EP3530813B1 - Method for measurement of the depth of pipework for pile foundation and implement for pile foundation - Google Patents
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- EP3530813B1 EP3530813B1 EP19158770.8A EP19158770A EP3530813B1 EP 3530813 B1 EP3530813 B1 EP 3530813B1 EP 19158770 A EP19158770 A EP 19158770A EP 3530813 B1 EP3530813 B1 EP 3530813B1
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- E02D13/00—Accessories for placing or removing piles or bulkheads, e.g. noise attenuating chambers
- E02D13/06—Accessories for placing or removing piles or bulkheads, e.g. noise attenuating chambers for observation while placing
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- E02D7/00—Methods or apparatus for placing sheet pile bulkheads, piles, mouldpipes, or other moulds
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- E—FIXED CONSTRUCTIONS
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- E21B3/025—Surface drives for rotary drilling with a to-and-fro rotation of the tool
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- E21B3/03—Surface drives for rotary drilling with an intermittent unidirectional rotation of the tool
Definitions
- the invention relates to a method for depth measurement of the piping in the pile foundation with an attachment comprising a table for clamping a pipe, as described in the publication EP 3 081 737 A is removable. Furthermore, the presented invention comprises an attachment for a carrier machine, as it is basically from the JP2002 / 021076 A is known.
- the casing depth reached ie the penetration depth of the clamped pipe, must be checked from time to time. At present, this task is essentially achieved by the operator of the casing machine and the driver of the rope excavator.
- the length of the installed pipes is noted and the depth of the piping is calculated in connection with the estimated height of the upper edge of the pipe.
- the depth of the piping is obtained by subtracting the height of the upper edge of the pipe from the length of the piping. If a more precise value is required, the casing machine must be stopped and the height of the upper edge of the pipe measured manually by the operator.
- the disadvantage of the known method is that the depth cannot be measured and monitored continuously, but instead only a rough estimate is possible during the raw operation.
- the casing machine must instead be stopped to allow a person access to the hazardous area on the pipe for manual measurement.
- a method for depth measurement of the piping in the pile foundation is proposed for a specific attachment which has at least one table for clamping a pipe.
- the pipe is firmly clamped to the table, advantageously clamped.
- the attachment itself is mounted on a suitable carrier machine, such as a cable excavator or a drilling rig.
- the table is used to fix and align the pipe and to generate a rotating movement of the pipe in order to screw it into the ground. As the penetration depth of the pipe into the ground progresses, the table of the attachment also drops continuously.
- the method according to the invention makes use of this construction-related vertical movement of the table for the detection of the current casing depth.
- the vertical movement of the machine table is recorded by sensors.
- the vertical movement of the table can be measured directly by means of suitable sensors which, for example, are attached directly to the table or to components of the attachment that move with the table.
- suitable sensors which, for example, are attached directly to the table or to components of the attachment that move with the table.
- the attachment comprises at least one handlebar which is articulated on the one hand to the machine table and on the other hand is articulated to a stationary element of the attachment.
- stationary means stationary relative to the table movement during the introduction of the pipe.
- a vertical movement of the table consequently also leads to a movement of the handlebar.
- Suitable sensors can be arranged on or in the area of the handlebar.
- the handlebar can change its angle of inclination relative to the horizontal due to the design. It is possible to pick up this change in angle by sensors in order to be able to make a statement about the vertical movement of the table from it.
- the movement of the handlebar can be detected by means of an inclination sensor or angle encoder installed on the handlebar.
- the attachment usually comprises at least one steering actuator, in particular a steering cylinder, for actuating the handlebar. Under certain circumstances, the actuator status can also be helpful for determining the position of the steering rod or deriving the table movement.
- the current vertical position of the table can be derived taking into account the geometric structure of the attachment.
- the resulting vertical movement then preferably results from the temporal change in the vertical table position during the piping for the pile foundation.
- the table While the piping is being installed, the table continues to descend close to the floor. It is therefore necessary from time to time to loosen the clamping and move the table upwards again along the pipe in order to clamp the pipe to the table with a higher pipe area.
- the condition of the clamping of the pipe is checked, preferably checked continuously. According to the invention, only those vertical movements of the machine table during which a fixed clamping of the pipe in the machine table has been recognized are taken into account for the calculation of the casing depth.
- the piping can be clamped to the table by means of a clamping mechanism.
- a clamping mechanism for this purpose, one or more clamping actuators or clamping cylinders, which are actuated hydraulically or pneumatically, are provided in the machine table.
- the pressure within the clamping actuators can then be observed, for example by means of one or more pressure sensors installed in the actuators.
- the current piping depth or any determined sensor data of the attachment can be transmitted to at least one external device via a communication interface of the attachment. It is of particular importance to transmit this data to the carrier machine, i.e. the cable excavator. It is also possible to transfer the data to an external server, from which the data can be called up via a mobile device, for example, so that, in addition to the operators of the carrier machine or the attachment, a construction site manager or other person has access to the process data.
- a continuous measurement of the casing depth is particularly advantageous if this is displayed for the operator on a display element of the attachment and / or an external machine.
- the operator of the attachment or the carrier machine can call up valuable information about the currently reached casing depth at any time, which is of particular importance when the borehole is excavated in parallel by the carrier machine, for example by means of a gripper.
- tubing only slightly rushes ahead of the gripper of the carrier machine in order to keep the casing friction of the tubing low and consequently to keep the stress on the equipment and the energy required for creating the bored pile low.
- the operator or operator of the carrier machine in particular in the form of a rope excavator, it is therefore of particular importance to always be informed about the currently reached casing depth.
- the remaining remaining length of the clamped pipe ie the pipe length, which is still outside the ground, is calculated.
- the pipe length which is still outside the ground
- the current casing depth can be compared with the digging progress of the duty cycle crawler crane and to suspend the pile foundation by the attachment if the protrusion of the casing depth is above a tolerance value.
- the digging progress can be called up via an interface from the carrier machine, for example.
- the current excavation depth can be determined by measuring the length of the rope and made available to the attachment.
- a prediction with regard to the completion of the pile can be made through the continuous monitoring of the casing depth.
- the subsequent process steps of the pile foundation can be better coordinated by predicting the time of completion or the remaining operating time that is as precise as possible.
- the timely delivery of the concrete is an example.
