DE60115741T2

DE60115741T2 - Aushubgerät für die Herstellung von Ortbetonpfählen

Info

Publication number: DE60115741T2
Application number: DE60115741T
Authority: DE
Inventors: Bertrand Steff De Verninac; Philippe Chagnot
Original assignee: Compagnie du Sol SARL
Current assignee: Compagnie du Sol SARL
Priority date: 2000-03-10
Filing date: 2001-03-06
Publication date: 2006-09-07
Anticipated expiration: 2021-03-07
Also published as: FR2806110B1; ATE312977T1; EP1132525A1; EP1132525B1; HK1040538A1; FR2806110A1; JP2001288974A; DE60115741D1

Description

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Gerät zum Ausschachten oder Ausheben des Bodens für die Herstellung von Ortpfählen.
Genauer gesagt betrifft die vorliegende Erfindung ein Gerät, das ermöglicht, die Bohrung eines Schachts in den Boden zu bewerkstelligen, um später einen Ortpfahl durch Füllen mit Hilfe von Beton und eventuell einer Bewehrung des so gefertigten Schachts herzustellen.
Noch genauer gesagt betrifft die Erfindung Geräte dieses Typs, deren Ausschacht- oder Aushubwerkzeug von einem Erdbohrer gebildet ist.
Beim Ausschachten oder Ausheben des Bodens mit Hilfe eines Erdbohrers zur Herstellung eines zylindrischen Schachts können zwei Bodenaushubtechniken eingesetzt werden, die als Bohren bzw. als Verdrängen bezeichnet werden. Die erste Technik besteht darin, mit Hilfe eines eine oder mehrere Schaufeln aufweisenden Erdbohrers den Boden auszuheben und das Hinaufbefördern des ausgehobenen Bodens entsprechend diesem Aushub zu bewirken, derart, daß auf diese Weise ein zylindrischer Schacht erhalten wird, der später mit Beton oder ähnlichen Materialien gefüllt wird. Die Technik des Verdrängens besteht darin, den ausgehobenen Boden mit Hilfe des Erdbohrers an den Umfang und an die Spitze des so gefertigten Schachts zu verdrängen.
In der vorliegenden Patentanmeldung ist unter Ausschachten oder Ausheben ein Oberbegriff zu verstehen, der sowohl die Bohrtechniken als auch die Verdrängungstechniken abdeckt. Es ist weiterhin zu präzisieren, daß sich bei den bekannten Geräten das Ausheben des Schachts meist aus der Kombination eines auf Bohrung beruhenden Teils und eines auf seitlicher Verdrängung beruhenden Teils ergibt.
Es ist ebenfalls zu präzisieren, daß man unter Verdrängungsgrad gegenüber dem Gesamtquerschnitt des ausgehobenen Schachts den Bruchteil dieses Querschnittes versteht, der sich aus dem durch das eingesetzte Werkzeug bedingte Verdrängungsphänomen ergibt.
Anhand von Tests, die über einen Bereich durchgeführt werden, in dem Ortpfähle hergestellt werden sollen, kann festgelegt werden, daß einige Pfähle im wesentlichen durch Verdrängung und andere im wesentlichen durch Bohrung herstellt werden sollen. Man kann auch zu dem Schluß kommen, daß für die Herstellung eines gleichen Ortpfahls, in Abhängigkeit von der Art der unterschiedlichen Erdschichten, einige Abschnitte der Ausschachtung durch Verdrängung und andere durch Bohrung hergestellt werden sollen.
Es sind Geräte mit durchgehendem Erdbohrer bekannt, die das Ausheben von Schächten für die Herstellung von Ortpfählen ermöglichen und die durch Bohrung oder durch Verdrängung wirksam sind, solange der Durchmesser des auszuhebenden Schachts begrenzt bleibt. Hingegen ermöglichen derartige Geräte unter wirtschaftlich akzeptablen Bedingungen und vor allem mit gemeinhin bei dieser Art von Gerät verwendeten Antriebsmitteln zum Drehantreiben des Erdbohrers nicht, den Schacht auszuheben und dabei das Bohrungs-/Verdrängungsverhältnis entsprechend dem Boden oder dem gewünschten Ergebnis über einen weiten Durchmesserbereich zu variieren.
Die europäischen Patentanmeldungen EP 131 562 und EP 853 162 beschreiben insbesondere Vorrichtungen und Verfahren für die Herstellung von Ortpfählen. Jedoch ermöglichen diese Vorrichtungen nicht, das oben erwähnte Problem zu lösen.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Gerät zum Ausheben des Bodens für die Herstellung von Ortpfählen zu liefern, das ermöglicht, in Abhängigkeit von den Notwendigkeiten die Bohrungs- oder die Verdrängungstechnik einzusetzen, insbesondere für die Bewerkstelligung des Aushöhlens von Durchmessern, die zwischen 0,3 und 1,2 Metern und vorzugsweise zwischen 0,4 und 0,8 Metern liegen.
Zur Erreichung dieses Ziels gemäß der Erfindung ist das Gerät zum Ausheben des Bodens für die Herstellung von Ortpfählen dadurch gekennzeichnet, daß es umfaßt:

