EP2133507B1 - Bohrvorrichtung und Bohrverfahren - Google Patents

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EP2133507B1
EP2133507B1 EP08010846A EP08010846A EP2133507B1 EP 2133507 B1 EP2133507 B1 EP 2133507B1 EP 08010846 A EP08010846 A EP 08010846A EP 08010846 A EP08010846 A EP 08010846A EP 2133507 B1 EP2133507 B1 EP 2133507B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
drilling
extension
drive
screw auger
continuous screw
Prior art date
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Not-in-force
Application number
EP08010846A
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English (en)
French (fr)
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EP2133507A1 (de
Inventor
Erwin Emil Stötzer
Werner Josef Harthauser
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Bauer Maschinen GmbH
Original Assignee
Bauer Maschinen GmbH
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Filing date
Publication date
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Application filed by Bauer Maschinen GmbH filed Critical Bauer Maschinen GmbH
Priority to AT08010846T priority patent/ATE501337T1/de
Priority to PT08010846T priority patent/PT2133507E/pt
Priority to DE502008002811T priority patent/DE502008002811D1/de
Priority to PL08010846T priority patent/PL2133507T3/pl
Priority to ES08010846T priority patent/ES2359754T3/es
Priority to SG200903730-0A priority patent/SG158018A1/en
Priority to MX2009005858A priority patent/MX2009005858A/es
Priority to US12/457,343 priority patent/US8322458B2/en
Priority to CN2009101493895A priority patent/CN101603411B/zh
Priority to JP2009142209A priority patent/JP4980394B2/ja
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B7/00—Special methods or apparatus for drilling
    • E21B7/26—Drilling without earth removal, e.g. with self-propelled burrowing devices
    • E21B7/265—Combined with earth removal
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D5/00—Bulkheads, piles, or other structural elements specially adapted to foundation engineering
    • E02D5/22—Piles
    • E02D5/34—Concrete or concrete-like piles cast in position ; Apparatus for making same
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B7/00—Special methods or apparatus for drilling
    • E21B7/003—Drilling with mechanical conveying means
    • E21B7/005—Drilling with mechanical conveying means with helical conveying means

Definitions

  • the invention relates to a drilling device with a mast, a drill drive displaceably mounted thereon and a drilling element which is rotationally driven by the drill drive and movable along the mast, wherein the drilling element has an endless screw drill, which is arranged below the drill drive, and an extension which is connected to the endless screw drill and extends up through the drill drive.
  • the invention relates to a drilling method in which a drilling element is rotationally driven by means of a drilling drive and moved along a mast, wherein the drilling element comprises an endless screw drill, which is arranged below the drill drive, and an extension which is connected to the endless screw drill and after extends up through the drill drive.
  • endless screw drills For the preparation of boreholes and in particular for the production of foundation piles, the use of so-called endless screw drills has long been known.
  • an endless screw drill a drill spiral is arranged along the entire length of the drill rod, through which excavated soil material is conveyed by the rotational movement out of the borehole out to the surface.
  • an endless screw drill is driven by a drill drive through which the endless screw drill is also moved in the drilling direction along a usually vertically erected mast.
  • the hole depth is limited by the length of the endless auger and the height of the mast.
  • EP 0 228 138 A2 describes a positive displacement drill with a auger and a displacer head, which is arranged above the auger.
  • a soil displacement and compacting auger which has a central shaft with soil displacement rollers thereon.
  • the invention has for its object to provide a drilling device and a drill driving, with which boreholes can be produced by means of endless screw augers also over the length of the endless screw auger out efficiently and in good quality.
  • the drilling device according to the invention is characterized in that a displacer head is arranged between the endless screw auger and the extension.
  • the upwardly conveyed soil material is displaced laterally into the borehole wall directly above the endless auger borer by the displacer head.
  • the soil material is laterally displaced by the displacer head, wherein the borehole wall is compressed in a positive manner and additionally stabilized. This improves the stability and quality of the borehole and actively counteracts penetration of the borehole.
  • the boring device according to the invention over the length of the endless screw auger out the hole can be sunk in one go, until the end of the extension is reached. This significantly speeds up the creation of a wellbore with greater depths and also reduces the amount of excavation to be removed.
  • the extension can be designed as desired.
  • the extension may be a telescopic rod or a rod composed of several segments.
  • the extension is designed as a Kelly bar with entrainment strips on its outer side.
  • the entrainment on the outside of the usually one-piece rod are in operative connection with corresponding drivers of a driven device of the drill drive to transmit torque from the drill drive to the extension.
  • the entrainment strips are arranged parallel to the drilling axis, so that they allow axial displaceability through the annular drive drill.
  • locking pockets can be provided with transversely directed strip portions.
  • the length of the endless screw auger corresponds approximately to the length of the mast or a maximum travel of the drill drive. In this way, first the maximum stroke of the drill drive, which is displaceable along the mast, be exploited. In this way, first, a wellbore having a depth corresponding to the length of the endless screwdriver can be efficiently created.
  • the endless screw drill and / or the extension has a hollow core tube.
