DE4235427C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Einbringen von Tiefgründungselementen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Einbringen von Tiefgrün­ dungselementen zur Herstellung einer Spundwand, bei dem die Elemente au­ ßen Einrichtungen zur Verbindung mit benachbarten Teilen oder Elementen be­ sitzen und einen freien Innenraum aufweisen, bei dem jeweils eine rotierende Bohreinrichtung verwendet wird, deren Schürfwerkzeuge das Erdreich im We­ sentlichen unter dem gesamten Querschnitt des Elements lockern und ggf. Steine zerkleinern und bei dem das gelöste Material abgeführt und nach Errei­ chen der vorbestimmten Tiefe die Bohreinrichtung herausgezogen wird.

Die Erfindung bezieht sich ferner auf eine Vorrichtung zum Einbringen von Tiefgründungselementen zur Herstellung einer Spundwand nach einem Verfah­ ren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der die Elemente einen im Quer­ schnitt mehreckigen freien Innenraum und Einrichtungen zur Verbindung mit benachbarten Elementen oder Teilen besitzen und eine Bohrvorrichtung mit einem Antriebsaggregat und mit Schürfwerkzeugen vorgesehen ist.

Tragbohlen aus Stahl für Spundwände werden üblicherweise eingerammt oder eingerüttelt. Heute bestehen jedoch Forderungen nach einer geräuscharmen und erschütterungsfreien Bauweise. Bei Kaianlagen führt der zunehmend grö­ ßer werdende Tiefgang der Schiffe dazu, dass die Gründungselemente bis in Bodenschichten hineinreichen müssen, die eine Geröllschicht oder größere Steine enthalten. Diese Hindernisse erschweren das Einrammen, verzögern den Bauablauf und führen zu Beschädigungen der Gründungselemente und der Spundwand, deren Beseitigung teuer und zeitraubend ist.

Durch die DE 36 38 664 A1 wird für das Einbringen von mit seitlichen Schlös­ sern versehenen, rohrförmigen Tragbohlen vorgeschlagen, mittels eines Bohr­ rohres, an dessen unterem Ende sich eine Bohrkrone befindet, ein Loch zu bohren, dessen Innendurchmesser größer ist als die Außenabmessungen der rohrförmigen Tragbohle einschließlich ihrer Schlösser. In das Bohrrohr wird die ebenfalls als Rohr ausgebildete Tragbohle durch Drehen und Drücken einge­ trieben. Nachdem die Tragbohle ihre Endlage erhalten hat, wird der Hohlraum zwischen Bohrrohr und Tragbohle verfüllt. Anschließend wird das Bohrrohr aus dem Boden herausgezogen. Bei diesem Verfahren ist aus den Bohrrohren mehr Material zu entfernen als dem Volumen der eingesetzten Tragbohle entspricht. Darüber hinaus stellt das Einbringen und anschließende Herausziehen der Bohr­ rohre ein umständliches und aufwändiges Verfahren dar.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, ein geräuscharmes und erschütterungsfreies Einbringen von Tiefgründungselementen zu ermögli­ chen, das wirtschaftlich zu betreiben und einfach zu handhaben ist.

Diese Aufgabe wird durch das Verfahren gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Eine zur Durchführung des Verfahrens vorgesehene Vorrichtung ist in Anspruch 6 angegeben. In den Unteransprüchen sind bevorzugte Ausgestaltungen der Er­ findung bezeichnet.

Danach wird im Innenraum des Tiefgründungselements eine Bohreinrichtung betrieben, deren Bohrkrone unten aus dem Element herausragt und das Mate­ rial des Erdreiches unter dem gesamten unteren Querschnitt des Elements we­ nigstens auflockert, sodass bei weiterem Vorschub des Elementes nach unten mittels einer das Element führenden und einer drückenden Einrichtung ein Ein­ dringen in den aufgelockerten Bodenbereich möglich ist. An der Bohrkrone werden in die Arbeitsstellung verschwenkbare Schürfwerkzeuge verwendet. Ist das Element bis in die erforderliche Tiefe eingebracht, werden die Schürfwerkzeuge zusammengeklappt, sodass die gesamte Bohrvorrichtung aus dem Innenraum des Elements herausgezogen werden kann. Anschließend ist ein weiteres Eindrücken oder Einrammen des Elements zweckmäßig, um den Grund unter dem Element zu verfestigen. Alternativ hierzu ist auch ein Ausbe­ tonieren des Elementfußes und des unmittelbar darunter entstandenen Hohl­ raumes unter entsprechendem Betonierdruck möglich.

