DE69612786T2

DE69612786T2 - Verdrängungsbohrer und Herstellungsverfahren eines Bodenschraubpfahles

Info

Publication number: DE69612786T2
Application number: DE69612786T
Authority: DE
Inventors: Gerdi Willy Van Keirsbilck
Original assignee: Olivier Betonfabriek en Funderingstechnieken BVBA
Current assignee: Olivier Funderingstechnieken Nv Rumbeke Be
Priority date: 1995-06-08
Filing date: 1996-06-06
Publication date: 2002-04-18
Anticipated expiration: 2016-06-07
Also published as: ATE201247T1; DE69612786D1; BE1009519A3; EP0747537A1; EP0747537B1

Description

Die Erfindung betrifft einen Verdrängungsbohrer, bestehend aus einem Bohrkopf und mindestens einer auf diesem angebrachten Schraube zur Herstellung eines Bodenschraubpfahles.
Unter dem Begriff "Schraubpfahl" sind sowohl tragende als auch arretierende Pfähle oder gegebenenfalls Versteifungen zu verstehen.
Die Verdrängungsbohrer dieses Typs werden zur vibrationsarmen Herstellung von Pfahlwerk ausgehend von Stahlbeton für Gebäude und Brücken sowie in der Umgebung existierender Konstruktionen eingesetzt.
Die Verwendung von Verdrängungsbohrern dieses Typs in Boden, der zur Seite hin verdrängt werden kann, ist aus den belgischen Patenten 747.807 und 897.242 bekannt.
Gemäß dem belgischen Patent 747.807 werden Pfähle oder Pfosten mittels eines Bohrrohres geformt, an dessen unterem Ende sich ein Bodenverdrängungsbohrer befindet, bestehend aus einem hohlen Bohrkopf, an den eine Schraube festgeschweißt ist, deren Flügel eine minimale Dicke aufweisen.
Die Bohrvorrichtung, bestehend aus einem Bohrrohr aus Stahl versehen mit einem Bodenverdrängungsbohrer, wird mittels eines Bohrtisches, der einen Druckmechanismus zum wiederholten Bewegen des rotierenden Stahlbohrrohres um einen gewissen Abstand nach unten umfasst, im Boden verschraubt.
Der Boden wird zur Seite hin verdrängt und durch den Verdrängungsbohrer ausgestoßen, so dass um das Bohrrohr ein zusammengedrückter Bodenbereich entsteht.
Wenn die gewünschte Tiefe erreicht worden ist, wird eine Stahleinlage in das Bohrrohr eingeführt; anschließend wird Beton in das Bohrrohr gegossen.
Beim Losschrauben der Bohrvorrichtung und Bewegen in Gegenrichtung löst sich der Bohrkopf, und der Beton fließt unter dem Einfluss der Schwerkraft in den entstandenen Hohlraum.
Zur Berechnung der Tragfähigkeit auf der Basis der lateralen Reibung des so erhaltenen Betonpfahls braucht nur der Durchmesser des für den Pfahl bestimmten Schachts berücksichtigt zu werden.
Im belgischen Patent 897.242 wird ein Verfahren zur Herstellung eines Bodenschraubpfahls mit erhöhter Reibfestigkeit beschrieben, ausgehend von einer erhöhten Tragkraft infolge der Anwesenheit eines Schraubprofils, dessen Maße es ermöglichen, dass es bei der Berechnung der Nutztragfähigkeit des Schraubpfahls berücksichtigt werden kann.
Dieses Schraubprofil erhält man dadurch, dass in den Böden eine Bohrvorrichtung wie die oben beschriebene geschraubt wird, bestehend also aus einem Bohrrohr, an dem eine Schraube angebracht wird, und dass beim Losschrauben in Gegenrichtung eine Zugkraft auf die Bohrvorrichtung ausgeübt wird, wobei die Aufwärtsbewegung des Bohrrohrs den Gewindegang der Schraube übersteigt.
Dadurch entsteht im Boden ein spiralförmiger Hohlraum, der mit Beton gefüllt wird.
Zum Losschrauben der Bohrvorrichtung wird eine sehr hohe Kraft benötigt, und es müssen spezielle Maschinen entwickelt werden, die sich dem oben beschriebenen Verfahren anpassen können.
Die Abnutzung der Schraube ist ebenfalls sehr wichtig.