  • contents in particular a curable suspension, such as concrete, can be introduced immediately after drilling the hole through the drilling element.
  • one or more outlet openings are provided at the lower end of the endless screw auger.
  • Various displacement heads can be used on the drilling element according to the invention.
  • rotationally symmetrical displacement heads, eccentric displacement heads or other displacer heads between the extension and the endless screw drill can be used for the drilling axis.
  • the displacer head has a cylindrical displacer portion, whose diameter corresponds approximately to the bore diameter.
  • the bore diameter is determined by the outer diameter of the drill helices on the endless screw drill or by corresponding radial cutting edges at the lower end of the endless screw auger.
  • the displacer section may be slightly smaller or larger than this drill diameter, depending on the soil properties. An equal diameter is advantageous because it facilitates both retraction of the displacer head into the wellbore and extraction of the auger bit from the wellbore.
  • the displacer head has a lower cone section whose diameter widens upwards from the diameter of a center tube of the endless auger to the diameter of the displacer section. In this way, a gradual incorporation of the promoted up to the displacer head soil material can be achieved in the borehole wall. Also, the insertion of the displacer head is facilitated in the borehole.
  • a lower helix is arranged on the lower cone section, through which soil material can be conveyed upwards to the displacer section during drilling.
  • This lower helix thus extends on the conical outer surface of the displacer section and has the same conveying direction of the conveying helix of the endless screw auger.
  • the displacer head has an upper cone section whose diameter tapers from the diameter of the displacer section upwards for extension. This arrangement allows that even from the top up the displacer falling material can be passed into the displacement zone of the displacer.
  • an upper coil is arranged at the upper cone section, through which soil material can be conveyed downwards to the displacement section during drilling.
  • this helix has a reverse pitch compared to the helical auger helix or helix helix at the bottom cone section.
  • the upper coil actively promotes falling from above soil material of the zone of the displacer section.
  • a preferred embodiment of the invention further consists in that the displacer section and / or at least one of the cone sections are covered with displacer elements.
  • the displacers may be welded bars or arc segment-shaped elements which enhance the impressing or incorporation of the soil material into the borehole wall.
  • the displacement elements can serve as wear parts, which are readily interchangeable with heavy processing.
  • the drilling method according to the invention is characterized in that in a first drilling step up to a first drilling depth, which corresponds to the length of the endless screw drill, soil material is conveyed to the surface by the endless screw drill, and that in a second drilling step from the first drilling depth of the endless screw drill drilling material Displacer is supplied through which soil material is displaced into a borehole wall.
  • This method according to the invention achieves the above-described advantages in terms of drilling down the borehole over the length of the endless screw auger, stabilizing the borehole wall and avoiding excavation.
  • the wellbore can be intermittently created in one go or in multiple steps using this drilling method, with the drill bit withdrawn at certain time or depth sections.
  • a particularly good stabilization of the borehole wall can be achieved by repeatedly traversing the borehole wall with the displacer head.
  • the filler may be a dry material, such as sand, lime or the like or a curable suspension, in particular a concrete mass.
  • the filler material is preferably introduced through a central core tube of the endless screw auger into the wellbore.
  • FIGS. 1 to 3 an inventive drilling method is explained together with a drilling device 10 according to the invention.
  • the drilling device 10 has according to Fig. 1 an approximately vertically arranged mast 12 which is pivotally mounted on a carrier device 14 via an adjusting mechanism 13.
  • the carrier device 14 is formed in the present embodiment as a tracked vehicle with a rotatable uppercarriage.
  • a carriage 18 is slidably mounted in a known manner via a cable mechanism.
  • An annular drilling drive 16 for driving the rod-shaped drilling element 20 is provided on the carriage 18.
  • the drilling element 20 comprises in its lower region a so-called endless screw drill 22, which is formed from a center tube or a core tube 24, at whose Outside a conveyor coil 26 extends over almost the entire length.
  • a cutting device 28 is formed in a known manner, which removes soil material.
  • the length of the endless screw drill 22 is adapted to the length of the mast 12 and corresponds approximately to the length of the mast 12.
  • the mast has a length of about 20 m, while the length of the endless screw drill is about 15 m.
  • the slightly shorter length of the endless screw drill 22 relative to the length of the mast 12 is essentially due to the size and extent of the auger drive 16 with the carriage 18.
  • a displacer 40 is connected, which hereinafter in connection with the FIGS. 4 and 5 will be explained in more detail.
  • a rod-shaped extension 30 is attached, which extends from the arranged below the auger drive 16 displacer 40 through the annular auger drive 16 therethrough upwards.
  • longitudinally extending entrainment strips 32 are arranged in the manner of a Kelly bar in the drilling direction. About this Mitauermannn 32, the torque of the drill drive 16 can be transferred to the extension 30 and thus the drilling element 20 in total.
  • the entrainment 32 further allow in a known manner an axial displaceability of the extension 30 relative to the drill drive 16 with simultaneous torque transmission.
  • a borehole 6 is lowered until the upper end of the endless screw borer 22 is reached.
