EP1359257A1 - Bohrvorrichtung und Verfahren zum Erstellen einer Bohrung im Boden - Google Patents

Bohrvorrichtung und Verfahren zum Erstellen einer Bohrung im Boden Download PDF

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EP1359257A1
EP1359257A1 EP03009634A EP03009634A EP1359257A1 EP 1359257 A1 EP1359257 A1 EP 1359257A1 EP 03009634 A EP03009634 A EP 03009634A EP 03009634 A EP03009634 A EP 03009634A EP 1359257 A1 EP1359257 A1 EP 1359257A1
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EP
European Patent Office
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drill
yoke
drill strings
strings
drilling
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EP03009634A
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EP1359257B1 (de
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Erwin Dipl.-Ing. Wirtsch.-Ing. Stötzer
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Bauer Maschinen GmbH
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Bauer Maschinen GmbH
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    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E02HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02DFOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D3/00Improving or preserving soil or rock, e.g. preserving permafrost soil
    • E02D3/12Consolidating by placing solidifying or pore-filling substances in the soil
    • E02D3/126Consolidating by placing solidifying or pore-filling substances in the soil and mixing by rotating blades

Definitions

  • the invention relates to a drilling device according to the preamble of claim 1 and a method for creating a Hole in the ground according to the preamble of claim 7.
  • DE 693 31 552 T2 and US 4,909,675 are generic Drilling devices with at least three arranged side by side, drivable driveline with one each Cutting device at its bottom end and at least known to a yoke.
  • the bottom end of the middle drill string is offset from the outer drill string.
  • the drill strings are rotatably supported in the yoke and coupled with each other. These drilling devices allow a rotating drive and simultaneous lowering of the side by side arranged drill strings, which is a particularly economical Creation of a drilling wall allowed.
  • yoke This is a bar-shaped component in which the drill strings are rotatably mounted and connected together. The yoke can still have the task of any remaining material webs shear between the adjacent holes and so to participate in the crushing of the soil material.
  • the area of the drill string from the drill tip to the yoke serves the so-called preparation of the soil, i.e. the Crushing the soil material and feeding the suspension.
  • preparation of the soil i.e. the Crushing the soil material and feeding the suspension.
  • the actual cutting devices for breaking and shearing of the soil at the top of the drill string is decisive, but also the adjacent conveyor coils, which are not one insignificant shear and thus crushing effect on the Exercise soil material.
  • the curable suspension is also fed.
  • the mixing elements are arranged in the area above the yoke, which for the best possible mixing and homogenization the curable suspension with the crushed Ensure floor material.
  • the invention has for its object to provide a drilling device and a method with which holes in the ground can be created particularly economically and with high directional stability.
  • the drilling device is characterized in that that the yoke in the area of the offset middle drill string has an entanglement in the direction of the offset. So the yoke is not designed as a straight bar, but points according to the offset of the middle Drill string an angular displacement, a so-called Entanglement. This allows the yoke to be arranged relatively close to the drill bits, resulting in good stiffening of the Drilling strands leads to each other near the cutting devices which are the greatest torques on the individual drill strings attack. At the same time, however, despite the axial offset the drill strings to each other straight in the offset drill string area sufficient space for the processing area ensures which one for as uniform as possible Crushing the soil material is necessary.
  • one Conventional straight beam yoke allows the invention Entangling a complete or at least partial Compensation of the different drill string lengths in the processing area.
  • the distance between the drill bits and the yoke can be so the same despite the axial misalignment of the individual drill strings or at least be approximately balanced.
  • the arrangement according to the invention is also in drilling devices Can be used with four, five or more drill strings.
  • the offset of the middle drill string or the middle drill strings can be designed so that they are axially longer or axially longer are shorter than the outer drill strings.
  • the drilling radii the cutting devices of the adjacent drill strings overlap.
  • the distance between the center axes is the Drill strings smaller than the bore diameter of each other respective cutting device.
  • the greater the degree of overlap the more even the thickness is within the created bore wall. If not or only slightly intersecting drilling radii can, however, also be cutting inserts be formed on the yoke, which for a constant as possible Provide drilling wall width.
  • a suspension feed for a curable suspension is provided on at least one of the drill strings.
  • the suspension feed is provided on the middle drill string formed, which in particular compared to the other drill strings is set back.
  • the feed takes place via a corresponding Pumping device over the tubular one Drill string, with the exit at or near the drill bit he follows.
  • the mixing elements can Mixing or delivery paddles, which are essentially radial protrude from the drill string. These ensure that the initiated Suspension with part of the crushed soil is mixed and largely homogenized.
  • a helix is arranged on the respective drill string is, whereby a processing area is formed below the yoke is.
  • the helical conveyor spiral is used for Removing the crushed soil material from the Cutting device and for further shredding of the machined material. At the same time takes place through the feed a first mixing of the suspension, the so-called preparation the mixture of the soil material and the suspension.
  • the conveyor spiral can have any length and also from segments with different pitch and diameter be constructed.
  • a particularly compact arrangement will follow of the invention achieved in that the conveyor spiral is not has more than one pitch. Already with a half to a pitch will reliably remove the soil material as well as a desired additional crushing effect reached.