Das Verschrauben eines Bohrrohrs mit starker Schraube im Boden würde ein Getriebe mit zu hoher Drehung für den Bohrtisch sowie die Entwicklung neuer Bohrtische erforderlich machen. Je stärker die Schraube, desto höher das Drehmoment, das zum Verschrauben der Bohrvorrichtung im Boden benötigt wird.
Gegenstand der Erfindung ist ein Verdrängungsbohrer, der die oben beschriebenen sowie andere mögliche Nachteile ausschließt und der es ermöglicht, ohne Ausübung von Zugkraft beim Losschrauben einen Bodenschraubpfahl zu formen.
Dieses Ziel wird gemäß der Erfindung durch einen Verdrängungsbohrer zur Herstellung eines Bodenschraubpfahles realisiert, der einerseits einen Bohrkopf bestehend aus einem Schaft und einer Einwegspitze an der unteren Schaftseite und anderseits mindestens eine an der Außenseite dieses Kopfes angebrachte Schraube von größerem Durchmesser als der Schachtdurchmesser umfasst, wobei die Schraube an mindestens einer Seite und auf einem Teil ihrer Länge mit mindestens einer Kurvenscheibe zum Zusammendrücken des Bodens versehen ist.
In US-A-5.353.883 wird ein Verdrängungsbohrer beschrieben, ebenfalls bestehend aus einem Verdrängungskopf und einer Schraube, der jedoch nicht zur Herstellung eines Bodenschraubpfahles geeignet ist.
Tatsächlich ist die Schraube nicht auf diesem Kopf angebracht sondern auf einer Verlängerung des Rohres, und der Außendurchmesser der Schraube übersteigt nicht den maximalen Durchmesser des Kopfes.
Nahe an ihrem Rand und unteren Ende ist die Schraube mit einem Rakelelement versehen. Dieses Element dient zum Auflockern des Bodens und erleichtert somit das Einführen des Bohrer in den Boden bei reduzierter Abnutzung der Schraube.
Vorzugsweise sind die Enden der Kurvenscheibe gemäß der Erfindung abgeschrägt, und die Kurvenscheibe weist zwischen diesen Enden eine gleichmäßige Dicke auf.
Die Schraube kann mit zwei einander entgegengesetzten Kurvenscheiben versehen werden, je eine am oberen und unteren Ende.
Vorzugsweise erstreckt sich die mit einer Kurvenscheibe versehene Schraube über weniger als eine Umdrehung.
Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Formen eines Bodenschraubpfahls aus Beton mit einem Schraubgewinde, dessen Maße es ermöglichen, dass es bei der Berechnung der Tragfähigkeit des Schraubpfahls berücksichtigt werden kann, gemäß dem eine Bohrvorrichtung, bestehend aus einem Bohrrohr und einem hohlen Verdrängungsbohrer, der einerseits einen Schaft von geringerem Durchmesser als das Bohrrohr sowie am unteren Schaftende eine Einwegspitze und andererseits mindestens eine Schraube, deren Außendurchmesser größer ist als der des Schafts auf der Außenseite des Bohrers, umfasst, auf die gewünschte Tiefe geführt wird, und gemäß dem der Beton in diese Vorrichtung gekippt wird und in den zwischen der im Boden befindlichen Spitze und dem Rest des Bohrkopfs beim Losschrauben der Vorrichtung frei werdenden Raum fließt, wobei die Schraube, die ein Gewinde im Boden formt, das sich mit Beton füllt, um das Gewinde des Schraubpfahls zu bilden, dessen Merkmal darin besteht, dass ein Verdrängungsbohrer benutzt wird, dessen Schraube an mindestens einer Seite und auf einem Teil ihrer Länge mit mindestens einer Kurvenscheibe versehen ist, die beim Ein- bzw. Losschrauben des Bohrers den Boden verdrängt.
Weitere Besonderheiten und Vorteile der Erfindung sind im Folgenden ausführlicher anhand der beigefügten Abbildungen erklärt, die als Beispiel und ohne irgendeine Einschränkung zu bezwecken eine bestimmte Ausführungsform darstellen und in denen:
- Abb. 1 eine Seitenansicht eines Bohrmechanismus versehen mit einer Bohrvorrichtung gemäß der Erfindung darstellt;
