DE3505391C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht aich auf eine Vorrichtung zum Er­ weitern von Bohrlöchern, insbesondere für die Herstellung von Bohrpfählen mit erweitertem Pfahlfuß, mit einem in dem Bohrloch festspannbaren Führungskörper. Derartige Pfähle werden unter anderem auch für Gründun­ gen unter Wasser hergestellt, wobei sowohl Vertikalpfähle, als auch Schrägpfähle vorgesehen sein können. Hierbei stellt sich das Problem, eine Erweiterung des Bohrlochs für den Pfahlfuß unter Wasser in das Gestein zu meißeln.

Aus der DE-AS 14 84 412 ist eine gattungsgemäße Vorrichtung zum Herstellen von Bohrpfählen mit seitlichen Ausbuchtungen für in verschiedenen Tiefen liegenden Bodenschichten unter Verwendung eines Vortreibrohrs mit einem in diesem Vor­ treibrohr hängenden und lotrecht verstellbaren, mit seit­ lich herausschwenkbaren Druckplatten versehenen Trag- und Antriebs­ gerüst bekannt. Mit dieser Vorrichtung ist es nicht möglich, eine Bohrlocherwei­ terung auch bei hartem Gestein zuverlässig und präzise zu erreichen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine gattungsgemäße Vorrichtung so auszubilden, daß eine Bohrlocherweiterung auch bei hartem Gestein zuverlässig und präzise erreicht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Führungskörper eine gegen die Längsachse des Bohrlochs geneigte Führungsbahn aufweist, in der ein Meißel gleitend angeordnet ist.

Der Führungskörper kann dabei eine Spannvorrichtung enthal­ ten, die seitlich ausfahrbare Klemmbacken besitzt. Es emp­ fiehlt sich eine hydraulische oder pneumatische Betätigung der Spannvorrichtung. Die Klemmbacken geben auch bei unter­ schiedlichen Bohrlochdurchmessern einen sicheren Halt. Der Meißel läßt sich präzise positionieren, und es wird ein stabiles Widerlager für die während des Betriebes am Meißel angreifenden Kräfte ge­ schaffen. Eine Druckmittelbetätigung der Klemmbacken ist von Vorteil, da ein geeignetes Druckmittel norma­ lerweise auf der Baustelle sowieso zur Verfügung steht, und eine bequeme Führung des Druckmittels durch das Bohrloch möglich ist. Außerdem lassen sich auf hydrau­ lischem oder pneumatischem Weg erhebliche Haltekräfte erzielen.

In einer bevorzugten Ausbildung der Erfindung ist eine Verrohrung des Bohrlochs vorgesehen. Der Führungskörper ist dann mit Spiel in einem Bohrrohr aufgenommen, und die Spannvorrichtung eröffnet die Möglichkeit, ihn gegen die Innenwand des Bohrrohres zu verklemmen. Im eingespannten Zustand läßt sich dann der Führungskörper gleichzeitig mit den Bohrrohr drehen. Hierdurch kann der Meißel in Umfangsrichtung des Bohrrohres positioniert und umgesetzt werden, und zwar gleichermaßen bei vertikalen und bei schrägen Bohrlöchern. Erweiterungen des Bohrlochs lassen sich entsprechend in allen Richtungen und in unterschiedlichen Abmessungen herstellen.

Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung sollte der Führungskörper einen höhenverstellbaren Stän­ der aufweisen, mit dem er auf dem Bohrlochgrund absetz­ bar ist. Diese Anordnung erlaubt es, die Höhe der ge­ wünschten Bohrlocherweiterung über der Sohle des Bohr­ lochs einzustellen. Durch die Höhenverstellbar­ keit des Ständers ist eine flexible Anpassung an verschie­ dene Pfahlfußböden möglich.

Der Führungskörper mit dem Meißel wird vorzugs­ weise an einem Leitseil hängend in das Bohrloch abgelas­ sen. Das Leitseil kann dabei zugleich als Betätigungsseil für den Meißel (Freifallmeißel) dienen und an diesem angreifen. Diese Anordnung ist auf Grund des einfachen Seilzugs kon­ struktiv besonders wenig aufwendig. Die Sapnnvorrichtung des Führungskörpers kann problemlos so ausgelegt werden, daß sie den Führungskörper auch gegen die Aufziehkraft des Fall­ meißels arretiert hält.