  • the method according to the invention is characterized in that that the respective preparation areas of the individual drill strings below the yoke by swiveling the yoke in the direction of the offset of the middle drill string at least partially balanced.
  • This will create a achieved particularly uniform size reduction of the soil material, which is crucial for the creation of drilling walls Represents advantage.
  • the yoke can get very close to the drill bits are arranged, resulting in good stiffening and thus high directional stability when bringing down which contributes to drilling.
  • the two outer drill strings driven in an opposite direction of rotation become.
  • the suspension feed via the middle drill string is preferred according to the invention that the two outer drill strings driven in an opposite direction of rotation.
  • the drill strands can also be used be sunk at a continuous speed.
  • a drill 1 is to be created represented by mortar columns. This is done on a vertical Mast 2, which is also in two planes to the vertical axis is pivotable, a drilling device 3 is attached. On one are 2 movable carriage 4 along the drilling mast three rotary drives 5 ', 5' ', 5' '', each of which is a drive device 6 ', 6' ', 6' ''. The three rotary drives 5 ', 5' ', 5' '' are attached to a common slide 4 and can only be moved together along the mast 2.
  • To the cutting devices 10 ', 10' ', 10' '' there are conveyor coils 11 ', 11' ', 11' '', which have at most one to three pitch heights.
  • a common guide 13 of the three drill strings Above the conveyor coils 11 ', 11' ', 11' '' of the three drill strings 7 is a common guide 13 of the three drill strings. Above the common guide 13 are on the drill strings 7 ', 7' ', 7' '' paddle or mixing elements 14 attached, which mix the drilled drillings.
  • This Mixing elements 14 have a corresponding projection to the Spill over the area of influence in each case, as it is in height are arranged one above the other. Around the effective area of the paddle or To enlarge mixing elements 14, they are in a certain Angle to the horizontal plane. So that's it possible to make a wall from overlapping mortar columns.
  • the length of the mixing area on the drill strings 7 ', 7' ', 7 '' ' has a smaller share in the total length of the Drill strings to ensure sufficient torques for the mixing of the To be able to apply soil.
  • Located above the paddle assembly a common tour 15 for the three Boring.
  • This guide 15 is movable on the three Drill strings 7 ', 7' ', 7' '' and can extend along the remaining length of the three drillstrings move.
  • the movable guide 15 has a funnel-shaped shape 16, with which they are Drilling the drill strings into a funnel-shaped receptacle 17 engages which rigidly attached to the lower end of the drilling mast 2 is. This will remove the three drill strings during the entire drilling process and can be provided by the intended Do not deviate drilling direction.
  • the suspension is fed either via the middle one Drill string 7 '' 'or over all three drill strings 7', 7 '', 7 '' '.
  • the suspension is in the area of the tips 9 ', 9' ', 9' '' fed to the drilling material.
  • the outlet openings for the suspension is located on the middle drill string 7 '' ' in its lower area. All outlet openings are against Blockage protected by drillings when drilling and located in an area protected from drilling material.
  • a rigid beam-shaped yoke 20 is provided. This points a storage area 26 for each of the three drill strings 7, in which the drill strings 7 are each rotatable and axially fixed are stored. Despite the backset of the middle drill string 7 '' 'will be sufficient space for the conveyor spiral 11 '' 'achieved according to the invention in that in a medium A region 22 of the yoke 20 is provided is.
  • the entanglement 22 consists of two angled webs, which the two outer bearing areas 26 with the middle Connect storage area 26.
  • the processing area is decisive for cutting open and crushing the soil as well for a first mixing of the crushed soil material with suspension.
  • Through the entanglement according to the invention 22 on the yoke 20 can the processing of the crushed soil in the processing area on all three drill strings 7 largely done evenly.
  • Even preparation is beneficial for creating a uniform, high quality foundation column or foundation wall.
  • Edges 24 are formed on the interlocking 22 of the yoke 20, which, according to the angulation, in a 45 Angle to the drill string axis. This angled arrangement the edges 24 are for shearing off remaining webs of soil material between the adjacent holes advantageous. Angling the edges 24 facilitates shearing remaining webs and thus relieved overall bringing down the drilling device.
  • the one shown only partially closes Mixing area, which consists of an arrangement of paddle-shaped Mixing elements on the drillstrings 7.
  • Mixing area which consists of an arrangement of paddle-shaped Mixing elements on the drillstrings 7.
  • To the Compensation of the entanglement 22 on the yoke 20 are on the two outer drill strings 7 ', 7' 'immediately after the yoke 20 each has an additional conveyor helix 19 ', 19' ' trained with about a pitch.
  • the lower part of the drilling device with the yoke 20 and the lower ends of each Drill strings 7 can be formed as a separate part, which via a schematically illustrated shaft-hub connection 28 axially pushed onto the drill strings 7 and can be connected to them in a rotationally fixed manner.
  • the illustrated invention is a method to create an overcut bored pile wall, for example from mortar columns.
  • a pre-digging trench created.
