DE3743507A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung von pfaehlen im erdreich - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Ober­ begriff des Patentanspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Es ist bekannt, Pfähle für Gebäudegründungen oder -unterfangungen oder Pfahlwände zur Abdichtung des Bodens dadurch zu erzeugen, daß in den Boden unter hohem Druck eine Betonsuspension injiziert wird. Die Betonsuspension zerstört infolge des hohen Injektions­ drucks den umgebenden Boden und bildet beim Abbinden eine Wand oder einen Pfahl aus Beton. Die Beton­ suspension kann in Form eines intermittierend ver­ dichteten Strahles injiziert werden (DE-OS 30 02 680), wobei durch wechselseitiges Öffnen und Schließen in­ folge Rotation einer geschlitzten zylinderförmigen Steuervorrichtung die Düsen beschickt werden. Ferner ist es bekannt ein flüssiges Schneidmittel, z.B. Wasser, unter sehr hohem Druck in den Boden zu injizieren, um den Boden zu zerschneiden und die Beton­ suspension erst anschließend unter geringerem Druck in den Boden einzuführen. Durch die Trennung des Schneid­ vorgangs vom Vorgang des Auffüllens des erzeugten Hohl­ raums wird erreicht, daß für das Schneidmittel höhere Drücke aufgebracht werden können, da das Schneidmittel keine Festkörper enthält, die die Düsen beschädigen könnten.

Bei dem bekannten Verfahren besteht eine Schwierigkeit darin, daß der Bereich, in dem sich der erhärtende Stoff (Beton) befindet und der Bereich, in dem das Schneidmittel wirksam ist, nicht scharf voneinander ge­ trennt werden können. Bohrgut, das von den Strahlen des Schneidmittels gelöst ist, fällt in den Beton hinein und verunreinigt diesen, wodurch die erzielbare Festig­ keit des Betons in undefinierter Weise beeinträchtigt wird. Außerdem bewirken die Schneidstrahlen eine Ver­ wirbelung des erhärtenden Stoffs. Ein erheblicher Teil des Schneidmittels wird außerhalb des Bohrstrangs rück­ gespült. Durch die Rückspülung wird auch erhärtender Stoff mitgerissen, so daß dieser dann in dem her­ zustellenden Pfahl fehlt. Zwischen dem erhärtenden Stoff und dem Schneidmittel entsteht eine Übergangs­ zone, in der Schneidmittel und erhärtender Stoff ver­ mischt werden. Dadurch wird der erhärtende Stoff ver­ dünnt, durch die kinetische Energie des Schneidmittels verwirbelt und teilweise abgeführt. Die Folge ist ein Beton von geringer Qualität und Festigkeit.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 anzugeben, bei dem die Eigenschaften des Betons durch das Schneid­ mittel nicht verschlechtert werden.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit den im kenn­ zeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merk­ malen.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird in das durch das Schneidmittel erzeugte erweiterte Bohrloch ein Trennmittel eingegeben, das leichter ist als der er­ härtende Stoff, jedoch schwerer als das Schneidmittel. Dieses Trennmittel bildet eine auf dem erhärtenden Stoff schwimmende Trennschicht, die eine Vermischung des Schneidmittels mit dem erhärtenden Stoff ver­ hindert. Durch die Trennschicht wird der Betonierungs­ bereich vom Schneidbereich getrennt, wodurch verhindert wird, daß der erhärtende Stoff vom Schneidmittel ver­ dünnt wird. Während in dem Schneidbereich turbulente Strömungen herrschen, wird der erhärtende Stoff in eine beruhigte Zone injiziert, aus der er nicht von dem Schneidmittel herausgerissen werden kann. Es ergeben sich daher keine Rückspülverluste an erhärtendem Stoff.

Das Trennmittel wird generell vor der Injektion des erhärtenden Stoffs zugeführt, so daß eine Trennschicht aufgebaut wird, in der der erhärtende Stoff absinkt. Wenn der untere Teil des Bohrlochs mit dem erhärtenden Stoff ausgefüllt ist, schwimmt die Trennschicht auf dem erhärtenden Stoff, so daß die weitere Injektion dieses Stoffes direkt in die Betonmasse erfolgt.

Wenn während der Injektion des erhärtenden Stoffs Teile der Trennschicht durch das Schneidmittel rückgespült werden und auf diese Weise die Trennschicht dünner ge­ worden ist, kann weiteres Trennmittel zusammen mit dem erhärtenden Stoff injiziert werden. Dieses Trennmittel schwimmt in dem erweiterten Bohrloch auf und ergänzt das rückgespülte Trennmittel. Auf diese Weise kann die erforderliche Stärke der Trennschicht aufrechterhalten werden.

