über das Betonförderrohr 10 die Betonmischung 21 gefördert. Danach wird die Einrichtung auf die erforderliehe Höhe (Fig. 11) gehoben und die Hülle2 nimmt unter dem Druck der Betonmischung sowie unter Einwirkung der Eigenschwere ihre untere Stellung ein. Über die Bohrung 18 gelangt dabei die Betonmischung 21 in das Bohrloch 20, so daß der Fuß 22 des Mantelpfahis geformt wird. Im weiteren wird in das Bohrloch zugleich mit dem Heben der Einrichtung über das ßetonförderrohr 10 Betonmischung 21 und über die Rohrstange 1 Zuschlagstoff 23 eingebracht. Als Zuschlagstoff 23 Können trockener und wassergesättigter Sand, Tonsuspensionen mit Beschwerungsmitteln und andere Stoffe verwendet werden. Unter dem Druck des Zuschlagstoffes 23 verschiebt sich das Gehäuse 4 längs der Keilnuten 16 in die untere Stellung und gibt die Ausl&ßÖrrnungen 17 rrei. Über die Auslaßöffnungen 17 gelangt der Zuschlagstoff 23 in den Innenraum des Mantelpfahl·. Dabei dient die Hülle 2 als Schalung, welche die betonierten Wände 24 des Mantelpfahls von dem im

Innenraum befindlichen Zuschlagstoff trennt. Je nach

dom Fortgang des s

/Betoniereife und Einbring θ η dea Zuschlagstoffes 2 j wird die Hülle 2 samt .Einrichtung gehoben, im· Hülle .: wirkt der Vermischung des Betongeiaisches 21 mit dem Zuschlagstoff 23 bei deren einbringen entgegen, Beider Notwendigkeit, um den Mantelpfahl herum Schutzmantel 25 herzustellen, wird das Bohrloch 20 beim Heben der Einrichtung mit dem erforderlichen Material 26 (U¹Ig. 12, 13), beispielsweise mit Asphaltbeton, mit einer Zusammensetzung auf der Grundlage von künstlich erzeugten Bindemitteln u.dgl., gefüllt. In diesem Falle dreht sich die Einrichtung bei ihrem Heben. Das material 26 wird durch die helikoidalen uberflachen des kegelförmigen Oberteils 9 des formgebenden Gehäuses 6 eingepreßt. Zur Vorbeugung des Heraushebens des Materials 26 aus dem Bohrloch 20 soll seine Schicht mindestens 3 ffl betragen. Die Höhe dieser Schicht kann insbesondere zu Beginn der Arbeit am ersten Mantelpfahl ricntig eingestellt werden. Eine solche korrektur ist infolge der unterschiedlichen itfahldurchmesser, Wanddicken, Neigungen der kegelförmigen Oberfläche und Eigenschaften des in die ßohrlochwandungen eingepreßten Materials erforderlich.

Der Innendurchmesser der HüHe 2 wird nach folgen- <ie£ Formel bestimmt;

Hierin bedeuten:

D Durchmesser des isüantelpfahls;

$- Dicke der Wand 24 des Mantelpfahls. Bei Verwendung der erf indun^sgemäßen Einrichtung wird die l'echnologiegerechtheit bei der Herstellung von Ortmantelpfählen im Boden, darunter auch in losen was-

erhöht

sergesättigten Bodens die oei Wiederbringen der Bohrlöcher nach dem herkömmlichen Verfahren zum Rutschen neigen. Die Prozesse der Bohrlocherzeugung und der Herstellung des irl'ahls erfolgen mit zeitlicher überlagerung und der Hohlraum entsteht strikt achs-

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recht.

Die !Tragfähigkeit der ivlantelpfähle wird erhöht, da sie in Bohrlöchern mit verdichteten Wandungen hergestellt werden.

Die Einrichtung gestattet es, M ante !pfähle mit Außenschutz-, beispielsweise Korrosionsschutzmänteln, herzustellen.

Als korrosionsschutzmittel können Asphaltbeton, Biturnenmastix verscniedener Art und Zusammensetzungen auf der Grundlage von polymeren Stoffen verwendet werden.

Die Ortmantelpfälile können mit einem durchgehenden Hohlraum hergestellt werden, in diesem Fall fängt man bei der Ausfüllung des j Raums mit Ballaststoff am Bohrlochboden an.