  • predefined depth drilled which is roughly the length of the Conveying helix 11 ', 11' ', 11' '' and the one with mixing elements 14 occupied part of the drill strings 7 ', 7' ', 7' '' oriented.
  • the Drilling is done in such a way that no soil is extracted becomes.
  • the top of the three drill strings or just at the top of the middle one Drill string 7 '' 'suspension added and the drilling device 3 while rotating the drill strings 7 ', 7' ', 7' 'and subsequently drilled again to the specified depth.
  • the Suspension is a water-binder mixture, that is self-curing. This process is repeated several times repeated until the suspension liquefies the soil. there just as much suspension is added as in the pore volume of the soil can be absorbed. The mixing process is like this continued for a long time until suspension emerges in the pre-ditch.
  • This procedure is used in the following depth ranges repeated until the desired final depth is reached. It is a continuous drilling and mixing process. When pulling the drill pipe, sand or another can Material is blown in to a special strength to reach the foundation pillar.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Bohrvorrichtung und ein Verfahren zum Erstellen einer Bohrung im Boden, welche durch drehendes Antreiben und gleichzeitiges Absenken von mindestens drei nebeneinander angeordneten Bohrsträngen (7) mit jeweils einer Schneideinrichtung (10) in den Boden eingebracht wird. Das bodenseitige Ende des mittleren Bohrstranges (7''') ist mit einem Versatz zu den äußeren Bohrsträngen (7',7'') angeordnet. Die Bohrstränge sind über ein Joch (20) miteinander gekoppelt, in welchem die Bohrstränge drehbar gelagert sind. Das Joch weist im Bereich des versetzten mittleren Bohrstranges eine Verschränkung (22) in Richtung des Versatzes auf. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Bohrvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Erstellen einer Bohrung im Boden gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 7.
Im Tiefbau ist die Errichtung von Umschließungswänden oder Gründungselementen im Boden bekannt, bei welchen im Boden nebeneinanderliegende Bohrungen eingebracht werden, welche zusammen einen schlitzförmigen Bohrraum bilden. Dieser wird in der Regel gleichzeitig mit dem Niederbringen der Bohrung mit einer aushärtbaren Suspension verfüllt. Diese Suspension wird zumindest mit einem Teil des zerkleinerten Bodenmaterials vermischt, wobei diese Materialmischung im ausgehärteten Zustand die Umschließungswand bzw. das Gründungselement im Boden bildet.
Aus der DE 693 31 552 T2 und der US 4,909,675 sind gattungsgemäße Bohrvorrichtungen mit mindestens drei nebeneinander angeordneten, drehend antreibbaren Bohrsträngen mit jeweils einer Schneideinrichtung an ihrem bodenseitigen Ende und mindestens einem Joch bekannt. Das bodenseitige Ende des mittleren Bohrstranges ist mit einem Versatz zu den äußeren Bohrsträngen angeordnet. In dem Joch sind die Bohrstränge drehbar gelagert und miteinander gekoppelt. Diese Bohrvorrichtungen erlauben ein rotierendes Antreiben und gleichzeitiges Absenken der nebeneinander angeordneten Bohrstränge, was ein besonders wirtschaftliches Erstellen einer Bohrwand erlaubt.
Für eine durchgehende Bohrwand ist es in der Regel erforderlich, dass sich die Bohrradien der angrenzenden Bohrstränge überschneiden. Um eine Kollision der einzelnen Schneideinrichtungen der Bohrstränge zu vermeiden, müssen die Schneideinrichtungen der einzelnen Bohrstränge axial zueinander versetzt angeordnet werden. Weiterhin ist es gerade bei größeren Bohrtiefen erforderlich, dass die einzelnen Bohrstränge in ihrem unteren Bereich miteinander gekoppelt und so versteift werden. Dies geschieht üblicherweise durch ein sogenanntes Joch. Dies ist ein balkenförmiges Bauteil, in welchem die Bohrstränge drehbar gelagert und miteinander verbunden sind. Das Joch kann weiterhin die Aufgabe haben, eventuell verbliebene Bodenmaterialstege zwischen den angrenzenden Bohrungen zusätzlich abzuscheren und so bei der Zerkleinerung des Bodenmaterials mitzuwirken.
Der Bereich der Bohrstränge von der Bohrspitze bis zum Joch dient dabei der sogenannten Aufbereitung des Bodens, d.h. dem Zerkleinern des Bodenmaterials und der Zuführung der Suspension. Für das Zerkleinern des Bodenmaterials sind dabei nicht nur die eigentlichen Schneideinrichtungen zum Brechen und Abscheren des Bodens an der Spitze der Bohrstränge maßgeblich, sondern auch die angrenzenden Förderwendeln, welche eine nicht unerhebliche Scher- und damit Zerkleinerungswirkung auf das Bodenmaterial ausüben. In diesem Bereich unterhalb des Jochs wird auch die aushärtbare Suspension zugeführt.
In dem Bereich oberhalb des Jochs sind die Mischelemente angeordnet, welche für eine möglichst gute Vermischung und Homogenisierung der aushärtbaren Suspension mit dem zerkleinerten Bodenmaterial sorgen.