Die Tiefgründungselemente können vorzugsweise Tragbohlen sein, die aus zwei H-förmigen Spundwandträgern bestehen, welche an je zwei Flanschen über Schloßstähle und Intervallschweißungen verbunden sind. Die H-Profile schließen einen Innenraum ein, in dem die Bohrvorrichtung betrieben werden kann. Damit die Unterkanten der freien Flansche der Profile beim Eindrücken nicht beschädigt werden, ist vorgesehen, daß sich der Arbeitskreis der Schürfwerkzeuge vorzugsweise bis über die Enden dieser freien Flansche hinaus erstreckt. Die größten Abmessungen derartiger Gründungselemente oder Tragbohlen betragen zur Zeit im Querschnitt etwa 1000 × 1000 mm und in der Länge ca. 38 m. Die durchschnittlichen Abmessungen sind etwas kleiner und werden entsprechend den auftretenden Belastungen und Geländesprüngen gewählt. Der Innenraum für das Bohrwerkzeug ist etwa jeweils gleich der vollen Steghöhe mal der Flanschbreite eines der beiden H-förmigen Profile.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch bei anderen, einen geschlossenen Innenraum aufweisenden, für Tiefgründungselemente geeigneten, mehreckigen Stahlprofilen angewendet werden. Auch Rohre mit kreisförmigen Querschnitt und außenliegenden Schlössern lassen sich auf diese Weise einbringen.

Bei dem bevorzugten rechteckigen oder mehreckigen Elementen ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß das Drehmoment des Antriebsaggregats der Bohreinrichtung in dem mehreckigen Querschnitt des Innenraums abgefangen wird. Hierzu wird das Antriebsaggregat in den äußeren Abmessungen dem Querschnitt des Innenraumes angepaßt. Mittels Paßstücken können die äußeren Abmessungen so an unterschiedliche Innenräume angepaßt werden, daß eine Bohreinrichtung für Elemente verschiedener Abmessungen verwendbar ist.

Ferner ist vorgesehen, daß die axiale Kraft auf die Schürfwerkzeuge über das Element ausgeübt wird, so daß die Antriebswelle der Bohreinrichtung keine wesentliche axiale Belastung erfährt.

Das unter der Unterkante des Elementes durch die Schürfwerkzeuge gelöste Material wird wenigstens teilweise mittels Wasser zum oberen Ende des Elements abgeführt. Dieses Wasser kann Grundwasser oder Hafenwasser sein. Soweit erforderlich kann auch durch das Innere des Elementes Spülwasser in ausreichender Menge an die Schürfwerkzeuge herangeführt werden. Es braucht jedoch nur soviel des Bodenmaterials entfernt zu werden, wie durch das Element verdrängt wird.

Vor dem Einbringen des Tiefgründungselementes wird die Bohreinrichtung in ein bereitliegendes Element eingeschoben, bis am späteren unteren Ende die Schürfwerkzeuge herausragen. Diese werden in ihre Arbeitsstellung auseinandergeklappt. Das Antriebsaggregat befindet sich nun innerhalb des oberen Endes des Elementes und wird hier gegebenenfalls gegen axiale Verschiebung verspannt. Nach dieser Vorbereitung wird das Element durch einen Kran aufgenommen, an der Einsatzstelle in die richtige Position gebracht und durch ein geeignetes Gerät mit Zangenführungen übernommen. Dieses Gerät drückt zunächst das Element in lotrechter oder in einer geneigten Stellung in das Erdreich ein. Bei zunehmenden Widerstand wird nun die Bohreinrichtung in Betrieb gesetzt. Die Schürfarme können mit Zähnen aus hartem Material besetzt sein, so daß nicht nur eine Auflockerung des Bodens unter dem Element erfolgt, sondern gegebenenfalls auch Steine gebrochen werden können. Sollte es sich während des Einbringens als notwendig erweisen, die Schürfwerkzeuge auszuwechseln, können diese mit der Bohreinrichtung in zusammengeklapptem Zustand aus dem Element herausgezogen und dort wieder eingeführt werden.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und werden anhand des auf den beigefügten Zeichnungen vereinfacht und schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 Ein Tiefgründungselement mit Bohreinrichtung im Schnitt

Fig. 2 Einen Querschnitt durch ein Element, das aus zwei H-förmigen Profilen gebildet ist.

Fig. 1 zeigt ein als Tragbohle verwendbares Tiefgründungselement 1, welches als Doppelbohle aus zwei H-förmigen Spundwandprofilen gebildet ist, die in Fig. 2 gezeigt sind. Das Element 1 weist einen Innenraum 2 auf. In dessen oberem Ende befindet sich das Antriebsaggregat 10 der Bohreinrichtung. Durch Anpassung an den rechteckigen Innenraum 2 können am Antriebsaggregat 10 auftretende Drehmomente direkt von dem Element 1 abgefangen werden. Das Antriebsaggregat ist zweckmäßigerweise ein Hydraulikmotor beziehungsweise eine hydraulisch angetriebene Turbine. Die Einrichtungen zur Zu- und Abführung des hydraulischen Mediums sind nicht dargestellt. Die Anordnung des Antriebsaggregats am oberen Ende wird bevorzugt, um zum einen die Wege für das hydraulische Medium abzukürzen und zum anderen das Aggregat nicht der korrosiven Beanspruchung durch das in dem Innenraum 2 aufsteigende Sand-Wasser-Gemisch auszusetzen.