- An improvement in the prediction can be achieved by additionally taking into account available soil profiles, because the soil composition has a significant share on the achievable feed rate during the piping. Soil profiles can either be entered manually into the machine and stored there, but they can also be generated automatically on the basis of empirical values, for example from previous pile foundations in the immediate vicinity.
- the present invention also relates to an attachment for a carrier machine, in particular a cable excavator or a drilling device, for pile foundation with a table for clamping a pipe and at least one integrated computer unit that carries a program that enables a method according to claim 1 can be executed.
- a carrier machine in particular a cable excavator or a drilling device
- the attachment is characterized by the same advantages and properties as were already described above with reference to the method according to the invention. For this reason, a repetitive description is dispensed with.
- the cable excavator 1 takes over the digging of a hole with a rotatable superstructure, a boom 2 and a gripper 3.
- a mounted on the dragline excavators is a casing machine, consisting of a bottom plate 201 and a relative to the base plate at a distance adjustable table 301.
- this casing oscillator 100 may be as follows driven into the ground, a casing: the table 301 is, for example, by means of a clamping cylinder with the casing 100 locked. The base plate 201 is then raised, as a result of which the weight of the piping 100, the table 301 and the base plate 201 acts downwards. In order to overcome the static friction, the table 301 is set in motion in a further step, for example in horizontal oscillations (so-called casing machines) or also in continuous rotation (so-called pipe lathes). As a result of this interaction, the casing 100 sinks into the ground while the cable excavator 1 dredges the earth within the casing 100.
- the table 301 is, for example, by means of a clamping cylinder with the casing 100 locked.
- the base plate 201 is then raised, as a result of which the weight of the piping 100, the table 301 and the base plate 201 acts downwards.
- the table 301 is set in motion in a further step
- the casing machine is in the Figures 2a, 2b showing the casing machine with casing (100) in a side and plan view.
- the table 301 can be clamped to the pipe 100 by means of clamps, for example.
- the base plate 201 can be raised between the connection points 211/311 and 212/312 via lifting cylinders.
- the table 301 can execute rotary movements with respect to the base plate 201.
- a rigid steering rod is articulated on the one hand at point 321 on the table 301 and on the other hand articulated on the element 401 at point 421.
- the inclination of the tubing 100 around the y-axis can be adjusted of the piping 100 can be adjusted about the x-axis.
- the pivot points 413, 414 and 421 can be displaced horizontally by means of a guide 401 with respect to the structure 202 which is fixedly connected to the table 201.
- the depth of the casing 100 indicates how far below the top of the casing 100 is, and the hole depth indicates how deep the excavator 1 with its tool 3 (for example the gripper on a cable excavator) the material has removed from the casing 100.
- a bored pile of a certain depth and diameter is commissioned to meet the requirements of the statics.
- the depth of the casing 100 it is generally necessary for the depth of the casing 100 to be ahead of the hole depth in order to prevent loosening of the soil below the pipes 100.
- the tubing 100 rushes ahead of the gripper 3 only to a small extent in order to keep the skin friction of the tubing 100 low and consequently to keep the stress on the equipment and the energy required for creating the bored pile low.
- the driver of the excavator 1 or the drilling device knows the current depth of the borehole or of the excavation via rope length measurements or the like.
- the depth of the casing 100 has so far had to be estimated.
- the central element of an automated measurement of the casing depth according to the method according to the invention is the sensor 502, which measures the vertical movements of the table 301.
- the sensor 502 can be an inclination sensor or an angle sensor.
- the vertical position of the table 301 can then be derived from the geometry of the casing machine and the vertical movement of the table 301 can be determined from the changes in the vertical table position over time.
- a sensor is also useful which determines whether the table 301 is jammed with the pipe 100 or whether the table 301 can move freely along the pipe 100. This can be done, for example, by a pressure sensor in a clamping cylinder.
- the drilling progress can subsequently be converted into a "vertical depth" if a sloping pile is currently being constructed with the casing 100 inclined relative to the vertical.
- a rope excavator 1 drives with attached VRM to a point at which a pile is established by means of piping 100.
- the cable excavator 1 lifts the first section 100 of the piping into the VRM and roughly aligns the vertical position of the piping 100 by means of a rope.
- the table 301 is clamped relative to the pipe section 100 by means of hydraulics.
- the pipe 100 is placed in the x and y directions by means of differential GPS and the inclination of the casing 100 is set.
- the base plate 201 of the VRM is now set down and the depth measurement is set to zero.
- the screwing-in process now begins: the two lifting cylinders raise the base plate 201, the two oscillating cylinders set the table 301 in rotary movements, the weight of the piping 100 plus the additional weight of the table 301 and the base plate 201 press the pipe 100 into the ground.
- the drilling table 301 lowers and the change in the drilling table height is recorded.
- the jamming of the drilling table 301 with the tubing 100 is released.
- the recording of the change in the vertical drilling table position is now paused.
- the drilling table 301 is raised and then the drilling table 301 is clamped again with the casing 100.
- the recording of the change in the vertical drilling table position (casing depth) is continued.
- the current casing depth is transmitted to the operator information system for display.
- a pipe section 100 with a length of 5 m is located in the VRM.
- the length of the pipe section 100 was recorded by the rope excavator 1 or was entered manually by the driver into the control system and forwarded to the control system of the VRM.
- the current depth of the lower edge of the pipe is 3 m, which results in the height above the floor of the upper edge of the pipe as 2 m.
- the VRM recognizes that the maximum table height for the next stroke can only be 1.5 m.
- the VRM recognizes that it is no longer possible to continue the piping work, since otherwise the table 301 would move over the upper edge of the pipe and stops the process.
- another pipe section 100 with a length of 4 m is attached to the first pipe section 100 and the length of the pipe section 100 is communicated to the control system of the VRM.
- the VRM will activate and continue the piping process.
- the VRM selects a table height above the connection point of the two pipe sections 100.
- the pile is concreted.
- the tubing 100 is pulled out of the hole.
- the lengths of the pipe sections are stored in the control system of the VRM.
- the VRM ensures that the piping is not clamped at the connection points of the pipe sections 100 by the clamping mechanism on the table 301 or the fall protection device.