Es besteht auch die Möglichkeit, neben dem Leitseil, an dem der Führungskörper hängt, ein separates Betätigungsseil für den Meißel vorzusehen. Diese Anordnung empfiehlt sich insbesondere bei vertikalen, nichtverrohrten Bohr­ löchern. Hier dient die Spannvorrichtung nur dazu, den Füh­ rungskörper während des Meißelns im Bohrloch gegen Ver­ drehung zu fixieren. Bei gelöster Spannvorrichtung ist es durch die Doppelseilanordnung leicht möglich, den Führungskörper umzusetzen und in dem Bohrloch zu drehen.

Der Meißel muß unverlierbar an dem Führungskörper gehalten sein, so daß die Hubstrecke, die er auf der Führungsbahn zurücklegt, begrenzt ist. Hierzu kann ein Anschlag an der Führungsbahn angeordnet sein. Nach einer weiteren, konstruktiv besonders wenig aufwendigen Lösung ist vorgesehen, daß der Meißel mit einer flexiblen Ver­ bindung zum Führungskörper, z. B. in Form eines Blockier­ seils, gegen Überziehen gesichtert ist.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann sowohl einen starren Fallmeißel, als auch einen als Mehrgelenk-Kettenmeißel ausgebildeten Fallmeißel enthalten. Ein starrer Meißel kann dabei sowohl gerade, als auch gebogen sein, und auf einer entsprechend geraden oder gekrümmten Führungsbahn gleiten.

Eine starre Meißelanordnung ist konstruktiv besonders wenig aufwendig und robust. Mit Mehrgelenkmeißeln läßt sich dagegen eine flexible Gleitkrümmung erzielen. Im übrigen kann ein Führungskörper so­ wohl mit einem, als auch mit mehreren Meißeln ausge­ rüstet sein.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungs­ beispielen anhand der Zeichnungen. Es zeigt

Fig. 1 in Seitenansicht und teilweise aufgeschnitten eine Vorrichtung zum Erweitern von Bohrlöchern mit einem starren, geraden Fallmeißel und Einseilhängung;

Fig. 2 eine der Fig. 1 entsprechende Ansicht einer Vorrichtung mit einem starren, gebogenen Fallmeißel;

Fig. 3 eine Draufsicht auf das Bohrloch aus Richtung III nach Fig. 2;

Fig. 4 eine Seitenansicht einer Vorrichtung mit starrem, geradem Fallmeißel und Doppelseilhängung;

Fig. 5 eine Darstellung eines flexiblen Mehrgelenk-Meißels;

Fig. 6 eine Seitenansicht eines pneumatisch oder hydraulisch betätigten Felsspitzmeißels.

Fig. 1 zeigt ein in den Boden getriebenes Bohrloch 20 mit einer Verrohrung. In dem Bohrrohr 22 ist ein Führungskörper 24 aufgenommen. Der Führungskörper 24 enthält eine Spannvorrichtung 26 mit einer oder mehreren Klemmbacken 28. Die Klemmbacke wird mittels einer hydraulischen oder pneumatischen Kolben-Zylinder-Einheit 30 betätigt. Sie fährt quer zu der Bohrachse aus und legt sich an die Innenwand des Bohrrohres 22 an. Bei gelöster Klemmbacke 28 kommt der Führungs­ körper 24 von dem Bohrrohr 22 frei, so daß er darin mit Spiel axial verlagerbar ist. Bei ausgefahrener Klemm­ backe 28 wird der Führungskörper 24 hingegen in dem Bohr­ rohr verspannt.

Der Führungskörper 24 hat eine längliche abgeflachte Kreiszylinder­ form. Sein Außendurchmesser ist so gewählt, daß er mit Spiel in dem Bohrrohr 22 gleitet. Am Rand der endseitigen Stirnflächen 34, 36 ist je eine Fase 38 vorgesehen, die das Einsetzen des Füh­ rungskörpers 24 in das Bohrrohr 22 erleichtert. Die Klemm­ backe 28 ist auf dem Außenmantel des Führungskörpers 24 vor­ gesehen, und zwar in dessen oberem Drittel.

Der Führungskörper 24 enthält eine allseitig geschlossene Führungsbahn 40 für einen Meißel 42. Dieser ist in dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 als Fallmeißel ausge­ bildet und weist eine starre und gerade Form auf. Ent­ sprechend bildet auch die Führungsbahn 40 einen den Führungs­ körper 24 durchlaufenden, geraden Durchgangskanal. Die Führungsbahn 40 ist gegen die Längsachse 44 des Führungs­ körpers 24 geneigt.

