WO2019219320A1 - Tiefbauverfahren und baugerät zum erstellen einer säulenförmigen struktur im boden - Google Patents

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Hans Regler
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Bauer Spezialtiefbau Gmbh
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    • E02D2600/00—Miscellaneous
    • E02D2600/10—Miscellaneous comprising sensor means

Definitions

  • the invention relates to a civil engineering method for creating a columnar structure in the ground, in which a civil engineering tool is rotationally driven about an axis of rotation and introduced with a feed in a soil, wherein the columnar structure is created in the ground, according to the preamble of claim 1.
  • the invention further relates to a construction device for creating a columnar structure in the ground, with a civil engineering tool, which can be driven in rotation about a rotation axis by means of a rotary drive and by means of a feed drive in a feed direction into the ground, at least one detection device for Detecting a rotational movement of the civil engineering tool and a Vorschubbewe- movement and at least one sensor device for detecting at least one further operating parameter, according to the preamble of claim 10.
  • EP 2 806 070 B1 A civil engineering method and a generic construction equipment are described in EP 2 806 070 B1.
  • a high-pressure injection body is created in the soil by means of a drill pipe, which has an outlet for ejecting an injection medium into the soil.
  • a gyroscopic measuring means for detecting a direction of movement of at least part of the drill string caused by the ejection of the injection medium is provided on the drill rod.
  • An electronic evaluation means makes it possible to assign the propagation depths of the injection medium determined to the instantaneous output direction. By rotating the drill string with the outlet, the injection medium is placed radially around the drill string in the ground.
  • HDI body approximately cylindrical high-pressure injection body
  • HDI bodies or HDI columns are used for various purposes.
  • a ground can be solidified or sealed against the ingress of groundwater.
  • HDI bodies can bond different wall types, such as pile walls and sheet piling.
  • the injection medium may in principle be any fluid or any liquid or suspension which may also be mixed with solids.
  • a cement suspension, chemicals or synthetic resins can be used.
  • the actual dimensions of the HDI body that are actually created must sufficiently match the desired dimensions. This is of particular importance when several HDI bodies are to provide a seal next to each other in the ground. In this case, there must be no clearance between the HDI bodies.
  • an HDI body particularly in the radial direction of the drill string, may vary depending on the soil.
  • an obstacle in the ground can prevent penetration of the injection medium.
  • a generated HDI body usually has no exact cylindrical shape. Rather, its radial extent depends on the depth and the azimuthal angle. This indicates a direction in a plane perpendicular to the drilling axis.
  • HDI bodies are usually created with an overlap in the soil.
  • measuring devices are used.
  • DE 195 21 639 A1 the erection of an HDI body is monitored with a geophone. This is driven into the ground at a distance from the drill string. By detecting ground vibrations, the range to which the injection medium is ejected can be estimated.
  • driving in a geophone is an additional workload that increases the time and staffing requirements. In addition, the achievable accuracy is limited.
  • the measuring system includes a sound transmitter and receiver.
  • the emitted sound is reflected back at an interface of the borehole, in particular to an injection body. From the transit time of the sound signal, the radial extent of the borehole or the propagation depth of the injection medium can then be determined.
  • the measuring device comprises a coil with unwindable measuring line. In that the dimensions of the rolling of the measuring line are detected, can be concluded on the radial dimensions of the high pressure injection body.
  • the dimensions of the injection body can be determined in this manner, the evaluation and interpretation of the measurement data requires considerable effort. However, it is desirable to determine the three-dimensional structure created in the soil particularly accurately and to enable an efficient check of the processing result.
  • the inventive method is characterized in that when creating the columnar structure, a rotational movement and a feed movement of the civil engineering tool over time and forwarded to an evaluation that at least one further processing parameters for creating the columnar structure in the ground by means of a sensor device the time is detected and forwarded to the evaluation unit and that the evaluation unit creates and displays a three-dimensional model of the columnar structure.
  • One aspect of the invention is to acquire certain measured values over time in a civil engineering method for creating a columnar structure in the ground and from this to form and display as clearly as possible a three-dimensional model of the columnar structure created.
  • the created three-dimensional model of the columnar structure does not have to be a true-to-scale model of the columnar structure actually created in the ground, such as a foundation pile.
  • the decisive factor is that the generated three-dimensional model can vividly depict a correct implementation of the civil engineering process and possible defects of the fabricated structure.
  • a rotational movement of the rotating civil engineering tool and at the same time a feed motion of the civil engineering tool are detected over time.
  • At least one further processing parameter is acquired over time, which is essential for creating the columnar structure in the soil.
  • an illustrative three-dimensional column model of the columnar structure can then be created by the evaluation unit and displayed directly on a display device at an operating or monitoring station, for example directly in the construction equipment.
  • a machine operator can be directly displayed if the columnar structure created in the ground has an undesired defect.
  • the operator can directly, especially as long as an introduced cement suspension is not cured, a Rework with the civil engineering tool.
  • Such a timely error correction is much easier and more cost-effective to carry out than if a faulty part is only found in the finished and hardened structure in the soil.
  • any columnar structure can be created in the ground, such as a FIDI element for an injection anchor or a lime or gravel column.
  • a foundation pile is created in the ground as a columnar structure.
  • the foundation pile can be produced by material-boring drilling or by positive displacement drilling, wherein a hardenable suspension is introduced into the produced borehole.
  • a drilling tool with injection port or injection lance for injecting a curable suspension and that a curable suspension by the rotating civil engineering tool into the ground to create the columnar structure in the ground is introduced.
  • the borehole can be created at the same time and introduced in the same or a subsequent operation, the curable suspension.