  • soil material worked off by the cutting device 28 is conveyed upwards out of the borehole 6 by the conveying spirals 26.
  • the drill drive 16 is moved to a maximum, ie from its upper starting position according to FIG Fig. 1 in its lower end position at the bottom of the mast.
  • the boring element 20 is now driven further downwards via the extension 30 when the boring drive 16 is now stationary.
  • the propulsion in the drilling direction can be significantly effected by the weight of the drilling element 20 and the propelling action of the conveyor helices 26.
  • the drill drive 16 but can alternatively be reset and the extension 30 actively proceed in the drilling direction.
  • Fig. 4 the drilling method according to the invention is shown during the first drilling step.
  • a borehole 6 is introduced by the endless screw drill 22 into the bottom 2.
  • Exhausted soil material 4 is conveyed from the borehole 6 through the conveyor coils 26 upwards to a surface 3. From here, the processed soil material 4 can be removed and removed in a known manner.
  • a pipe connection 25 is arranged, to which the displacer head 40, not shown here, is non-rotatably coupled.
  • the displacement head 40 has an approximately central, cylindrical displacement section 42, on the outside of which strip-shaped displacement elements 44 are arranged.
  • a lower cone section 46 is arranged, which on its outer side with a lower Wendel 48 is provided.
  • the lower helix 48 serves to convey the processed soil material 4 into the region of the displacement section 42.
  • the reverse conical lower cone portion 46 is rotatably connected via the pipe joint 25 with the endless screw 22.
  • the diameter of the lower cone section 46 widens continuously from the diameter of the core tube 24 to the diameter of the cylindrical displacement section 42.
  • an upper cone section 50 with an upper coil 52 is arranged above the displacement section 42.
  • the upper coil 52 has an opposite conveying direction to the lower coil 48, so that in the usual direction of rotation of soil material from the upper coil 52 down to the central displacement section 42 is promoted.
  • the upper cone portion 50 has a regular conical shape, the diameter of which tapers uniformly from the diameter of the displacer portion 42 up to approximately the diameter of the rod-shaped extension 30.
  • the rod-shaped extension 30 is rotatably connected via an upper pipe connection with the displacer 40.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Bohrvorrichtung mit einem Mast, einem daran verschiebbar gelagerten Bohrantrieb und einem Bohrelement, das durch den Bohrantrieb drehend angetrieben und entlang des Mastes verfahrbar ist, wobei das Bohrelement einen Endlosschneckenbohrer, der unterhalb des Bohrantriebes angeordnet ist, und eine Verlängerung aufweist, welche mit dem Endlosschneckenbohrer verbunden ist und sich nach oben durch den Bohrantrieb hindurch erstreckt.
  • Weiterhin betrifft die Erfindung ein Bohrverfahren, bei dem ein Bohrelement mittels eines Bohrantriebes drehend angetrieben und entlang eines Mastes verfahren wird, wobei das Bohrelement einen Endlosschneckenbohrer, der unterhalb des Bohrantriebes angeordnet ist, und eine Verlängerung aufweist, welche mit dem Endlosschneckenbohrer verbunden ist und sich nach oben durch den Bohrantrieb hindurch erstreckt.
  • Zum Erstellen von Bohrlöchern und insbesondere zum Herstellen von Gründungspfählen ist der Einsatz von sogenannten Endlosschneckenbohrern seit Langem bekannt. Bei einem Endlosschneckenbohrer ist entlang der gesamten Länge der Bohrstange eine Bohrwendel angeordnet, durch welche abgebohrtes Bodenmaterial durch die Drehbewegung aus dem Bohrloch heraus zur Oberfläche gefördert wird. Dabei wird ein Endlosschneckenbohrer über einen Bohrantrieb angetrieben, durch welchen der Endlosschneckenbohrer auch in Bohrrichtung entlang eines üblicherweise vertikal aufgestellten Mastes verfahren wird. Bei diesem bekannten Verfahren wird die Bohrlochtiefe durch die Länge des Endlosschneckenbohrers und die Höhe des Mastes begrenzt.
  • Zur Erhöhung der Bohrlochtiefe über die Mastlänge beziehungsweise die Länge des Endlosschneckenbohrers hinaus ist es aus der DE 601 02 255 T2 oder der EP 1 614 853 B1 bekannt, an der Oberseite des Endlosschneckenbohrers eine Verlängerungsstange anzuordnen, welche sich durch den Bohrantrieb hindurch nach oben erstreckt. Die Tiefe des Bohrloches kann so etwa um die Länge der Verlängerungsstange vergröβert werden.