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Tiefenmessung der Verrohrung bei der Pfahlgründung mit einem Anbaugerät umfassend einen Tisch zum Einspannen eines Rohres, so wie es der Druckschrift
Nachteilig an dem bekannten Verfahren ist, dass die Tiefe nicht kontinuierlich gemessen und überwacht werden kann, sondern stattdessen nur eine grobe Schätzung während des Verrohungsbetriebs möglich ist. Zur genauen Messung muss beispielsweise die Verrohrungsmaschine stattdessen angehalten werden, um einer Person Zugang zum Gefahrenbereich am Rohr für die manuelle Messung zu gestatten.The disadvantage of the known method is that the depth cannot be measured and monitored continuously, but instead only a rough estimate is possible during the raw operation. For an accurate measurement, for example, the casing machine must instead be stopped to allow a person access to the hazardous area on the pipe for manual measurement.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein automatisches Verfahren für die Erfassung und Überwachung der aktuellen Verrohrungstiefe bei der Pfahlgründung aufzuzeigen.It is therefore the object of the invention to provide an automatic method for the detection and monitoring of the current casing depth in the pile foundation.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.This object is achieved by a method according to the features of
Gemäß Anspruch 1 wird ein Verfahren zur Tiefenmessung der Verrohrung bei der Pfahlgründung für ein bestimmtes Anbaugerät vorgeschlagen, das wenigstens einen Tisch zum Einspannen eines Rohres aufweist. Üblicherweise wird das Rohr fest mit dem Tisch verspannt, vorteilhafterweise verklemmt. Das Anbaugerät selbst ist an einer passenden Trägermaschine, wie einem Seilbagger oder einem Bohrgerät, montiert. Der Tisch dient zur Fixierung und Ausrichtung des Rohres als auch zur Erzeugung einer rotierenden Bewegung des Rohres, um dieses in den Boden einzudrehen. Mit fortschreitender Eindringtiefe des Rohres in den Boden kommt es auch zu einem kontinuierlichen Absinken des Tisches des Anbaugerätes.According to
Das erfindungsgemäße Verfahren macht sich diese konstruktiv bedingte Vertikalbewegung des Tisches für die Erfassung der aktuellen Verrohrungstiefe zu Nutze. Im Einzelnen wird die Vertikalbewegung des Maschinentisches sensorisch erfasst. Idealerweise kann die Vertikalbewegung des Tisches direkt über geeignete Sensoren gemessen werden, die bspw. unmittelbar am Tisch oder an sich mit dem Tisch bewegenden Komponenten des Anbaugerätes befestigt sind. Alternativ besteht die Möglichkeit, die Vertikalbewegung des Tischs aus anderweitigen Messgrößen abzuleiten. Unter Berücksichtigung der bekannten Vertikalbewegung des Tisches kann letztendlich durch Summation der Tischbewegungen während des Verrohrungsprozesses auf die aktuelle Verrohrungstiefe geschlossen werden. Dabei umfasst das Anbaugerät wenigstens eine Lenkstange, die einerseits gelenkig mit dem Maschinentisch und andererseits gelenkig mit einem feststehenden Element des Anbaugerätes verbunden ist. Feststehend bedeutet in diesem Zusammenhang feststehend relativ zu der Tischbewegung während der Einbringung des Rohres. Eine Vertikalbewegung des Tisches führt demzufolge ebenfalls zu einer Bewegung der Lenkstange. Vor diesem Hintergrund hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die Bewegung und/oder Lage der Lenkstange direkt zu messen bzw. mittelbar aus geeigneten Messgrößen abzuleiten, um darauf basierend die benötigte Vertikalbewegung des Tisches zu bestimmen. Geeignete Sensoren können auf bzw. im Bereich der Lenkstange angeordnet sein.The method according to the invention makes use of this construction-related vertical movement of the table for the detection of the current casing depth. In detail, the vertical movement of the machine table is recorded by sensors. Ideally, the vertical movement of the table can be measured directly by means of suitable sensors which, for example, are attached directly to the table or to components of the attachment that move with the table. Alternatively, it is possible to derive the vertical movement of the table from other measured variables. Taking into account the known vertical movement of the table can ultimately be deduced from the summation of the table movements during the casing process on the current casing depth. The attachment comprises at least one handlebar which is articulated on the one hand to the machine table and on the other hand is articulated to a stationary element of the attachment. In this context, stationary means stationary relative to the table movement during the introduction of the pipe. A vertical movement of the table consequently also leads to a movement of the handlebar. Against this background, it has proven to be advantageous to measure the movement and / or position of the steering rod directly or to derive it indirectly from suitable measured variables in order to determine the required vertical movement of the table based thereon. Suitable sensors can be arranged on or in the area of the handlebar.
Während einer Vertikalbewegung des Tisches kann die Lenkstange konstruktionsbedingt ihren Neigungswinkel gegenüber der Horizontalen ändern. Es besteht die Möglichkeit, diese Winkeländerung sensorisch abzugreifen um hieraus eine Aussage zur Vertikalbewegung des Tisches machen zu können. Die Bewegung der Lenkstange lässt sich mittels eines an der Lenkstange installierten Neigungssensors bzw. Winkelgebers erfassen. Üblicherweise umfasst das Anbaugerät wenigstens einen Lenkaktor, insbesondere Lenkzylinder, zur Betätigung der Lenkstange. Unter Umständen kann auch der Aktorzustand für die Ermittlung der Position der Lenkstange bzw. Ableitung der Tischbewegung hilfreich sein.During a vertical movement of the table, the handlebar can change its angle of inclination relative to the horizontal due to the design. It is possible to pick up this change in angle by sensors in order to be able to make a statement about the vertical movement of the table from it. The movement of the handlebar can be detected by means of an inclination sensor or angle encoder installed on the handlebar. The attachment usually comprises at least one steering actuator, in particular a steering cylinder, for actuating the handlebar. Under certain circumstances, the actuator status can also be helpful for determining the position of the steering rod or deriving the table movement.
Ist der Neigungswinkel der Lenkstange bekannt, lässt sich die aktuelle Vertikalposition des Tisches unter Berücksichtigung des geometrischen Aufbaus des Anbaugerätes ableiten. Die resultierende Vertikalbewegung ergibt sich dann vorzugsweise aus der zeitlichen Änderung der vertikalen Tischposition während der Verrohrung zur Pfahlgründung.If the angle of inclination of the handlebar is known, the current vertical position of the table can be derived taking into account the geometric structure of the attachment. The resulting vertical movement then preferably results from the temporal change in the vertical table position during the piping for the pile foundation.