Um eine hochqualitative Bohrwand zu erstellen, ist in dem sogenannten Aufbereitungsbereich der Bohrvorrichtung eine möglichst gleichmäßige Zerkleinerung des Bodenmateriales von entscheidender Bedeutung. Um eine möglichst gleichmäßige Zerkleinerung des Bodenmateriales durch alle drei Bohrstränge im Aufbereitungsbereich zu gewährleisten, muss zwischen den axial zueinander versetzten Bohrspitzen und dem Joch ein ausreichender Platz verbleiben. Andererseits ist es für eine gute Versteifung und damit für einen höheren Bohrfortschritt vorteilhaft, wenn das Versteifungsjoch möglich nahe an den Bohrspitzen angeordnet ist.
Eine weitere Vorrichtung und ein Verfahren zum Erstellen von Bohrungen sind aus der DE 42 19 150 C1 bekannt. Bei diesem bekannten Verfahren wird eine Bohrschnecke korkenzieherartig in das Erdreich eingedreht. Ab einer bestimmten Tiefe wird der Vortrieb der Bohrschnecke gestoppt, wobei die Bohrschnecke jedoch weiter drehend angetrieben wird. Hierdurch erfolgt ein Abscheren und Zerkleinern des Bodens. Das zerkleinerte Bodenmaterial wird entlang der Förderschnecke in einen oberen Bereich innerhalb des Bohrloches gefördert, wobei das gleichzeitige Zuführen einer aushärtbaren Suspension diese mit dem zerkleinerten Bodenmaterial vermischt wird. Durch diese Mischung entsteht ein zylindermantelförmiger Filterkuchen um die Bohrungswandung herum. Dieser dient als ein zylinderförmiger Stützmantel, mit welchem die Eigenschaften der erstellten Gründungssäulen hinsichtlich Festigkeit und Tragfähigkeit verbessert werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Bohrvorrichtung und ein Verfahren zu schaffen, mit welchen Bohrungen im Boden besonders wirtschaftlich und mit hoher Richtungsstabilität erstellt werden können.
Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 7 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den jeweils abhängigen Ansprüchen angegeben.
Die erfindungsgemäße Bohrvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Joch im Bereich des versetzten mittleren Bohrstranges eine Verschränkung in Richtung des Versatzes aufweist. Das Joch ist also nicht als ein gerader Balken ausgebildet, sondern weist entsprechend dem Versatz des mittleren Bohrstranges eine winkelförmige Versetzung, eine sogenannte Verschränkung auf. Dies erlaubt die Anordnung des Joches relativ nah an den Bohrspitzen, was zu einer guten Versteifung der Bohrstränge zueinander nahe der Schneideinrichtungen führt, an welchen die größten Drehmomente an den einzelnen Bohrsträngen angreifen. Gleichzeitig wird aber trotz des axialen Versatzes der Bohrstränge zueinander gerade in dem versetzten Bohrstrangbereich ein ausreichender Platz für den Aufbereitungsbereich gewährleistet, welcher für ein möglichst gleichmäßiges Zerkleinern des Bodenmateriales notwendig ist. Gegenüber einem herkömmlichen geraden Balkenjoch erlaubt die erfindungsgemäße Verschränkung einen vollständigen oder zumindest teilweisen Ausgleich der unterschiedlichen Bohrstranglängen im Aufbereitungsbereich. Der Abstand der Bohrspitzen zum Joch kann so trotz des axialen Versatzes der einzelnen Bohrstränge gleich oder zumindest annähernd ausgeglichen ausgebildet werden.
Aufgrund der ausgeglicheneren Arbeitslängen der Bohrstrang im Aufbereitungsbereich unterhalb des Jochs wird auch die Drehmomentbelastung und der Werkzeugverschleiß an den einzelnen Bohrsträngen vergleichmäßigt, was sich positiv auf den Wartungsaufwand auswirkt.
Die erfindungsgemäße Anordnung ist auch bei Bohrvorrichtungen mit vier, fünf oder mehr Bohrsträngen einsetzbar. Der Versatz des mittleren Bohrstranges oder der mittleren Bohrstränge kann dabei so ausgebildet sein, dass diese axial länger oder axial kürzer als die äußeren Bohrstränge sind.
Nach der Erfindung ist es bevorzugt, dass sich die Bohrradien der Schneideinrichtungen der einander angrenzenden Bohrstränge überschneiden. Dabei ist der Abstand der Mittenachsen der Bohrstränge zueinander kleiner als der Bohrungsdurchmesser der jeweiligen Schneideinrichtung. Je größer der Grad der Überschneidung, umso gleichmäßiger ist der Dickenverlauf innerhalb der erstellten Bohrungswand. Bei nicht oder nur geringfügig überschneidenden Bohrradien können jedoch auch Schneidplatten an dem Joch ausgebildet sein, welche für eine möglichst konstante Bohrwandbreite sorgen.