  • Funktionsbedingt kann jedoch an der Verlängerungsstange keine Förderwendel angeordnet werden. Beim Abteufen eines Bohrloches über die Länge des Endlosschneckenbohrers hinaus kann also das abgearbeitete Bodenmaterial nicht mehr durch die Förderwendeln bis zur Oberfläche gefördert werden. Dieses Bodenmaterial sammelt sich somit im Bohrloch oberhalb des Endlosschneckenbohrers im Bereich der Verlängerungsstange an. Dies kann zu einer unerwünschten Verdichtung oder Verblockung des Bohrloches führen, was das anschließende Ziehen des Bohrelementes aus dem Bohrloch erschwert. Zudem kann in diesem Bereich die Wandung des Bohrloches gestört werden, was sich negativ auf die Herstellung eines Gründungselementes in dem Bohrloch durch Verfüllen mit einem Füllmaterial auswirken kann. Um das zu verhindern, muss das Bohrelement intermittierend aus dem Bohrloch gezogen werden, um Bodenmaterial zu entfernen. Dies ist zeitaufwändig.
  • EP 0 228 138 A2 beschreibt einen Verdrängerbohrer mit einer Bohrschnecke und einem Verdrängerkopf, welcher oberhalb der Bohrschnecke angeordnet ist.
  • Aus der US 6,033,152 ist ein Bodenverdrängungs- und -verdichtungsbohrer bekannt, welcher einen zentralen Schaft mit daran angeordneten Rollen zur Bodenverdrängung aufweist.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Bohrvorrichtung und ein Bohrerfahren anzugeben, mit denen Bohrlöcher mittels Endlosschneckenbohrern auch über die Länge des Endlosschneckenbohrers hinaus effizient und in guter Qualität hergestellt werden können.
  • Die Aufgabe wird nach der Erfindung durch eine Bohrvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch ein Bohrverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 11 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den jeweils abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Die erfindungsgemäße Bohrvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Endlosschneckenbohrer und der Verlängerung ein Verdrängerkopf angeordnet ist.
  • Bei einem Abteufen des Bohrloches über die Länge des Endlosschneckenbohrers hinaus wird das nach oben geförderte Bodenmaterial unmittelbar oberhalb des Endlosschneckenbohrers durch den Verdrängerkopf seitlich in die Bohrlochwandung verdrängt. Es kann sich somit kein Bodenmaterial mehr innerhalb des Bohrloches ansammeln und zu einer Verblockung führen. Vielmehr wird das Bodenmaterial durch den Verdrängerkopf seitlich verdrängt, wobei in positiver Weise die Bohrlochwandung verdichtet und zusätzlich stabilisiert wird. Dies verbessert die Stabilität und Qualität des Bohrloches und es wird einem Einbrechen des Bohrloches aktiv entgegengewirkt. Auf diese Weise kann mit der erfindungsgemäßen Bohrvorrichtung über die Länge des Endlosschneckenbohrers hinaus das Bohrloch in einem Zug abgeteuft werden, bis auch das Ende der Verlängerung erreicht ist. Dies beschleunigt das Erstellen eines Bohrloches mit größeren Tiefen erheblich und die Menge eines abzutransportierenden Aushubs wird zudem verringert.
  • Grundsätzlich kann die Verlängerung beliebig gestaltet sein. Insbesondere kann die Verlängerung eine Teleskopstange oder eine aus mehreren Segmenten zusammengesetzte Stange sein. Besonders bevorzugt ist es nach der Erfindung, dass die Verlängerung als eine Kellystange mit Mitnehmerleisten an ihrer Außenseite ausgebildet ist. Die Mitnehmerleisten an der Außenseite der zumeist einteiligen Stange stehen mit entsprechenden Mitnehmern einer Abtriebseinrichtung des Bohrantriebes in Wirkverbindung, um ein Drehmoment vom Bohrantrieb auf die Verlängerung zu übertragen. Die Mitnehmerleisten sind parallel zur Bohrachse angeordnet, so dass diese eine axiale Verschiebbarkeit durch den ringförmig ausgestalteten Bohrantrieb erlauben. Zur Übertragung von Axialkräften vom Bohrantrieb auf die Verlängerung können zudem sogenannte Verriegelungstaschen mit quer gerichteten Leistenabschnitten vorgesehen sein.
  • Zur Erreichung besonders großer Bohrtiefen ist es erfindungsgemäß, dass die Länge des Endlosschneckenbohrers etwa der Länge des Mastes oder eines maximalen Verfahrweges des Bohrantriebes entspricht. Auf diese Weise kann zunächst der maximale Hub des Bohrantriebes, welcher verschiebbar entlang des Mastes ist, ausgenutzt werden. Auf diese Weise kann zunächst ein Bohrloch mit einer Tiefe entsprechend der Länge des Endlosschneckenbohrers effizient erstellt werden.
  • Für die Erstellung eines Gründungselementes ist es erfindungsgemäß vorteilhaft, dass der Endlosschneckenbohrer und/oder die Verlängerung ein hohles Seelenrohr aufweist. Über das hohle Seelenrohr kann so Füllgut, insbesondere eine aushärtbare Suspension, etwa Beton, nach Abteufen des Bohrloches unmittelbar durch das Bohrelement eingeleitet werden. Hierzu sind am unteren Ende des Endlosschneckenbohrers ein oder mehrere Austrittsöffnungen vorgesehen. Somit kann mit dem Zurückziehen des Endlosschneckenbohrers aus dem Bohrloch gleichzeitig das Bohrloch von unten her verfüllt werden.