Die Erweiterung der Verdicntungszone und .erhöhung des Bodenverdichtungsgracies um den Pfahl herum wird dadurch erreicht, daß der Pfahl im Vollquerschnitt hergestellt und der Boden nicht ausgehoben, sondern in die Bohrlochwandungen eingepreßt wird. Ferner wird eine zusätzliche Erweiterung der Verdichtungszone und Erhöhung des Bodenverdichtungsgrades Dei der Herstellung des Außenmantels erreicht, welcher durch Einpressen von Jiorrosionsschützmittel in die ßohrlochwandüngen gebildet wird.

Die Lebensdauer des Urtmantelpfahls in aggressiven Medien wird durch Hersteilung eines äußeren üorrosionsschutzmantels um die Jrfahlsäule herum erhöht.

Die Arbeitsproduktivität wird durch die zeitliehe überlagerung der Prozesse der Bohrlocherzeugung, der Betonierung der Pfahlsäule und der Herstellung des äußeren liorrosionsschutzmantels ohne Herausziehen des Werkzeuges aus dem Bohrloch erhöht. Die Herstellung des Mantelpfahls läuft ununterbrochen ab.

Darüber hinaus wird mit der Bildung des Hohlraums

das

angefangen, ohne ^Abbinden des Betons in der Säule abzuwarten, da der Einbruch von Beton durch Ausfüllen der

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Bohrlöcher mit xSaliastzusciiiagstoff g ie ich ζ θ it ig mit dex Bildung des Hohlraums verhindert wird.

Die Leistungsfähigkeit wird im Vergleich zum Prototyp um 40 bis 65 % erhöht.

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Claims

PATENTANWÄLTE Ί ? Ί c ZELLENTIN 2WeIBRUCKENSTR. 16 MÜNCHEN 2 Dnepropetrovsk!j inschenerno- 22. September 1982 stroitelnyj institut rz/Os Dnepropetrowsk / Sowjetunion V 9O 943 EIHHIOHTUIiG ZUE HERSTEUUUNG VON ORTMANTEiFFlHlJäN SOWIE VEEFAHHEN ZUH HSHSOIEJLLUJi)G SOJLGHER PFiHIE UUTER VERWENDUNG DIESER EINRICHTUNG PATENTANSPRÜCHE

1. Einrichtung zur Herstellung von Ortmantelpfählen, enthaltend eine Rohrstange sowie ein hohles kegelförmiges Arbeitsorgan Mit helikoidaler bandförmiger Oberfläche, welches am Stangenende angebracht, in einer längsverstellbar angeordneten Hülle untergebracht ist und ein röhrenförmiges Gehäuse einschließt, das im Arbeitsorgan längsverstellbar angeordnet ist, eine Auslaßöffnung für den Zuschlagstoff aufweist und mit der Rohrstange in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß an der Rohrstange (1) mittels Radialrippen (11) ein hohles Gehäuse (6) zur Formung des Bohrlochs angeordnet ist, welches einen zylindrischen kalibrierteii (7)_teinen kegelförmigen Unterteil (d) mit helikoidaier bandförmiger Oberfläche

. einen , _v

sowie / icegeiforangen Oberteil (9) enthält, wobei das formgebende Gehäuse (6) eine obere Öffnung zum Anschluß an das Betonförderrohr (10) sowie eine untere Öffnung zum Auslassen dos Η<:·1.οηεί in aas

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Bohrloch aufweist, deren Durchmesser so bemessen ist, daß die Hülle (2) in sie eingehen, und die öffnung sperrt, bzw. aus dieser herausgehen kann, wodurch

sie dementsprechend freigegeben wird.

2. Verfahren zur Herstellung von Ortmantelpfählen, welches das Eindringen der Einrichtung zur Erzeugung von Bohrlöchern in den Boden und deren Herausziehen nach dem Niederbringen des Bohrlochs auf die gesamte erforderliche Tiefe, das Einbringen einer Betonroi schung in das Bohrloch, die Erzeugungeines Hohlraums in der Beton-

das
masse und Ausfüllen dieses Hohlraums mit Ballaststoff einschließt, dadurch gekennzeichnet, daß das Bohrloch mit der Einrichtung nach Anspruch 1 erzeugt wird, und daß beim Herausziehen der Einrichtung in das gebildete

/ Bohrloch die Betonmischung eingebracht, ein Hohlraum geformt und mit ßallaststoff gefüllt wird,wobei die Betonmisehung in das Bohrloch mit einer Voreilung in bezug auf die Formung des Hohlraums eingebracht wird.

3· Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß während des Herausziehens der Einrichtung zur Erzeugung von Bohrlöchern aus dem Bohrloch in die Mündung des letzteren ein Korrosionsechutzmittel eingebracht und mit dieser Einrichtung in die Bohrlochwandungen entsprechend dem Hebefortschritt eincjepreß t wi rd.