Am unteren Ende des Innenraums 2 ist ein ebenfalls dem Querschnitt des Innenraums angepaßter Halterungsblock 11 angeordnet. Vom Antriebsaggregat 10 aus durch den Halterungsblock 11 hindurch zu einer Nabe 22 des Schürfwerkzeuges 20 verläuft ein Antriebsrohr 23. Zwischen dem Antriebsaggregat 10 und dem Halterungsblock 11 wird es von einem äußeren Rohr 24 zweckmäßigerweise umgeben, welches das Antriebsrohr gegen das aufsteigende Sand-Wasser-Gemisch schützt. An oder gegebenenfalls auch innerhalb dieses äußeren Rohres 24 können Leitungen für nach unten zu bringendes Spülwasser und hydraulische Einrichtungen an dem Halterungsblock verlegt sein. An dem Halterungsblock 11 unten befinden sich ein- und ausfahrbare Arretierungsbolzen 12, die unter die Unterkante 3 des Elementes greifen und eine Übertragung von Axialkräften aus dem Element 1 über den Halterungsblock 11 zur Nabe 22 des Schürfwerkzeuges 20 ermöglichen.

Das Schürfwerkzeug 20 umfaßt wenigstens zwei in einer Arbeitsstellung auseinanderklappbare Schürfarme 21, welche mit Zähnen 25 aus hartem Material zum Aufreißen von Geröllagen und zum Brechen von Steinen versehen sind. Zum Herausziehen der Bohreinrichtung aus dem Innenraum eines eingebrachten Elementes 1 werden die Schürfarme in die Stellung 21a hydraulisch oder durch andere Einrichtungen zusammengeklappt. Bei festem Grund unterhalb der Schürfarme 21 besteht die Möglichkeit, das Antriebsaggregat 10 mit dem Antriebsrohr 23 und gegebenenfalls einem Teil des Halterungsblocks 11 innerhalb des Elementes 1 soweit abzusenken, daß der Raum zum Zusammenklappen der Schürfarme 21 genügend aufgelockert wird.

Die Halterungseinrichtung 11 ist zwar ebenfalls dem Querschnitt des Innenraumes im wesentlichen angepaßt, weist aber darüberhinaus Stützrollen 13 auf, die das Einschieben der Bohreinrichtung mit dem Halterungsblock 11 in ein liegendes Element 1 erleichtern, aber auch bei in geneigter Stellung eingebrachten Elementen das Herausziehen begünstigen.

Wenigstens ein Teil des durch die Schürfarme 21 gelösten Materials wird durch eine nicht gezeigte, geeignete Formgebung der Oberseite der Schürfarme bis unter den Halterungsblock 11 gebracht, der auf der Zeichnung nur angedeutete Durchtrittsöffnungen aufweist, und von hier in dem Innenraum nach oben gefördert. Hierbei ist vorgesehen, daß unterhalb des Antriebsaggregats 10 die Stegwand 4 eines Profils mit einer Öffnung 7 versehen wird, an die ein Absaugrohr einer nicht dargestellten Pumpe angeschlossen werden kann.

Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch ein Element 1. Es besteht aus zwei H-förmigen Profilen, die an ihren Flanschen 5 über Schloßstähle 6 zu einer Doppelbohle verbunden sind. Die Schloßstähle 6 erstrecken sich über die volle Länge der Profile und sind mit den Flanschen 5 durch Intervallschweißungen fest verbunden. Damit auch die äußeren Enden der Flansche 5 ohne wesentliche Störung oder Deformation eingedrückt werden können, ist der Arbeitskreis 26 der Schürfwerkzeuge 21 erheblich größer als für die Entfernung des Materials unter dem Innenraum 2 notwendig wäre. An die Enden eines Flansches 5 können später in üblicher Weise andere Spundwandteile, wie z. B. Füllbohlen, mittels Schloßstählen angeschlossen werden.