  • An dem erfindungsgemäßen Bohrelement können verschiedenste Verdrängerköpfe zum Einsatz kommen. So können rotationssymmetrische Verdrängerköpfe, zur Bohrachse exzentrische Verdrängerköpfe oder sonstige Verdrängerköpfe zwischen der Verlängerung und dem Endlosschneckenbohrer zum Einsatz kommen.
  • Besonders bevorzugt ist es nach der Erfindung, dass der Verdrängerkopf einen zylindrischen Verdrängerabschnitt aufweist, dessen Durchmesser etwa dem Bohrdurchmesser entspricht. Der Bohrdurchmesser wird dabei durch den Außendurchmesser der Bohrwendeln am Endlosschneckenbohrer beziehungsweise durch entsprechende radiale Schneidkanten am unteren Ende des Endlosschneckenbohrers vorgegeben. Der Verdrängerabschnitt kann dabei geringfügig kleiner oder auch größer als dieser Bohrdurchmesser sein, abhängig von den Bodeneigenschaften. Ein gleicher Durchmesser ist vorteilhaft, da dies sowohl das Einfahren des Verdrängerkopfes in das Bohrloch als auch das Herausziehen des Endlosschneckenbohrers aus dem Bohrloch vereinfacht.
  • Erfindungsgemäß ist es dabei vorteilhaft, dass der Verdrängerkopf einen unteren Konusabschnitt aufweist, dessen Durchmesser sich von dem Durchmesser eines Mittenrohres des Endlosschneckenbohrers nach oben zum Durchmesser des Verdrängerabschnitts aufweitet. Hierdurch kann ein allmähliches Einarbeiten des nach oben zum Verdrängerkopf geförderten Bodenmaterials in die Bohrlochwandung erreicht werden. Auch wird das Einführen des Verdrängerkopfes in das Bohrloch erleichtert.
  • Dies wird nach der Erfindung noch dadurch verbessert, dass an dem unteren Konusabschnitt eine untere Wendel angeordnet ist, durch welche Bodenmaterial beim Bohren nach oben zum Verdrängerabschnitt förderbar ist. Diese untere Wendel erstreckt sich somit auf der konusförmigen Außenfläche des Verdrängerabschnitts und hat dieselbe Förderrichtung der Förderwendel des Endlosschneckenbohrers.
  • Zudem ist es erfindungsgemäß, dass der Verdrängerkopf einen oberen Konusabschnitt aufweist, dessen Durchmesser sich vom Durchmesser des Verdrängerabschnitts nach oben zur Verlängerung hin verjüngt. Diese Anordnung erlaubt, dass auch von oben auf den Verdrängerkopf fallendes Material in die Verdrängungszone des Verdrängerabschnittes geleitet werden kann.
  • Dieser Effekt wird erfindungsgemäß noch dadurch verstärkt, dass an dem oberen Konusabschnitt eine obere Wendel angeordnet ist, durch welche Bodenmaterial beim Bohren nach unten zum Verdrängerabschnitt förderbar ist. Diese Wendel hat also eine umgekehrte Steigung im Vergleich zu den Wendeln des Endlosschneckenbohrers oder der Wendel am unteren Konusabschnitt. Die obere Wendel fördert aktiv von oben herabfallendes Bodenmaterial der Zone des Verdrängerabschnittes zu.
  • Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung besteht weiter darin, dass der Verdrängerabschnitt und/oder mindestens einer der Konusabschnitte mit Verdrängerelementen belegt sind. Die Verdrängerelemente können aufgeschweißte Leisten oder bogensegmentförmige Elemente sein, welche das Eindrücken oder Einarbeiten des Bodenmaterials in die Bohrlochwand verbessern. Gleichzeitig können die Verdrängerelemente als Verschleißteile dienen, welche bei stärkerer Abarbeitung ohne weiteres austauschbar sind.
  • Das erfindungsgemäße Bohrverfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Bohrschritt bis zu einer ersten Bohrtiefe, welche der Länge des Endlosschneckenbohrers entspricht, durch den Endlosschneckenbohrer Bodenmaterial an die Oberfläche gefördert wird, und dass in einem zweiten Bohrschritt ab der ersten Bohrtiefe von dem Endlosschneckenbohrer Bohrmaterial dem Verdrängerkopf zugeführt wird, durch welchen Bodenmaterial in eine Bohrlochwandung verdrängt wird.
  • Mit diesem erfindungsgemäßen Verfahren werden die zuvor beschriebenen Vorteile hinsichtlich Abteufens des Bohrloches über die Länge des Endlosschneckenbohrers hinaus, Stabilisierung der Bohrlochwandung und Vermeidung von Aushub erreicht. Das Bohrloch kann mit diesem Bohrverfahren in einem Zug oder in mehreren Schritten intermittierend erstellt werden, wobei das Bohrelement zu bestimmten Zeit- oder Tiefenabschnitten rückgezogen wird. Hierdurch kann durch das mehrmalige Überfahren der Bohrlochwandung mit dem Verdrängerkopf eine besonders gute Stabilisierung der Bohrlochwandung erreicht werden.
