EP0481079B1 - Method and tool for producing a pile - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a method and a tool for the manufacture of a pile and can be used in the manufacture of pile foundations in the construction and reconstruction of buildings and engineering structures.
- a method for pile production is known (DE-C-2651023), which is used to reinforce the existing foundations and to bring down boreholes with the help of rotary impact drills while protecting casing pipes, to attach fittings and to insert a pipe for pumping a sand cement mortar into the borehole includes. After a mortar has been pumped in, an injection pipe is inserted into the borehole before it is set and a cement mortar is pumped in through this pipe under increased pressure, so that an extension is formed on the base of the resulting pile.
- a disadvantage of this method is a low load-bearing capacity of the pile over its side surface, because a borehole is formed by excavating the floor and a loosened layer of soil is formed on its walls, which does not take part in the joint work with the pile. Therefore, you are forced to run a long-length pile so that its lower end is supported against a solid foundation (a rock, a moraine).
- Another disadvantage of the method is also a low work output, because the operations for drilling a borehole, attaching casing pipes, pulling out a drilling tool, inserting a pipe into the borehole for pumping in a sand cement mortar, filling the borehole with this mortar, pulling out the Formwork pipes and the pipe for pumping in the sand cement mortar, for inserting an injection pipe into the borehole and for pumping in a cement mortar one after the other, whereby a technological break must be taken between the latter two of the specified operations, which is related to the setting of a pile building material, which serves as a packer when pumping the cement mortar under high pressure.
- a tool for producing a pile with a pipe for supplying a setting building material is known (US-A-4060994), which is based on the same priority as DE-C-2651023, which is connected to a mortar pump.
- the pipe is immersed in a borehole and, under pressure, it is fed with a setting building material which forms a pile body, the pipe being pulled out during the borehole filling with building material.
- a disadvantage of this tool is that a pile made with the aid has a low load-bearing capacity because the tool only ensures that the building material is fed into the borehole without compaction of the surrounding soil.
- the reduction in the load-bearing capacity of a pile is also connected with the fact that when the setting building material is fed into the borehole, it is inevitably mixed with water or soil.
- continuity of the pile building material over the length of the pile is possible due to the breakthrough of groundwater or clay flushing into the interior of the pipe.
- a disadvantage of the tool is also that it takes a long time to use it to make a pile because, in addition to drilling the well and filling it with setting mortar, there are operations to protect the well from collapsing its walls, i.e. install casing pipes in it or fill it with clay flushing.
- the invention has for its object to develop a method and a tool for the manufacture of a pile, by means of which a floor area with increased density is formed around the pile, which cooperates with the pile, and the time of pile manufacture by reducing the Number of operations can be shortened.
- This object is achieved according to the invention in a method for producing a pile by feeding a setting building material into the pile formation area in that electrical high-voltage discharges are generated in this building material when the building material is fed into the pile formation area, the area of the building material supply and the generation of discharge over the depth of the pile formation area is moved during the formation of a pile body and the total discharge energy is selected at each depth of the pile formation area so that an increase in the diameter of a corresponding section of this area is ensured up to the desired diameter of the pile at this depth.
- the increase in the load-bearing capacity of the pile produced by the method according to the invention is associated with the fact that when the high-voltage discharges are generated in the setting building material supplied to the pile formation area, there is a periodic, sudden increase in pressure, which expands this area, compresses the soil around this area, pushes the seepage and Pore water and infiltration of the setting building material into the freed-up soil pores. As a result, an area of anchored soil and an area of compacted soil are formed around a pile around the first area.
- the cross-sectional area of the pile can be changed along its length by changing the total energy of the discharges over the depth of the pile formation area, as a result of which the load-bearing capacity of the pile can be adjusted depending on the type of soil during its manufacture.
- the setting building material can be fed to a pilot borehole, which represents a pile formation area.
- the imaging building material can also be fed directly to the soil, which in this case represents a pile formation area. An additional reduction in the time for pile production is achieved in that no borehole drilling is required.
- the pile is manufactured with a radius that changes along its length, when the area of the building material supply and the discharge generation is shifted, it is expedient to change the number of discharges in such a way that in a given depth of the pile formation area this number is directly related to the desired radius of the pile at this depth is proportional.
- the tool for producing a pile with a tube for supplying a setting building material additionally contains an electrical discharge device with coaxially arranged and mutually displaced electrodes, the first of which is designed in a ring shape and on an insulating rod running inside it is attached and the second is attached to the end of this rod and is connected to a current-carrying rod which is arranged inside the insulating rod and is connected to the central core of a coaxial cable, the shielding braid of which is connected to the first electrode, the diameter of the second electrode being larger than the diameter of the insulating rod, the first electrode is rigidly connected to the pipe end at which the outlet opening of the pipe is located, such that the axis of the first electrode is parallel to the pipe axis and the distance of the second electrode from the outlet opening pipe is not less than the electrode gap.
- an electrical discharge device with coaxially arranged and mutually displaced electrodes
- the tool according to the invention can be used when carrying out the method according to the invention, since it can generate high-voltage discharges therein simultaneously with the supply of a setting building material.
- the tool is suitable for producing a pile both in a borehole and directly in the ground.
- a pilot borehole 1 (FIG. 1) is drilled with a diameter that is smaller than the diameter of a manufacturing pile (in the case of a cylindrical pile) or as the minimum diameter of a pile to be manufactured ( in the case of a pile with a diameter that varies in length).
- a tool 2 in the lower part of the borehole 1, which contains a pipe 3 for supplying a setting material and an electrical discharge device 4.
- the pipe 3 is connected to a mortar pump (not shown) and the discharge device 4 to a current pulse generator 5.
- the area 7 below the lower end of the tool 2 thus represents an area of the building material supply and the discharge generation. Each discharge causes a sudden increase in pressure in the borehole 1, which is partially or completely filled with building material 6.
- the building material 6 is compacted in the area 7, the borehole 1 is expanded in its lower part, the seepage and pore water is pressed away from the adjacent soil and the building material 6 penetrates into the water-free soil pores to form an area 8 an anchored floor, which has an increased strength, and an area 9 of a compacted floor around the area 8, which has improved construction properties (the load-bearing capacity of the floor is increased by reducing the pore number and increasing the modulus of the soil deformation).
- a free volume that arises when the building material 6 is compacted is constantly filled with new building material portions, so that each subsequent discharge takes place in a new volume of the setting building material.
- a total discharge energy in this case a number of discharges, is selected in such a way that an expansion of the lower section of the borehole 1 up to the desired diameter of the pile in the lower pile part is ensured. In this way, the pile sole is formed.
- the inventors have found in experiments that the energy of each discharge has to be at least 5 kJ, and the pressure of a hydraulic stream in borehole 1 can be increased to 50-200 MPa.
- the time of pile formation exceeds the setting time of a setting building material, which causes a reduction in the strength of the pile building material.
- the discharge energy is increased, the mass and dimensions of the system with which the method is carried out are increased.
- the number n of discharges on each step can be selected such that the radius of a pile section to be produced falls below the target radius r by an amount b r on each step.
- the K and ⁇ numbers are determined empirically.
- the K number depends on the soil condition and changes in the range from 0.2 to 0.7.
- the ⁇ number depends on the type of soil and increases with increasing soil density.
- the ⁇ number for sand is 0.00163 and for clay soil 0.0021.
- the total discharge energy during the movement of the tool 2 is changed in proportion to the required change in the pile radius, as follows from expression (10).
- the tool is moved discretely with a step ⁇ h, the repetition frequency of the discharges is constant in this case and it is selected depending on the desired duration of pile production taking into account the properties of the setting building material used, but not below 0.05 Hz it is also possible to regulate a total discharge energy over the length of a pile to be produced by changing the repetition frequency of the discharges in accordance with changing the pile radius. It is obvious that the larger the required pile radius at a depth, the greater the repetition frequency of the discharges should be at this depth and vice versa. In this case, the tool 2 is moved continuously at a constant speed.
- the energy of each discharge can be reduced when the repetition frequency of discharges is increased, but their total energy is ensured, which is sufficient to destroy the soil structure and to compact the soil.
- every next discharge takes effect under conditions of unfinished soil compaction, which are due to the filtration properties of the soil, which determine the rate at which water is released.
- the effectiveness of each discharge decreases and the energy expenditure for pile production increases. For example, with an initial value of the number of pores in a soil of 0.690, the compression effect of a discharge is reduced 9-fold when the repetition frequency of discharges increases from 0.09 Hz to 6 Hz.
- the change in the repetition frequency of discharges enables the pile manufacturing speed to be regulated in a very wide range. It is not recommended to reduce the repetition frequency of discharges below 0.05 Hz because the time it takes for a pile body to form is comparable to the setting time of a setting building material. In this case, the effects of the discharges have negative consequences for the formation of a building material structure when setting, which reduces the load-bearing capacity of a pile.
- the upper limit of the repetition frequency of discharges is given by the possibilities of a current pulse generator.
- a depth h which is equal to the pile length
- the tool 2 is pulled out and, if necessary, a fitting is inserted into the pile.
- a throughput of building material is set so that the building material 6 comes to coincide with the upper part of the pile.
- an additional increase in the load-bearing capacity of a pile is achieved in this case in that there is no lifting of the ground when a borehole is drilled and the pile is shaped by expanding the floor "from zero" to the target radius of the pile.
- an undoubted advantage of pile manufacturing in the ground is a gain in terms of material and time, that no borehole should be drilled.
- the number of pulses cannot be changed when the tool 2 moves, but the pulse repetition frequency can be changed in accordance with the specified law of changing a pile radius over the pile length.
- the considerations set out above regarding the choice of the discharge energy and the repetition frequency of discharges also apply if a pile is produced directly in the ground.
- the speed V is given in the ratio (13) in m / h.
- the pile is made from its sole to the head, while the supply of building material and the generation of discharges during the tool transport to the place where the pile sole is formed is only for the purpose of reducing the ground resistance to the downward movement of the tool.