Während der Einbringung der Verrohrung sinkt der Tisch fortlaufend in Bodennähe ab. Es ist daher von Zeit zu Zeit notwendig, die Einspannung zu lösen und den Tisch wieder nach oben entlang des Rohres zu verschieben, um das Rohr mit einem höher gelegenen Rohrbereich mit dem Tisch zu verspannen. Für die Berechnung der Verrohrungstiefe ist es wesentlich, dass eine solche Vertikalbewegung des Maschinentisches außer Acht bleibt. Zu diesem Zweck wird gemäß vorteilhafter Ausführung der Zustand der Einspannung des Rohres überprüft, vorzugsweise laufend überprüft. Entsprechend der Erfindung werden für die Berechnung der Verrohrungstiefe nur solche Vertikalbewegungen des Maschinentisches berücksichtigt, während welcher eine feste Einspannung des Rohres im Maschinentisch erkannt worden ist.While the piping is being installed, the table continues to descend close to the floor. It is therefore necessary from time to time to loosen the clamping and move the table upwards again along the pipe in order to clamp the pipe to the table with a higher pipe area. For the calculation of the casing depth it is essential that such a vertical movement of the machine table is not taken into account. For this purpose, according to an advantageous embodiment, the condition of the clamping of the pipe is checked, preferably checked continuously. According to the invention, only those vertical movements of the machine table during which a fixed clamping of the pipe in the machine table has been recognized are taken into account for the calculation of the casing depth.
Die Verrohrung kann in der Praxis mittels eines Klemmmechanismus am Tisch eingespannt sein. Hierzu sind im Maschinentisch ein oder mehrere Klemmaktoren bzw. Klemmzylinder vorgesehen, deren Betätigung hydraulisch oder pneumatisch erfolgt. Zur Prüfung und Überwachung des Klemmzustandes kann dann der Druck innerhalb der Klemmaktoren beobachtet werden, bspw. mittels ein oder mehrerer in den Aktoren installierter Drucksensoren.In practice, the piping can be clamped to the table by means of a clamping mechanism. For this purpose, one or more clamping actuators or clamping cylinders, which are actuated hydraulically or pneumatically, are provided in the machine table. To check and monitor the clamping state, the pressure within the clamping actuators can then be observed, for example by means of one or more pressure sensors installed in the actuators.
Vorstellbar ist es ebenso, die Richtung der Tischbewegung aus den Sensordaten zu bestimmen, insbesondere anhand der zeitlichen Änderung der Sensordaten. Ist die Richtung der Tischbewegung bekannt, können nur Vertikalbewegungen des Tisches in Bodenrichtung für die Tiefenmessung berücksichtigt werden, während Bewegungen in die entgegengesetzte Richtung vernachlässigt werden.It is also conceivable to determine the direction of the table movement from the sensor data, in particular on the basis of the change in the sensor data over time. If the direction of the table movement is known, only vertical movements of the table in the direction of the floor can be taken into account for the depth measurement, while movements in the opposite direction are neglected.
Bisher wurde davon ausgegangen, dass eine Pfahlgründung im rechten Winkel erfolgen soll, d.h. die Verrohrung soll im senkrechten Winkel zur Bodenebene in das Erdreich eingebracht werden. Weniger häufig jedoch trotzdem von Bedeutung sind Schrägpfahle, für die die Verrohrung durch eine gezielte Tischneigung gegenüber der Horizontalen schräg in das Erdreich eingebracht wird. Bei einem solchen Verfahren muss für die korrekte Berechnung der Verrohrungstiefe gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren ergänzend die aktuelle Tischneigung berücksichtigt werden. Diese kann bspw. über ein oder mehrere am Tisch installierte Sensoren erfasst werden, idealerweise direkt durch Verwendung geeigneter Neigungssensoren, bevorzugt zweiachsiger Neigungssensoren.So far it has been assumed that a pile foundation should be at right angles, ie the piping should be installed in the ground at a perpendicular angle to the ground level. Less often, but nevertheless of importance, are inclined piles, for which the piping is introduced into the ground at an angle by means of a specific table inclination relative to the horizontal. In such a method, the current table inclination must also be taken into account for the correct calculation of the casing depth according to the method according to the invention. This can, for example, be recorded by one or more sensors installed on the table ideally directly by using suitable inclination sensors, preferably biaxial inclination sensors.
Von Vorteil ist es, wenn die aktuelle Verrohrungstiefe bzw. etwaige ermittelte Sensordaten des Anbaugerätes über eine Kommunikationsschnittstelle des Anbaugerätes an wenigstens ein externes Gerät übermittelbar sind. Hierbei ist es von besonderer Bedeutung, diese Daten an die Trägermaschine, d.h. den Seilbagger, zu übermitteln. Möglich ist auch die Übertragung an einen externen Server, von diesem die Daten beispielsweise über ein Mobilgerät abrufbar sind, sodass neben den Bedienern der Trägermaschine bzw. des Anbaugerätes auch ein Baustellenleiter oder eine sonstige Person Zugriff auf die Prozessdaten hat.It is advantageous if the current piping depth or any determined sensor data of the attachment can be transmitted to at least one external device via a communication interface of the attachment. It is of particular importance to transmit this data to the carrier machine, i.e. the cable excavator. It is also possible to transfer the data to an external server, from which the data can be called up via a mobile device, for example, so that, in addition to the operators of the carrier machine or the attachment, a construction site manager or other person has access to the process data.