- Abb. 2 eine Seitenansicht in größerem Maßstab eines Teils der Bohrvorrichtung von dem in Abb. 1 gezeigten Bohrmechanismus darstellt;
- Abb. 3 einen Querschnitt entlang der Linie III-III in. Abb. 1, gezeichnet in größerem Maßstab, darstellt;
- Abb. 4 einen Querschnitt entlang der Linie IV- IV in Abb. 3 darstellt.
In diesen Abbildungen bezeichnen die gleichen Kennziffern identische bzw. analoge Elemente.
Der Bohrmechanismus gemäß Abb. 1 besteht aus einer Bohrvorrichtung 1, im Wesentlichen zusammengesetzt aus einem Bohrrohr 2 und einem Verdrängungsbohrer 3, und einer Antriebsmaschine 4, deren Standort versetzt werden kann und die aus einem Fahrzeug 5 (z.B. einem Raupenfahrzeug) sowie einem daran befestigten Mast 6 und einem Bohrtisch 7 besteht.
Der Bohrtisch 7 ist auf- und abwärts über dem Mast 6 mittels eines durch eine schwere Winde gezogenen Kabels 8 beweglich. An diesem Bohrtisch 7 ist ein Hydraulikmotor mit einem maximalen Drehmoment von 40 t pro Meter befestigt.
Das Gewicht des mit dem Motor ausgerüsteten Bohrtisches 7, des Bohrrohres 2 und des Verdrängungsbohrets kann durch die Winde ausgeglichen werden.
Der Mast 6 ist in alle Richtungen beweglich, so dass auch eine geneigte Verschraubung möglich ist, und er ist stark genug, um alle Kräfte zum Fahrzeug 5 zu übertragen.
An dem Mast 6 kann ein Ausleger zum Anheben der Betonbehälter, einer Bewehrung und Ähnlichem angebracht werden.
Das Bohrrohr 2 weist einen Außendurchmesser von 320 mm und eine Wanddicke vor 20 mm auf. Es besteht aus verschiedenen Elementen, die untereinander mittels wasserdichter Kupplungen verbunden, die widerstandsfähig genug sind, um die maximale Bohrkraft auszuhalten.
In seinem oberen Teil kann das Bohrrohr 2 mit einem trichter- oder wannenförmigen Ende zum Einfülle des Betons versehen werden.
Der Innendurchmesser des Bohrrohrs 2 ist groß genug, um problemlos eine Drahtgeflechteinlage darin unterzubringen.
Der Verdrängungsbohrer 3 besteht aus einem Bohrkopf 9 und mindestens einer Schraube 10 an seiner Außenseite.
Der Bohrkopf 9 umfasst einen Schaft 11 und eine Einwegspitze 12 am unteren Ende des Schafts 11.
Der Durchmesser des Schafts 11 ist größer als der des Bohrrohrs 2 und wird in Abhängigkeit vom Durchmesser des zu formenden Schraubpfahles gewählt.
Wie in Abb. 1 und 2 angegeben, reicht die Schraube 10 nicht ganz um die volle Umdrehung, um eine Behinderung um den Schaft 11 zu vermeiden.
Der Gewindegang dieser Schraube 10 beträgt ca. 250 mm, und ihr Außendurchmesser ist etwa 200 mm größer als der Durchmesser des Schafts 11.
Es ist wichtig, dass die Schraube 10 auf mindestens einem Teil ihrer Länge eine Verstärkung aufweist, die sich vorzugsweise über einen kurzen Abstand und praktisch über die gesamte Breite der Schraube 10 bis nahe and den äußersten Rand erstreckt.
Im dargestellten Beispiel wird die Verstärkung 13 durch mindestens eine Kurvenscheibe gebildet, genauer gesagt durch zwei Kurvenscheiben 14, eine am oberen Ende und eine entgegengesetzte am unteren Ende der Schraube 10. Diese Kurvenscheiben 14 weisen beispielsweise eine wie im Detail in den Abb. 3 und 4 dargestellte Form auf, mit abgeschrägten Enden und zwischen diesen Enden eine konstante Dicke.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der Verdrängungsbohrer 3 eine zweite Schraube 15, die über der zuvor genannten Schraube 10 an der Außenseite des Schafts 11 angebracht ist.
Die Länge dieser zweiten Schraube 15 beträgt etwa eine halbe Umdrehung, und ihr Gewindegang ist etwas geringer als die der unteren Schraube 10.
Dicke und Breite der Schraube 15, die keine Verstärkung besitzt, sind kleiner oder gleich der Dicke und Breite der unteren Schraube 10.