- the tool for pile production contains a tube 3 (FIG. 5) for the supply of setting building material and an electrical discharge device with electrodes 10 and 11 which are arranged coaxially and displaced relative to one another along their axis.
- the tube 3 consists of several sections, which are added when the tool is immersed in a borehole or in the ground; 5 shows the end of the lower section of the tube 3.
- the electrode 10, which is the upper one in the operating position of the tool, is as a ring which is screwed onto a metal sleeve 12 and the lower electrode 11 as a cone with one large cone angle executed, the tip of which points downwards.
- This version of the lower electrode 11 makes it easier to immerse tools in the ground, but it is not a mandatory one; the lower electrode can be designed as a flat disc or as a ring.
- a current-carrying rod 13 is embodied, which runs along the axis of the discharge device inside the sleeve 12 and is connected to the central wire of a coaxial cable 14, which is connected to the one connection of a current pulse generator (not shown) .
- the cable 14 should have a length which allows a tool to be immersed in a desired depth which corresponds to the length of a pile to be produced.
- a space inside the sleeve 12, the current-carrying rod 13 to the lower electrode 11 and a section of the cable 14 connected to the rod 13 are filled with an insulating material, for example polyethylene, whereby an insulating rod 15 is formed.
- the diameter of this rod 15 is smaller than the diameter of the electrode 11, for example by 8 to 10 mm, so that a space between the lower end face of the electrode 10 and an annular peripheral portion of the upper surface of the electrode 11, which protrudes over the rod 15, one Electrode spacing 16 forms.
- the upper electrode 10 is welded to the end of the tube 3, a distance between an outlet opening 17 of the tube 3 and the lower electrode 11 is not less than the electrode spacing 16.
- Another connection of the tube 3 to the electrode 10 is conceivable, e.g. the tube 3 can be screwed into this electrode.
- the tube 3 can be separated from the electrode 10 beforehand by moving the electrode 10 in the sleeve 12, which simplifies the preparation of the tool for operation.
- the tube 3 is electrically connected to the braided shield of the coaxial cable 14, which is connected to another connection of the current pulse generator, which is connected to its housing. So that stresses between the electrodes 10 and 11 in the event of discharges do not loosen the fastening of the current-carrying rod 13 in the insulating rod 15, the current-carrying rod 13 has annular projections 18.
- a check valve 19 is arranged next to its outlet opening 17, which prevents soil penetration into the tube 3. This function can exercise a fender instead of the valve 19, which is attached to the tube 3 below its outlet bore.
- the electrode 10 and the electrode 11 with the current-carrying rod 13 are made of a tough steel to harden the surface layer in order to reduce the metal removal from surfaces of the electrodes during the discharges.
- the tool is brought into the vertical position, for example in a drilling device (not shown), in that the pipe 3 is clamped in the rotating device of this device.
- a required electrode spacing 16 is set, which ensures the conversion of the electrical discharge energy into mechanical work with the greatest efficiency. If the pile is produced in a borehole, the tool is lowered onto the bottom of the borehole, the pipe 3 being added by sections when it is lowered.
- the cable 14 is connected to the output of a current pulse generator and the pipe 3 to a mortar pump (not shown).
- a binding building material is supplied under pressure to the bottom of the borehole and, at the same time, the generator is switched on, which applies current pulses to the electrodes 10 and 11.
- High-voltage discharges occur in the electrode spacing 16, which expand the lower borehole section, which is filled with the setting building material, and anchor and compact the soil around this section.
- the tool is gradually moved up. A tool movement is monitored, for example, on the basis of markings which are applied to the pipe side surface or on the feed plate of the rotary device of the drilling device.
- FIG. 6 shows experimental data which show the change in soil strength around a pile 20 produced according to the invention.
- a distance 1 from the pile axis in meters is plotted on the diagram and a depth h in meters is plotted vertically.
- the area 8 of an anchored floor with a compressive strength R 0.4 to 1 MPa and the area of a compacted floor, consisting of three partial areas 21, 22 and 23 with values have arisen around the pile 20 of the soil deformation module E of 480, 330 or 310 MPa.
- Discharge energy 33.34 kJ Discharge repetition rate: 0.18 Hz Stress on the tool for its immersion: 1 kN speed of the tool immersion: 40 m / h Tool immersion time: 0.025 h
- Discharge energy 50 kJ Discharge repetition rate: 1 Hz Number of steps: 6
- Setting building material sand cement mortar Intensity factor K of the storage of permanent soil deformations: 0.7 Coefficient ⁇ that depends on soil properties: 0.00302 Maximum cross-sectional dimension of the tool: 0.09 m Sand cement mortar throughput: 2.02 m3 / h Discharge energy: 50 kJ Discharge repetition rate: 1 Hz Number of steps: 12 Step size: 0.087 m Number of discharges per one step: 16 Manufacturing time of a pile section on one step: 0.0044 h Manufacturing time of a pile section with a length of 1 m: 0.062 h.
- the production variants of the invention described deal with the manufacture of a cylindrical and a conical pile
- the invention also applies to the manufacture of piles of other shapes, e.g. Stepped profile piles (i.e. piles consisting of several cylindrical sections with different diameters), which are expedient to manufacture in a floor, the one or more layers of which have a greatly reduced strength, and which can be used by cylindrical-conical piles.
- a change in a pile radius over the pile length can be achieved not only by changing the number of discharges or the sequence frequency of the discharges during the tool movement, but also by regulating the energy of individual discharges.
- the change in the energy of discharges can also be combined with a change in their number or repetition frequency.
- the invention also ensures a lowering or, if the pile is made directly in the ground, a complete elimination of the effort for drilling a borehole and makes it possible to dispense with the use of casing pipes and a clay rinse, i.e. reduce the number of operations, thereby reducing the time to manufacture a pile.
- the invention can be used in the manufacture of pile foundations during the construction and reconstruction of buildings and engineering structures.
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und ein Werkzeug zur Herstellung eines Pfahls und kann bei der Herstellung von Pfahlgründungen beim Bau und bei der Rekonstruktion von Gebäuden und Ingenieurbauwerken zur Anwendung kommen.The invention relates to a method and a tool for the manufacture of a pile and can be used in the manufacture of pile foundations in the construction and reconstruction of buildings and engineering structures.
Es ist ein Verfahren zur Pfahlherstellung bekannt (DE-C- 2651023), das zur Verstärkung der bestehenden Gründungen eingesetzt wird und ein Niederbringen von Bohrlöchern mit Hilfe von Schlagdrehbohrgeräten unter Schutz von Verschalungsrohren, ein Armaturanbringen und ein Einführen eines Rohrs zum Hineinpumpen eines Sandzementmörtels ins Bohrloch einschließt. Nachdem ein Mörtel hineingepumpt worden ist, führt man vor seinem Abbinden ins Bohrloch ein Injektionsrohr ein und pumpt über dieses Rohr unter gesteigertem Druck einen Zementmörtel hinein, damit an der Sohle des entstandenen Pfahls eine Erweiterung gebildet wird.A method for pile production is known (DE-C-2651023), which is used to reinforce the existing foundations and to bring down boreholes with the help of rotary impact drills while protecting casing pipes, to attach fittings and to insert a pipe for pumping a sand cement mortar into the borehole includes. After a mortar has been pumped in, an injection pipe is inserted into the borehole before it is set and a cement mortar is pumped in through this pipe under increased pressure, so that an extension is formed on the base of the resulting pile.
Ein Nachteil dieses Verfahrens besteht in einer niedrigen Tragfähigkeit des Pfahls über seine Seitenfläche, weil ein Bohrloch durch Bodenausheben gebildet wird und an seinen Wangungen eine gelockerte Bodenschicht entsteht, die an der gemeinsamen Arbeit mit dem Pfahl nicht teilnimmt. Daher wird man gezwungen, einen Pfahl mit großer Länge auszuführen, damit sich sein unteres Ende gegen einen festen Baugrund (ein Fels, eine Moräne) abstützt.A disadvantage of this method is a low load-bearing capacity of the pile over its side surface, because a borehole is formed by excavating the floor and a loosened layer of soil is formed on its walls, which does not take part in the joint work with the pile. Therefore, you are forced to run a long-length pile so that its lower end is supported against a solid foundation (a rock, a moraine).
Ein weiterer Nachteil des Verfahrens besteht auch in einer niedrigen Arbeitsleistung, weil die Arbeitsgänge zum Niederbringen eines Bohrlochs, zum Anbringen von Verschalungsrohren, zum Herausführen eines Bohrwerkzeugs, zum Einführen eines Rohrs ins Bohrloch zum Hineinpumpen eines Sandzementmörtels, zum Bohrlochfüllen mit diesem Mörtel, zum Herausziehen der Verschalungsrohre und des Rohrs zum Hineinpumpen des Sandzementmörtels, zum Einsetzen eines Injektionsrohrs ins Bohrloch und zum Hineinpumpen eines Zementmörtels nacheinander ausgeführt werden, wobei zwischen zwei letzteren der angegebenen Arbeitsgänge eine technologische Pause einzulegen ist, die mit dem Abbinden eines Pfahlbaustoffes im Zusammenhang steht, der als Packer beim Hineinpumpen des Zementmörtels unter Hochdruck dient.Another disadvantage of the method is also a low work output, because the operations for drilling a borehole, attaching casing pipes, pulling out a drilling tool, inserting a pipe into the borehole for pumping in a sand cement mortar, filling the borehole with this mortar, pulling out the Formwork pipes and the pipe for pumping in the sand cement mortar, for inserting an injection pipe into the borehole and for pumping in a cement mortar one after the other, whereby a technological break must be taken between the latter two of the specified operations, which is related to the setting of a pile building material, which serves as a packer when pumping the cement mortar under high pressure.