  • the drilling tool performs a helical movement with the injection opening, which arises due to an overlap between a rotary movement and a feed movement.
  • each parameter can be detected when creating the columnar structure in the ground, which allows a statement about the created structure in the ground. It is particularly advantageous that an injection pressure, a pump pressure, an injection volume, a temperature, a tool deflection and / or a sound measurement value is detected as at least one further operating parameter. These parameters can be detected individually or else in any combination with one another and used to generate the three-dimensional model. A particularly good statement about the introduction of a curable suspension can be detected by measuring a tool deflection or a sound, as indicated for example in the cited in the introduction EP 2 896 070 B1 or DE 196 22 282 C1 and an average expert also is basically known.
  • a helical time axis is formed by the evaluation unit depending on the rotational movement and feed movement detected over time and that the at least one processing parameter acquired over time is assigned to the helical time axis for forming the three-dimensional model becomes.
  • the evaluation unit combines the determined rotational movement and the determined feed motion so that no linear straight time axis is formed, but a helical time axis.
  • the center axis of the helix shape can preferably be a measure of the distance traveled, that is to say the depth in the ground. If the at least one further parameter is now plotted over the helical time axis, this results in an illustrative representation which permits direct comparisons with the column structure actually created in the ground and in particular makes it easy to detect deviations and defects.
  • the three-dimensional model of the columnar structure is formed by interpolation by the evaluation after allocation of the at least one processing parameter to the helical time axis.
  • the regions missing between the screw threads are mathematically determined by corresponding interpolation of the operating parameters lying opposite in the axial direction on the adjacent turns of the helical time axis.
  • a linear interpolation is provided here.
  • a preferred variant of the method further consists in that the rotational movement is detected directly on a rotary drive or by means of a rotational speed measuring element on the civil engineering tool.
  • the speed measuring element may in particular be a tachometer.
  • the rotary motion can also be removed directly from a rotary meter on the rotary drive.
  • a measurement of the feed movement can basically be done in any suitable manner. It is particularly preferred that the feed movement is detected directly on a feed drive or by a displacement measuring element on the civil engineering tool.
  • a particularly efficient civil engineering method is achieved in that a three-dimensional target model for the columnar structure to be created is stored in the ground, that the determined three-dimensional model for the columnar structure is an actual by the evaluation unit Model is compared with the target model and that on a display device deviations between the target model and the actual model are displayed.
  • These deviations can be regarded as defects, in particular if the actual model in its outer circumference does not correspond to the desired model with its outer circumference.
  • These defects can preferably be displayed on a colored display with a different color, for example the color red.
  • the construction device is characterized in that an evaluation unit is provided, which is connected to the at least one detection device and the sensor device, wherein the evaluation unit is designed to create a three-dimensional model of the columnar structure based on the acquired data, and that one Display device is provided, with which the created three-dimensional model of the columnar structure can be displayed.
  • the construction equipment can be a drilling device for creating a foundation piling in the ground or an injection anchor.
  • the civil engineering tool it is particularly preferred for the civil engineering tool to have a drilling tool with an injection opening or an injection lance for injection. is a curable suspension.
  • a measured value is preferably used as a further processing parameter, which represents a measure of the introduced hardenable suspension per time and place.
  • a further advantageous embodiment of the drilling device according to the invention is that a speed measuring element is provided, with which a rotational movement of the civil engineering tool over time can be detected, and / or that a distance measuring element is provided, with which a travel of the civil engineering tool over time can be detected bar ,
  • FIG. 1 shows a section of a highly schematic construction device in the production of a columnar structure in the ground
  • FIG. 2 shows a measurement data example of a data curve of a measured sound intensity over time during the creation of a columnar structure in the floor according to the arrangement of FIG. 1;
  • Fig. 3 is a helical representation of the time axis t over the path s, wherein a
  • 360 ° section of the helix corresponds to a rotation of the civil engineering tool according to FIG. 1;
  • FIG. 4 shows an illustration of the schematic transmission of a raw data curve according to FIG. 2 to the helical time axis and the schematic determination of a three-dimensional columnar model.
  • FIG. 1 schematically shows an exemplary embodiment of a construction device 100 according to the invention for the position of a columnar structure 32 in a floor 3.
  • the construction equipment 100 comprises a drill pipe with which a borehole 5 shown in detail in FIG. 1 can be produced.
  • An injection opening 20 is formed on the rod-shaped civil engineering tool 10. Through this, an injection medium 22 from the civil engineering tool 10 in the bottom of the third be ejected.
  • the injection opening 20 is rotatable together with the civil engineering tool 10 or independently thereof about an axis of rotation 14, also called a drilling axis. As a result, a columnar structure 32 is created, which surrounds the rod-shaped civil engineering tool 10.
  • the ejected injection medium 22 penetrates to a propagation depth 28.
  • the propagation depth 28 is a radial distance that may be determined from the injection opening 20 or from the rotation axis 14. Due to obstacles in the ground, the size of the propagation depth 28 may depend on the azimuth angle about the axis of rotation 14 and / or on the height of the injection port 20 along the axis of rotation 14.
  • a sensor device 40 is arranged co-rotating with the civil engineering tool 10. This receives a measuring signal, for example a sound signal.
  • a sound signal the injection sound can be used or it can be sent with a transmitter an acoustic signal whose reflections is measured as a sound signal from the sensor device 40. In particular, the signal can be reflected back at an interface between the injection medium 22 and the bottom 3.
  • cryoscopic measuring means 30 may be provided on the rod-shaped civil engineering tool 10. These detect a movement direction 26 of at least part of the civil engineering tool 10. This movement is caused by the ejection of the injection medium 22. Therefore, an ejection direction 24 and the direction of movement 26 of the drill string 10 are just opposite to each other.