  • Zum Herstellen eines Gründungselementes ist es nach der Erfindung bevorzugt, dass nach Erreichen der endgültigen Bohrtiefe in das Bohrloch Füllmaterial eingeleitet wird, welches das Gründungselement bildet. Das Füllmaterial kann ein Trockenmaterial, etwa Sand, Kalk oder Ähnliches oder eine aushärtbare Suspension, insbesondere eine Betonmasse, sein. Das Füllmaterial wird dabei vorzugsweise durch ein mittiges Seelenrohr des Endlosschneckenbohrers in das Bohrloch eingeleitet.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen weiter erläutert, welche schematisch in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind. In den Zeichnungen zeigen:
    • Fig. 1
    eine schematische Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Bohrvorrichtung zu Beginn des erfindungsgemäßen Bohrverfah- rens;
    Fig. 2
    eine schematische Seitenansicht der Bohrvorrichtung von Fig. 1 bei Abschluss des ersten Bohrschrittes;
    Fig. 3
    eine schematische Seitenansicht der Vorrichtung von Fig. 1 und Fig. 2 im zweiten Bohrschritt;
    Fig. 4
    eine schematische Teildarstellung der erfindungsgemäßen Bohr- vorrichtung während des ersten Bohrschrittes; und
    Fig. 5
    eine schematische Teilansicht der erfindungsgemäßen Bohrvor- richtung während des zweiten Bohrschrittes.
  • In den Figuren 1 bis 3 wird ein erfindungsgemäßes Bohrverfahren zusammen mit einer erfindungsgemäßen Bohrvorrichtung 10 erläutert. Die Bohrvorrichtung 10 weist gemäß Fig. 1 einen etwa vertikal angeordneten Mast 12 auf, welcher über einen Verstellmechanismus 13 an einem Trägergerät 14 verschwenkbar gelagert ist. Das Trägergerät 14 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel als ein Raupenfahrzeug mit einem drehbaren Oberwagen ausgebildet.
  • Entlang des Mastes 12 ist ein Schlitten 18 in bekannter Weise über einen Seilzugmechanismus verschiebbar gelagert. An dem Schlitten 18 ist ein ringförmiger Bohrantrieb 16 zum Antreiben des stangenförmigen Bohrelementes 20 vorgesehen. Das Bohrelement 20 umfasst in seinem unteren Bereich einen sogenannten Endlosschneckenbohrer 22, welcher aus einem Mittenrohr oder einem Seelenrohr 24 gebildet ist, an dessen Außenseite sich über die nahezu gesamte Länge eine Förderwendel 26 erstreckt. Am unteren Ende des Endlosschneckenbohrers 22 ist in bekannter Weise eine Schneideinrichtung 28 ausgebildet, welche Bodenmaterial abträgt.
  • Die Länge des Endlosschneckenbohrers 22 ist an die Länge des Mastes 12 angepasst und entspricht in etwa der Länge des Mastes 12. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel weist der Mast eine Länge von etwa 20 m auf, während die Länge des Endlosschneckenbohrers etwa 15 m beträgt. Die etwas kürzere Länge des Endlosschneckenbohrers 22 gegenüber der Länge des Mastes 12 ist im Wesentlichen durch die Größe und Erstreckung des Bohrantriebes 16 mit dem Schlitten 18 bedingt.
  • Am oberen Ende des Endlosschneckenbohrers 22 unterhalb des Bohrantriebes 16 ist ein Verdrängerkopf 40 angeschlossen, welcher nachfolgend im Zusammenhang mit den Figuren 4 und 5 noch näher erläutert wird. Im Anschluss an den Verdrängerkopf 40 ist eine stangenförmige Verlängerung 30 befestigt, welche sich von dem unterhalb des Bohrantriebes 16 angeordneten Verdrängerkopf 40 durch den ringförmigen Bohrantrieb 16 hindurch nach oben erstreckt. An der Außenseite der Verlängerung 30 sind in Art einer Kellystange in Bohrrichtung längs verlaufende Mitnehmerleisten 32 angeordnet. Über diese Mitnehmerleisten 32 kann das Drehmoment des Bohrantriebes 16 auf die Verlängerung 30 und damit das Bohrelement 20 insgesamt übertragen werden. Die Mitnehmerleisten 32 erlauben weiter in bekannter Weise eine axiale Verschiebbarkeit der Verlängerung 30 gegenüber dem Bohrantrieb 16 bei gleichzeitiger Drehmomentübertragung.