Es ist ein Werkzeug zur Herstellung eines Pfahls mit einem Rohr zur Zufuhr eines abbindenden Baustoffes bekannt (US- A- 4060994), welche auf derselben Priorität wie die DE-C-2651023 beruht, das an eine Mörtelpumpe angeschlossen wird. Das Rohr taucht man in ein Bohrloch ein und führt man ihm unter Druck einen abbindenden Baustoff zu, der einen Pfahlkörper bildet, wobei das Rohr während der Bohrlochfüllung mit Baustoff herausgezogen wird.A tool for producing a pile with a pipe for supplying a setting building material is known (US-A-4060994), which is based on the same priority as DE-C-2651023, which is connected to a mortar pump. The pipe is immersed in a borehole and, under pressure, it is fed with a setting building material which forms a pile body, the pipe being pulled out during the borehole filling with building material.
Ein Nachteil dieses Werkzeugs besteht darin, daß ein mit seiner Hilfe hergestellter Pfahl eine niedrige Tragfähigkeit aufweist, weil das Werkzeug nur eine Baustoffzufuhr ins Bohrloch ohne Verdichtung des umgebenden Bodens sicherstellt. Die Verminderung der Tragfähigkeit eines Pfahls steht auch damit im Zusammenhang, daß bei Zufuhr des abbindenden Baustoffes ins Bohrloch dieser unvermeidlich mit Wasser oder Boden vermischt wird. Außerdem ist eine Kontinuitätsstörung des Pfahlbaustoffes über die Pfahllänge infolge Durchbruchs von Grundwasser bzw. von Tonspülung ins Rohrinnere möglich.A disadvantage of this tool is that a pile made with the aid has a low load-bearing capacity because the tool only ensures that the building material is fed into the borehole without compaction of the surrounding soil. The reduction in the load-bearing capacity of a pile is also connected with the fact that when the setting building material is fed into the borehole, it is inevitably mixed with water or soil. In addition, continuity of the pile building material over the length of the pile is possible due to the breakthrough of groundwater or clay flushing into the interior of the pipe.
Ein Nachteil des Werkzeugs besteht auch darin, daß bei seiner Anwendung zur Herstellung eines Pfahls eine längere Zeit erforderlich ist, weil außer dem Niederbringen des Bohrlochs und seiner Füllung mit abbindendem Mörtel man noch Arbeitsgänge zum Schutz des Bohrlochs vor Einsturz seiner Wände auszuführen, d.h. darin Verschalungsrohre anzubringen bzw. es mit Tonspülung aufzufüllen hat.A disadvantage of the tool is also that it takes a long time to use it to make a pile because, in addition to drilling the well and filling it with setting mortar, there are operations to protect the well from collapsing its walls, i.e. install casing pipes in it or fill it with clay flushing.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und ein Werkzeug zur Herstellung eines Pfahls zu entwickeln, mit deren Hilfe um den Pfahl ein Bodenbereich mit gesteigerter Dichte gebildet wird, der mit dem Pfahl zusammenwirkt, sowie die Zeit der Pfahlherstellung durch Verminderung der Anzahl von Arbeitsgängen verkürzt sein kann.The invention has for its object to develop a method and a tool for the manufacture of a pile, by means of which a floor area with increased density is formed around the pile, which cooperates with the pile, and the time of pile manufacture by reducing the Number of operations can be shortened.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren zur Herstellung eines Pfahls durch Zufuhr eines abbindenden Baustoffes in den Pfahlbildungsbereich erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei der Zufuhr des Baustoffes in den Pfahlbildungsbereich in diesem Baustoff elektrische Hochspannungsentladungen erzeugt werden, wobei der Bereich der Baustoffzufuhr und der Entladungserzeugung über die Tiefe des Pfahlbildungsbereichs während der Bildung eines Pfahlkörpers bewegt wird und die summarische Entladungsenergie in einer jeden Tiefe des Pfahlbildungsbereichs so gewählt wird, daß eine Durchmesservergrößerung eines entsprechenden Abschnittes dieses Bereichs bis auf den Solldurchmesser des Pfahls in dieser Tiefe sichergestellt wird.This object is achieved according to the invention in a method for producing a pile by feeding a setting building material into the pile formation area in that electrical high-voltage discharges are generated in this building material when the building material is fed into the pile formation area, the area of the building material supply and the generation of discharge over the depth of the pile formation area is moved during the formation of a pile body and the total discharge energy is selected at each depth of the pile formation area so that an increase in the diameter of a corresponding section of this area is ensured up to the desired diameter of the pile at this depth.
Die Steigerung der Trägfähigkeit des nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Pfahls ist damit verbunden, daß bei Erzeugung der Hochspannungsentladungen im Pfahlbildungsbereich zugeführten abbindenden Baustoff eine periodische sprunghafte Drucksteigerung stattfindet, die eine Erweiterung dieses Bereichs, eine Bodenverdichtung um diesen Bereich herum, ein Wegdrücken des Sicker- und Porenwassers und eine Infiltration des abbindenden Baustoffes in die freigewordenen Bodenporen bewirkt werden. Infolgedessen werden um einen Pfahl herum ein Bereich eines verankerten Bodens und ein Bereich eines verdichteten Bodens um den ersten Bereich herum gebildet. Außerdem kann man nach dem erfindungsgemäßen Verfahren durch Änderung der summarischen Energie der Entladungen über die Tiefe des Pfahlbildungsbereichs die Querschnittsfläche des Pfahls über seine Länge ändern, wodurch die Tragfähigkeit des Pfahls im Laufe seiner Herstellung in Abhängigkeit von der Bodenart eingestellt sein kann.The increase in the load-bearing capacity of the pile produced by the method according to the invention is associated with the fact that when the high-voltage discharges are generated in the setting building material supplied to the pile formation area, there is a periodic, sudden increase in pressure, which expands this area, compresses the soil around this area, pushes the seepage and Pore water and infiltration of the setting building material into the freed-up soil pores. As a result, an area of anchored soil and an area of compacted soil are formed around a pile around the first area. In addition, according to the method according to the invention, the cross-sectional area of the pile can be changed along its length by changing the total energy of the discharges over the depth of the pile formation area, as a result of which the load-bearing capacity of the pile can be adjusted depending on the type of soil during its manufacture.
Im erfindungsgemäßen Verfahren sind keine Arbeitsgänge zum Schutz der Bohrlochwandungen vor einem Einsturz nach den bestehenden bekannten Verfahren (Verschalungsrohre, Tonspülung) erforderlich, die Herstellungszeit wird auch durch gleichzeitige Ausführung der Arbeitsgänge zur Baustoffzufuhr, zur Bildung des Pfahlkörpers und zur Bodenverdichtung verkürzt.In the method according to the invention, no operations are required to protect the borehole walls from collapse according to the existing known methods (casing pipes, clay rinsing), and the production time is also shortened by carrying out the operations for supplying building materials, forming the pile body and soil compaction at the same time.
Der abbindende Baustoff kann einem Pilotbohrloch zugeführt werden, das einen Pfahlbildungsbereich darstellt.The setting building material can be fed to a pilot borehole, which represents a pile formation area.
Der abbildende Baustoff kann auch unmittelbar dem Boden zugeführt werden, der in diesem Falle einen Pfahlbildungsbereich darstellt. Dabei wird eine zusätzliche Verkürzung der Zeit zur Pfahlherstellung dadurch erzielt, daß kein Bohrlochniederbringen erforderlich ist.The imaging building material can also be fed directly to the soil, which in this case represents a pile formation area. An additional reduction in the time for pile production is achieved in that no borehole drilling is required.
Falls der Pfahl mit einem sich der Länge nach ändernden Radius hergestellt wird, ist es bei Verschiebung des Bereichs der Baustoffzufuhr und der Entladungserzeugung zweckmäßig, die Entladungsanzahl so zu ändern, daß in einer gegebenen Tiefe des Pfahlbildungsbereichs diese Anzahl zum Sollradius des Pfahls in dieser Tiefe direkt proportional ist.If the pile is manufactured with a radius that changes along its length, when the area of the building material supply and the discharge generation is shifted, it is expedient to change the number of discharges in such a way that in a given depth of the pile formation area this number is directly related to the desired radius of the pile at this depth is proportional.
Falls der Pfahl mit einem der Länge nach veränderlichen Radius hergestellt wird, kann man bei Verschiebung des Bereichs der Baustoffzufuhr und der Entladungserzeugung auch die Folgefrequenz der Entladungen so ändern, daß ihre Wert in einer gegeben Tiefe des Pfahlbildungsbereichs zum Sollradius des Pfahls in dieser Tiefe direkt proportional ist.If the pile is manufactured with a radius that varies in length, you can change the sequence of the discharges by shifting the area of the building material supply and the discharge generation so that their value in a given depth of the pile formation area is directly proportional to the target radius of the pile at this depth is.
Bei der Pfahlherstellung in einem Pilotbohrloch ist es zweckmäßig, daß die Anzahl der Entladungen n in einer gegebenen Tiefe des Pfahlbildungsbereichs
beträgt, wobei
- r
- Sollradius eines Pfahls in einer gegebenen Tiefe, m;
- ro
- Radius eines Pilotbohrlochs, m;
- W
- Energie einer Entladung in dieser Tiefe, J;
- K
- Intensitätsfaktor einer Speicherung der bleibenden Bodenverformungen und
- χ
- Koeffizient, der von Bodeneingenschaften abhängt, bedeuten.
is, where
- r
- Target radius of a pile at a given depth, m;
- r o
- Radius of a pilot borehole, m;
- W
- Energy of a discharge at this depth, J;
- K
- Intensity factor of a storage of the permanent soil deformations and
- χ
- Coefficient that depends on soil properties mean.
Nach der einen Variante dar Pfahlherstellung unmittelbar im Boden wird der Bereich der Baustoffzufuhr und der Entladungserzeugung in die Bodentiefe bewegt, wobei die Anzahl der Entladungen n in einer Tiefe gegebenen
beträgt,wobei
- r
- Sollradius eines Pfahls in einer gegebenen Tiefe,m,
- W
- Energie einer Entladung in dieser Tiefe, J,
- K
- Intensitätsfaktor einer Speicherung der bleibenden Bodenverformungen und
- χ
- Koeffizient, der von Bodeneigenschaften abhängt, bedeuten.
is, where
- r
- Target radius of a pile at a given depth, m,
- W
- Energy of a discharge at this depth, J,
- K
- Intensity factor of a storage of the permanent soil deformations and
- χ
- Coefficient, which depends on soil properties, mean.