Für eine besonders wirtschaftliche Erstellung von Bohrwänden oder Gründungselementen ist es nach der Erfindung vorteilhaft, dass eine Suspensionszuführung für eine aushärtbare Suspension an mindestens einem der Bohrstränge vorgesehen ist. Vorzugsweise ist die Suspensionszuführung am mittleren Bohrstrang ausgebildet, welcher gegenüber den anderen Bohrsträngen insbesondere rückversetzt ist. Die Zuführung erfolgt über eine entsprechende Pumpeinrichtung über den rohrförmig ausgebildeten Bohrstrang, wobei der Austritt an oder in der Nähe der Bohrspitze erfolgt.
Nach der Erfindung ist es weiterhin bevorzugt, dass oberhalb des Jochs entlang der Bohrstränge Mischelemente zum Bilden eines Mischbereiches angeordnet sind. Die Mischelemente können Misch- oder Förderpaddel sein, welche im Wesentlichen radial von dem Bohrstrang abstehen. Diese sorgen dafür, dass die eingeleitete Suspension mit einem Teil des zerkleinerten Bodenmaterials vermengt und weitgehend homogenisiert wird.
Für eine möglichst gute Zerkleinerung des Bodenmaterials ist es erfindungsgemäß, dass im Anschluss an die Schneideinrichtung eine Förderwendel an dem jeweiligen Bohrstrang angeordnet ist, wodurch ein Aufbereitungsbereich unterhalb des Jochs gebildet ist. Die schneckenförmige Förderwendel dient dabei zum Abtransportieren des zerkleinerten Bodenmateriales von der Schneideinrichtung sowie zu einer weiteren Zerkleinerung des abgespanten Materials. Gleichzeitig erfolgt durch die Zuführung der Suspension ein erstes Vermischen, das sogenannte Aufbereiten der Mischung aus dem Bodenmaterial und der Suspension.
Die Förderwendel kann eine beliebige Länge aufweisen und auch aus Segmenten mit unterschiedlicher Steigung und Durchmesser aufgebaut sein. Eine besonders kompakte Anordnung wird nach der Erfindung dadurch erreicht, dass die Förderwendel nicht mehr als eine Ganghöhe aufweist. Bereits mit einer halben bis einer Ganghöhe wird ein zuverlässiger Abtransport des Bodenmaterials sowie ein gewünschter zusätzlicher Zerkleinerungseffekt erreicht.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass die jeweiligen Aufbereitungsbereiche der einzelnen Bohrstränge unterhalb des Jochs durch eine Verschwenkung des Jochs in Richtung des Versatzes des mittleren Bohrstranges zumindest teilweise zueinander ausgeglichen werden. Hierdurch wird eine besonders gleichmäßige Zerkleinerung des Bodenmaterials erreicht, was für die Erstellung von Bohrwänden einen maßgeblichen Vorteil darstellt. Gleichzeitig kann das Joch sehr nah an den Bohrspitzen angeordnet werden, was zu einer guten Versteifung und damit einer hohen Richtungsstabilität beim Niederbringen der Bohrungen beiträgt.
Zur Erstellung von Bohrwänden mit einer möglichst gleichmäßigen Bohrwandbreite ist es erfindungsgemäß, dass die durch die Bohrstränge erstellten Bohrungen sich überschneiden.
Weiterhin ist es nach der Erfindung vorgesehen, dass in dem Aufbereitungsbereich unterhalb des Jochs Bodenmaterial zerkleinert wird und dass in einem Mischbereich oberhalb des Jochs mittels Mischelementen das zerkleinerte Bodenmaterial mit zugeführter Suspension vermengt wird. Das Joch stellt dabei die Trennung zwischen dem unteren Aufbereitungsbereich, welcher für die Zerkleinerung des Bodenmaterials maßgeblich ist, und dem Mischbereich dar, in welchem die Materialmischung eingestellt und homogenisiert wird.
Zur Kompensation der Drehmomenteinwirkung auf die Bohrvorrichtung ist es erfindungsgemäß, dass die beiden äußeren Bohrstränge in einer entgegengesetzten Drehrichtung angetrieben werden. Zur Erstellung einer möglichst homogenen Bohrwandmasse ist es erfindungsgemäß bevorzugt, dass die Suspensionszuführung über den mittleren Bohrstrang erfolgt.
Weiter ist es erfindungsgemäß, dass beim Ziehen der Bohrstränge Sand oder ein anderes Material in die Bohrung eingeblasen wird. Es kann sich hierbei um ein feinkörniges oder anderes, die Festigkeit der Säulen erhöhendes Material handeln, dessen Zuführung während des Mischvorganges und der Ausbildung der speziellen Auskleidung der Bohrungswand nicht erwünscht ist. Das Einblasen kann über einen der Bohrstränge, insbesondere über den zur Suspensionszuführung vorgesehenen Bohrstrang, erfolgen.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren können die Bohrstränge mit einer kontinuierlichen Geschwindigkeit abgeteuft werden. Zur Verbesserung der Konsistenz der aushärtbaren Suspension zur Bildung der Gründungselemente ist es nach der Erfindung vorteilhaft, dass zum Vermischen die Bohrstränge in bestimmten Zeitabschnitten nach oben verfahren und wieder abgesenkt werden. Während der Zeitperioden des Abteufens kann dies jedoch in gleichmäßiger und kontinuierlicher Weise erfolgen, wobei hierbei durch die spezielle erfindungsgemäße Anordnung der Bohrvorrichtung bereits eine Vermischung des zerkleinerten Bodenmaterials erfolgen kann.