Der Meißel 42 ist in der Gleitbahn 40 zwangsgeführt. Es gleitet mit Spiel darin, so daß er durch Schwerkraft­ wirkung mit hoher Geschwindigkeit herabfallen kann. Auf Grund der Neigung der Führungsbahn 40 erreicht die Spitze 46 des Meißels 42 einen Bereich radial außerhalb des Bohr­ rohres 22. Der Meißel 42 kann daher das dortige Gestein 48 ausmeißeln und so das Bohrloch 20 erweitern.

An der unteren Stirnfläche 36 des Führungskörpers 24 ist in mittiger Anordnung ein Ständer 50 vorgesehen. In Betriebsstellung steht der Führungskörper 24 mit dem Ständer 50 auf der Sohle 52 des Bohrlochs 20 auf. Die Länge ℓ des Ständers 50 bestimmt, auf welcher Höhe über der Sohle 52 der Meißel 42 arbeitet. Um eine variable Anpassung, insbesondere an ver­ schiedene Pfahlfußhöhen, zu ermöglich, ist der Stän­ der 50 höhenverstellbar. Man erkennt hierzug eine Teles­ kopanordnung mit einem an dem Führungskörper 24 ansetzen­ den Außenrohr 54 und einem darin geführten Innenrohr 56, das einen Stempelfuß 58 mit Zentrierdornen trägt. Das Innenrohr 56 läßt sich mehr oder weniger weit aus dem Außenrohr 54 ausfahren und in der gewünschten Höhe blockieren. Dies kann mittels eines Absteckbolzens geschehen, der sich in fluchtende Radial- oder Diametralbohrungen 60 in den Rohren 54 und 56 einsetzen läßt. Selbstverständlich sind aber auch andere Bauformen eines höhenverstellbaren Ständers 50 möglich. Insbesondere kann der Ständer 50 auch hydraulisch oder pneumatisch in der Höhe verstellbar sein, um die Arbeitshöhe des Meißels 42 im Betrieb ändern zu können.

An einem Anlenkpunkt 62 am oberen Ende des Meißels 42 ist ein Zugseil 64 befestigt. Das Zugseil 64 hat eine Dop­ pelfunktion. Es dient einerseits dazu, den Führungskörper 24 in dem Bohrrohr 22 axial zu verlagern. Der Führungskörper 24 hängt dabei an dem Zugseil 64. Es wird daran hängend in die Betriebsposition abgesenkt, die in Fig. 1 gezeigt ist, und nach Beendigung des Meißelvorgangs wieder an dem Zugseil 64 aus dem Bohrrohr 22 heraus­ gezogen. Das Zugseil 64 dient andererseits auch zum Antrieb des Meißels 42. Hierzu wird nach Aktivie­ rung der Spannvorrichtung 26, die den Führungskörper 24 in dem Bohrrohr 22 festklemmt, der Meißel 42 an dem Zugseil 64 um das Hubmaß innerhalb der Führungsbahn 40 an­ gezogen. Um ein Überziehen des Meißels 42 zu ver­ hindern, ist dieser mit einer flexiblen Verbindung zum Führungskörper 24 versehen, z. B. in Form eines Blockier­ seils 66. Am Ende des Meißelaufwärtshubes läßt man die Zugkraft auf das Zugseil 64 schlagartig abfallen, so daß sich der Meißel 42 annähernd frei die Gleitbahn 40 herabbewegen kann und mit großer Wucht auf das Gestein 48 trifft. Der Arbeitstakt wird anschließend durch erneutes Aufziehen des Meißels 42 wiederholt.

Ein Ende des Blockierseils 66 ist an einer Lasche 68 be­ festigt, die sich randnah auf der oberen Stirnfläche 34 des Führungskörpers 24 befindet. Das andere Ende des Blockierseils 66 greift an einem Schwenkhebel 70 an. Dieser ist über die Gelenkachse 72 an den Meißel 42 angelenkt. Die Gelenkach­ se 72 liegt dabei etwa unterhalb des Anlenkpunkt­ tes 62 für das Zugseil 64. Man erhält so eine sehr stabile und flexible Befestigung mit großem Ausfahrhub für den Meißel 42. Der Auftreffpunkt des Meißels 42 läßt sich mittels des Bohrrohrs 22 an eine be­ liebige Stelle auf dem Umfang des Bohrlochs 20 posi­ tionieren. Man klemmt hierzu den Führungskörper 24 mit der Spannvorrichtung 26 an das Bohrrohr 22 an und dreht das Bohrrohr, wobei der Führungskörper mitgenom­ men wird. Das Bohrloch 20 läßt sich so über den vollen Umfang und in vorwählbarer Höhe aus­ meißeln. Die Möglichkeit einer Drehverstellung des Führungskörpers 24 mit dem Meißel 42 besteht glei­ chermaßen für vertikale und schräge Bohrlöcher, die mit einer Verrohrung versehen sind.