Claims (15)

1. Verfahren zum Einbringen von Tiefgründungselementen (1) zur Herstellung einer Spundwand, bei dem die Elemente (1) aussen Einrichtungen zur Ver­ bindung mit benachbarten Teilen oder Elementen besitzen und einen freien Innenraum (2) aufweisen, bei dem jeweils eine rotierende Bohreinrichtung verwendet wird, deren Schürfwerkzeuge (20) das Erdreich im Wesentlichen unter dem gesamten Querschnitt des Elements (1) lockern und ggf. Steine zerkleinern und bei dem das gelöste Material abgeführt und nach Erreichen der vorbestimmten Tiefe die Bohreinrichtung herausgezogen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohreinrichtung in bereitliegende Elemente (1) mit einem im Querschnitt mehreckigen freien Innenraum (2) eingeschoben wird, dass die Elemente (1) mit der Bohreinrichtung an die zum Einbringen vorge­ sehene Stelle gebracht und mittels Zangenführungen vertikal oder geneigt in ausgerichteter Stellung axial in das Erdreich eingedrückt werden, dass das gelöste Material mittels Wasser zum oberen Ende des Elements (1) ab­ geführt wird und dass die Bohreinrichtung nach dem Erreichen der vorbe­ stimmten Tiefe aus dem Element (1) herausgezogen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehmo­ ment der rotierenden Bohreinrichtung in dem mehreckigen Querschnitt des Innenraums (2) des Elements (1) abgestützt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Kraft auf die Schürfwerkzeuge (20) über das Element (1) ausgeübt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Entfernung der Bohreinrichtung aus dem Element (1) das Element (1) weiter eingerammt wird, um einen verfestigten Bereich unter dem Element (1) zu erzeugen bzw. um den Elementfuss und den darunter entstandenen Hohlraum im Boden unter entsprechendem Injektionsdruck mit Beton auszufüllen.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass unterhalb des oberen Endes des Elements (1) seitlich eine Öffnung (7) geschaffen wird und hierdurch das im Innenraum (2) des Elements (1) auf­ steigende Sand-Wasser-Gemisch mittels einer geeigneten Pumpe abgesaugt wird.

6. Vorrichtung zum Einbringen von Tiefgründungselementen (1) zur Herstel­ lung einer Spundwand nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der die Elemente (1) einen im Querschnitt mehreckigen freien In­ nenraum (2) und Einrichtungen zur Verbindung mit benachbarten Elementen oder Teilen besitzen und eine Bohrvorrichtung mit einem Antriebsaggregat (10) und mit Schürfwerkzeugen (20) vorgesehen ist, dadurch gekennzeich­ net, dass das Antriebsaggregat (10) in äußeren Abmessungen dem meh­ reckigen Querschnitt des Innenraums (2) der Elemente (1) angepasst ist und die Schürfwerkzeuge (20) als wenigstens zwei schwenkbare Arme (21) an einer durch das Antriebsaggregat (10) rotierbaren Nabe angeordnet sind, die in zusammengeschwenktem Zustand durch den Innenraum des Ele­ ments (1) bewegbar sind und in auseinandergespreiztem Zustand etwa den gesamten Bereich unter den Unterkanten (3) des Elements (1) bearbeiten können.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Halte­ rungsblock (11) in das untere Ende des Elementes (1) einführbar ist, dessen äußere Abmessungen dem mehreckigen Querschnitt des Innenraumes (2) angepasst ist, durch den ein rotierbares Antriebsrohr (23) für die Schürfwerkzeuge (20) verläuft und zentriert wird, und der Durchlassöff­ nungen für den Durchtritt von gelöstem Material in den Innenraum (2) des Elements (1) aufweist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Halte­ rungsblock (11) mit ein- und ausfahrbaren Arretierungsbolzen (12) verse­ hen ist, die unter die Unterkante (3) des Elements (1) fassen, um Axialkräf­ te zwischen den Schürfwerkzeugen (20) und dem Element (1) übertragen zu können.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das rotierbare Antriebsrohr (23) mit Abstand von einem äußeren Rohr (24) um­ geben ist, das das Antriebsaggregat (10) mit dem Halterungsblock (11) verbindet.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Halterungsblock (11) zum Einführen in den Innenraum (2) des Elements (1) mit Stützrollen (13) versehen ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schürfarme (21) mit aus hartem Material bestehenden Zähnen (25) besetzt sind.

12. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückseiten der Schürfarme (21) so profiliert sind, dass sie gelöstes Material und Wasser den Durchlassöffnungen im Halterungsblock (11) zuführen.

13. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsaggregat (10) und der Halterungsblock (11) durch Anbringen von Passstücken an unterschiedlich große Innenräu­ me (2) verschiedener Elemente (1) anpassbar sind.

14. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsrohr (23) und dass dieses umgebende äußere Rohr (24) je nach der Länge der Elemente (1) aus mehreren Schüs­ sen zusammensetzbar sind.

15. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass an oder in dem äußeren Rohr (24) und im Halte­ rungsblock (11) Einrichtungen zur Zuführung von Spülwasser an die Schürf­ arme (21) vorgesehen sind.