Die Erfindung sowie die sich hieraus ergebenden Vorteile werden im Zusammenhang mit bevorzugten Ausführungsbeispielen näher erläutert, welche schematisch in den beigefügten Zeichnungen dargestellt ist. In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1
eine schematische Teilvorderansicht eines erfindungsgemäßen Bohrgerätes;
Fig. 2
eine Seitenansicht des erfindungsgemäßen Bohrgerätes einschließlich einer zugehörigen Transporteinrichtung und
Fig. 3
eine vergrößerte Detailansicht einer erfindungsgemäßen Bohrvorrichtung mit dem verschränkten Joch.
Gemäß den Figuren 1 und 2 ist ein Bohrgerät 1 zur Erstellung von Mörtelsäulen dargestellt. Dabei wird an einem senkrechten Mast 2, der auch in zwei Ebenen zur vertikalen Achse verschwenkbar ist, eine Bohrvorrichtung 3 angebracht. Auf einem längs des Bohrmastes 2 beweglichen Schlitten 4 befinden sich drei Drehantriebe 5', 5'', 5''', welche jeweils eine Antriebseinrichtung 6', 6'', 6''' besitzen. Die drei Drehantriebe 5', 5'', 5''' sind auf einem gemeinsamen Schlitten 4 befestigt und können nur gemeinsam längs des Mastes 2 bewegt werden.
An jeder Abtriebseinrichung 6', 6'', 6''' ist ein Bohrstrang 7', 7'', 7''' angeordnet. Bei diesen Bohrsträngen 7', 7'', 7''' handelt es sich im Wesentlichen um rohrförmige Bauteile, welche an ihren unteren, dem angedeuteten Bohrloch 8 zugewandten Enden Bohrspitzen 9', 9'', 9''' sowie jeweils eine Schneideinrichtung 10', 10'', 10''' zum Aufschneiden des Erdreichs aufweisen. An die Schneideinrichtungen 10', 10'', 10''' schließen sich Förderwendeln 11', 11'', 11''' an, welche höchstens ein bis drei Ganghöhen besitzen. Dabei übergreifen die Bohrwendeln 11', 11'' der beiden Bohrstränge 7', 7'' im voreilenden Bereich den mittleren Bohrstrang 7''' fast vollständig. In Höhe der Förderwendel 10''' des mittleren Bohrstranges 7''' haben die beiden äußeren Bohrstränge 7', 7'' eine Wendel mit einem geringeren Außendurchmesser. Diese dienen zum Abtransport des Bohrgutes aus dem Schneidbereich der Schneideinrichtung 10', 10''. Da sich die beiden äußeren Bohrstränge 7', 7'' in entgegengesetztem Sinne drehen, haben auch die Förderwendeln 10', 10'' einen entgegengesetzten Drehsinn.
Oberhalb der Förderwendeln 11', 11'', 11'''der drei Bohrstränge 7 befindet sich eine gemeinsame Führung 13 der drei Bohrstränge. Oberhalb der gemeinsamen Führung 13 sind an den Bohrsträngen 7', 7'', 7''' Paddel- oder Mischelemente 14 angebracht, welche das abgebohrte Bohrgut durchmischen. Diese Mischelemente 14 haben eine entsprechende Ausladung, um den Einwirkungsbereich jeweils zu übergreifen, da sie höhenmäßig übereinander angeordnet sind. Um den Wirkbereich der Paddeloder Mischelemente 14 zu vergrößern, sind sie in einem bestimmten Winkel zur Horizontalebene angeordnet. Damit ist es möglich, eine Wand aus überschnittenen Mörtelsäulen herzustellen.
Die Länge des Mischbereiches auf den Bohrsträngen 7', 7'', 7''' besitzt einen kleineren Anteil an der Gesamtlänge der Bohrstränge, um genügend Drehmomente für die Durchmischung des Bodens aufbringen zu können. Oberhalb der Paddelanordnung befindet sich wiederum eine gemeinsame Führung 15 für die drei Bohrstangen. Diese Führung 15 sitzt beweglich auf den drei Bohrsträngen 7', 7'', 7''' und kann sich entlang der Restlänge der drei Bohrstränge bewegen. Die bewegliche Führung 15 besitzt eine trichterförmige Ausformung 16, mit welcher sie beim Abbohren der Bohrstränge in eine trichterförmige Aufnahme 17 eingreift, welche starr am unteren Ende des Bohrmastes 2 befestigt ist. Dadurch werden die drei Bohrstränge während des gesamten Abbohrvorganges geführt und können von der vorgesehenen Bohrrichtung nicht abweichen.