– einen ersten Erdbohrer, der eine erste Seele mit einem Durchmesser d₁, die in einer Spitze ausläuft, deren Außendurchmesser nicht größer als derjenige der Seele ist, sowie wenigstens eine schraubenförmige Schaufel umfaßt, welche sich im wesentlichen über die gesamte Länge der Seele erstreckt, wobei der Außendurchmesser der Schaufel gleich d₂ ist;
– einen zweiten Erdbohrer, der eine zweite hohle Seele mit einem Innendurchmesser d₃ > d₂, in welcher der erste Erdbohrer verschiebefrei angebracht ist, sowie wenigstens eine schraubenförmige Schaufel umfaßt, die sich im wesentlichen über die gesamte Länge der zweiten Seele erstreckt und einen Außendurchmesser d₄ aufweist;
– einen ersten Bohrkopf, um den ersten Erdbohrer in Rotation zu versetzen und um eine vertikale Kraft an den Erdbohrer anzulegen;
– erste Mittel, um die Drehgeschwindigkeit, das Drehmoment und die vertikale Kraft zu steuern, die an den ersten Erdbohrer angelegt werden;
– erste Mittel, um die effektive Eindringgeschwindigkeit des ersten Erdbohrers zu messen;
– einen von dem ersten Kopf unabhängigen zweiten Bohrkopf, um den zweiten Erdbohrer in Rotation zu versetzen und um eine vertikale Kraft an den Erdbohrer anzulegen;
– zweite Mittel zum Steuern der Drehgeschwindigkeit, des Drehmoments und der vertikalen Kraft, die an den zweiten Erdbohrer angelegt werden; und
– zweite Mittel zum Messen der effektiven Eindringgeschwindigkeit des zweiten Erdbohrers.