Eine kontinuierliche Messung der Verrohrungstiefe ist besonders vorteilhaft, wenn diese für den Bediener auf einem Anzeigeelement des Anbaugerätes und/oder einer externen Maschine zur Anzeige gebracht wird. Der Bediener des Anbaugerätes bzw. der Trägermaschine kann zu jedem Zeitpunkt wertvolle Informationen zur aktuell erreichten Verrohrungstiefe abrufen, was gerade bei einem parallelen Aushub des Bohrloches durch die Trägermaschine, bspw. mittels eines Greifers, von besonderer Bedeutung ist. Beim Erstellen eines Bohrpfahls ist es in der Regel notwendig, dass die Tiefe der Verrohrung der Lochtiefe (Aushub) vor eilt, um eine Auflockerung des Bodens unterhalb der Verrohrung zu verhindern. Gleichzeitig ist es vorteilhaft, wenn die Verrohrung nur im geringen Maße dem Greifer der Trägermaschine vor eilt, um die Mantelreibung der Verrohrung gering zu halten und damit in weiterer Folge die Beanspruchung der Geräte und den Energieaufwand zum Erstellen des Bohrpfahls gering zu halten. Für den Betreiber bzw. Bediener der Trägermaschine, insbesondere in Form eines Seilbaggers, ist es daher von besonderer Bedeutung, stets über die aktuell erreichte Verrohrungstiefe in Kenntnis gesetzt zu werden.A continuous measurement of the casing depth is particularly advantageous if this is displayed for the operator on a display element of the attachment and / or an external machine. The operator of the attachment or the carrier machine can call up valuable information about the currently reached casing depth at any time, which is of particular importance when the borehole is excavated in parallel by the carrier machine, for example by means of a gripper. When creating a bored pile, it is usually necessary for the depth of the casing to precede the depth of the hole (excavation) in order to prevent loosening of the soil below the casing. At the same time, it is advantageous if the tubing only slightly rushes ahead of the gripper of the carrier machine in order to keep the casing friction of the tubing low and consequently to keep the stress on the equipment and the energy required for creating the bored pile low. For the operator or operator of the carrier machine, in particular in the form of a rope excavator, it is therefore of particular importance to always be informed about the currently reached casing depth.
Gemäß weiterhin bevorzugter Ausführungsform ist es vorstellbar, dass aus der bekannten Rohrlänge der eingespannten Verrohrung und der berechneten Verrohrungstiefe die verbleibende Restlänge des eingespannten Rohres, d.h. die Rohrlänge, die noch außerhalb des Erdreiches liegt, berechnet wird. Mit dieser Information ist es möglich, den Pfahlgründungsvorgang des Anbaugerätes automatisch zu stoppen, sobald die Rohroberkante eine Mindesthöhe erreicht oder sogar unterschreitet. Insbesondere wird in diesem Zustand die Rotationsbewegung des Rohres automatisch durch die Steuereinheit ausgesetzt, um ein weiteres Rohr auf der Oberkante des aktuellen Rohres aufsetzen zu können.According to a further preferred embodiment, it is conceivable that the remaining remaining length of the clamped pipe, ie the pipe length, which is still outside the ground, is calculated. With this information it is possible to automatically stop the pile foundation process of the attachment as soon as the upper edge of the pipe reaches or even falls below a minimum height. In particular, in this state the rotational movement of the pipe is automatically suspended by the control unit in order to be able to place another pipe on the upper edge of the current pipe.
Ebenso ist es vorstellbar, anhand der berechneten Verrohrungstiefe die aktuelle Vortriebsgeschwindigkeit des eingespannten Rohres während des Verrohrungsvorgangs zu ermitteln.It is also conceivable to use the calculated casing depth to determine the current advance speed of the clamped pipe during the casing process.
Ebenso ist vorstellbar, die aktuelle Verrohrungstiefe mit dem Grabfortschritt des Seilbaggers zu vergleichen und die Pfahlgründung durch das Anbaugerät auszusetzen, falls der Vorsprung der Verrohrungstiefe über einem Toleranzwert liegt. Der Grabfortschritt lässt sich beispielsweise über eine Schnittstelle von der Trägermaschine abrufen. Konkret kann bei einer Trägermaschine in Form eines Seilbaggers die aktuelle Aushubtiefe durch eine Seillängenmessung bestimmt und dem Anbaugerät zur Verfügung gestellt werden.It is also conceivable to compare the current casing depth with the digging progress of the duty cycle crawler crane and to suspend the pile foundation by the attachment if the protrusion of the casing depth is above a tolerance value. The digging progress can be called up via an interface from the carrier machine, for example. Specifically, in the case of a carrier machine in the form of a rope excavator, the current excavation depth can be determined by measuring the length of the rope and made available to the attachment.
Gemäß weiterhin bevorzugter Ausführungsform ist es denkbar, dass durch die kontinuierliche Überwachung der Verrohrungstiefe eine Prädiktion bezüglich der Fertigstellung des Pfahls angestellt werden kann. Durch eine möglichst genaue Prognose des Fertigstellungszeitpunkts bzw. der verbleibenden Restbetriebslaufzeit lassen sich nachfolgende Prozessschritte der Pfahlgründung besser koordinieren. Als Beispiel sei hier die rechtzeitige Anlieferung des Betons genannt. Eine Verbesserung der Prädiktion lässt sich durch zusätzliche Berücksichtigung verfügbarer Bodenprofile erzielen, denn die Bodenzusammensetzung hat maßgeblichen Anteil auf die erzielbare Vorschubgeschwindigkeit bei der Verrohrung. Bodenprofile können entweder manuell in die Maschine eingegeben und dort hinterlegt werden, aber auch anhand von Erfahrungswerten, bspw. durch vorangegangene Pfahlgründungen in der näheren Umgebung, automatisch generiert werden.According to a further preferred embodiment, it is conceivable that a prediction with regard to the completion of the pile can be made through the continuous monitoring of the casing depth. The subsequent process steps of the pile foundation can be better coordinated by predicting the time of completion or the remaining operating time that is as precise as possible. The timely delivery of the concrete is an example. An improvement in the prediction can be achieved by additionally taking into account available soil profiles, because the soil composition has a significant share on the achievable feed rate during the piping. Soil profiles can either be entered manually into the machine and stored there, but they can also be generated automatically on the basis of empirical values, for example from previous pile foundations in the immediate vicinity.
Neben dem erfindungsgemäßen Verfahren betrifft die vorliegende Erfindung zudem ein Anbaugerät für eine Trägermaschine, insbesondere einen Seilbagger oder einem Bohrgerät, zur Pfahlgründung mit einem Tisch zum Einspannen eines Rohres und wenigstens einer integrierten Rechnereinheit, die ein Programm trägt, welches sie ein Verfahren nach dem Anspruch 1 ausführen lässt. Dementsprechend zeichnet sich das Anbaugerät durch dieselben Vorteile und Eigenschaften aus, wie sie bereits voranstehend anhand des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben wurden. Auf eine wiederholende Beschreibung wird aus diesem Grund verzichtet.In addition to the method according to the invention, the present invention also relates to an attachment for a carrier machine, in particular a cable excavator or a drilling device, for pile foundation with a table for clamping a pipe and at least one integrated computer unit that carries a program that enables a method according to
Weitere Vorteile und Eigenschaften der Erfindung sollen im nachfolgenden Teil anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Es zeigen:
- Figur 1a, 1b:
- zwei skizzierte Seitenansichten des erfindungsgemäßen Anbaugerätes während der Pfahlgründungsarbeit und
- Figur 2a, 2b:
- zwei Detailansichten des erfindungsgemäßen Anbaugerätes in einer Seiten- und Draufsicht.