Nach der anderen Variante der Pfahlherstellung unmittelbar im Boden wird der Bereich der Baustoffzufuhr und der Entladungserzeugung in die Bodentiefe bewegt und nachdem eine gegebene Tiefe erreicht worden ist, die der entsprechenden Sollpfahlänge entspricht, wird der besagte Bereich nach oben bewegt, dabei werden die Energie W₁ einer Entladung bei der Abwärtsbewegung dieses Bereichs nach dem Verhältnis
wobei
- d
- maximales Querschnittsmaß des Werkzeugs, das die Baustoffzufuhr und die Entladungserzeugung sicherstellt, mm und
- f
- Bodenfestigkeitszahl nach Protodjakonow bedeuten
und die Anzahl der Entladungen n in einer gegebenen Tiefe bei der Aufwärtsbewegung des besagten Bereichs nach dem Verhältnis
ermittelt, wobei
- W
- Energie einer Entladung in dieser Tiefe bei einer Aufwärtsbewegung des Bereichs der Baustoffzufuhr und der Entladungserzeugung, J;
- r
- Sollradius des Pfahls in dieser Tiefe, m;
- K
- Intensitätsfaktor einer Speicherung der bleibenden Bodenverformungen; Koeffizient, der von Bodeneigenschaften abhängt, und
- d
- maximales Querschnittsmaß des Werkzeugs, das die Baustoffzufuhr und die Entladungserzeugung sicherstellt, m bedeuten
in which
- d
- maximum cross-sectional dimension of the tool, which ensures the supply of building materials and the generation of discharge, mm and
- f
- Soil strength number according to Protodjakonow mean
and the number of discharges n at a given depth upon the upward movement of said area according to the ratio
determined where
- W
- Energy of a discharge at this depth with an upward movement of the area of the building material supply and the discharge generation, J;
- r
- Target radius of the pile at this depth, m;
- K
- Intensity factor of storage of permanent soil deformations; Coefficient that depends on soil properties and
- d
- maximum cross-sectional dimension of the tool, which ensures the supply of building material and the generation of discharge, m mean
Wenn ein kegeliger Pfahl hergestellt wird, ist es zweckmäßig, den Bereich der Baustoffzufuhr und der Entladungserzeugung mit in einem Schritt Δ h zu bewegen, der nach einem Verhältnis
und
ermittelt wird, wobei
- b
- zulässige relative Abweichung vom Solradius eines Pfahls,
- α
- Sollwinkel des Pfahlkegels, und
- r' und r''
- Pfahlsollradius am vorherigen bzw. am nächsten Schritt bedeuten.
and
is determined, whereby
- b
- permissible relative deviation from the sol radius of a pile,
- α
- Target angle of the pile cone, and
- r 'and r''
- Target pile radius at the previous or next step.
Die Aufgabe wird auch dadurch gelöst, daß das Werkzeug zur Herstellung eines Pfahls mit einem Rohr zur Zufuhr eines abbindenden Baustoffs erfindungsgemäß zusätzlich eine elektrische Entladungsvorrichtung mit koaxial angeordneten und gegeneinander verschobenen Elektroden enthält, von denen die erste ringförmig ausgeführt und auf einem in ihrem Inneren verlaufenden Isolierstab angebracht ist und die zweite am Ende dieses Stabs befestigt und an einen strömführenden Stab angeschlossen ist, der im Inneren des Isolierstabs angeordnet und an die Zentralader eines Koaxialkabels angeschlossen ist, dessen Abschirmgeflecht an die erste Elektrode angeschlossen ist, wobei der Durchmesser der zweiten Elektrode größer ist als der Durchmesser des Isolierstabs, die erste Elektrode derart mit dem Rohrende, woran sich die Auslaßöffnung des Rohrs befindet, starr verbunden ist, daß die Achse der ersten Elektrode parallel zur Rohrachse und der Abstand der zweiten Elektrode von der Auslaßöffnung des Rohrs nicht kleiner ist als der Elektrodenabstand.The object is also achieved in that the tool for producing a pile with a tube for supplying a setting building material according to the invention additionally contains an electrical discharge device with coaxially arranged and mutually displaced electrodes, the first of which is designed in a ring shape and on an insulating rod running inside it is attached and the second is attached to the end of this rod and is connected to a current-carrying rod which is arranged inside the insulating rod and is connected to the central core of a coaxial cable, the shielding braid of which is connected to the first electrode, the diameter of the second electrode being larger than the diameter of the insulating rod, the first electrode is rigidly connected to the pipe end at which the outlet opening of the pipe is located, such that the axis of the first electrode is parallel to the pipe axis and the distance of the second electrode from the outlet opening pipe is not less than the electrode gap.
Dank einer Entladungsvorrichtung, die am Rohr zur Zufuhr eines abbindenden Baustoffes in der Nähe seiner Auslaßöffnung angeordnet ist, kann das erfindungsgemäße Werkzeug bei Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet werden, da es gleichzeitig mit der Zufuhr eines abbindenden Baustoffes darin Hochspannungentladungen erzeugen läßt. Dabei ist das Werkzeug zur Herstellung eines Pfahl sowohl in einem Bohrloch als auch unmittelbar im Boden geeignet.Thanks to a discharge device, which is arranged on the pipe for supplying a setting building material in the vicinity of its outlet opening, the tool according to the invention can be used when carrying out the method according to the invention, since it can generate high-voltage discharges therein simultaneously with the supply of a setting building material. The tool is suitable for producing a pile both in a borehole and directly in the ground.
Anhand der Zeichnung wird die Erfindung auf Beispielen näher erläutert.The invention is explained in more detail with examples using the drawing.
Es zeigt:
- Fig.1
- den Vorgang der Pfahlherstellung nach der einen Ausführungsvariante der Erfindung,
- Fig.2
- den Vorgang der Pfahlherstellung nach der zweiten Ausführungsvariante der Erfindung,
- Fig.3
- die erste Stufe des Vorgangs der Pfahlherstellung nach der dritten Ausführungsvariante der Erfindung,
- Fig.4
- die zweite Stufe des Vorgangs einer Pfahlherstellung nach der dritten Ausführungsvariante der Erfindung,
- Fig.5
- ein Werkzeug zur erfindungsgemäßen Pfahlherstellung und
- Fig.6
- Änderungen der Bodenkennzahlen um einen erfindungsgemäß hergestellten Pfahl.
- Fig. 1
- the process of pile manufacture according to one embodiment variant of the invention,
- Fig. 2
- the process of pile manufacture according to the second embodiment of the invention,
- Fig. 3
- the first stage of the pile manufacturing process according to the third variant of the invention,
- Fig. 4
- the second stage of the pile manufacturing process according to the third embodiment of the invention,
- Fig. 5
- a tool for pile production according to the invention and
- Fig. 6
- Changes in the soil parameters for a pile manufactured according to the invention.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird wie folgt durchgeführt. Nach einem beliebigen bekannten Verfahren, z.B. durch Drehbohren, bringt man ein Pilotbohrloch 1 (Fig.1) mit einem Durchmesser nieder, der kleiner als der Durchmesser eines herstellenden Pfahls (im Falle eines zylindrischen Pfahls) bzw. als der minimale Durchmesser eines herzustellenden Pfahls (im Falle eines Pfahls mit einem der Länge nach veränderlichen Durchmesser) ist. In das Bohrloch 1 setzt man, falls dies erforderlich ist, eine Armatur ein und läßt in den unteren Teil des Bohrlochs 1 ein Werkzeug 2 herunter, das ein Rohr 3 zur Zufuhr eines abbindenden Baustoffes und eine elektrische Entladungsvorrichtung 4 enthält. Das Rohr 3 schließt man an eine (nicht eingezeichnete) Mörtelpumpe und die Entladungsvorrichtung 4 an einen Stromimpulsgenerator 5 an. Über das Rohr 3 wird kontinuierlich bzw. in Portionen ein elektrisch leitender abbindender Baustoff 6 z.B. auf Grundlage von Zement bzw. synthetischen Bindemitteln zugeführt und vom Generator 5 werden an die Elektroden der Entladungsvorrichtung 4 Stromimpulse gelegt, wodurch im Baustoff 6 elektische Hochspannungsentladungen erzeugt werden. Der Bereich 7 unter dem unteren Ende des Werkzeugs 2 stellt also einen Bereich der Baustoffzufuhr und der Entladungserzeugung dar. Durch jede Entladung wird im Bohrloch 1, das mit Baustoff 6 teilweise oder ganz gefüllt ist, eine sprunghafte Drucksteigerung bewirkt. Unter Schlageinwirkungen erfolgt ein Verdichten des Baustoffes 6 im Bereich 7, eine Erweiterung des Bohrlochs 1 in seinem unteren Teil, ein Wegpressen des Sicker- und Porenwassers aus dem anliegenden Boden und ein Eindringen des Baustoffes 6 in die von Wasser befreiten Bodenporen unter Bildung eines Bereichs 8 eines verankerten Bodens, der eine gesteigerte Festigkeit hat, sowie eines Bereichs 9 eines verdichteten Bodens um den Bereich 8 herum, der verbesserte Baueigenschaften aufweist(die Tragfähigkeit des Bodens wird durch Verminderung der Porenziffer und durch Steigerung des Moduls der Bodenverformung erhöht). Ein freies Volumen, das beim Verdichten des Baustoffes 6 entsteht, wird ständig durch neue Baustoffportionen gefüllt, so daß jede nächstfolgende Entladung in einen neue Volumen des abbindenden Baustoffes geschieht.The method according to the invention is carried out as follows. According to any known method, for example by rotary drilling, a pilot borehole 1 (FIG. 1) is drilled with a diameter that is smaller than the diameter of a manufacturing pile (in the case of a cylindrical pile) or as the minimum diameter of a pile to be manufactured ( in the case of a pile with a diameter that varies in length). In
Eine gesamte Entladungsenergie, in diesem Falle eine Entladungsanzahl, wählt man so aus, daß eine Erweiterung des unteren Abschnittes des Bohrlochs 1 bis zum Solldurchmesser des Pfahls im unteren Pfahlteil sichergestellt wird. Auf diese Weise wird die Pfahlsohle ausgebildet.A total discharge energy, in this case a number of discharges, is selected in such a way that an expansion of the lower section of the
Die Erfinder haben in Versuchen festgestellt, daß die Energie jeder Entladung wenigstens 5 kJ zu betragen hat, dabei kann der Druck eines hydraulischen Stroms im Bohrloch 1 bis auf 50...200 MPa gesteigert werden. Bei Entladungen mit einer Energie unter 5 kJ überschreitet die Zeit der Pfahlbildung die Abbindezeit eines abbindenden Baustoffes, was eine Festigkeitssenkung des Pfahlbaustoffes bewirkt. Es ist unzweckmäßig, Entladungen mit einer Energie über 200 kJ zu erzeugen, weil eine derartige Steigerung der Belastungen auf Bohrlochwandungen eine Überschreitung der zulässigen Schwingungsgeschwindigkeit im Boden und eine in der seismischen Hinsicht schädliche Einwirkung auf benachbarte Gebäude und Bauwerke herbeiführen kann. Außerdem werden bei Vergrößerung der Entladungsenergie Masse und Abmessungen der Anlage vergrößert, mit deren Hilfe das Verfahren durchgeführt wird.The inventors have found in experiments that the energy of each discharge has to be at least 5 kJ, and the pressure of a hydraulic stream in
Danach bewegt man das Werkzeug 2 und folglich den sich unterhalb dieses befindenden Bereich der Baustoffzufuhr und der Entladungserzeugung mit einem Schritt Δ h und der vorstehend beschriebene Vorgang wird wiederholt, wodurch die nächsten Abschnitte des Pfahlkörpers gebildet werden. Dabei wird im Falle, wenn ein Pfahl mit einem der Länge nach veränderlichen Radius hergestellt wird, die Entladungsanzahl am nächsten Schritt im Vergleich mit jener am vorherigen Schritt bei Vergrößerung des Pfahlradius vergrößert und umgekehrt. Die Größe des Schrittes Δ h wird in Abhängigkeit vom vorliegenden Gesetz einer Radiusänderung eines Pfahls über seine Länge und von der erforderlichen Genauigkeit der Pfahlhestellung bestimmt. So bleibt bei der Herstellung eines zylindrischen Pfahls der Schritt Δ h konstant und seine Größe beträgt
wobei
- r
- Sollradius eines Pfahls und
- b
- zulässige relative Abweichung von Pfahlsollradius bedeuten.