Man versteht, daß dank der Verwendung von zwei konzentrischen Erdbohrern, die jeweils über den größten Teil ihrer Länge wenigstens eine schraubenförmige Schaufel aufweisen, durch die Kontrolle des Drehantriebs dieser beiden Erdbohrer und durch die Kontrolle der Relativstellung dieser beiden Erdbohrer verschiedenartige Gestaltungen zum Ausheben des Bodens durch Bohren und/oder durch Verdrängen für unterschiedliche Tiefen vor allem in Abhängigkeit von der Art des Bodens erhalten werden können.
Vorzugsweise hat man das Verhältnis 0,5 d₂ < d₁ < 0,75 d₂.
Es ist insbesondere wichtig, hervorzuheben, daß es durch Steuern der gleichzeitigen Rotation der zwei Erdbohrer unter angemessenen Bedingungen möglich ist, einen Verdrängungsgrad in dem ausgehobenen Schacht zu erzielen, der dem Durchmesser der Seele des zweiten Erdbohrers, d.h. des äußeren Erdbohrers entspricht. Dieses Ergebnis wird vor allem dadurch erzielt, daß der Teil des Bodens, der in der Schraube des inneren Erdbohrers enthalten und in der Seele des äußeren Erdbohrers angeordnet ist, das Äquivalent eines Pfropfens bildet, der das Verdrängen des Bodens über den gesamten, dem Durchmesser der Seele des äußeren Erdbohrers entsprechenden Querschnitt ermöglicht, obwohl diese Seele hohl ist, um den Durchgang des inneren Erdbohrers zu ermöglichen.
Weitere Merkmale sowie Vorteile der Erfindung werden beim Lesen der nachfolgenden Beschreibung einer als nicht einschränkend zu verstehendes Beispiel gegebenen Ausführungsform der Erfindung besser hervorgehen. Die Beschreibung bezieht sich auf die beiliegenden Figuren, in denen:
1 im Vertikalschnitt ein Aushubgerät sowie dessen wichtigste Steuerelemente zeigt; und
2 das untere Ende des mit einem Tauchrohr ausgestatteten inneren Erdbohrers zeigt.
Zunächst wird unter Bezugnahme auf 1 das gesamte Aushubgerät für die Herstellung von Ortpfählen beschrieben.
In dieser Figur ist ein erster Erdbohrer 12 oder innerer Erdbohrer dargestellt, der eine Seele 14 mit dem Durchmesser d₁ aufweist, deren unteres Ende 14a mit einer Spitze 16 versehen ist, welche das Eindringen des Erdbohrers in den Boden begünstigt und welche die Rolle eines Verdrängungspfropfens spielen kann. Diese Spitze 16, die unterschiedliche Ausbildungen aufweisen kann, weist einen maximalen Außendurchmesser auf, der höchstens gleich dem Durchmesser der Seele 14 ist. Die Seele 14 ist mit einer schraubenförmigen Schaufel 18 ausgestattet, die sich im wesentlichen über die gesamte Länge der Seele 14 von deren unteren Ende 14a bis in die Nähe ihres oberen Endes 14b erstreckt. Der Außendurchmesser der schraubenförmigen Schaufel 18 des Erdbohrers 12 wird mit d₂ bezeichnet.
Wie wohl bekannt ist, wirkt das obere Ende 14b der Seele 14 mit einem ersten Bohrkopf 18 zusammen, dessen Funktion es ist, den Erdbohrer 12 dadurch in Rotation zu versetzen, daß diesem eine Rotationsgeschwindigkeit und ein Drehmoment verliehen werden, die über einen Steuerkreis 20 bestimmt werden. Die andere Funktion des Bohrkopfes 18 besteht darin, an den Erdbohrer 12 eine vertikale Kraft zum Eindringen in den Boden anzulegen, die über den Steuerkreis 22 eingestellt wird. Des weiteren ist der Bohrkopf 18 mit einem Meßfühler 24 ausgestattet, der ermöglicht, die Tiefe oder die Eindringgeschwindigkeit des Endes des Erdbohrers in den Boden während des Aushebens des unteren Endes 14a des inneren Erdbohrers 12 festzulegen.
Das Gerät umfaßt auch einen äußeren Erdbohrer 26, der eine hohle Seele 28 aufweist, deren unteres Ende 28a folglich offen ist. Das obere Ende 28b der Seele 28 wirkt mit einem zweiten Bohrkopf 30 zusammen, der von dem ersten Bohrkopf 18 unabhängig ist. Die Seele 28 des äußeren Erdbohrers 26 ist an ihrer Außenfläche mit wenigstens einer schraubenförmigen Schaufel 32 versehen, die sich von deren unteren Ende 28a bis in die Nähe ihres oberen Endes 28b erstreckt. Der Bohrkopf 30 ist einem Kreis zur Steuerung der Rotationsgeschwindigkeit und des Drehmoments, welcher das Bezugszeichen 34 trägt, einer Vorrichtung zum Anlegen einer Kraft 36 und einem Fühler 40 zum Messen der Tiefe des unteren Endes des Erdbohrers 26 während des Aushebens zugeordnet.