  • an electronic evaluation unit can be calculated from the measured values of the cryoscopic measuring means 30 of different ejection or dispensing directions 24 of the injection opening 20.
  • a correct rotational position can also be determined and recorded by detecting the angle of rotation or a rotational speed starting from an initial rotational position.
  • a plurality of different dispensing directions 24 are successively associated with the cryoscopic measuring centers 30 and the associated propagation depths 28 forwarded to the evaluation unit.
  • the dimensions of the formed columnar structure 32 in the ground can be determined with high accuracy.
  • FIG. 2 shows a possible raw data curve which is determined with the arrangement of FIG. 2 by a sound measurement.
  • FIG. 2 shows, over a time axis t, the sound intensity I measured periodically per revolution, which represents a measure of the propagation depth of the injection medium 22 and thus as a measure of the external shape of the columnar structure 32 created in the bottom.
  • the columnar structure 32 may be in particular a foundation pile in the bottom 3.
  • the immediately unimportant raw data curve is transmitted to a helical time axis t, which is shown schematically in FIG.
  • the longitudinal axis s of the helical shape is a measure of the distance traveled or the depth of the civil engineering tool 10 in the ground 3.
  • a 360 ° winding of the helical shape represents a 360 ° rotation of the civil engineering tool 10 during operation, the associated axial path s corresponds to a feed of civil engineering tool 10 per revolution.
  • a columnar model 50 can then be created by a simple mathematical interpolation according to FIG. 4 and displayed on a display device, preferably on the construction device 100.
  • the values for the sound intensity I can be plotted in a radial direction to the longitudinal axis s, so that a substantially cylindrical column shape results. Due to deviations in the sound intensity can be in the columnar model 50 deviations as dents 52 or bumps and thus recognize as possible defects in the created foundation pile immediately.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Tiefbauverfahren und ein Baugerät zum Erstellen einer säulenförmigen Struktur im Boden, wobei ein Tiefbauwerkzeug um eine Drehachse drehend angetrieben und mit einem Vorschub in einen Boden eingebracht wird, wobei die säulen- förmige Struktur im Boden erstellt wird. Gemäß der Erfindungist vorgesehen, dass beim Erstellen der säulenförmigen Struktur eine Drehbewegung und eine Vorschubbewegung des Tiefbauwerkzeugs über die Zeit erfasst und zu einer Auswerteeinheit weitergeleitet werden, dass mittels einer Sensoreinrichtung mindestens ein weiterer Bearbeitungsparameter beim Erstellen der säulenförmigen Struktur in dem Boden über die Zeit erfasst und zu der Auswerteeinheit weitergeleitet wird, und dass durch die Auswerteeinheit ein dreidimensionales Modell der säulenförmigen Struktur erstellt und angezeigt wird.

Description

TIEFBAUVERFAHREN UND BAUGERÄT ZUM ERSTELLEN EINER SÄULEN- FÖRMIGEN STRUKTUR IM BODEN
Die Erfindung betrifft ein Tiefbauverfahren zum Erstellen einer säulenförmigen Struktur im Boden, bei dem ein Tiefbauwerkzeug um eine Drehachse drehend angetrieben und mit einem Vorschub in einen Boden eingebracht wird, wobei die säulenförmige Struktur im Boden erstellt wird, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 .
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Baugerät zum Erstellen einer säulenförmigen Struk- tur im Boden, mit einem Tiefbauwerkzeug, welches drehend um eine Drehachse mit- tels eines Drehantriebes antreibbar und mittels eines Vorschubantriebes in einer Vor- schubrichtung in den Boden verfahrbar ist, mindestens einer Erfassungseinrichtung zum Erfassen einer Drehbewegung des Tiefbauwerkzeugs und einer Vorschubbewe- gung und mindestens einer Sensoreinrichtung zum Erfassen mindestens eines weite- ren Betriebsparameters, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 10.
Ein gattungsgemäßes Tiefbauverfahren und ein gattungsgemäßes Baugerät gehen aus der EP 2 806 070 B1 hervor. Bei diesem bekannten Verfahren wird ein Hochdru- ckinjektionskörper im Boden mittels eines Bohrgestänges erstellt, welches einen Aus- lass zum Ausstößen eines Injektionsmediums in den Boden aufweist. An dem Bohr- gestänge ist ein gyroskopisches Messmittel zum Erfassen einer durch den Ausstoß des Injektionsmediums hervorgerufenen Bewegungsrichtung von zumindest einem Teil des Bohrgestänges vorgesehen. Ein elektronisches Auswertemittel ermöglicht es, der momentanen Ausgaberichtung ermittelte Ausbreitungstiefen des Injektionsmedi- ums zuzuordnen. Indem das Bohrgestänge mit dem Auslass gedreht wird, wird das Injektionsmedium radial um das Bohrgestänge in den Boden gegeben. Es ist möglich, den Boden zu- nächst durch einen Hochdruckwasserstrahl zu erodieren und sodann das Injektions- medium in die Umgebung auszustoßen, welche aus erodiertem Boden und Wasser besteht. Durch Anheben des Bohrgestänges mit dem Auslass kann ein etwa zylinder- förmiger Hochdruckinjektionskörper (HDI-Körper) gebildet werden.
HDI-Körper oder HDI-Säulen werden für verschiedene Zwecke eingesetzt. Insbeson- dere kann ein Baugrund verfestigt werden oder gegen das Eindringen von Grundwas- ser abgedichtet werden. Bei Baugrubenabsicherungen können durch HDI-Körper un- terschiedliche Wandtypen miteinander verbunden werden, beispielsweise Pfahlwände und Spundwände.