Die Zuführung der Suspension erfolgt entweder über den mittleren Bohrstrang 7''' oder über alle drei Bohrstränge 7', 7'', 7'''. Die Suspension wird dabei jeweils im Bereich der Spitzen 9', 9'',9''' dem Bohrgut zugeführt. Die Austrittsöffnungen für die Suspension befinden sich an dem mittleren Bohrstrang 7''' in dessen unterem Bereich. Alle Austrittsöffnungen sind gegen Verstopfung durch Bohrgut beim Abbohren geschützt und befinden sich in einem vor Bohrgut geschütztem Bereich.
Gemäß der vergrößerten Detaildarstellung von Fig. 3 ist die versetzte Anordnung des mittleren Bohrstranges 7''' gegenüber den beiden äußeren Bohrsträngen 7', 7'' näher dargestellt. Alle drei Bohrstränge 7 weisen eine gleich ausgebildete Schneideinrichtung 9 an ihrem bodenseitigen Ende sowie eine sich daran anschließende Förderwendel 11 mit etwa einer Ganghöhe auf. Aufgrund der überschneidenden Anordnung der Bohrradien ist der mittlere Bohrstrang 7''' um etwa eine Ganghöhe der Förderwendel 11 rückversetzt. Auf gleicher Höhe zu der Förderwendel 11''' des mittleren Bohrstranges 7''' sind an den beiden äußeren Bohrsträngen 7', 7'' jeweils eine durchmesserkleinere Förderwendel 18'' angeordnet, welche einen kollisionsfreien Rotationsantrieb zwischen den einzelnen Bohrsträngen 7 erlauben.
Zur Versteifung der Anordnung der drei Bohrstränge 7 möglichst nahe an den Schneidkraft beaufschlagten Bohrstrangenden ist ein starres balkenförmiges Joch 20 vorgesehen. Dieses weist für die drei Bohrstränge 7 jeweils einen Lagerbereich 26 auf, in welchen die Bohrstränge 7 jeweils drehbar und axial fest gelagert sind. Trotz des Rückversatzes des mittleren Bohrstranges 7''' wird ein ausreichender Raum für die Förderwendel 11''' erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass in einem mittleren Bereich des Joches 20 eine Verschränkung 22 vorgesehen ist. Die Verschränkung 22 besteht aus zwei angewinkelten Stegen, welche die beiden äußeren Lagerbereiche 26 mit dem mittleren Lagerbereich 26 verbinden. Auf diese Weise sind die eigentlichen Arbeitsbereiche der Bohrstränge 7 unterhalb des Jochs 20, welche den sogenannten Aufbereitungsbereich bilden, zumindest annähernd ausgeglichen. Der Aufbereitungsbereich ist maßgeblich für das Aufschneiden und Zerkleinern des Bodens sowie für eine erste Durchmischung des zerkleinerten Bodenmaterials mit Suspension. Durch die erfindungsgemäße Verschränkung 22 an dem Joch 20 kann die Aufbereitung des zerkleinerten Bodens in dem Aufbereitungsbereich an allen drei Bohrsträngen 7 weitgehend gleichmäßig erfolgen. Eine gleichmäßige Aufbereitung ist vorteilhaft für das Herstellen einer gleichmäßigen, hochqualitativen Gründungssäule oder Gründungswand. Zudem wird durch die Erfindung eine gleichmäßigere Drehmomentbelastung an allen drei Bohrsträngen sowie ein gleichmäßiger Werkzeugverschleiß erreicht.
An der Verschränkung 22 des Jochs 20 sind Kanten 24 ausgebildet, welche entsprechend der Anwinkelung etwa in einem 45 Winkel zur Bohrstrangachse verlaufen. Diese gewinkelte Anordnung der Kanten 24 ist für ein Abscheren verbliebener Bodenmaterialstege zwischen den nebeneinander liegenden Bohrungen vorteilhaft. Die Anwinkelung der Kanten 24 erleichtert das Abscheren verbliebener Bodenstege und erleichtert somit insgesamt das Niederbringen der Bohrvorrichtung.
Oberhalb des Jochs 20 schließt sich der nur teilweise dargestellte Mischbereich an, welcher aus einer Anordnung von paddelförmigen Mischelementen an den Bohrsträngen 7 besteht. Zum Ausgleich der Verschränkung 22 am Joch 20 sind an den beiden äußeren Bohrsträngen 7', 7'' noch unmittelbar im Anschluss an das Joch 20 jeweils eine zusätzliche Förderwendel 19', 19'' mit etwa einer Ganghöhe ausgebildet. Der untere Teil der Bohrvorrichtung mit dem Joch 20 und den unteren Enden der einzelnen Bohrstränge 7 kann als ein separates Teil ausgebildet werden, welches über eine schematisch dargestellte Wellen-Nabenverbindung 28 axial auf die Bohrstränge 7 aufgeschoben und drehfest mit diesen verbunden werden kann.