- Figure 1a, 1b:
- two sketched side views of the attachment according to the invention during the pile foundation work and
- Figure 2a, 2b:
- two detailed views of the attachment according to the invention in a side and top view.
Beim Erstellen von Pfählen mittels einer Verrohrungsmaschine (VRM) in Kombination mit einem Seilbagger (Greiferbohren) soll durch einen Assistenten der Bohrfortschritt der Verrohrung kontinuierlich gemessen und dem Bedienpersonal angezeigt werden. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass einerseits der Prozess der Verrohrung nicht wie im Stand der Technik gestoppt werden muss um eine händische Messung durchzuführen, andererseits potentielle Fehler durch händisches Aufsummieren von einzelnen Rohrabschnitten entfallen. Des Weiteren ist es nicht mehr notwendig, dass sich eine Person für die Messung im Gefahrenbereich der Maschine aufhält.When piles are being created using a casing machine (VRM) in combination with a cable excavator (grab drilling), the drilling progress of the casing is to be continuously measured by an assistant and displayed to the operating personnel. This has the advantage that, on the one hand, the piping process does not have to be stopped as in the prior art in order to carry out a manual measurement, and on the other hand, potential errors due to the manual addition of individual pipe sections are eliminated. Furthermore, it is no longer necessary for a person to be in the danger area of the machine for the measurement.
Beim Greiferbohren mit einer VRM arbeiten zwei an und für sich unabhängige Geräte, nämlich ein Seilbagger 1 sowie das Anbaugerät des Seilbaggers in Form der Verrohrungsmaschine gemeinsam am Erstellen eines Pfahls. Wie in den
Mit mehr Details ist die Verrohrungsmaschine in den
Bei der Erstellung eines Bohrpfahls ist die Tiefe eines der wichtigsten Merkmale. Zwei Tiefen sind hierbei zu unterscheiden: die Tiefe der Verrohrung 100 gibt an, wie weit unter Grund die Spitze der Verrohrung 100 ist, und die Lochtiefe gibt an, wie tief der Bagger 1 mit seinem Werkzeug 3 (beispielsweise Greifer bei einem Seilbagger) das Material aus der Verrohrung 100 entfernt hat. Normalerweise wird ein Bohrpfahl mit einer bestimmten Tiefe und einem bestimmten Durchmesser in Auftrag gegeben, um den Anforderungen der Statik zu entsprechen. Beim Erstellen eines Bohrpfahles ist es in der Regel notwendig, dass die Tiefe der Verrohrung 100 der Lochtiefe vor eilt, um eine Auflockerung des Bodens unterhalb der Rohre 100 zu verhindern. Gleichzeitig ist es vorteilhaft, dass die Verrohrung 100 nur in geringem Maße dem Greifer 3 vor eilt, um die Mantelreibung der Verrohrung 100 gering zu halten und damit in weiterer Folge die Beanspruchung der Geräte und den Energieaufwand zum Erstellen des Bohrpfahls gering zu halten.When creating a bored pile, depth is one of the most important characteristics. A distinction must be made between two depths: the depth of the
Bei der Pfahlgründung mit einer konventionellen Verrohrungsmaschine nach dem Stand der Technik ist dem Fahrer des Baggers 1 bzw. des Bohrgerätes die aktuelle Tiefe der Bohrung bzw. des Aushubes über Seillängenmessungen oder ähnliches bekannt. Die Tiefe der Verrohrung 100 muss bisher allerdings geschätzt werden.In the pile foundation with a conventional casing machine according to the prior art, the driver of the
Zentrales Element einer automatisierten Messung der Verrohrungstiefe gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren ist der Sensor 502, der die vertikalen Bewegungen des Tisches 301 misst. Bei dem Sensor 502 kann es sich um einen Neigungssensor oder Winkelgeber handeln. Die vertikale Position des Tisches 301 lässt sich dann über die Geometrie der Verrohrungsmaschine ableiten und die vertikale Bewegung des Tisches 301 über die zeitlichen Änderungen der vertikalen Tischposition bestimmen. Um von den vertikalen Bewegungen des Tisches 301 auf die Tiefe der Verrohrung 100 zu schließen, ist außerdem ein Sensor zweckmäßig, der feststellt, ob der Tisch 301 mit dem Rohr 100 verklemmt ist oder ob sich der Tisch 301 frei entlang des Rohres 100 bewegen kann. Dies kann beispielsweise durch einen Drucksensor in einem Klemmzylinder erfolgen. Mithilfe eines weiteren am Tisch 301 befestigten Neigungssensors 501 kann der Bohrfortschritt in weiterer Folge in eine "vertikale Tiefe" umgerechnet werden, falls aktuell ein Schrägpfahl mit einer Neigung der Verrohrung 100 gegenüber der Vertikalen erstellt wird.The central element of an automated measurement of the casing depth according to the method according to the invention is the
Die Tiefe der Verrohrung 100 kann konkret wie folgt gemessen werden:
- Zu Beginn des Prozesses wird die Verrohrungstiefe auf null gesetzt.
Ist der Bohrtisch 301mit der Verrohrung 100 verklemmt, dann wird die vertikale Positionsänderung desBohrtisches 301Mithilfe des Sensors 502 gemessen und aufgezeichnet.Sind Bohrtisch 301 und Verrohrung 100 nicht miteinander verklemmt, dann wird die vertikale Positionsänderung desBohrtisches 301 nicht aufgezeichnet.- Die
Tiefe der Verrohrung 100 ergibt sich als die Summe der vertikalen Positionsänderung desBohrtisches 301 mit verklemmter Verrohrung 100 (z.B. L2 = L1 + h, sieheFiguren 1a ,1b ).