in which
- r
- Target radius of a pile and
- b
- permissible relative deviation from the target pile radius.
Wenn ein Kegelpfahl hergestellt wird, wird der Schritt Δ h durch das Verhältnis
oder
wobei
- r' und r''
- Pfahlsollradius am vorherigen bzw. nächsten Schritt und
- α
- Sollwinkel eines Pfahlkegels bedeuten.
or
in which
- r 'and r''
- Target pile radius at the previous or next step and
- α
- Mean target angle of a pile cone.
Bei diesem Schrittwert kann man die Anzahl n von Entladungen auf jedem Schritt so wählen, daß der Radiud eines herzustellenden Pfahlabschnittes auf jedem Schritt den Sollradius r um einen Betrag br unterschreitet. Dies steht damit im Zusammenhang, daß auf einem jeden Schritt ein Pfahlabschnitt in Form eines sphärischen Segmentes mit einer Oberfläche hergestellt wird, deren Umfang jene ein und desselben Pfahlabschnittes mit dem Sollradius überschreitet. Das Verfahren gibt also Möglichkeit, das Volumen eines hergestellten Pfahls ohne Verschlechterung der Tragfähigkeit zu verkleinern und dadurch am Baustoff zu sparen.With this step value, the number n of discharges on each step can be selected such that the radius of a pile section to be produced falls below the target radius r by an amount b r on each step. This is connected with the fact that on each step a pile section is produced in the form of a spherical segment with a surface whose circumference exceeds that of one and the same pile section with the nominal radius. The method thus gives the possibility of reducing the volume of a pile produced without deteriorating the load-bearing capacity and thereby saving on the building material.
Die beschriebenen Arbeitsgänge werden solange fortgesetzt, bis der Pfahlkörper mit der Länge h vollkommen ausgebildet ist und man danach entfernt das Werkzeug 2. Bei Zufuhr des Baustoffes 2 stellt man seinen Durchsatz so ein, daß der Baustoffstand im Bohrloch 1 in der Ebene seiner Mündung liegt.The operations described are continued until the pile body with the length h is completely formed and then the tool 2 is removed. When the building material 2 is supplied, its throughput is adjusted so that the building material level in the
In Versuchen hat man festgestellt, daß infolge einer Wirkung der ersten Entladung der Radius ro eines Pilotbohrlochs 1 bis auf einen Wert r₁ erweitert wird, der beträgt
wobei
- χ
- Koeffizient, der von Bodeneigenschaften abhängt, und
- W
- Energie einer Entladung, J bedeuten.
in which
- χ
- Coefficient that depends on soil properties and
- W
- Energy of a discharge, J mean.
Nach der Anzahl von n Entladungen kann man einen Zuwachs
wobei
- Δ r₁ = r₁-ro
- Radiuszuwachs des Bohrlochs unter der Wirkung der ersten Entladung und
- K
- Intensitätsfaktor der Speicherung der bleibenden Bodenverformungen bedeuten.
in which
- Δ r₁ = r₁-r o
- Borehole radius increase under the effect of the first discharge and
- K
- Intensity factor of the storage of permanent soil deformations mean.
Aus den Ausdrücken (8) und (9) folgt, daß zur Bildung eines Pfahlabschnittes mit dem Durchmesser r eine Anzahl von n Entladungen erforderlich ist, die beträgt
Die K-und χ -Zahlen werden empirisch ermittelt. Die K- Zahl hängt vom Bodenzustand ab und ändert sich im Bereich von 0,2 bis 0,7. Die χ -Zahl hängt von der Bodenart ab und nimmt mit Steigerung der Bodendichte zu. Für Sand beträgt die χ-Zahl 0,00163 und für Lehmboden 0,0021.The K and χ numbers are determined empirically. The K number depends on the soil condition and changes in the range from 0.2 to 0.7. The χ number depends on the type of soil and increases with increasing soil density. The χ number for sand is 0.00163 and for clay soil 0.0021.
Im betrachteten Falle ändert man bei der Herstellung eines Pfahls mit dem der Länge nach veränderlichen Radius die gesamte Entladungsenergie während der Bewegung des Werkzeugs 2 proportional zur erforderlichen Änderung des Pfahlradius, wie es aus dem Ausdruck (10) folgt. Dabei wird das Werkzeug diskret mit einem Schritt Δ h bewegt, die Folgefrequenz der Entladungen ist in diesem Falle konstant und man wählt sie in Abhängigkeit von der Solldauer einer Pfahlherstellung unter Berücksichtigung der Eigenschaften des verwendeten abbindenden Baustoffes, doch nicht unter 0,05 Hz. Es ist auch möglich, eine gesamte Entladungsenergie über die Länge eines herzustellenden Pfahls durch Änderung der Folgefrequenz der Entladungen in Übereinstimmung mit Änderung des Pfahlradius zu regeln. Es ist offensichtlich, daß je größer der erforderliche Pfahlradius in einer Tiefe ist, desto größer soll die Folgefrequenz der Entladungen in dieser Tiefe sein und umgekehrt. In diesem Falle wird das Werkzeug 2 kontinuierlich mit einer konstanten Geschwindigkeit bewegt.In the case under consideration, when producing a pile with a radius that varies in length, the total discharge energy during the movement of the tool 2 is changed in proportion to the required change in the pile radius, as follows from expression (10). The tool is moved discretely with a step Δ h, the repetition frequency of the discharges is constant in this case and it is selected depending on the desired duration of pile production taking into account the properties of the setting building material used, but not below 0.05 Hz it is also possible to regulate a total discharge energy over the length of a pile to be produced by changing the repetition frequency of the discharges in accordance with changing the pile radius. It is obvious that the larger the required pile radius at a depth, the greater the repetition frequency of the discharges should be at this depth and vice versa. In this case, the tool 2 is moved continuously at a constant speed.