  • In einem ersten Bohrschritt gemäß Fig. 2 wird ein Bohrloch 6 abgeteuft, bis das obere Ende des Endlosschneckenbohrers 22 erreicht wird. Während dieses ersten Bohrschrittes wird von der Schneideinrichtung 28 abgearbeitetes Bodenmaterial durch die Förderwendeln 26 nach oben aus dem Bohrloch 6 gefördert. Zu Ende des ersten Bohrschrittes ist der Bohrantrieb 16 maximal verfahren, also von seiner oberen Ausgangsposition gemäß Fig. 1 in seine untere Endposition am unteren Ende des Mastes. Um das Bohrloch 6 nunmehr weiter abzuteufen, wird bei nunmehr feststehendem Bohrantrieb 16 das Bohrelement 20 über die Verlängerung 30 weiter nach unten gefahren. Der Vortrieb in Bohrrichtung kann dabei maßgeblich durch das Gewicht des Bohrelementes 20 und die Vortriebswirkung der Förderwendeln 26 bewirkt werden. Der Bohrantrieb 16 kann aber alternativ auch rückgestellt werden und die Verlängerung 30 aktiv in Bohrrichtung verfahren.
  • In diesem zweiten Bohrabschnitt kann das abgearbeitete Bodenmaterial von den Förderwendeln 26 des Endlosschneckenbohrers 22 nicht mehr bis zur Oberfläche gefördert werden. Damit es im Bereich der nunmehr in das Bohrloch 6 eingefahrenen stangenförmigen Verlängerung 30 keine Verblockung gibt, wird dieses abgearbeitete Bodenmaterial in erfindungsgemäßer Weise durch den Verdrängerkopf 40 seitlich in die Bohrlochwandung verdrängt. Nach Abschluss des zweiten Bohrschrittes, bei dem die stangenförmige Verlängerung gemäß Fig. 3 in ihre untere Endposition gefahren ist, kann über einen Suspensionsanschluss 34 am oberen Ende der Verlängerung 30 über den hohlen Innenraum der Verlängerung 30 und des Seelenrohres 24 ein Füllgut in das Bohrloch 6 am unteren Ende des Endlosschneckenbohrers 22 eingeleitet werden.
  • In Fig. 4 ist das erfindungsgemäße Bohrverfahren während des ersten Bohrschrittes dargestellt. Hierbei wird durch den Endlosschneckenbohrer 22 in den Boden 2 ein Bohrloch 6 eingebracht. Abgearbeitetes Bodenmaterial 4 wird aus dem Bohrloch 6 durch die Förderwendeln 26 nach oben zu einer Oberfläche 3 gefördert. Von hier kann das abgearbeitete Bodenmaterial 4 in bekannter Weise entfernt und abtransportiert werden.
  • Am oberen Ende des mittigen Seelenrohres 24 des Endlosschneckenbohrers 22 ist eine Rohrverbindung 25 angeordnet, an welchem der hier nicht dargestellte Verdrängerkopf 40 drehfest angekoppelt wird.
  • Nach Abschluss des ersten Bohrschrittes, wenn der maximale Verfahrweg des Bohrantriebes 16 erreicht ist und der Endlosschneckenbohrer 22 mit seiner gesamten Länge in den Boden 2 eingefahren ist, wird gemäß Fig. 5 nunmehr nach oben gefördertes Bodenmaterial 4 durch den Verdrängerkopf 40 seitlich in die Bohrlochwandung 7 eingearbeitet.
  • Der Verdrängerkopf 40 weist in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel einen etwa mittigen, zylindrischen Verdrängerabschnitt 42 auf, an dessen Außenseite leistenförmige Verdrängerelemente 44 angeordnet sind. Unterhalb des Verdrängerabschnittes 42 ist ein unterer Konusabschnitt 46 angeordnet, der an seiner Außenseite mit einer unteren Wendel 48 versehen ist. Die untere Wendel 48 dient zum Fördern des abgearbeiteten Bodenmaterials 4 in den Bereich des Verdrängerabschnittes 42.
  • Der umgekehrt kegelförmige untere Konusabschnitt 46 ist über die Rohrverbindung 25 drehfest mit dem Endlosschneckenbohrer 22 verbunden. Dabei erweitert sich der Durchmesser des unteren Konusabschnittes 46 von dem Durchmesser des Seelenrohres 24 kontinuierlich zum Durchmesser des zylindrischen Verdrängerabschnittes 42.
  • In umgekehrter Weise ist oberhalb des Verdrängerabschnittes 42 ein oberer Konusabschnitt 50 mit einer oberen Wendel 52 angeordnet. Die obere Wendel 52 hat eine entgegengesetzte Förderrichtung zur unteren Wendel 48, so dass bei der üblichen Bohrdrehrichtung Bodenmaterial von der oberen Wendel 52 nach unten zum mittigen Verdrängerabschnitt 42 gefördert wird.
  • Der obere Konusabschnitt 50 weist eine regelmäßige Kegelform auf, dessen Durchmesser sich vom Durchmesser des Verdrängerabschnittes 42 gleichmäßig nach oben bis etwa zum Durchmesser der stangenförmigen Verlängerung 30 verjüngt. Die stangenförmige Verlängerung 30 ist über eine obere Rohrverbindung drehfest mit dem Verdrängerkopf 40 verbunden.