Das Injektionsmedium kann grundsätzlich ein beliebiges Fluid oder eine beliebige Flüssigkeit oder Suspension sein, welche auch mit Feststoffen versetzt sein kann. Bei- spielsweise können eine Zementsuspension, Chemikalien oder Kunstharze eingesetzt werden.
Damit ein HDI-Körper die gewünschte Abdichtung oder Stabilität bietet, müssen die tatsächlich erzeugten Abmessungen des HDI-Körpers mit gewünschten Abmessun- gen ausreichend übereinstimmen. Dies ist von besonderer Bedeutung, wenn mehrere HDI-Körper nebeneinander im Boden eine Abdichtung bereitstellen sollen. In diesem Fall darf zwischen den HDI-Körpern kein Freiraum verbleiben.
Die genauen Abmessungen eines HDI-Körpers, insbesondere in Radialrichtung zu dem Bohrgestänge, können jedoch abhängig vom Boden verschieden ausfallen. So kann beispielsweise ein Hindernis im Boden ein Eindringen des Injektionsmediums verhindern. Als Folge hat ein erzeugter HDI-Körper in der Regel keine exakte Zylin- derform. Vielmehr ist dessen radiale Ausdehnung abhängig von der Tiefe und dem Azimutalwinkel. Dieser gibt eine Richtung in einer Ebene senkrecht zur Bohrachse an.
Um dennoch eine abdichtende Wirkung mit HDI-Körpern bereitzustellen, werden diese üblicherweise mit einem Überlapp im Boden erzeugt. Der Überlapp wird umso größer gewählt, je unsicherer die Kenntnis der Abmessungen der HDI-Körper ist. Damit steigt die Anzahl zu errichtenden HDI-Körper, womit ein größerer Zeitbedarf und höhere Kos- ten einhergehen. Um den Überlapp zwischen benachbarten HDI-Körpern gering halten zu können, wer- den Messeinrichtungen eingesetzt. Bei DE 195 21 639 A1 wird die Errichtung eines HDI-Körpers mit einem Geophon überwacht. Dieses wird beabstandet zum Bohrge- stänge in den Boden getrieben. Indem es Bodenerschütterungen erfasst, kann die Reichweite geschätzt werden, bis zu welcher das Injektionsmedium ausgestoßen wird. Das Eintreiben eines Geophons stellt aber einen zusätzlichen Arbeitsaufwand dar, durch den der Zeitbedarf und die personellen Anforderungen steigen. Zudem ist die hierdurch erreichbare Genauigkeit begrenzt.
Demgegenüber werden bei einer gattungsgemäßen Vorrichtung und einem gattungs- gemäßen Verfahren, wo die Messeinrichtung am Bohrgestänge befestigt ist, Vorteile erreicht. Der Betrieb einer solchen Messeinrichtung ist mit praktisch keinem zusätzli- chen Arbeitsaufwand verbunden. Eine solche Vorrichtung und ein solches Verfahren werden beispielsweise in DE 196 22 282 C1 beschrieben. Die Messeinrichtung um- fasst dort einen Schallsender und -empfänger. Der ausgesendete Schall wird an einer Grenzfläche des Bohrlochs, insbesondere zu einem Injektionskörper, zurückgeworfen. Aus der Laufzeit des Schallsignals kann sodann die radiale Ausdehnung des Bohr- lochs oder die Ausbreitungstiefe des Injektionsmediums bestimmt werden.
Eine weitere Vorrichtung und ein weiteres Verfahren sind aus DE 198 34 731 C1 be- kannt. Dort umfasst die Messeinrichtung eine Spule mit abwickelbarer Messleine. In- dem die Ausmaße des Abrollens der Messleine erfasst werden, kann auf die radialen Abmessungen des Hochdruckinjektionskörpers geschlossen werden.
In dieser Weise können zwar die Maße des Injektionskörpers bestimmt werden, jedoch bedarf die Auswertung und Interpretation der Messdaten eines nicht unerheblichen Aufwandes. Es ist aber wünschenswert, die im Boden erstellte dreidimensionale Struk- tur besonders genau zu bestimmen und eine effiziente Überprüfung des Bearbeitungs- ergebnisses zu ermöglichen.
Es ist eine A u f g a b e der Erfindung, ein Verfahren und ein Baugerät zum Erstellen einer dreidimensionalen Struktur im Boden bereitzustellen, mit denen die erstellte Struktur besonders effizient ermittelt und überprüft werden kann.
Diese Aufgabe wird durch ein Tiefbauverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Baugerät mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Bevorzugte Varianten der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass beim Erstellen der säulenförmigen Struktur eine Drehbewegung und eine Vorschubbewegung des Tiefbauwerkzeugs über die Zeit erfasst und zu einer Auswerteeinheit weitergeleitet werden, dass mittels einer Sensoreinrichtung mindestens ein weiterer Bearbeitungs- parameter zum Erstellen der säulenförmigen Struktur in dem Boden über die Zeit er- fasst und zu der Auswerteeinheit weitergeleitet wird und dass durch die Auswerteein- heit ein dreidimensionales Modell der säulenförmigen Struktur erstellt und angezeigt wird.