Vorzugsweise sind der Durchmesser d₁ der Seele des inneren Erdbohrers 12 und der Durchmesser d₂ des Schraubengangs desselben Erdbohrers derart gewählt, daß das Verhältnis der Fläche des Querschnitts der Seele zur Fläche des Kreises mit dem Durchmesser d₂, welche der Schaufel entspricht, zwischen 25% und 80% und vorzugsweise zwischen 30% und 50% liegt.
Dieses Merkmal ermöglicht, sicherzustellen, daß durch angemessene Steuerung der Rotation des inneren Erdbohrers 12 ein Bodenverdrängungsgrad erzielt werden kann, der zwischen diesen zwei Werten liegt. Ebenso ist vorzugsweise das Verhältnis zwischen dem Durchmesser d₃ der Seele 28 des äußeren Erdbohrers und dem Durchmesser d₄ der schraubenförmigen Schaufel 32 des äußeren Erdbohrers 26 derart gewählt, daß das Verhältnis zwischen den Flächen der Kreise mit dem Durchmesser d₃ und d₄ zwischen 25% und 60% und vorzugsweise zwischen 30% und 50% liegt.
Dieses letzte Merkmal ermöglicht dann, wenn der innere Erdbohrer 12 und der äußere Erdbohrer 26 in angemessener Weise drehgesteuert werden, einen Verdrängungsgrad zu erhalten, der innerhalb der oben genannten Werte liegt. In diesem Fall bildet der zwischen der Seele des inneren Erdbohrers, den Windungen der Schaufel des inneren Erdbohrers und der Innenwand der hohlen Seele 28 des äußeren Erdbohrers eingeschlossene Boden einen Pfropfen, der ermöglicht, eine Verdrängung zu erzielen, die dem Querschnitt der hohlen Seele des äußeren Erdbohrers entspricht.
Man versteht, daß es dank der Anordnungen der Erfindung und insbesondere dank der Merkmale des inneren und äußeren Erdbohrers sowie aufgrund der Tatsache, daß diese beiden Erdbohrer hinsichtlich Vertikalverschiebung und Rotation getrennt gesteuert werden können, möglich ist, eine große Flexibilität bei den Aushubarbeiten zu erzielen, um einen Ortpfahl herzustellen. Denn es ist möglich, in jeder geeigneten Tiefe von einer im wesentlichen im Verdrängungsmodus vollzogenen Arbeit zu einer Arbeit im Bohrmodus überzugehen; es ist auch möglich, die Bewegung von nur einem der Erdbohrer zu bewirken, während der andere vorübergehend in Ruhe ist, und dann das Einwirken des zweiten Erdbohrers später auszulösen.
Wenn gewünscht ist, den inneren Erdbohrer 12 im Bohrmodus arbeiten zu lassen, ist es auch möglich, die Rotation dieses in Richtung des Einschraubens zu steuern und die Rotation des äußeren Erdbohrers in der entgegengesetzten Richtung zu steuern, was das Hinaufbefördern des ausgehobenen Materials innerhalb der hohlen Seele des äußeren Erdbohrers unter der Wirkung der Rotation der Schaufel des inneren Erdbohrers begünstigt.
In 2 ist eine verbesserte Ausführungsform dargestellt, bei welcher der innere Erdbohrer 12 mit einem Tauchrohr 50 ausgestattet ist, das ermöglicht, nach dem durch Bohren und/oder Verdrängen vollzogenen Ausschachten, den Beton oder ähnliches Material, der bzw. das für die Herstellung des Ortpfahls notwendig ist, in die gefertigte Ausschachtung zu leiten.
Um die vollständige Steuerung des Aushubgerätes 10 zu ermöglichen, umfaßt dieses eine Steuerstation oder ein Steuerpult 52, das ermöglicht, die Steuerkreise 20 und 34 der Bohrköpfe 18 und 30 in Abhängigkeit von in diese Station eingegebenen Befehlen I und in Abhängigkeit von den Informationen, die über die Tiefenmeßfühler 24 und 40 geliefert werden, zu steuern. Die Befehle I, die in die Steuerstation 52 eingegeben werden, können vorteilhafterweise aus Versuchsbohrungen hervorgehen, die vorher in dem Bereich durchgeführt werden, in dem die Ortpfähle hergestellt werden sollen.
Auf diese Weise ist es möglich, die beiden Erdbohrer, die gleichzeitig oder abwechselnd arbeiten können, getrennt zu betätigen. Wie bereits angedeutet, ist es möglich, die Funktionsweise der Erdbohrer (Verdrängen, Bohren) während der Ausbildung einer gleichen Ausschachtung in Abhängigkeit von den Änderungen der Eigenschaften des Bodens, in den die Ausschachtung gebohrt wird, zu ändern.