Um einen Bodenschraubpfahl zu formen, wird zunächst die Bohrvorrichtung 1 vibrationsfrei im Boden verschraubt, indem das Bohrrohr 2 mit Hilfe des Bohrtisches 7 gedreht wird, während dieser Bohrtisch 7 über den Mast 6 bewegt wird.
Im vorliegenden Fall wird der Boden um den Verdrängungsbohrer 3 zur Seite hin verdrängt. Der ausgeübte Arbeitsdruck ist vergleichbar mit dem Ergebnis einer Tiefbohrung.
Nachdem die Bohrvorrichtung 1 tief genug verschraubt worden ist, kann in das Bohrrohr 2 und den hohlen Verdrängungsbohrer 3 eine Bewehrung eingeführt werden, und man gießt den benötigten Beton hinein.
Beim Zurückschrauben der Bohrvorrichtung 1 durch Bewegen des Bohrtisches 7 in Gegenrichtung löst sich die Einwegspitze 12 vom Schaft 11, und durch den erhöhten hydrostatischen Druck der Betonsäule im Bohrrohr 2 fließt Beton in den im Boden zwischen der Spitze 12, die im Boden bleibt, und dem Rest des Bohrkopfes 9 frei werdenden Hohlraum.
Während des Zurückschraubens wird der Boden erneut durch den Verdrängungsbohrer 3 verdrängt.
Dank der Verstärkung 13 entsteht im vorliegenden Fall im Boden ein dickes Gewinde, das mit Beton gefüllt wird, so dass ein Betonpfahl mit einem dicken Gewindegang um den Schacht geformt wird. Nach der Aufnahme des Betons erhält man einen Schraubpfahl, dessen Gewinde bei der Berechnung der Nutztragfähigkeit des Pfahls berücksichtigt werden kann.
Der Gang dieses Schraubengewindes beträgt beispielsweise ca. 250 mm, während sein Außendurchmesser ca. 200 mm größer ist als der Durchmesser des für den Pfahl vorgesehenen Schachts.
An der Stelle, wo die Kurvenscheiben 14, die die Verstärkung 13 bilden, die Gewindeform des zu formenden Pfahls bestimmen, kann diese Form optimal an die Gegebenheiten angepasst werden.
Die Wahl der Kurvenscheiben 14 ermöglicht die Ausführung aller gewünschten Gewindeformen für den Pfahl.
Position, Länge, Dicke, Form und Anzahl der Kurvenscheiben 14 werden in keiner Weise durch die obigen Ausführungen und die zugehörigen Abbildungen eingeschränkt. Die Form der Kurvenscheiben 14 kann der Bodenbeschaffenheit angepasst werden.
Weil der Gewindegang der oberen Schraube 15 geringer ist als der Gewindegang der unteren Schraube 10, wird durch diese Schraube 10 beim Losschrauben der Bohrvorrichtung 1 ein vertikaler Druck auf den Boden übertragen, der bewirkt, dass der Boden sich nicht lockert, was einen erheblichen Vorteil bedeutet.
Da sich die obere Schraube 10 nur um ca. eine halbe Umdrehung um den Bohrkopf 9 erstreckt, wird sie niemals über der unteren. Schraube 15 sein, so dass es zu keinem Einsturz kommen kann und auch ein Vermischen des Bodens mit dem frischen Beton vermieden wird.
Die Kombination der unteren Schraube 10, versehen mit den Kurvenscheiben 14, und der oberen Schraube 15 bewirkt, dass der Boden, der sich zwischen den Schrauben 10 und 15 befindet, durch die Kurvenscheiben 14 beim Losschrauben zusammengedrückt wird. Dadurch wird der Boden, der sich zwischen den Schrauben 10 und 15 befindet, verbessert, und man erhält gleichzeitig ein dickeres Gewinde an dem Schraubpfahl.
Die Kurvenscheiben 14 verhalten sich wie eine Art Kleber und beschränken die Abnutzung.
Die Kurvenscheiben 14 können aus einem sehr harten Metallgefertigt werden. Falls es doch zu Abnutzungserscheinungen kommt, können Sie ausgewechselt werden, ohne dafür die komplette Schraube 10 oder den kompletten Bohrkopf 9 austauschen zu müssen.
Weder Form der Schrauben 10 und 15 sowie ihre jeweilige Positionierung zueinander noch die Form und Position der Kurvenscheiben 14 unterliegen irgendeiner Einschränkung.