- At the beginning of the process, the casing depth is set to zero.
- If the drilling table 301 is jammed with the
casing 100, then the vertical change in position of the drilling table 301 is measured and recorded with the aid of thesensor 502. - If drilling table 301 and
casing 100 are not jammed together, the vertical change in position of drilling table 301 is not recorded. - The depth of the
tubing 100 is the sum of the vertical change in position of the drilling table 301 with thetubing 100 jammed (for example L 2 = L 1 + h, see FIGFigures 1a ,1b ).
Nullpunkt-Korrektur:
- Wird das erste
Element einer Verrohrung 100 auf den Boden gesetzt, so dringt dieses durch sein Eigengewicht schon in den Boden ein, was zu einem Fehler bei der ersten Nullung führt. - Um diesen Fehler auszugleichen, kann der Fahrer des
Seilbaggers 1 mit drei Schritten den Nullpunkt am Anfang richtig setzen:- ∘ Schritt 1: Eingabe der korrekten Höhe des ersten
Elements 100 der Verrohrung (z.B. 8m) - ∘ Schritt 2: Werkzeugspitze direkt neben der VRM auf den Boden setzen und die entsprechende
Seillänge im Bagger 1 speichern - ∘ Schritt 3: Werkzeugspitze auf die gleiche Höhe wie das obere Ende des ersten
Elements 100 der Verrohrung bringen, Seillänge wird gespeichert. Die Differenz der beiden Seillängenmessungen entspricht der Länge des Elements oberhalb des Bodens, die Differenz zur korrekten Höhe dieses Elements ist bereits dieTiefe der Verrohrung 100 beim Beginn.
- ∘ Schritt 1: Eingabe der korrekten Höhe des ersten
- If the first element of a
piping 100 is placed on the ground, it already penetrates the ground by its own weight, which leads to an error during the first zeroing. - In order to compensate for this error, the driver of the
duty cycle crane 1 can set the zero point correctly at the beginning in three steps:- ∘ Step 1: Enter the correct height of the
first element 100 of the piping (e.g. 8m) - ∘ Step 2: Place the tool tip on the ground directly next to the VRM and save the corresponding rope length in
excavator 1 - ∘ Step 3: Bring the tool tip to the same height as the upper end of the
first element 100 of the casing, the rope length is saved. The difference between the two rope length measurements corresponds to the length of the element above the ground, the difference to the correct height of this element is already the depth of thecasing 100 at the beginning.
- ∘ Step 1: Enter the correct height of the
Die Vorteile einer automatischen Tiefenmessung sind:
- Möglicher Austausch der Tiefeninformation mit dem Steuerungssystem bzw. Bediener-Informationssystems des
Baggers 1 oder des Bohrgerätes. - Anzeige der Tiefe für den Bediener der VRM, den Bediener des
Baggers 1 oder des Bohrgerätes und für den Baustellenleiter. - Vermeidung von voreilendem Bohren und damit Vermeidung der Auflockerung des Bodens unterhalb der
Bohrrohre 100. - Eine optimierte Ansteuerung der VRM wird möglich, indem bei zu großem Vorsprung der
Verrohrung 100 auf den Bohrfortschritt die Geschwindigkeit der VRM reduziert wird oder gar gestoppt wird, bspw. durch Anpassung der Rotationsgeschwindigkeit. - Wird die Information über die Tiefe
mit dem Bagger 1 bzw. dem Bohrgerät ausgetauscht, kann der Energiefluss zur VRM gesteuert bzw. unterbunden werden, um die Auslastung desBaggers 1 bzw. des Bohrgerätes zu optimieren. - Bei bekannter Länge der
Verrohrung 100 kann die VRM die restliche zur Verfügung stehende Rohrlänge berechnen und somit den Verrohrungsvorgang stoppen, wenn die Rohroberkante eine Mindesthöhe erreicht oder unterschreitet. - Bei bekannten Längen der Rohr-Teilstücke kann die VRM ein Klemmen an den Rohr-Verbindungsstellen vermeiden.
- Eine Messung der Tiefe ermöglicht in weiterer Folge auch eine Messung der Vortriebsgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Tiefe und der dazu benötigten Energie.
- Über ein Monitoring der Tiefe kann eine Prädiktion erstellt werden wann der Pfahl fertiggestellt wird, um z.B. die Beton-Anlieferung für den Pfahl zeitlich einzugrenzen. In weiterer Folge kann durch eine Aufzeichnung von "Bodenprofilen" benachbarter Pfähle diese Prädiktion optimiert werden.
- Possible exchange of depth information with the control system or operator information system of
excavator 1 or the drilling rig. - Display of the depth for the operator of the VRM, the operator of the
excavator 1 or the drilling rig and for the site manager. - Avoidance of leading drilling and thus avoidance of loosening of the soil below the
drill pipes 100. - An optimized control of the VRM becomes possible by reducing the speed of the VRM or even stopping it if the
casing 100 protrudes too much on the drilling progress, for example by adjusting the rotational speed. - If the information about the depth is exchanged with the
excavator 1 or the drilling device, the flow of energy to the VRM can be controlled or prevented in order to optimize the utilization of theexcavator 1 or the drilling device. - If the length of the piping 100 is known, the VRM can calculate the remaining available pipe length and thus stop the piping process when the upper edge of the pipe reaches or falls below a minimum height.
- With known lengths of the pipe sections, the VRM can avoid jamming at the pipe connection points.
- A measurement of the depth also enables the advance speed to be measured as a function of the depth and the energy required for this.
- By monitoring the depth, a prediction can be made when the pile will be completed, for example in order to limit the time of the concrete delivery for the pile. Subsequently, this prediction can be optimized by recording "soil profiles" of neighboring piles.