Bei der Wahl einer Folgefrequenz der Entladungen ist zu berücksichtigen, daß der Vorgang der Pfahlbildung eine Erweiterung des Bohrlochs 1 und eine Bodenverdichtung um dieses herum einschließt. Dieser Vorgang verläuft verschiedenartig in Abhängigkeit vom Verhältnis der Entladungsfrequenz zur Geschwindigkeit des Druckabbaus im durch einen Baustoff gefüllten Bohrloch. Wenn die Folgefrequenz von Entladungen nicht mehr als 0,1 Hz beträgt, erfolgt jede nächste Entladung nach einem vollen Druckabbau und nach einer beendigten Konsolidierung des Bodens, der bei Entladungserzeugung verdichtet wird. Mit einer Frequenzsteigerung über 0,1 Hz fallen die Vorgänge der Zerstörung der Bodenstruktur und Bodenverdichtung zeitlich zusammen, wodurch die Pfahlkörperbildung beschleunigt wird. Dabei kann einerseits bei Steigerung der Folgefrequenz von Entladungen die Energie jeder Entladung herabgesetzt werden, wobei doch ihre gesamte Energie sichergestellt wird, die zur Zerstörung der Bodenstruktur und zur Bodenverdichtung ausreicht. Andererseits wirkt bei hoher Folgefrequenz von Entladungen jede nächste Entladung unter Bedingungen unbeendigten Vorgangs einer Bodenverdichtung, die durch Filtrationseigenschaften des Bodens bedingt ist, welche die Geschwindigkeit einer Wasserabgabe bestimmen. Infolgedessen nimmt die Wirksamkeit einer jeden Entladung ab und der energetische Aufwand zur Pfahlherstellung vergrößert sich. So wird z.B. bei einen Anfangswert der Porenzahl eines Bodens 0,690 bei Steigerung der Folgefrequenz von Entladungen von 0,09 Hz bis 6 Hz der Verdichtungseffekt einer Entladung um das 9-fache herabgesetzt. Die Änderung der Folgefrequenz von Entladungen ermöglicht eine Regelung der Pfahlherstellungsgeschwindigkeit im sehr weiten Bereich. Es wird keine Verminderung der Folgefrequenz von Entladungen unter 0,05 Hz empfohlen, weil dabei die Zeit, die ein Pfahlkörper zur Bildung braucht, mit der Abbindezeit eines abbindenden Baustoffes vergleichbar wird. In diesem Falle hat die Einwirkung der Entladungen negative Folgen zur Bildung einer Baustoffstruktur beim Abbinden, wodurch die Tragfähigkeit eines Pfahls herabgesetzt wird. Die obere Grenze der Folgefrequenz von Entladungen ist durch Möglichkeiten eines Stromimpulsgenerators gegeben.When choosing a repetition frequency of the discharges, it must be taken into account that the process of pile formation involves an expansion of the
In der betrachteten Ausführungsvariante der Erfindung wird das Pfahl in einem Pilotbohrloch 1 hergestellt. In Übereinstimmung mit einer anderen Variante der Pfahlherstellung dient als Bildungsbereich des Pfahls ein Boden, d.h. der Pfahl wird unmittelbar im Boden ohne Niederbringung des Bohrlochs hergestellt. In diesem Falle führt man das Werkzeug 2 (Fig.2) in den Boden in eine Tiefe von 0,3...0,5 m nach einem beliebigen bekannten Verfahren, z.B. Drehboren oder Eindrücken ein, führt einen abbindenden Baustoff 6 zu, wie es vorstehend beschrieben ist, wobei ein Bodenabschnitt benetzt wird und erzeugt in diesem Abschnitt elektrische Hochspannungsentlagungen in einer Anzahl, die den oberen Abschnitt eines Pfahls mit einem Solldurchmesser bilden läßt. Danach bewegt man das Werkzeug 2 in die Bodentiefe mit einem Schritt Δ h, der nach dem Verhältnis (6) bzw. (7) in Abhängigkeit von der Form des herzustellenden Pfahls bestimmt wird. Da der Baustoff 6 in den Boden zugeleitet wird, ist die Anzahl n von Entladungen größer als jene bei der Baustoffzufuhr in das Bohrloch und wird durch ein Verhältnis bestimmt
wobei
- r
- Pfahlsollradius in einer gegeben Tiefe bedeutet.
in which
- r
- Target pile radius at a given depth means.
Wenn eine Tiefe h erreicht wird, die der Pfahllänge gleich ist, zieht man das Werkzeug 2 heraus und setzt in den Pfahl, falls erforderlich, eine Armatur ein. Bei Herstellung eines Pfahls stellt man einen Baustoffdurchsatz so ein, daß der Baustoff 6 mit dem oberen Pfahlteil zur Deckung kommt.When a depth h is reached, which is equal to the pile length, the tool 2 is pulled out and, if necessary, a fitting is inserted into the pile. In the manufacture of a pile, a throughput of building material is set so that the
Zum Unterschied von der Variante der Pfahlherstellung im Bohrloch wird in diesem Falle eine zusätzliche Steigerung der Tragfähigkeit eines Pfahls dadurch erzielt, daß kein Bodenausheben beim Niederbringen eines Bohrlochs erfolgt und der Pfahl durch ein Bodenausweiten "von Null" bis auf den Sollradius des Pfahls geformt wird. Außerdem besteht ein zweifelloser Vorteil der Pfahlherstellung im Boden in einem Gewinn in bezug auf einen Material- und Zeitaufwand dadurch, daß kein Bohrloch niedergebracht sein soll.In contrast to the variant of pile production in the borehole, an additional increase in the load-bearing capacity of a pile is achieved in this case in that there is no lifting of the ground when a borehole is drilled and the pile is shaped by expanding the floor "from zero" to the target radius of the pile. In addition, an undoubted advantage of pile manufacturing in the ground is a gain in terms of material and time, that no borehole should be drilled.
Wie auch bei Herstellung des Pfahls mit dem der Länge nach veränderlichen Radius im Bohrloch kann man bei einer Bewegung des Werkzeugs 2 keine Impulsanzahl, sondern die Impulsfolgefrequenz in Übereinstimmung mit dem vorgegebenen Gesetz der Änderung eines Pfahlradius über die Pfahllänge ändern. Die vorstehend dargelegten Überlegungen bezüglich der Wahl der Entladungsenergie und Folgefrequenz von Entladungen gelten auch im Falle, wenn ein Pfahl unmittelbar im Boden hergestellt wird.As with the manufacture of the pile with the radius that varies in length in the borehole, the number of pulses cannot be changed when the tool 2 moves, but the pulse repetition frequency can be changed in accordance with the specified law of changing a pile radius over the pile length. The considerations set out above regarding the choice of the discharge energy and the repetition frequency of discharges also apply if a pile is produced directly in the ground.
Die Pfahlherstellung im Boden "von oben nach unten" ist bei Verstärkung der Gründungen von bestehenden Gebäuden und Bauwerke zweckmäßig, wenn unter einem Fundament Hohlräume und Kavernen liegen, die durch Grundwasserwirkung gebildet sind. Es ist ein anderer Weg zur Pfahlherstellung im Boden möglich, der beim Errichten von Zwischenabstützungen in Kellern der zu rekonstruierenden Gebäude und Bauwerke oder zum Errichten neuer Gründungen beim Bau von Gebäuden und Bauwerken zu bevorzugen ist. Nach dieser Ausführungsvariante der Erfindung senkt man das Werkzeug 2 (Fig.3) gleicherweise in den Boden und führt einen elektrisch leitenden Baustoff 6 unter Erzeugung elektrischer Hochspannungsentladungen im Boden zu. Man wählt aber eine Entladungsenergie derart, daß durch jede Entladung unter dem unteren Ende des Werkzeugs 2 ein Trichter mit einem Radius entsteht, der ungefähr einer Durchmesserhälfte des Werkzeugs 2 gleich ist. Diese Trichterbildung unter dem unteren Ende des Werkzeugs 2 erleichtert sein Eindringen in den Boden - das Werkzeug 2 senkt sich selbstständig in den Boden oder wird in diesen durch eine kleine Kraft hineingedrückt. Damit ein selbstständiges Eindringen des Werkzeugs 2 in den Boden sichergestellt wird, soll die Energiegröße W₁ einer Entladung betragen
wobei
- d
- maximales Querschnittsmaß des Werkzeugs, mm und
- f
- Bodenfestigkeitszahl nach Protodjakonow bedeuten.
in which
- d
- maximum cross-sectional dimension of the tool, mm and
- f
- Soil strength number according to Protodjakonow mean.
Die Folgefrequenz von Entladungen wählt man so, daß die erforderliche Eintauchgeschwindigkeit V des Werkzeugs gewährleistet ist:
Die Geschwindigkeit V wird im Verhältnis (13) in m/h angegeben.The speed V is given in the ratio (13) in m / h.
Nachdem eine Tiefe erreicht worden ist, die der vollen Pfahllänge entspricht, stellt man einen Pfahl wie vorstehend beschrieben, doch von unten nach oben hin, indem das Werkzeug 2 (Fig.4) in Schritten von je Δ h gehoben wird, wobei die Anzahl n von Entladungen auf jedem Schritt durch das Verhältnis
bestimmt wird, wobei
- W
- Energie einer Entladung auf einem Schritt, J bedeutet.
is determined, whereby
- W
- Energy of a discharge on one step, J means.
In diesem Falle wird der Pfahl also von seiner Sohle zum Kopf hin hergestellt während man die Baustoffzufuhr und die Entladungserzeugung beim Werkzeugtransport zur Stelle, wo die Pfahlsohle gebildet wird, nur mit dem Zweck führt, den Bodenwiderstand der Abwärtsbewegung des Werkzeugs zu vermindern.In this case, the pile is made from its sole to the head, while the supply of building material and the generation of discharges during the tool transport to the place where the pile sole is formed is only for the purpose of reducing the ground resistance to the downward movement of the tool.