Claims

1. Verdrängungsbohrer zur Herstellung eines Schraubpfahls, wobei der Bohrer einerseits einen Bohrkopf (9) bestehend aus einem Schaft (11) und einer Einwegspitze (12) an der unteren Seite des Schafts (11) und andererseits mindestens eine an der Außenseite dieses Kopfes (9) angebrachte Schraube (10, 15) von größerem Durchmesser als der Durchmesser des Schafts (11) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Schraube (10) an mindestens einer Seite und über einen Teil ihrer Länge mit mindestens einer Kurvenscheibe (14) zum Zusammendrücken des Bodens versehen ist.

2. Verdrängungsbohrer gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Enden der Kurvenscheibe (14) abgeschrägt sind und die Kurvenscheibe (14) zwischen diesen Ende eine konstante Dicke aufweist.

3. Verdrängungsbohrer gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurvenscheibe (14) sich praktisch über die gesamte Breite der Schraube (10) erstreckt.

4. Verdrängungsbohrer gemäß irgendeinem der oben genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schraube (10) mit zwei Kurvenscheiben (14) versehen ist, eine am oberen Ende der Schraube (10) und eine entgegengesetzt zur ersten am unteren Ende dieser Schraube (10).

5. Verdrängungsbohrer gemäß irgendeinem der oben genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schraube (10) mit der Kurvenscheibe (14) sich über mindestens eine Umdrehung um den Bohrkopf (9) erstreckt.

6. Verdrängungsbohrer gemäß irgendeinem der oben genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Schrauben an dem Bohrkopf (9) angebracht sind, wobei die untere Schraube mit der Kurvenscheibe (14) versehen ist.

7. Verdrängungsbohrer gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge der oberen Schraube (15) geringer ist als die der unteren Schraube (10) und ihr Gewindegang ein wenig geringer ist als der Gewindegang der unteren Schraube (10).

8. Verdrängungsbohrer gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge der oberen Schraube (15) etwa eine halbe Umdrehung beträgt und dass Breite und Dicke der unteren Schraube (10) mindestens gleich denen der oberen Schraube (15) sind.

9. Verfahren zur Herstellung eines Bodenschraubpfahles aus Beton, versehen mit einem Gewinde, dessen Abmessungen es ermöglichen, dass es bei der Berechnung der Tragfähigkeit des Schraubpfahls berücksichtigt werden kann, wobei eine Bohrvorrichtung (1), die ein. Bohrrohr (2) und einen hohlen Verdrängungsbohrer (3) bestehend einerseits aus einem Bohrkopf (9) mit einem Schaft (11) dessen Durchmesser größer ist als der des Bohrrohrs (2) und einer Einwegspitze (12) am unteren Ende des Schafts (11) und andererseits aus mindestens einer Schraube (10, 15) mit einem größeren Außendurchmesser als der Schaft (11) an der Außenseite des Verdrängungsbohrers (3), umfasst, auf die gewünschte Tiefe geführt wird, und wobei der Beton in diese Vorrichtung (1) geschüttet wird und sich in den Raum ergießt, der beim Zurückschrauben der Vorrichtung zwischen der Spitze (12), die im Boden bleibt, und dem Rest des Bohrkopfs (9) frei wird, wobei die Schraube (10) ein Gewinde im Boden formt, das sich mit Beton füllt um das Schraubengewinde des Pfahls zu formen, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verdrängungsbohrer (3) benutzt wird, dessen Schraube (10) an mindestens einer Seite und auf einem Teil ihrer Länge mit mindestens einer Kurvenscheibe (14) versehen ist, die den Boden beim Ein- bzw. Zurückschrauben des Bohrers (3) zusammendrückt.

10. Verfahren gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass beim Losschrauben die Aufwärtsbewegung der Bohrvorrichtung (1) praktisch mit dem Gewindegang der mit mindestens einer Kurvenscheibe (14) versehenen Schraube (10) zusammenfällt und wobei es zu keiner zusätzlichen Verschiebung des Verdrängungsbohrers (3) kommt.

11. Verfahren gemäß Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Bohrer (3) mit mindestens einer Schraube (10) benutzt wird, die mit mindestens zwei Kurvenscheiben (14) versehen ist, eine am oberen und die andere am unteren Ende.

12. Verfahren gemäß einem der oben genannten Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein Bohrer (3) mit einem Bohrkopf (9), an dem zwei Schrauben (10, 15) angebracht sind, benutzt wird, wobei die untere Schraube (10) mit mindestens einer Kurvenscheibe (14) versehen ist.