Ein Aspekt der Erfindung besteht darin, bei einem Tiefbauverfahren zum Erstellen ei- ner säulenförmigen Struktur im Boden bestimmte Messwerte über die Zeit zu erfassen und hieraus in möglichst anschaulicher Weise ein dreidimensionales Modell der er- stellten säulenförmigen Struktur zu bilden und anzuzeigen. Dabei muss das erstellte dreidimensionale Modell der säulenförmigen Struktur kein maßstabgetreues Modell der tatsächlich im Boden erstellten säulenförmigen Struktur, etwa eines Gründungs- pfahles, sein. Maßgeblich ist, dass das erzeugte dreidimensionale Modell anschaulich eine korrekte Durchführung des Tiefbauverfahrens und mögliche Fehlstellen der er- zeugten Struktur darstellen kann. Dabei werden während des Herstellungsprozesses eine Drehbewegung des drehenden Tiefbauwerkzeuges und gleichzeitig eine Vor- schubbewegung des Tiefbauwerkzeuges über die Zeit erfasst.
Weiterhin wird mindestens ein weiterer Bearbeitungsparameter über die Zeit erfasst, welcher für das Erstellen der säulenförmigen Struktur im Boden wesentlich ist. Hieraus kann dann durch die Auswerteeinheit ein anschauliches dreidimensionales Säulenmo- dell der säulenförmigen Struktur erstellt und unmittelbar an einer Anzeigeeinrichtung an einer Bedien- oder Überwachungsstation, etwa unmittelbar im Baugerät, angezeigt werden.
So kann etwa einem Maschinenbediener unmittelbar angezeigt werden, wenn die er- stellte säulenförmige Struktur im Boden eine unerwünschte Fehlstelle aufweist. Durch dieses unmittelbare Anzeigen kann der Maschinenbediener unmittelbar, insbesondere solange etwa eine eingebrachte Zementsuspension noch nicht ausgehärtet ist, eine Nacharbeitung mit dem Tiefbauwerkzeug durchführen. Eine derartige zeitnahe Fehler- behebung ist deutlich einfacher und kostengünstiger durchführbar als wenn eine Fehl- steile erst bei der fertigen und ausgehärteten Struktur im Boden festgestellt wird.
Grundsätzlich kann eine beliebige säulenförmige Struktur im Boden erstellt werden, etwa ein FIDI-Element für einen Injektionsanker oder eine Kalk- oder Kiessäule. Be- sonders bevorzugt ist es nach einer Ausführungsform der Erfindung, dass als säulen- förmige Struktur ein Gründungspfahl im Boden erstellt wird. Der Gründungspfahl kann dabei durch ein materialabtragendes Bohren oder durch ein Verdrängungsbohren her- gestellt werden, wobei in das erzeugte Bohrloch eine aushärtbare Suspension einge- I eitet wird.
Dabei ist es nach einer Weiterbildung der Erfindung besonders vorteilhaft, dass als Tiefbauwerkzeug ein Bohrwerkzeug mit Injektionsöffnung oder eine Injektionslanze zum Injizieren einer aushärtbaren Suspension verwendet wird und dass eine aushärt- bare Suspension durch das drehende Tiefbauwerkzeug in den Boden zum Erstellen der säulenförmigen Struktur in den Boden eingebracht wird. Mit derartigen drehenden Bohrwerkzeugen können gleichzeitig das Bohrloch erstellt und im gleichen oder einem anschließenden Arbeitsgang die aushärtbare Suspension eingebracht werden. Bei diesem Einbringen führt das Bohrwerkzeug mit der Injektionsöffnung eine schrauben- förmige Bewegung durch, welche durch eine Überlagerung zwischen einer Drehbewe- gung und einer Vorschubbewegung entsteht.
Als weiterer Betriebsparameter kann jeder Parameter beim Erstellen der säulenförmi- gen Struktur im Boden erfasst werden, welcher eine Aussage über die erstellte Struktur im Boden zulässt. Besonders vorteilhaft ist es dabei, dass als mindestens ein weiterer Betriebsparameter ein Injektionsdruck, ein Pumpendruck, ein Injektionsvolumen, eine Temperatur, eine Werkzeugauslenkung und/oder ein Schallmesswert erfasst wird. Diese Parameter können einzeln oder auch in einer beliebigen Kombination zueinan- der erfasst und zum Erzeugen des dreidimensionalen Modells herangezogen werden. Eine besonders gute Aussage über das Einbringen einer aushärtbaren Suspension kann durch Messung einer Werkzeugauslenkung oder eines Schalls erfasst werden, so wie dies etwa in den in der Beschreibungseinleitung genannten Druckschriften EP 2 896 070 B1 beziehungsweise DE 196 22 282 C1 angegeben und einem Durch- schnittsfachmann auch grundsätzlich bekannt ist. Nach einer weiteren Verfahrensvariante der Erfindung ist es bevorzugt, dass durch die Auswerteeinheit abhängig von der über die Zeit erfassten Drehbewegung und Vor- schubbewegung eine helixförmige Zeitachse gebildet wird und dass der mindestens eine über die Zeit erfasste Bearbeitungsparameter zum Bilden des dreidimensionalen Modells der helixförmigen Zeitachse zugeordnet wird. Die Auswerteeinheit kombiniert dabei die ermittelte Drehbewegung und die ermittelte Vorschubbewegung so, dass keine linienförmige gerade Zeitachse gebildet wird, sondern eine helixförmige Zeit- achse. Dabei kann die Mittenachse der Helixform vorzugsweise ein Maß für den zu- rückgelegten Weg, also die Tiefe im Boden, sein. Wird nunmehr der mindestens eine weitere Parameter über die helixförmige Zeitachse abgetragen, ergibt dies eine an- schauliche Darstellung, die unmittelbare Vergleiche zu der im Boden tatsächlich er- stellten Säulenstruktur zulässt und insbesondere Abweichungen und Fehlstellen leicht erkennen lässt.