Das Werkzeug zur Pfahlherstellung enthält ein Rohr 3 (Fig.5) zur Zufuhr abbindenden Baustoffes und eine elektrische Entladungsvorrichtung mit Elektroden 10 und 11, die koaxial und gegeneinander längs ihrer Achse verschoben angeordnet sind. Das Rohr 3 besteht aus mehreren Sektionen, die beim Werkzeugeintauchen in ein Bohrloch bzw. in Boden nachgesetzt werden; Fig.5 zeigt das Ende der unteren Sektion des Rohrs 3. Die Elektrode 10, die in der Betriebslage des Werkzeugs die obere ist, ist als ein Ring, der auf eine Metallbüchse 12 aufgeschraubt ist, und die untere Elektrode 11 als ein Kegel mit einem größen Kegelwinkel ausgeführt, dessen Spitze nach unten zeigt. Diese Ausführung der unteren Elektrode 11 erleichtert das Werkzeugeintauchen in den Boden, ist aber keine obligatorische, die untere Elektrode kann als eine ebene Scheibe bzw. als ein Ring ausgeführt werden. Als ein Ganzes mit der unteren Elektrode 11 ist ein stromführender Stab 13 ausgeführt, der längs der Achse der Entladungsvorrichtung im Inneren der Büchse 12 verläuft und mit der Zentralader eines Koaxialkabels 14 verbunden ist, die an den einen Anschluß eines (nicht eingezeichneten) Stromimpulsgenerators angeschlossen ist. Das Kabel 14 soll eine Länge haben, die ein Werkzeugeintauchen in eine Solltiefe zuläßt, die der Länge eines herzustellenden Pfahls entspricht. Ein Raum im Inneren der Büchse 12, der stromführende Stab 13 bis zur unteren Elektrode 11 und ein an den Stab 13 angeschlossener Abschnitt des Kabels 14 sind mit einem Isolierstoff, z.B. Polyäthylen ausgegossen, wodurch ein Isolierstab 15 gebildet wird. Der Durchmesser dieses Stabs 15 ist kleiner als der Durchmesser der Elektrode 11 z.B. um 8 bis 10 mm, so daß ein Raum zwischen der unteren Stirnfläche der Elektrode 10 und einem ringförmigen Peripherieabschnitt der oberen Fläche der Elektrode 11, der über den Stab 15 herausspringt, einen Elektrodenabstand 16 bildet.The tool for pile production contains a tube 3 (FIG. 5) for the supply of setting building material and an electrical discharge device with
Die obere Elektrode 10 ist am Ende des Rohrs 3 angeschweißt, dabei ist ein Abstand zwischen einer Auslaßöffnung 17 des Rohrs 3 und der unteren Elektrode 11 nicht kleiner als der Elektrodenabstand 16. Es ist eine andere Verbindung des Rohrs 3 mit der Elektrode 10 denkbar, z.B. kann das Rohr 3 in diese Elektrode eingeschraubt werden. In diesen Falle kann man bei der Einstellung des Elektrodenabstandes 16 durch Bewegung der Elektrode 10 in der Büchse 12 vorher das Rohr 3 von der Elektrode 10 trennen, was eine Erleichterung der Betriebsvorbereitung des Werkzeugs mit sich bringt.The
Das Rohr 3 ist mit dem Schirmgeflecht des Koaxialkabels 14 elektrisch verbunden, das an einen anderen Anschluß des Stromimpulsgenerators angeschlossen ist, der mit seinem Gehäuse verbunden ist. Damit Beanspruchungen zwischen der Elektroden 10 und 11 bei Entladungen keine Lockerung der Befestigung des stromführenden Stabs 13 im Isolierstab 15 bewirken, weist der stromführende Stab 13 ringförmige Vorsprünge 18 auf.The
Im unteren Teil des Rohrs 3 ist neben dessen Auslaßöffnung 17 ein Rückschlagventil 19 angeordnet, das ein Bodeneindringen in das Rohr 3 verhindert. Diese Funktion kann anstelle vom Ventil 19 ein Schutzblech ausüben, das am Rohr 3 unterhalb seiner Auslaßbohrung befestigt ist.In the lower part of the
Die Elektrode 10 und die Elektrode 11 mit dem stromführenden Stab 13 sind aus einem zähen Stahl unter Härtung der Oberflächenschicht zur Verminderung der Metallabtragung von Oberflächen der Elektroden während der Entladungen ausgeführt.The
Man bringt das Werkzeug in die Vertikalstellung, z.B. in einem (nicht eingezeichneten) Bohrgerät, indem das Rohr 3 in der Drehvorrichtung dieses Geräts aufgespannt wird. Durch Bewegung der Elektrode 10 in der Büchse 12 stellt man einen erforderlichen Elektrodenabstand 16 ein, der die Umwandlung der elektrischen Entladungsenergie in eine mechanische Arbeit mit dem größten Wirkungsgrad gewährleistet. Falls der Pfahl in einem Bohrloch hergestellt wird, senkt man das Werkzeug auf die Bohrlochsohle, wobei das Rohr 3 beim Senken durch Sektionen nachgesetzt wird. Wenn die Bohrlochsohle erreicht wird, schließt man das Kabel 14 an den Ausgang eines Stromimpulsgenerators und das Rohr 3 an eine (nicht eingezeichnete) Mörtelpumpe an. Über das Rohr 3 führt man unter Druck der Bohrlochsohle einen abbindenden Baustoff zu und schaltet gleichzeitig den Generator ein, der Stromimpulse an die Elektroden 10 und 11 legt. Im Elektrodenabstand 16 entstehen Hochspannungsentladungen, die eine Erweiterung des unteren Bohrlochabschnittes, der mit dem abbindenden Baustoff gefüllt wird, sowie eine Verankerung und ein Verdichten des Bodens um diesen Abschnitt herum bewirken. Nachdem ein Pfahlabschnitt hergestellt worden ist, wird das Werkzeug allmählich nach oben bewegt. Eine Werkzeugbewegung wird z.B. anhand von Markierungen, die an der Rohrseitenfläche aufgetragen sind, oder anhand der Vorschublatte der Drehvorrichtung des Bohrgeräts überwacht.The tool is brought into the vertical position, for example in a drilling device (not shown), in that the
Falls der Pfahl im Boden hergestellt wird, drückt man das Werkzeug in den Boden in eine Tiefe von 0,3 bis 0,5 m hinein und stellt den Pfahl auf die gleiche Art und Weise her, indem das Werkzeug in die Bodentiefe bewegt wird.If the pile is made in the ground, push the tool into the ground to a depth of 0.3 to 0.5 m and make the pile in the same way by moving the tool to the ground.
In Fig.6 sind Versuchsdaten dargestellt, die die Änderung einer Bodenfestigkeit um einen erfindungsgemäß hergestellten Pfahl 20 zeigen. An Diagramm sind waagerecht ein Abstand 1 von der Pfahlachse in Metern und senkrecht eine Tiefe h in Metern aufgetragen. Wie es aus Fig.6 ersichtlich ist, sind um den Pfahl 20 herum der Bereich 8 eines verankerten Bodens mit einer Druckfestigkeit R 0,4 bis 1 MPa und der Bereich eines verdichteten Bodens entstanden, der aus drei Teilbereichen 21, 22 und 23 mit Werten des Bodenverformungsmoduls E von 480, 330 bzw. 310 MPa besteht. Links vom Diagramm, das den Pfahl 20 mit dem anliegenden Boden darstellt, ist ein ingenieur-geologischer Schnitt eines Platzes abgebildet, worauf dieser Pfahl hergestellt worden ist. Die Bodenschicht 24 stellt Sand mit mittlerer Korngröße und einer Porenzahl e = 0,75, die Bodenschicht 25 - feiner wassergesättigter Sand (e = 0,72, E = 190 MPa), die Schicht 26 - staubförmiger Sand (e=0,67, E=150 MPa, Winkel φ der inneren Reibung des Bodens 28°, Haftung C=0,04 kPa) und die Schicht 27 - feiner wassergesättigter Sand mit denselben Kennzahlen wie die Schicht 25 dar. Unter der Schicht 27 liegt eine Moräne. Bei einer Gegenüberstellung der Kennzahlen des Ausgangsbodens mit Kennzahlen des Bodens, der dem Pfahl 20 anliegt, sieht man, daß die Tragfähigkeit des Bodens um den Pfahl herum und unter seiner Sohle um das 1,5- bis 3-fache gesteigert wird.6 shows experimental data which show the change in soil strength around a
Nachstehend werden konkrete Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens angeführt.Concrete exemplary embodiments of the method according to the invention are given below.
Herstellung eines Abschnittes eines zylindrischen Pfahls mit einem Durchmesser von 0,3 m und einer Länge von 1 m im wassergesättigten Sandboden bei Werkzeugbewegung von oben nach unten, wie es für Fig.2 beschrieben ist.
Abbindender Baustoff:
Zementmörtel.
Intensitätsfaktor K der Speicherung von bleibenden Bodenverformungen 0,54
Koeffizient χ, der von Bodenkennzahlen abhängt: 0,00163
Maximales Querschnittsmaß des Werkzeugs: 0,09 m
Zementmörteldurchsatz: 2,3 m³/h
Energie einer Entladung: 50 kJ
Folgefrequenz der Entladungen: 1 Hz
Schrittzahl: 14
Schrittgröße: 0,071 m
Entladungszahl pro einen Schritt: 16
Zeit zur Herstellung eines Pfahlabschnittes auf einem Schritt: 0,0044 h
Zeit zur Herstellung eines Pfahlabschnittes mit einer Länge von 1 m: 0,062 h.Production of a section of a cylindrical pile with a diameter of 0.3 m and a length of 1 m in the water-saturated sandy soil with tool movement from top to bottom, as described for Fig.2.
Setting building material:
Cement mortar.
Intensity factor K of the storage of permanent soil deformations 0.54
Coefficient χ, which depends on soil parameters: 0.00163
Maximum cross-sectional dimension of the tool: 0.09 m
Cement mortar throughput: 2.3 m³ / h
Discharge energy: 50 kJ
Discharge repetition rate: 1 Hz
Number of steps: 14
Step size: 0.071 m
Discharge number per one step: 16
Time to manufacture a pile section on one step: 0.0044 h
Time to manufacture a pile section with a length of 1 m: 0.062 h.
Herstellung eines kegeligen Pfahlabschnittes mit minimalem Durchmesser 0,3 m, mit Länge 1 m und mit Kegelwinkel 14° im dichten Lehmboden durch Werkzeugbewegung von unten nach oben, wie es für Fig.3 und 4 beschrieben ist.
Abbindender Baustoff: Sandzementmörtel.
Intensitätsfaktor K der Speicherung von bleibenden Bodenverformungen: 0,07
Koeffizient χ, der von Bodenkennzahlen abhängt: 0,00302
Maximales Querschnittsmaß des Werkzeugs: 0,09 mProduction of a tapered pile section with a minimum diameter of 0.3 m, a length of 1 m and a taper angle of 14 ° in the dense clay soil by moving the tool from bottom to top, as described for FIGS. 3 and 4.
Setting building material: sand cement mortar.
Intensity factor K of the storage of permanent soil deformations: 0.07
Coefficient χ, which depends on soil parameters: 0.00302
Maximum cross-sectional dimension of the tool: 0.09 m
Energie einer Entladung: 33,34 kJ
Folgefrequenz der Entladungen: 0,18 Hz
Beanspruchung des Werkzeugs für sein Eintauchen: 1 kN Geschwindigkeit des Werkzeugeintauchens: 40 m/h
Zeit des Werkzeugeintauchens : 0,025 h
Discharge energy: 33.34 kJ
Discharge repetition rate: 0.18 Hz
Stress on the tool for its immersion: 1 kN speed of the tool immersion: 40 m / h
Tool immersion time: 0.025 h
Energie einer Entladung: 50 kJ
Folgefrequenz der Entladungen: 1 Hz
Schrittzahl: 6Discharge energy: 50 kJ
Discharge repetition rate: 1 Hz
Number of steps: 6
Sonstige Daten beinhaltet die nachstehende Tabelle.