Es ist auch möglich, von Anfang an mit einem Gemisch aus erhärtendem Stoff und Trennmittel zu arbeiten, so daß sich die Trennschicht während der Injektion des erhärtenden Stoffs kontinuierlich aufbaut. Gelangt die Trennschicht in den Bereich der Schneidmittelstrahlen, dann wird ein Teil des Trennmittels rückgespült. Auf diese Weise ergibt sich eine selbstregulierende Wirkung, wobei sich die Oberfläche der Trennschicht auf einen konstanten Abstand von der darunter befindlichen Injektionsstelle des erhärtenden Stoffs einstellt. Ist zuviel Trennmittel vorhanden, erfolgt eine selbsttätige Abspülung dieses Trennmittels durch die Schneid­ strahlen. Wichtig ist, daß der Beton sich in einer be­ ruhigten Zone unterhalb der Trennschicht kontinuierlich aufbauen kann.

Als Trennmittel eignen sich körnige Materialien oder Suspensionen, die solche körnigen Materialien ent­ halten, oder auch Flüssigkeiten. Das körnige Material kann beispielsweise aus PVC-Granulat besteht, das als Abfallprodukt bei der Kunststoffverarbeitung anfällt. Bei einer bestimmten Korngröße und Außenstruktur ver­ krallen sich die Körner des Granulats ineinander, wo­ durch eine kompakte Trennschicht gebildet wird. Über dieser Trennschicht wird das Schneidmittel zusammen gelöstem Bodenmaterial außerhalb des Bohrstrangs ab­ geführt.

Das Trennmittel kann auch in Form von mindestens zwei Komponenten zugeführt werden, die im erweiterten Bohr­ loch reagieren und eine feste Platte als Trennschicht bilden.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch den Bohrstrang während der Herstellung der Pilotbohrung,

Fig. 2 die Herstellung des erweiterten Bohrlochs mit seitlich injizierten Schneidmittelstrahlen,

Fig. 3 das Einbringen der Trennschicht unter Abstoßung der Bohrkrone, und

Fig. 4 den Vorgang des Ausbetonierens des erweiterten Bohrlochs unter Zurückziehung des Bohrstrangs.

Die dargestellte Bohrvorrichtung weist einen Bohrstrang 10 auf, der aus einem rohrförmigen Außenstrang 11 aus mehreren miteinander verbundenen Rohren und einem koaxial darin verlaufenden Innenstrang 12, ebenfalls aus mehreren miteinander verbundenen Rohren, besteht. Der Außenstrang 11 wird von einem Drehantrieb gedreht und dabei gleichzeitig vorgedrückt. Der Innenstrang 12 kann innerhalb des Außenstrangs gedreht werden. Am vorderen Ende des Außenstrangs 11 befindet sich eine Bohrkrone 13, die drehfest mit dem Außenstrang ver­ bunden und durch einen Scherstift 14 gegen axiales Herausziehen gesichert ist. Zwischen Außenstrang 11 und Innenstrang 12 befindet sich ein Ringkanal 15. Im Inneren des Innenstrangs 12 verläuft ein Kanal 16.

In der Nähe des vorderen Endes des Außenstrangs 11 ist ein Gasdruckspeicher 17 vorgesehen, durch den der Innenstrang 12 hindurchgeht. Der Gasdruckspeicher 17 hat ein rohrförmiges Speichergehäuse 18, dessen Außen­ durchmesser gleich demjenigen des Außenstranges ist und der einen von einer Membran 19 begrenzten, mit Helium gefüllten Gasraum 20 aufweist. Die ringförmige Membran 19 bildet die innere Begrenzung des ringförmigen Gas­ raums 20 und sie stützt sich innen an einer Lochplatte 21 ab, die den Ringkanal 15 begrenzt. Bei einem Flüssig­ keitsdruck im Ringkanal 15 wird die Membran 19 nach außen gedrängt, wobei das im Gasraum 20 enthaltene Gas komprimiert wird. Bei nachfolgender Druckentlastung im Ringkanal 15 treibt das Gas die zuvor in den Gasdruck­ speicher verdrängte Flüssigkeit wieder aus diesem aus.