Besonders vorteilhaft ist es dabei, dass durch die Auswerteeinheit nach Zuordnung des mindestens einen Bearbeitungsparameters zu der helixförmigen Zeitachse das dreidimensionale Modell der säulenförmigen Struktur durch Interpolation gebildet wird. Dabei werden die zwischen den Schraubenwindungen fehlenden Bereiche durch ent- sprechende Interpolation der in Axialrichtung gegenüberliegenden Betriebsparameter auf den angrenzenden Windungen der helixförmigen Zeitachse mathematisch be- stimmt. Vorzugsweise wird hierbei eine lineare Interpolation vorgesehen. So kann re- lativ einfach aus einer linearen Erfassung eines Parameters ein räumliches, säulenför- miges Modell erstellt werden.
Eine bevorzugte Verfahrensvariante besteht weiter darin, dass die Drehbewegung un- mittelbar an einem Drehantrieb oder durch ein Drehzahlmesselement an dem Tiefbau- werkzeug erfasst wird. Das Drehzahlmesselement kann insbesondere ein Drehzahl- messer sein. Alternativ kann die Drehbewegung auch unmittelbar von einem Dreh- zahlmesser am Drehantrieb abgenommen werden.
Eine Messung der Vorschubbewegung kann grundsätzlich in jeder geeigneten Weise erfolgen. Besonders bevorzugt ist es, dass die Vorschubbewegung unmittelbar an ei- nem Vorschubantrieb oder durch ein Wegmesselement an dem Tiefbauwerkzeug er- fasst wird. Ein besonders effizientes Tiefbauverfahren wird nach einer Weiterbildung der Erfin- dung dadurch erreicht, dass in der Auswerteeinheit ein dreidimensionales Soll-Modell für die zu erstellende säulenförmige Struktur im Boden abgespeichert ist, dass durch die Auswerteeinheit das ermittelte dreidimensionale Modell für die säulenförmige Struktur als ein Ist-Modell mit dem Soll-Modell verglichen wird und dass an einer An- zeigeeinrichtung Abweichungen zwischen dem Soll-Modell und dem Ist-Modell ange- zeigt werden. Diese Abweichungen können als Fehlstellen angesehen werden, insbe- sondere wenn das Ist-Modell in seinem Außenumfang nicht dem Soll-Modell mit sei- nem Außenumfang entspricht. Diese Fehlstellen können vorzugsweise auf einem far- bigen Display mit einer anderen Farbe, etwa der Farbe Rot, dargestellt werden. Somit ist für einen Maschinenbediener unmittelbar eine Fehlstelle oder eine nicht ausrei- chende Ausbildung der säulenförmigen Struktur im Boden ersichtlich. Wenn die Längs- achse des säulenförmigen Modells einer Vertikalachse der säulenförmigen Struktur im Boden entspricht, kann auch unmittelbar die Tiefenlage festgestellt werden, in der eine Fehlstelle bei der erstellten säulenförmigen Struktur im Boden vorliegt. Somit kann diese Fehlstelle unmittelbar durch den Maschinenbediener durch eine Nachbearbei- tung beseitigt werden.
Das erfindungsgemäße Baugerät ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Auswerteein- heit vorgesehen ist, welche mit der mindestens einen Erfassungseinrichtung und der Sensoreinrichtung verbunden ist, wobei die Auswerteeinheit ausgebildet ist, basierend auf den erfassten Daten ein dreidimensionales Modell der säulenförmigen Struktur zu erstellen, und dass eine Anzeigeeinrichtung vorgesehen ist, mit der das erstellte drei- dimensionale Modell der säulenförmigen Struktur anzeigbar ist.
Mit dem erfindungsgemäßen Bohrgerät kann insbesondere das zuvor beschriebene erfindungsgemäße Verfahren ausgeführt werden. Es ergeben sich dabei die zuvor be- schriebenen Vorteile.
Das Baugerät kann insbesondere ein Bohrgerät zum Erstellen eines Gründungspfah- les im Boden oder eines Injektionsankers sein.
Besonders bevorzugt ist es nach einer Weiterbildung der Erfindung, dass das Tiefbau- werkzeug ein Bohrwerkzeug mit Injektionsöffnung oder einer Injektionslanze zum Inji- zieren einer aushärtbaren Suspension ist. Dabei wird als weiterer Bearbeitungspara- meter vorzugsweise ein Messwert herangezogen, welcher ein Maß für die einge- brachte aushärtbare Suspension pro Zeit und Ort darstellt.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Bohrgerätes besteht darin, dass ein Drehzahlmesselement vorgesehen ist, mit dem eine Drehbewegung des Tiefbauwerkzeugs über die Zeit erfassbar ist, und/oder dass ein Wegmesselement vorgesehen ist, mit dem ein Verfahrweg des Tiefbauwerkzeuges über die Zeit erfass- bar ist.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen er- läutert, welche schematisch in den Zeichnungen dargestellt sind. In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 einen Ausschnitt eines stark schematisierten Baugeräts bei der Herstel- lung einer säulenförmigen Struktur im Boden;
Fig. 2 ein Messdatenbeispiel einer Datenkurve einer gemessenen Schallinten- sität über die Zeit bei der Erstellung einer säulenförmigen Struktur im Bo- den gemäß der Anordnung von Fig. 1 ;
Fig. 3 eine helixförmige Darstellung der Zeitachse t über den Weg s, wobei ein
360°-Abschnitt der Helix einer Drehung des Tiefbauwerkzeuges gemäß Fig. 1 entspricht; und
Fig. 4 eine Veranschaulichung der schematischen Übertragung einer Rohda- tenkurve gemäß Fig. 2 auf die helixförmige Zeitachse und die schemati- sche Ermittlung eines dreidimensionalen säulenförmigen Modells hie raus.