In Fig. 2 ist als Anwendungsbeispiel der erfindungsge­ mäßen Vorrichtung eine Unterwasserbohrung zum Setzen eines Schrägpfahls mit erweitertem Pfahlfuß dargestellt. Die gezeigte Vorrichtung ist mit der in Fig. 1 weitgehend baugleich. Übereinstimmende Teile sind mit gleichen Be­ zugszeichen versehen. Das schräg in den Grund getriebene Bohrloch 20 durchsetzt eine Kies- oder Sandschicht 74, wie sie sich beispielsweise auf dem Boden eines Flußbetts be­ findet, und eine darunterliegende Schicht 76 aus relativ weichem Tonstein, und sie reicht bis in den harten Untergrund 78, der beispielsweise aus Kalkstein be­ stehen kann. In diesem harten Gesteinsbereich 78 wird das Bohrloch 20 zur Erstellung einer Pfahlfußerwei­ terung ausgemeißelt. Das Bohrloch 20 ist mit einem Bohrrohr 22 versehen, die das Bohrloch gegen Einsturz sichert. In dem Bohrrohr 22 ist wiederum ein Führungskörper 24 mit axialem Verschiebe­ spiel aufgenommen, der mit einer Spannvorrichtung 26 gegen die Verrohrung geklemmt werden kann. Dadurch besteht auch hier die Möglichkeit, den Führungskörper mittels des Bohrrohres zu drehen. Der Führungskörper 24 enthält eine Führungsbahn 80 für einen Meißel 42, der wieder­ um als Fallmeißel ausgebildet ist. Die Führungsbahn 80 ist bogenförmig gekrümmt. Sie endet im seitlichen Randbereich an der oberen Stirnfläche 34 des Führungskörpers 24 und sie tritt auf der gegenüber­ liegenden Seite aus dem Mantel des Führungskörpers 24 aus. Es ist dies die Seite, auf der auch die Klemmbacke 28 der Spannvorrichtung 26 angreift. Doch kann, wie dies Fig. 1 zu entnehmen ist, der Meißel 42 auch auf der Seite arbeiten, die dem Angriffspunkt der Klemmbacke 28 abgewandt ist. Der Meißel 42 gemäß Fig. 2 ist starr und eben­ falls bogenförmig gekrümmt. Er ist wiederum mit Spiel in der Führungsbahn 80 aufgenommen, so daß er durch Schwer­ kraftwirkung darin herabgleiten kann. Der Meißel 42 wird mit einem Betätigungsseil bedient, das auch hier zugleich als Zugseil 64 zum Anheben und Absenken des Füh­ rungskörpers 24 dient. das Zugseil 64 ist an einem Schwenk­ hebel 70 befestigt, der innerhalb des Meißel 42 an diesem angelenkt ist.

Der Pfeil 84 in Fig. 2 bezeichnet die Möglichkeit, den Führungs­ körper 24 zusammen mit dem Bohrrohr 22 zu drehen. Damit können verschiedene Meißelpositionen angefahren werden, die in Fig. 3 mit den Ziffern 1 bis 8 angezeigt sind. Die Ziffernfolge gibt eine bevorzugte Reihenfolge der Meißelvorgänge wieder.

An das Ausmeißeln schließt sich üblicherweise ein Ausgreifen des Meißelgutes aus dem Rohrloch 20 mit einem Greifer an, der sonden­ artig durch das Bohrrohr 22 abgesenkt wird. Es können sich je nach Bedarf noch mehrere Meißel- und Ausgreifar­ beitsgänge anschließen. Um die Fußaufweitung zu kon­ trollieren, kann man einen Meßtaster in den erweiterten Bereich des Bohrlochs 20 absenken. Wenn die Erweiterung die gewünschte Größe erreicht hat, wird eine Restsaug­ pumpe in das Bohrloch 20 abgesenkt, die mit Boden- und Seiten­ saugeffekt Meißelgut und andere lose Verunreinigungen absaugt. Sodann kann der Pfahl mit erweitertem Pfahlkopf hergestellt werden.