Ein Seilbagger 1 fährt mit angehängter VRM an einen Punkt, an dem mittels Verrohrung 100 ein Pfahl gegründet wird. Der Seilbagger 1 hebt das erste Teilstück 100 der Verrohrung in die VRM und richtet mittels Seil grob die vertikale Stellung der Verrohrung 100 aus. Mittels Hydraulik wird der Tisch 301 gegenüber dem Rohrteilstück 100 verklemmt. Mittels differentiellem GPS wird das Rohr 100 in x- und y-Richtung platziert und die Neigung der Verrohrung 100 wird eingestellt. Die Bodenplatte 201 der VRM wird nun abgesetzt und die Tiefenmessung auf null gesetzt. Nun beginnt der Eindrehprozess: die beiden Hubzylinder heben die Bodenplatte 201 an, die beiden Oszillierzylinder versetzen den Tisch 301 in Drehbewegungen, das Eigengewicht der Verrohrung 100 plus das Zusatzgewicht des Tischs 301 und der Bodenplatte 201 drücken das Rohr 100 in den Boden. Durch das Eindrehen der Verrohrung 100 senkt sich der Bohrtisch 301 und die Änderung der Bohrtischhöhe wird aufgezeichnet. Nachdem die Bodenplatte 201 wieder den Boden erreicht hat, wird die Verklemmung des Bohrtisches 301 mit der Verrohrung 100 gelöst. Die Aufzeichnung der Änderung der vertikalen Bohrtisch-Position wird nun pausiert. Der Bohrtisch 301 wird angehoben und anschließend wird der Bohrtisch 301 wieder mit der Verrohrung 100 verklemmt. Die Aufzeichnung der Änderung der vertikalen Bohrtisch-Position (Verrohrungstiefe) wird fortgesetzt. Die aktuelle Verrohrungstiefe wird an das Bediener-Informationssystem zur Anzeige übermittelt.A
Ein Rohrstück 100 mit 5 m Länge befindet sich in der VRM. Die Länge des Rohrteilstückes 100 wurde durch den Seilbagger 1 erfasst bzw. wurde vom Fahrer manuell in das Steuerungssystem eingegeben und an das Steuerungssystem der VRM weitergeleitet. Die aktuelle Tiefe der Rohrunterkante ist 3 m, damit ergibt sich die Höhe über Boden der Rohroberkante zu 2 m. Die VRM erkennt, dass die maximale Tischhöhe beim nächsten Hub nur 1.5 m sein kann.A
Durch weiteren Fortschritt erhöht sich die Tiefe auf 3.5 m. Die Rohroberkante ist damit 1.5 m über dem Boden. Die VRM erkennt, dass das Fortsetzten der Verrohrungstätigkeit nicht mehr möglich ist, da sonst der Tisch 301 über die Rohroberkante fahren würde, und stoppt den Prozess. In Folge wird ein weiteres Rohrstück 100 mit 4 m Länge am ersten Rohrstück 100 angebracht und die Länge des Rohrstückes 100 wird dem Steuerungssystem der VRM mitgeteilt. Die VRM wird aktiviert und setzt den Verrohrungsprozess fort. Beim Anheben des Tisches 201 und anschließendem Klemmen der Verrohrung 100 wählt die VRM eine Tisch-Höhe oberhalb der Verbindungsstelle der beiden Rohrstücke 100.Further progress increases the depth to 3.5 m, which means that the upper edge of the pipe is 1.5 m above the ground. The VRM recognizes that it is no longer possible to continue the piping work, since otherwise the table 301 would move over the upper edge of the pipe and stops the process. As a result, another
Nach Fertigstellung der Bohrung wird der Pfahl betoniert. Die Verrohrung 100 wird dabei aus dem Loch gezogen. Die Längen der Rohrteilstücke sind in dem Steuerungssystem der VRM gespeichert. Beim Ziehen achtet die VRM darauf, dass die Verrohrung durch den Klemmmechanismus am Tisch 301 bzw. die Absturzsicherung nicht an den Verbindungsstellen der Rohrteilstücke 100 geklemmt wird.After the drilling has been completed, the pile is concreted. The
Claims (12)
- A method of measuring the casing depth in pile foundation with an attachment for a carrier machine (1) comprising a table (301) for clamping a pipe (100), wherein
the vertical movement of the table (301) is measured indirectly or directly by sensors and is totalled to calculate the current casing depth,
characterised in that
to determine the vertical movement of the table (301), the movement and/or position of a steering rod, which is connected in an articulated manner to the table (301) on the one hand and to a fixed part (401) of the attachment on the other hand, is measured and
a vertical movement of the table (301) is taken into account for calculating the casing depth only when the casing (100) is firmly clamped in the table (301). - The method according to claim 1, characterised in that the angle of inclination of the steering rod is measured, in particular by at least one tilt sensor and/or angle sensor (502) mounted on or against the steering rod.
- The method according to claim 1 or 2, characterised in that the current vertical position of the table (301) is derived from the measured angle of inclination, taking into account the geometry of the attachment
- The method according to claim 3, characterised in that the vertical movement of the table (301) is determined by way of the change in the table's vertical position over time during the pile foundation operation.
- The method according to one of the preceding claims, characterised in that the clamping of the casing (100) within the table (301) is verified by means of one or more pressure sensors arranged within the clamp system.
- The method according to one of the preceding claims, characterised in that the table inclination relative to the horizontal is measured and taken into account for calculating the casing depth, in particular when an inclined pile is being created.
- The method according to one of the preceding claims, characterised in that the casing depth and/or the measured sensor data are transmitted via a communication interface of the attachment to an external apparatus, in particular the carrier machine (1) or an external server, and/or displayed on a display element of the attachment and/or of an external apparatus.
- The method according to one of the preceding claims, characterised in that the remaining pipe length protruding from the ground is determined from the known pipe length of the clamped pipe (100) and the calculated casing depth, and the pile foundation is stopped automatically as soon as the upper edge of the pipe is below a minimum height.
- The method according to one of the preceding claims, characterised in that the rate of advance of the pile foundation operation is determined as a function of the calculated casing depth and, where applicable, taking into account the required drive energy of the attachment.
- The method according to one of the preceding claims, characterised in that the casing depth is compared with the parallel excavation progress and the pile foundation process is preferably stopped or halted by the attachment if the projection of the casing depth is above a tolerance value, the excavation progress preferably being retrieved via an interface of the carrier machine (1).
- The method according to one of the preceding claims, characterised in that, by continuously monitoring the casing depth, a prediction is made regarding the completion of the pile, the prediction ideally being made taking into account any saved ground profiles created e.g. during previous pile foundation operations for adjacent piles.
- An attachment for a carrier machine (1), in particular a cable excavator or drilling rig, for pile foundation with a table (301) for clamping a pipe (100) and at least one computer unit, characterised in that this is an integrated computer unit carrying a program that allows it to implement a method according to one of the preceding claims 1 to 11.
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