Fig. 1 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Bauge- räts 100 zur Fierstellung einer säulenförmigen Struktur 32 in einem Boden 3.
Das Baugerät 100 umfasst als ein Tiefbauwerkzeug 10 ein Bohrgestänge, mit dem ein in Fig. 1 ausschnittsweise dargestelltes Bohrloch 5 erzeugt werden kann. An dem ge- stängeförmigen Tiefbauwerkzeug 10 ist eine Injektionsöffnung 20 ausgebildet. Durch diese kann ein Injektionsmedium 22 aus dem Tiefbauwerkzeug 10 in den Boden 3 ausgestoßen werden. Die Injektionsöffnung 20 ist gemeinsam mit dem Tiefbauwerk- zeug 10 oder auch unabhängig hiervon um eine Drehachse 14, auch Bohrachse ge- nannt, drehbar. Dadurch wird eine säulenförmige Struktur 32 erzeugt, welche das stan- genförmige Tiefbauwerkzeug 10 umgibt.
Das ausgestoßene Injektionsmedium 22 dringt bis zu einer Ausbreitungstiefe 28 vor. Die Ausbreitungstiefe 28 ist eine radiale Strecke, die ab der Injektionsöffnung 20 oder ab der Drehachse 14 bestimmt sein kann. Aufgrund von Hindernissen im Boden kann die Größe der Ausbreitungstiefe 28 vom Azimutwinkel um die Drehachse 14 und/oder von der Höhe der Injektionsöffnung 20 entlang der Drehachse 14 abhängen.
Zur Messung der Ausbreitungstiefe 28 ist eine Sensoreinrichtung 40 mitdrehend an dem Tiefbauwerkzeug 10 angeordnet. Dieses empfängt ein Messsignal, beispiels- weise ein Schallsignal. Als Schallsignal kann das Injektionsgeräusch verwendet wer- den oder es kann mit einem Sender ein akustisches Signal ausgesandt werden, des- sen Reflexionen als Schallsignal von der Sensoreinrichtung 40 gemessen wird. Das Signal kann insbesondere an einer Grenzfläche zwischen dem Injektionsmedium 22 und dem Boden 3 zurückgeworfen werden.
Zu der ermittelten Ausbreitungstiefe 28 wird auch die zugehörige Azimutalrichtung er- mittelt, welche eine Drehstellung der Injektionsöffnung 20 um die Drehachse 14 angibt. Hierfür können kryoskopische Messmittel 30 am stangenförmigen Tiefbauwerkzeug 10 vorgesehen sein. Diese erfassen eine Bewegungsrichtung 26 von zumindest einem Teil des Tiefbauwerkzeuges 10. Diese Bewegung wird durch den Ausstoß des Injekti- onsmediums 22 verursacht. Daher sind eine Ausstoßrichtung 24 und die Bewegungs- richtung 26 des Bohrgestänges 10 gerade entgegengesetzt zueinander. Somit kann eine elektronische Auswerteeinheit aus den Messwerten der kryoskopischen Messmit- tel 30 verschiedener Ausstoß- oder Ausgaberichtungen 24 der Injektionsöffnung 20 errechnet werden. Eine korrekte Drehstellung kann auch über die Erfassung des Dreh- winkels oder einer Drehzahl ausgehend von einer Ausgangsdrehstellung ermittelt und erfasst werden.
Vorzugsweise werden für eine 360°-Drehung der Injektionsöffnung 20 mehrere ver- schiedene Ausgaberichtungen 24 nacheinander mit den kryoskopischen Messmitten 30 erfasst und die zugehörigen Ausbreitungstiefen 28 zu der Auswerteeinheit weiter- geleitet. Dadurch können die Abmessungen der gebildeten säulenförmigen Struktur 32 im Boden mit hoher Genauigkeit ermittelt werden.
In Fig. 2 ist eine mögliche Rohdatenkurve gezeigt, welche mit der Anordnung von Fig. 2 durch eine Schallmessung ermittelt wird. Dabei zeigt Fig. 2 über eine Zeitachse t die periodisch je Umdrehung gemessene Schallintensität I, welche ein Maß für die Ausbreitungstiefe des Injektionsmediums 22 und damit als ein Maß für die äußere Form der im Boden erstellten säulenförmigen Struktur 32 darstellt. Die säulenförmige Struktur 32 kann dabei insbesondere ein Gründungpfahl im Boden 3 sein.
Gemäß der Erfindung wird die unmittelbar wenig aussagekräftige Rohdatenkurve auf eine helixförmige Zeitachse t übertragen, welche schematisch in Fig. 3 dargestellt ist. Dabei ist die Längsachse s der Helixform ein Maß für den zurückgelegten Weg bezie- hungsweise die Tiefe des Tiefbauwerkzeuges 10 im Boden 3. Eine 360°-Wicklung der Helixform stellt dabei eine 360°-Drehung des Tiefbauwerkzeugs 10 im Betrieb dar, wobei der zugehörige Axialweg s mit einem Vorschub des Tiefbauwerkzeuges 10 pro Umdrehung korrespondiert.