Claims (12)

  1. Bohrvorrichtung mit
    - einem Mast (12),
    - einem daran verschiebbar gelagerten Bohrantrieb (16) und
    - einem Bohrelement (20), das durch den Bohrantrieb (16) drehend angetrieben und entlang des Mastes (12) verfahrbar ist,
    - wobei das Bohrelement (20)
    -- einen Endlosschneckenbohrer (22) mit Förderwendel (26) und Schneideinrichtung (28) zum Abtragen von Bodenmaterial, der unterhalb des Bohrantriebes (16) angeordnet ist und dessen Länge etwa der Länge des Mastes (12) oder eines maximalen Verfahrweges des Bohrantriebes (16) entspricht, und
    -- eine Verlängerung (30) aufweist, welche mit dem Endlosschneckenbohrer (22) verbunden ist und sich nach oben durch den Bohrantrieb (16) hindurch erstreckt, und
    wobei
    - an einer Außenseite der Verlängerung (30) Mitnehmerleisten (32) zur Übertragung eines Drehmomentes des Bohrantriebs (16) angeordnet sind und
    - zwischen dem Endlosschneckenbohrer (22) und der Verlängerung (30) ein Verdrängerkopf (40) angeordnet ist.
  2. Bohrvorrichtung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Verlängerung (3) als eine Teleskopstange mit Mitnehmerleisten (32) an ihrer Außenseite ausgebildet ist.
  3. Bohrvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Endlosschneckenbohrer (22) und/oder die Verlängerung (30) ein hohles Seelenrohr (24) aufweisen.
  4. Bohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Verdrängerkopf (40) einen zylindrischen Verdrängerabschnitt (42) aufweist, dessen Durchmesser etwa dem Bohrdurchmesser entspricht.
  5. Bohrvorrichtung nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Verdrängerkopf (40) einen unteren Konusabschnitt (46) aufweist, dessen Durchmesser sich vom Durchmesser eines Mittenrohres des Endlosschneckenbohrers (22) nach oben zum Durchmesser des Verdrängerabschnittes (42) aufweitet.
  6. Bohrvorrichtung nach Anspruch 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass an dem unteren Konusabschnitt (46) eine untere Wendel (48) angeordnet ist, durch welche Bodenmaterial (4) beim Bohren nach oben zum Verdrängerabschnitt (42) förderbar ist.
  7. Bohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Verdrängerkopf (40) einen oberen Konusabschnitt (50) aufweist, dessen Durchmesser sich vom Durchmesser des Verdrängerabschnittes (42) nach oben zur Verlängerung (30) hin verjüngt.
  8. Bohrvorrichtung nach Anspruch 7,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass an dem oberen Konusabschnitt (50) eine obere Wendel (52) angeordnet ist, durch welche Bohrmaterial (4) beim Bohren nach unten zum Verdrängerabschnitt (42) förderbar ist.
  9. Bohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Verdrängerabschnitt (42) und/oder mindestens einer der Konusabschnitte (46, 50) mit Verdrängerelementen (44) belegt ist.
  10. Bohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Verdrängerkopf (40) über Rohrverbindungen (25) an den Endlosschneckenbohrer (22) und die Verlängerung (30) angeschlossen ist.
  11. Bohrverfahren, insbesondere mit einer Bohrvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
    bei dem ein Bohrelement (20) mittels eines Bohrantriebes (16) drehend angetrieben und entlang eines Mastes (12) verfahren wird, wobei das Bohrelement (20) einen Endlosschneckenbohrer (22) mit Förderwendel (26) und Schneideinrichtung (28) zum Abtragen von Bodenmaterial, der unterhalb des Bohrantriebes (16) angeordnet ist, und eine Verlängerung (30) aufweist, welche mit dem Endlosschneckenbohrer (22) verbunden ist und sich nach oben durch den Bohrantrieb (16) hindurch erstreckt, wobei an einer Außenseite der Verlängerung (30) Mitnehmerleisten (32) zur Übertragung eines Drehmomentes des Bohrantriebs (16) angeordnet sind,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass in einem ersten Bohrschritt bis zu einer ersten Bohrtiefe, welche etwa der Länge des Endlosschneckenbohrers (22) entspricht und bei welcher der Bohrantrieb (16) seine untere Endposition am unteren Ende des Mastes (12) erreicht hat, durch den Endlosschneckenbohrer (22) Bodenmaterial (4) an die Oberfläche (3) gefördert wird, und
    dass in einem zweiten Bohrschritt ab der ersten Bohrtiefe von dem Endlosschneckenbohrer (22) Bodenmaterial (4) einem Verdrängerkopf (40) zwischen dem Endlosschneckenbohrer (22) und der Verlängerung (30) zugeführt wird, durch welchen das Bodenmaterial (4) in eine Bohrlochwandung (7) verdrängt wird.
  12. Verfahren zum Herstellen eines Gründungselementes,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass ein Bohrloch (6) mit dem Bohrverfahren nach Anspruch 11 hergestellt wird und dass nach Erreichen der endgültigen Bohrtiefe in das Bohrloch (6) Füllmaterial eingeleitet wird, welches das Gründungselement bildet.
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