Claims

Aushubvorrichtung für die Herstellung von Ortpfählen, dadurch gekennzeichnet, daß sie umfaßt: – einen ersten Erdbohrer (12), der eine erste Seele (14) mit einem Durchmesser d₁, die in einer Spitze (16) endet, deren Außendurchmesser nicht über jenem der Seele (14) liegt, und mindestens eine schraubenförmige Schaufel (18) umfaßt, welche sich im wesentlichen über die gesamte Länge der Seele (14) erstreckt, wobei der Außendurchmesser der Schaufel (18) gleich d₂ ist; – einen zweiten Erdlochbohrer (26), der eine zweite, hohle Seele (28) mit einem Innendurchmesser d₃ > d₂, in welcher der erste Erdlochbohrer (12) verschiebefrei angebracht ist, und mindestens eine schraubenförmige Schaufel (32) umfaßt, die sich im wesentlichen auf der gesamten Länge der zweiten Seele (28) erstreckt und einen Außendurchmesser d₄ aufweist; – einen ersten Bohrkopf (18), um den ersten Erdlochbohrer (12) in Rotation zu versetzen und eine vertikale Kraft auf den Erdlochbohrer (26) auszuüben; – erste Mittel (20), um die Drehgeschwindigkeit, das Drehmoment und die vertikale Kraft zu steuern, die auf den ersten Erdlochbohrer (12) angewendet werden; – erste Mittel (24), um die effektive Eindringgeschwindigkeit des ersten Erdlochbohrers (12) zu messen; – einen von dem ersten Kopf (18) unabhängigen zweiten Bohrkopf (30), um den zweiten Erdbohrers (26) in Rotation zu versetzen und um eine vertikale Kraft an den Erdbohrer (26) anzulegen; – zweite Mittel (34) zum Steuern der Drehgeschwindigkeit, des Drehmoments und der vertikalen Kraft, die auf den zweiten Erdlochbohrer angewendet werden; und – zweite Mittel (40) zum Messen der effektiven Eindringgeschwindigkeit des zweiten Erdlochbohrers, so daß das Verhältnis Bohrung/Verdrängung variiert werden kann.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser d₁ der Seele (14) des ersten Erdlochbohrers (12) so ist, daß 0,5 d₂ < d₁ < 0,75 d₂.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser d₃ der Seele des zweiten Erdlochbohrers (26) so ist, daß 0,5 d₄ < d₃ < 0,75 d₄.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie ferner eine Steueranordnung (52) umfaßt, um die Steuermittel der beiden Bohrköpfe getrennt zu steuern, damit jeder der beiden Erdlochbohrer getrennt im Verdrängungs- oder im Bohrungsmodus funktioniert oder angehalten wird.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steueranordnung (52) Mittel zum gleichzeitigen Steuern der gleichzeitigen Drehung der beiden Erdlochbohrer (12, 26) umfaßt, so daß eine Bodenverdrängungsrate erreicht wird, welche dem Durchmesser der hohlen Seele des zweiten Erdlochbohrers entspricht.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steueranordnung (52) Mittel zum Steuern der gleichzeitigen Drehung der beiden Erdlochbohrer (12, 26) umfaßt, um sie im Bohrungsmodus zu betreiben.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Erdlochbohrer (12) mit einem Tauchrohr (50) ausgestattet ist, um das Einbringen des Materials, das der Herstellung des Pfahls dient, in die Ausschachtung zu ermöglichen.