Fig. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung. Es ist ein Bohrloch 20 ohne Verrohrung an­ gedeutet. Der Führungskörper 24 ist unmittelbar in das Bohrloch 20 abgesenkt. Eine auch hier vorhandene, hydraulisch oder pneumatisch be­ tätigte Spannvorrichtung 26 hat allein die Funktion, den Führungskörper 24 während des Meißelns in dem Bohrloch 20 zu blockieren, und ein Versetzen des Meißelpunktes zu verhindern. Hingegen besteht keine Möglichkeit, mittels der Spannvorrichtung 26 die Verbindung zu einem drehbaren Teil herzustellen, um den Führungskörper 24 zu drehen.

Um den Führungskörper 24 trotzdem umsetzen zu können, ist eine Doppelseilanordnung oder Gestänge vorgesehen. Der Führungs­ körper 24 hängt an einem Leitseil 86, oder einem Gestänge, das mittig auf der oberen Stirnfläche 34 befestigt ist. Dieses Leitseil 86 dient dazu, den Führungs­ körper 24 in dem Bohrloch 20 anzuheben und abzusenken. Des weiteren ist ein von dem Leitseil 86 seperates Betätigungs­ seil 88 vorhanden, das am oberen Ende eines Meißels 42, der wiederum als Fallmeißel ausgebildet ist, ansetzt. Der An­ griffspunkt liegt dabei außermittig auf der oberen Stirn­ fläche 34. Bei gelöster Spannvorrichtung 26 besteht die Mög­ lichkeit, den Führungskörper 24 zu drehen, indem man das Be­ tätigungsseil 88 an die gewünschte Stelle auf dem Umfang des Bohrlochs 20 bringt, oder das Gestänge von Hand oder mechanisch dreht. Sodann wird die Klemmbacke 28 der Spann­ vorrichtung 26 wieder gegen die Wand des Bohrlochs 20 gepreßt, wodurch der Führungskörper 24 festgelegt wird. Anschließend meißelt man durch abwechselndes Anziehen und Fallenlassen des Betätigungsseils 88.

Die in den Abbildungen 1 bis 4 gezeigten Meißel 42 sind als Freifallmeißel oder Rammeißel ausgebildet und grundsätzlich starr. Es versteht sich aber, daß auch flexible Meißel Verwendung finden können, z. B. in Form eines Mehrgelenk­ Kettenmeißels 89 (s. Fig. 5). Außerdem besteht auch die Möglichkeit, pro Führungskörper mehrere Meißel vorzusehen.

Claims (14)

1. Vorrichtung zum Erweitern von Bohrlöchern für Bohrpfähle, insbesondere für die Herstellung von Bohrpfählen mit er­ weitertem Pfahlfuß, mit einem in dem Bohrloch festspann­ baren Führungskörper, dadurch gekennzeichnet, daß der Führungskörper (24) eine gegen die Längsachse (44) des Bohrlochs geneigte Führungsbahn (40) aufweist, in der ein Meißel (42) gleitend angeordnet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Meißel (42) als Fallmeißel ausgebildet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Meißel (42) hydraulisch und/oder pneumatisch angetrieben ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Führungskörper (24) eine druckmittelbetätigte Spannvorrichtung (26) enthält, die seitlich ausfahrbare Klemmbacken (28) aufweist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Führungskörper (24) mit Spiel in einem Bohrrohr (22) aufgenommen und gegen die Innenwand des Bohrrohres (22) verspannbar ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Führungskörper (24) einen höhenverstellbaren Ständer (50) aufweist, mit dem er auf der Sohle (52) des Bohrlochs (20) absetzbar ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Führungskörper (24) ein Seil (64) oder Gestän­ ge befestigt ist, an dem die Vorrichtung hängend in das Bohrloch (20) absenkbar ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, da das Seil (64) zugleich als Betätigungsseil für den Meißel dient.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch ein separates Betätigungsseil (88) für den Meißel (42).

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Meißel (42) mit einer flexiblen Verbindung zum Führungskörper (24), z. B. in Form eines Blockierseils (66), gegen Überziehen gesichert ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Meißel (42) starr ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Meißel (42) als Mehrgelenk-Kettenmeißel (89) ausgebildet ist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsbahn (40) und der Meißel (42) gerade ausgebildet sind.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsbahn (40) und der Meißel (42) bogenförmig ausgebildet sind.