Herstellung eines zylindrischen Pfahlabschnittes mit einem Durchmesser 0,4 m, einer Höhe 1 m in einem Pilotbohrloch mit einem Durchmesser 0,13 m und einer Tiefe 1 m, das in einem tonigen Boden ausgeführt worden ist. Den Pfahl stellte man her, wie es für Fig.1 beschrieben ist.
Abbindender Baustoff: Sandzementmörtel
Intensitätsfaktor K der Speicherung von bleibenden Bodenverformungen: 0,7
Koeffizient χ, der von Bodeneigenschaften abhängt: 0,00302 Maximales Querschnittsmaß des Werkzeugs: 0,09 m
Sandzementmörteldurchsatz: 2,02 m³/h
Energie einer Entladung: 50 kJ
Folgefrequenz der Entladungen: 1 Hz
Schrittzahl: 12
Schrittgröße: 0,087 m
Anzahl der Entladungen pro einer Schritt: 16
Herstellungszeit eines Pfahlabschnittes auf einem Schritt: 0,0044 h
Herstellungszeit eines Pfahlabschnittes mit einer Länge von 1 m: 0,062 h.Production of a cylindrical pile section with a diameter of 0.4 m, a height of 1 m in a pilot borehole with a diameter of 0.13 m and a depth of 1 m, which was carried out in a clayey soil. The pile was made as described for Fig.1.
Setting building material: sand cement mortar
Intensity factor K of the storage of permanent soil deformations: 0.7
Coefficient χ that depends on soil properties: 0.00302 Maximum cross-sectional dimension of the tool: 0.09 m
Sand cement mortar throughput: 2.02 m³ / h
Discharge energy: 50 kJ
Discharge repetition rate: 1 Hz
Number of steps: 12
Step size: 0.087 m
Number of discharges per one step: 16
Manufacturing time of a pile section on one step: 0.0044 h
Manufacturing time of a pile section with a length of 1 m: 0.062 h.
Obwohl in den beschriebenen Ausführungsvarianten der Erfindung die Herstellung eines zylindrischen und eines kegeligen Pfahls behandelt wird, versteht es sich von selbst, daß die Erfindung auch zur Herstellung von Pfählen anderer Formen, z.B. Pfählen mit abgestufter Profil (d.h. aus mehreren zylindrischen Abschnitten mit verschiedenen Durchmessern bestehenden Pfählen), die in einem Boden zweckmäßig herzustellen sind, dessen eine Schicht oder mehrere Schichten eine stark verminderte Festigkeit aufweisen, sowie von zylindrisch-kegeligen Pfählen verwendet sein kann. Außerdem kann man eine Änderung eines Pfahlradius über die Pfahllänge nicht nur durch eine Änderung der Entladungsanzahl oder der Folgefrequenz der Entladungen während der Werkzeugbewegung, sondern auch durch Energieregelung einzelner Entladungen erzielen. Man kann auch die Änderung der Energie von Entladungen mit einer Änderung ihrer Anzahl bzw. Folgefrequenz kombinieren.Although the production variants of the invention described deal with the manufacture of a cylindrical and a conical pile, it goes without saying that the invention also applies to the manufacture of piles of other shapes, e.g. Stepped profile piles (i.e. piles consisting of several cylindrical sections with different diameters), which are expedient to manufacture in a floor, the one or more layers of which have a greatly reduced strength, and which can be used by cylindrical-conical piles. In addition, a change in a pile radius over the pile length can be achieved not only by changing the number of discharges or the sequence frequency of the discharges during the tool movement, but also by regulating the energy of individual discharges. The change in the energy of discharges can also be combined with a change in their number or repetition frequency.
Die Möglichkeit, Pfähle eines beliebigen Profils in Abhängigkeit von konkreten Baustellenverhältnissen herzustellen, erlaubt die Steuerung der Trägfähigkeit eines Pfahls bei seiner Herstellung in Übereinstimmung mit physikalisch-mechanischen Bodeneigenschaften. Dank der Verankerung und der Verdichtung des Bodens um einen Pfahl herum wird eine Tragfähigkeit des Pfahls erzielt, die jene eines nach dem bekannten Verfahren hergestellten Ortpfahls um das 5- bis 6-fache übersteigt.The possibility of producing piles of any profile depending on specific construction site conditions allows the load-bearing capacity of a pile to be controlled in its manufacture in accordance with physical-mechanical soil properties. Thanks to the anchoring and the compaction of the soil around a pile, the load-bearing capacity of the pile is achieved which is 5 to 6 times greater than that of a site pile manufactured according to the known method.
Die Erfindung stellt auch eine Senkung oder, falls der Pfahl unmittelbar im Boden hergestellt wird, einen vollkommenen Wegfall des Aufwandes zum Niederbringen eines Bohrlochs sicher und ermöglicht es, auf Anwendung von Verschalungsrohren und einer Tonspülung zu verzichten, d.h. die Anzahl der Arbeitsgänge zu vermindern, wodurch die Zeit der Herstellung eines Pfahls verkürzt wird.The invention also ensures a lowering or, if the pile is made directly in the ground, a complete elimination of the effort for drilling a borehole and makes it possible to dispense with the use of casing pipes and a clay rinse, i.e. reduce the number of operations, thereby reducing the time to manufacture a pile.
Die Erfindung kann bei der Herstellung von Pfahlgründungen während dem Bau und der Rekonstruktion von Gebäuden und Ingenierbauwerken zur Anwendung kommen.The invention can be used in the manufacture of pile foundations during the construction and reconstruction of buildings and engineering structures.
Claims (10)
- A process of pile moulding by way of feeding into the pile formation zone a setting material (6),
characterized in that high-voltage discharges of electricity are induced in the material (6) fed into the pile formation zone, with the material-supply and discharge-induction zone (7) being displaced down the pile formation zone, consistent with the formation of the pile shaft, and with the total energy of discharges at a given depth of the pile formation zone being such that the diameter of the respective section of said zone is increased to suit the pile diameter specified for this depth. - A process as defined in Claim 1, characterized in that the setting material (6) is fed into a pioneer hole (1) which is used as the pile formation zone.
- A process as defined in Claim 1, characterized in that the setting material (6) is fed directly into the soil used as the pile formation zone.
- A process as defined in Claim 2 or 3, characterized in that in the event of a pile to be moulded with a radius changing with height the number of discharges is varied during the displacement of the material-supply and discharge-induction zone (7) in a manner such that at a given depth of the pile formation zone this number is directly related to the pile radius specified for this depth.
- A process as defined in Claim 2 or 3, characterized in that in the event of a pile to be moulded with a radius changing with height the discharges frequency is varied during the displacement of the material-supply and discharge-induction zone (7) in a manner such that its value at a given depth of the pile formation zone is directly related to the pile radius specified for the given depth.
- A process as defined in Claim 2, characterized in that the number of discharges, n, at a given depth of the pile formation zone is equal tor is the pile radius specified for the given depth, m,ro is the radius of the pioneer hole, m,W is the energy of one discharge at the given depth, J,K is a coefficient according for the intensity of accumulation of irreversible deformations in the soil, andχ is a coefficient accounting for the soil properties.
- A process as defined in Claim 3, characterized in that the material-supply and discharge-induction zone (7) is displaced down into the soil, with the number of discharge, n, at a given depth being equal tor is the pile radius specified for the given depth,m,W is the energy of one discharge at the given depth,J,K is a coefficient accounting for the intensity of accumulation of irreversible deformations in the soil, andχ is a coefficient accounting for the soil properties.
- A process as defined in Claim 3, characterized in that the material-supply and discharge-induction zone (7) is displaced down into the soil, and, on reaching the depth corresponding to the specified pile height, the material-supply and discharge-induction zone (7) is displaced upwards, the energy of one discharge, W₁, during the downward displacement of the material-supply and discharge-induction zone (7) being determined from the relationd is the maximum cross-sectional size of the tooling assembly assuring material supply and discharge induction, mm, andf is the soil strength coefficient according to Protodyakonov's scale,and the number of discharges, n, at a given depth during the upward displacement of said zone (7) being determined from the relationW is the energy of one discharge at the given depth during the upward displacement of the material-supply and discharge-induction zone, J,r is the pile radius specified for the given depth,mK is a coefficient accounting for the intensity of accumulation of irreversible deformations in the soil,χ is a coefficient accounting for the soil properties, andd is the maximum cross-sectional size of the tooling assembly assuring material supply and discharge induction, m
- A process as defined in Claim 4, characterized in that the event of moulding a tapered pile the material-supply and discharge-induction zone (7) is displaced with a step increment of Δ h determined from the relationsb is the permissible relative deviation from the specified pile radius;α is the specified angle of taper of the pile, andr' and r'' are the specified pile radii for the preceding and subsequent steps, respectively.
- A tooling assembly for pile moulding, comprising a pipe (3) to supply a setting material and characterized in that it contains additionally an electric discharger complete with electrodes (10 and 11) arranged coaxially and spaced apart, of which the first electrode (10) has an annular form and is mounted over an insulation rod (15) passed therethrough, while the second electrode (11) is secured to the end of this rod (15) and connected to a current-carrying rod (13) arranged inside the insulation rod (15) and connected to the central core of a coaxial cable (14) whose screen braiding is connected to the first electrode (10), with the diameter of the second electrode (11) exceeding that of the insulation rod (15), and the first electrode (10) being rigidly connected with that end of the pipe (3) which contains its discharge opening (17) so that the axis of the first electrode (10) is parallel with that of the pipe (3), and the distance between the discharge opening (17) of the pipe (3) and the second electrode (11) is not less than the interelectrode space (16).
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