Vor dem Gasdruckspeicher 24 ist im Zuge des Außen­ stranges 11 ein Adapter 22 angeordnet, in dem der Innen­ strang 12 mit einem sternförmigen Abstandhalter 23 zentriert gehalten wird. An den Adapter 22 schließt sich der rohrförmige Bohrkopf 24 an. Dieser enthält mehrere umfangsmäßig verteilt angeordnete Düsen 25, die vom Ringkanal 15 aus radial nach außen gerichtet sind. Die Einlässe der Düsen 25 werden von einem Steuerkörper 26 gesteuert, der Bestandteil des Innenstrangs 12 ist. Der Steuerkörper 26 ist an seinem Umfang mit Nuten 27 oder anderen Profilierungen versehen, deren Stege an den Einlässen der Düsen 25 entlangstreichen und diese Düsen in Abhängigkeit von der Drehstellung des Innen­ strangs 12 relativ zu dem Außenstrang 11 steuern. Das vordere Ende des Innenstrangs 12 wird von einem rohr­ förmigen Ansatz 28 des Steuerkörpers 26 gebildet. Dieser Ansatz 28 ist von einer Dichtung 29 umgeben, die im Bohrkopf 24 abgestützt ist. Der Ringkanal 15 endet somit an den Düsen 25. Der Kanal 16 setzt sich dagegen bis zur Bohrkrone 13 fort, in der sich Spülöffnungen 30 befinden.

Mit der beschriebenen Bohrvorrichtung wird zunächst gemäß Fig. 1 eine Pilotbohrung 31 erzeugt, in dem Außen­ strang 11 und Innenstrang 12 synchron gedreht werden. Dabei wird durch den Kanal 16 hindurch Spülmedium, z.B. Wasser, zur Bohrlochsohle gedrückt. Das Spülmedium tritt an der Bohrkrone 13 aus und wird außerhalb des Bohrstrangs 10 im Bohrloch 31 zurückgespült, wobei es abgelöstes Bohrgut mitnimmt. Der Ringkanal 15 ist in diesem Zustand leer.

Wenn das Bohrloch genügend weit vorgetrieben ist, wird das mechanische Bohren beendet und die Spülmittelzufuhr durch den Kanal 16 wird abgesperrt. In den Ringkanal 15 wird flüssiges Schneidmittel, z.B. Wasser, unter sehr hohem Druck in der Größenordnung von z.B. 600 bar ein­ geführt. Dadurch entstehen aus den Düsen 25 austretende Schneidstrahlen 33, die die Bodenstruktur zerstören und so das erweiterte Bohrloch 34 erzeugen. Hierbei wird der Außenstrang 11 gedreht, wobei gleichzeitig der Innenstrang 12 mit einer anderen Drehzahl oder in Gegen­ richtung zum Außenstrang gedreht wird. Durch die Relativbewegung des Steuerkörpers 26 zu den Düsen 25 entstehen pulsierende Schneidstrahlen, durch die Reich­ weite und Wirkung des Schneidmittels erhöht werden. Der Gasdruckspeicher 17 sorgt für die Bereitstellung des für die Schneidimpulse erforderlichen Drucks in un­ mittelbarer Nähe des Steuerkörpers 26. Dadurch werden zeitlich scharf begrenzte Schneidimpulse erzeugt. Gleichzeitig mit der Erzeugung der Schneidstrahlen 33 wird der Bohrstrang 10 kontinuierlich zurückgezogen, so daß das erweiterte Bohrloch 34 von unten nach oben weitergetrieben wird. In Fig. 2 ist ein Zustand dar­ gestellt, in dem sich die Bohrkrone 13 noch in der Pilotbohrung 31 befindet und in dem ausschließlich Schneidmittel, jedoch noch kein erhärtender Stoff zu­ geführt wird.

Nach dem Herstellen der Pilotbohrung 31 wird Spülmittel kurzzeitig mit hohem Druck zugeführt, wodurch die Bohr­ krone 13 von dem Bohrkopf 24 unter Zerreißen des Scher­ stiftes 14 abgetrennt wird. Die Bohrkrone 13 verbleibt in der Pilotbohrung 31, während der Bohrstrang 10 in noch zu erläuternder Weise zurückgezogen wird. Dann wird gemäß Fig. 3 durch den Kanal 16 Trennmittel 35 zugeführt. Das Trennmittel besteht aus einem Granulat, einer Flüssigkeit oder einer Suspension. Es ist schwerer als das Schneidmittel, d.h. es hat ein größeres spezifisches Gewicht. Das Schneidmittel, das in Form der Schneidstrahlen 33 aus dem Bohrstrang aus­ getreten ist, schwimmt auf dem Trennmittel 35 auf. Die Grenzfläche zwischen Trennmittel 35 und Schneidmittel ist in Fig. 3 mit 36 bezeichnet. Das Trennmittel 35 füllt die Pilotbohrung 31 und das erweiterte Bohrloch 34 bis in eine Höhe, die über dem unteren Ende des Bohr­ kopfs 24 liegt.