Bei der dargestellten Erfindung handelt es sich um ein Verfahren zur Erstellung einer überschnittenen Bohrpfahlwand, beispielsweise aus Mörtelsäulen. Zunächst wird ein Voraushubgraben erstellt. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird eine vorgegebene Tiefe abgebohrt, die sich in etwa an der Länge der Förderwendel 11', 11'', 11''' und dem mit Mischelementen 14 besetzten Teil der Bohrstränge 7', 7'', 7''' orientiert. Das Abbohren geschieht in der Weise, dass kein Boden gefördert wird. Gleichzeitig oder nachfolgend wird an den Spitzen der drei Bohrstränge oder auch nur an der Spitze des mittleren Bohrstranges 7''' Suspension zugegeben und die Bohrvorrichtung 3 unter Drehen der Bohrstränge 7', 7'', 7'' gezogen und nachfolgend wieder bis zur vorgegebenen Tiefe abgebohrt. Bei der Suspension handelt es sich um ein Wasser-Bindemittel-Gemisch, das selbstaushärtend ist. Dieser Vorgang wird mehrmals so oft wiederholt, bis die Suspension den Boden verflüssigt. Dabei wird gerade so viel Suspension zugegeben, als im Porenvolumen des Bodens aufgenommen werden kann. Der Mischvorgang wird so lange fortgesetzt, bis Suspension im Voraushubgraben austritt.
Diese Vorgehensweise wird bei den nachfolgenden Tiefenbereichen wiederholt, bis die gewünschte Endtiefe erreicht ist. Es handelt sich dabei um einen kontinuierlichen Bohr- und Mischvorgang. Beim Ziehen des Bohrgestänges kann Sand oder ein anderes Material eingeblasen werden, um eine spezielle Festigkeit der Gründungssäule zu erreichen.

Claims (13)

  1. Bohrvorrichtung mit mindestens drei nebeneinander angeordneten, drehend antreibbaren Bohrsträngen (7) mit jeweils einer Schneideinrichtung (10) an ihrem bodenseitigen Ende, wobei das bodenseitige Ende eines mittleren Bohrstranges (7''') mit einem Versatz zu den äußeren Bohrsträngen (7', 7'') angeordnet ist, und mit mindestens einem Joch (20), in welchem die Bohrstränge (7) drehbar gelagert und miteinander gekoppelt sind,
    dadurch gekennzeichnet, dass das Joch (20) im Bereich des versetzten mittleren Bohrstranges (7''') eine Verschränkung (22) in Richtung des Versatzes aufweist.
  2. Bohrvorrichtung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass sich die Bohrradien der Schneideinrichtungen (10) der einander angrenzenden Bohrstränge (7) überschneiden.
  3. Bohrvorrichtung nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass eine Suspensionszuführung für eine aushärtbare Suspension an mindestens einem der Bohrstränge (7) vorgesehen ist.
  4. Bohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass oberhalb des Jochs (20) entlang der Bohrstränge (7) Mischelemente (14) zum Bilden eines Mischbereiches angeordnet sind.
  5. Bohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet, dass im Anschluss an die Schneideinrichtung (10) eine Förderwendel (11) an dem jeweiligen Bohrstrang (7) angeordnet ist, wodurch ein Aufbereitungsbereich unterhalb des Jochs (20) gebildet ist.
  6. Bohrvorrichtung nach Anspruch 5,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Förderwendel (11) nicht mehr als eine Ganghöhe aufweist.
  7. Verfahren zum Erstellen einer Bohrung im Boden, welche durch drehendes Antreiben und gleichzeitiges Absenken von mindestens drei nebeneinander angeordneten Bohrsträngen (7) mit jeweils einer Schneideinrichtung (10) an deren bodenseitigem Ende in den Boden eingebracht wird, wobei das bodenseitige Ende eines mittleren Bohrstranges (7''') mit einem Versatz zu den äußeren Bohrsträngen (7', 7'') angeordnet ist, und die Bohrstränge (7) über mindestens ein Joch (20) miteinander gekoppelt werden, in welchem die Bohrstränge (7) drehbar gelagert sind,
    dadurch gekennzeichnet, dass die jeweiligen Aufbereitungsbereiche entlang der einzelnen Bohrstränge (7) unterhalb des Jochs (20) durch eine Verschränkung (22) des Jochs (20) in Richtung des Versatzes des mittleren Bohrstranges (7''') zumindest teilweise zueinander ausgeglichen werden.
  8. Verfahren nach Anspruch 7,
    dadurch gekennzeichnet, dass die durch die Bohrstränge (7) erstellten Bohrungen sich überschneiden.
  9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8,
    dadurch gekennzeichnet, dass in dem Aufbereitungsbereich unterhalb des Jochs (20) Bodenmaterial zerkleinert wird und
    dass in einem Mischbereich oberhalb des Jochs (20) mittels Mischelementen (14) das zerkleinerte Bodenmaterial mit zugeführter Suspension vermengt wird.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9,
    dadurch gekennzeichnet, dass die beiden äußeren Bohrstränge (7', 7'') in einer entgegengesetzten Drehrichtung angetrieben werden.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Suspensionszuführung über den mittleren Bohrstrang (7''') erfolgt.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 11,
    dadurch gekennzeichnet, dass zum Vermischen die Bohrstränge (7) in bestimmten Zeitabständen nach oben verfahren und wieder abgesenkt werden.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 12,
    dadurch gekennzeichnet, dass beim Ziehen der Bohrstränge (7) Sand oder ein anderes Material in die Bohrung eingeblasen wird.
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