Auf die so gebildete helixförmige Zeitachse t gemäß Fig. 3 kann die Rohdatenkurve gemäß Fig. 2 mit dem Schallwert als weiterem Bearbeitungsparameter übertragen werden. Hieraus kann dann durch eine einfache mathematische Interpolation gemäß Fig. 4 ein säulenförmiges Modell 50 erstellt und an einer Anzeigeeinrichtung vorzugs- weise an dem Baugerät 100, angezeigt werden. Dabei können die Werte für die Schallintensität I in einer radialen Richtung zur Längsachse s aufgetragen werden, so dass sich eine im Wesentlichen zylindrische Säulenform ergibt. Aufgrund von Abweichungen in der Schallintensität lassen sich in dem säulenförmigen Modell 50 Abweichungen als Dellen 52 oder Beulen und damit als mögliche Fehlstellen bei dem erstellten Gründungspfahl unmittelbar erkennen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Tiefbauverfahren zum Erstellen einer säulenförmigen Struktur (32) im Boden (3), bei dem ein Tiefbauwerkzeug (10) um eine Drehachse (14) drehend angetrieben und mit einem Vorschub in einen Boden (3) eingebracht wird, wobei die säulenför- mige Struktur (32) im Boden (3) erstellt wird,
dadurch gekennzeichnet,
dass beim Erstellen der säulenförmigen Struktur (32) eine Drehbewegung und eine Vorschubbewegung des Tiefbauwerkzeugs (10) über die Zeit erfasst und zu einer Auswerteeinheit weitergeleitet werden,
dass mittels einer Sensoreinrichtung (40) mindestens ein weiterer Bearbeitungs- parameter beim Erstellen der säulenförmigen Struktur (32) in dem Boden (3) über die Zeit erfasst und zu der Auswerteeinheit weitergeleitet wird und
dass durch die Auswerteeinheit ein dreidimensionales Modell (50) der säulenför- migen Struktur (32) erstellt und angezeigt wird.
2. Tiefbauverfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass als säulenförmige Struktur (32) ein Gründungspfahl im Boden (3) erstellt wird.
3. Tiefbauverfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass als Tiefbauwerkzeug (10) ein Bohrwerkzeug mit Injektionsöffnung (20) oder eine Injektionslanze zum Injizieren einer aushärtbaren Suspension verwendet wird und dass eine aushärtbare Suspension durch das drehende Tiefbauwerkzeug (10) in den Boden (3) zum Erstellen der säulenförmigen Struktur (32) eingebracht wird.
4. Tiefbauverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass als mindestens ein weiterer Betriebsparameter ein Injektionsdruck, ein Pum- pendruck, ein Injektionsvolumen, eine Temperatur, eine Werkzeugauslenkung und/oder ein Schallmesswert erfasst wird.
5. Tiefbauverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass durch die Auswerteeinheit abhängig von der über die Zeit erfassten Drehbe- wegung und Vorschubbewegung eine helixförmige Zeitachse gebildet wird und dass der mindestens eine über die Zeit erfasste Bearbeitungsparameter zum Bil- den des dreidimensionalen Modells (50) der helixförmigen Zeitachse zugeordnet wird.
6. Tiefbauverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Drehbewegung unmittelbar an einem Drehantrieb oder durch ein Dreh- zahlmesselement an dem Tiefbauwerkzeug (10) erfasst wird.
7. Tiefbauverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Vorschubbewegung unmittelbar an einem Vorschubantrieb oder durch ein Wegmesselement an dem Tiefbauwerkzeug (10) erfasst wird.
8. Tiefbauverfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass durch die Auswerteeinheit nach Zuordnung des mindestens einen Bearbei- tungsparameters zu der helixförmigen Zeitachse das dreidimensionale Modell (50) der säulenförmigen Struktur (32) durch Interpolation gebildet wird.
9. Tiefbauverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, dass in der Auswerteeinheit ein dreidimensionales Soll-Modell für die zu erstel- lende säulenförmige Struktur (32) im Boden (3) abgespeichert ist,
dass durch die Auswerteeinheit das ermittelte dreidimensionale Modell (50) für die säulenförmige Struktur (32) als ein Ist-Modell mit dem Soll-Modell verglichen wird und
dass an einer Anzeigeeinrichtung Abweichungen zwischen dem Soll-Modell und dem Ist-Modell angezeigt werden.
10. Baugerät zum Erstellen einer säulenförmigen Struktur (32) im Boden (3), insbe- sondere mit einem Tiefbauverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, mit
einem Tiefbauwerkzeug (10), welches drehend um eine Drehachse (14) mittels eines Drehantriebes drehend antreibbar ist und mittels eines Vor- schubantriebes in einer Vorschubrichtung in den Boden (3) verfahrbar ist, mindestens einer Erfassungseinrichtung zum Erfassen einer Drehbewe- gung des Tiefbauwerkzeuges (10) und einer Vorschubbewegung über die Zeit und
mindestens einer Sensoreinrichtung (40) zum Erfassen mindestens eines weiteren Bearbeitungsparameters,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine Auswerteeinheit vorgesehen ist, welche mit der mindestens einen Erfassungseinrichtung und der Sensoreinrichtung (40) verbunden ist, wobei die Auswerteeinheit ausgebildet ist, basierend auf den erfassten Daten ein dreidimensionales Modell der säulenförmigen Struktur (32) zu erstellen, und dass eine Anzeigeeinrichtung vorgesehen ist, mit der das erstellte dreidi mensionale Modell (50) der säulenförmigen Struktur (32) anzeigbar ist.
11. Baugerät nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Tiefbauwerkzeug (10) ein Bohrwerkzeug mit Injektionsöffnung (22) oder einer Injektionslanze zum Injizieren einer aushärtbaren Suspension ist.
12. Bohrgerät nach Anspruch 10 oder 11 ,
dadurch gekennzeichnet, dass ein Drehzahlmesselement vorgesehen ist, mit dem eine Drehbewegung des Tiefbauwerkzeugs (10) über die Zeit erfassbar ist, und/oder
dass ein Wegmesselement vorgesehen ist, mit dem ein Verfahrweg des Tiefbau- werkzeuges (10) über die Zeit erfassbar ist.
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