Nachdem das Trennmittel 35 eine Trennschicht 37 auf­ gebaut hat, wird gemäß Fig. 4 der erhärtende Stoff 38 in Form einer Betonsuspension in den Kanal 16 ein­ geführt. Der erhärtende Stoff tritt aus dem Bohrkopf 24 am unteren Ende, das zuvor die Bohrkrone aufgenommen hatte, ohne Behinderung aus und füllt die Pilotbohrung 31 und das erweiterte Bohrloch 34 auf. Da das Trenn­ mittel 35 leichter ist als der erhärtende Stoff 38 schwimmt es auf diesem auf. Die Grenzschicht ist mit 39 bezeichnet. Der erhärtende Stoff 38 wird in möglichst dickflüssiger Suspension in das erweiterte Bohrloch injiziert, damit er schnell aushärtet und andererseits ein hohes spezifisches Gewicht hat. Die Grenzschicht 37 bildet eine Trennzone, durch die der Schneidraum 40 vom erhärtenden Stoff 38 getrennt wird. Während des Schneidens dringt Schneidmittel zusammen mit gelöstem Bohrgut außerhalb des Bohrstrangs 10 nach außen. Durch die Trennschicht 37 wird verhindert, daß hierbei Beton mitgerissen wird. Erdmaterial, das auf die Oberfläche 36 fällt, kann von dem Schneidmittel erfaßt und ab­ gespült werden, ohne daß dieses Erdmaterial den Beton verunreinigt. Die Trennschicht 37 bildet ein Schutz­ schild für die Betonmasse, der während der Zurück­ bewegung des Bohrstrangs 10 selbsttätig aufsteigt.

Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die Bohr­ krone 13 vor dem Zuführen des Trennmittels und des er­ härtenden Stoffs abgesprengt. Eine andere Möglichkeit besteht darin, die Bohrkrone an dem Bohrstrang zu be­ lassen und das Trennmittel sowie den erhärtenden Stoff durch entsprechende Öffnungen der Bohrkrone hindurch auszustoßen.

Claims (6)

1. Verfahren zur Herstellung von Pfählen im Erdreich, bei welchem ein flüssiges Schneidmittel aus einem Bohrstrang heraus in das Erdreich injiziert wird, um ein erweitertes Bohrloch zu erzeugen, und das erweiterte Bohrloch mit einem erhärtenden Stoff aufgefüllt wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein Trennmittel (35) eingebracht wird, das leichter ist als der erhärtende Stoff (38) und schwerer als das Schneidmittel und eine auf dem erhärtenden Stoff (38) schwimmende Trennschicht (37) bildet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Bohrstrang (10) aus Außenstrang (11) und Innenstrang (12) benutzt wird, um mit einer am Außenstrang (11) angebrachten Bohrkrone (13) eine Pilotbohrung (31) zu erzeugen, und daß nach Her­ stellung der Pilotbohrung in den Innenstrang (12) zunächst das Trennmittel (35) und dann der er­ härtende Stoff (38) und in den Außenstrang (11) das Schneidmittel eingegeben wird, während der Bohrstrang (10) im Bohrloch zurückgezogen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß vor dem Eingeben des Trennmittels (35) eine Bohrlocherweiterung (34) nur durch ein Eingeben von Schneidmittel in den Außenstrang (11) erfolgt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß das Trennmittel (35) aus körnigem Material oder einer Suspension von körnigem Material in Flüssigkeit besteht.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Trennmittel in Form mindestens zweier Komponenten zugeführt wird, die im erweiterten Bohrloch miteinander reagieren und eine zusammenhängende plattenförmige Trennschicht bilden.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein drehbarer Bohrstrang (10) mit Außenstrang (11) und Innenstrang (12) vorgesehen ist, daß der Außenstrang (11) einen Bohrkopf (13) mit Düsen (25), die mit dem Ringkanal (15) des Außenstranges (11) verbunden sind, aufweist und daß am Ende des Außenstrangs (11) eine durch Druck absprengbare Bohrkrone (13) angeordnet ist.