Verfahren zum Herstellen von Bauelementen im Baugrund, wie Pfählen, Ankern oder dergleichen, sowie Vorrichtung zur Ausführung dieses Verfahrens

Abstract

 Bei dem Verfahren zum Herstellen von Bauelementen im Baugrund (1), wie Pfählen, Ankern, oder dgl., wird ein Loch (2) im Baugrund (1) hergestellt. Mittels eines in das Loch (2) eingebrachten Strahlrohres (3) mit wenigstens einer seitlichen Strahldüse (5) wird ein erhärtbarer flüssiger Baustoff unter Höchstdruck als kontinuierlicher Hochdruckstrahl unter Ziehen und Drehen des Strahlrohres (5) in die das Loch (2) umgebende Baugrundwand (7) eingepresst. Das Strahlrohr (3) besitzt einen gegenüber dem Loch (2) im Baugrund (1) kleineren Querschnitt. Der Ringraum (6) zwischen Strahlrohr (3) und Lochwandung (7) wird vor dem Ziehen des Strahlrohres (3) und dem damit verbundenen Einpressen des erhärtbaren flüssigen Baustoffes mit einem erhärtbarem Material (8) gefüllt.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Bau­elementen im Baugrund, wie Pfählen, Ankern, Schlitzwänden oder dgl., mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Pa­tentanspruches 1, sowie einen Vorrichtung zur Ausführung dieses Verfahrens mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Pa­tentanspruches 9.

[0002] Aus der DE-AS 21 58 764 ist es bekannt, unterirdische Säulen dadurch herzustellen, daß ein Erdbohrer bis auf Säulenfuß­tiefe vorangetrieben wird. Während des Zurückziehens dessel­ben wir ein Erdverfestigungsmittel unter hohem Druck über wenigstens eine Düse kontinuierlich eingeleitet, welches in das umgebende Erdreich unter Zerstörung der betroffenen Bo­denstruktur eindringt und sich mit diesem mischt. Dabei wird ein Erdbohrer verwendet, der sich infolge seines kleinen Durchmessers relativ leicht einbohren läßt. Durch das Ein­bringen von Erdverfestigungsmittel unter hohem Druck soll sich ein Säulenquerschnitt bilden, der gegenüber dem Durch­messer des Erdbohrers beträchtlich größer ist. Der Säulen­querschnitt besteht dann im wesentlichen aus einem Gemisch von Erdverfestigungsmittel und Bodenmaterial. Die Festigkeit und Belastbarkeit solcher Säulen ist nicht optimal; das An­ordnen einer Stahlbewehrung ist nicht möglich.

[0003] Die EP-A-0064663 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrich­tung zur Stabilisierung von Rutschhängen durch Anbringen von Pfählen. In ein Bohrloch wird hierbei erhärtender Baustoff eingebracht. In diesem wird bis zum Bohrlochgrund ein Ven­tilrohr eingeschoben. Dieses besitzt übereinander mehrere Austrittsöffnungen. Nach Erhärten des Baustoffes im Bohrloch wird in das Ventilrohr ein Druckrohr eingeführt, das am un­teren Ende seitliche Austrittsöffnungen besitzt. Oberhalb und unterhalb hiervon sind Abdichtungsmanschetten angeord­ net. Über dieses Druckrohr wird bei entsprechender Höhenein­stellung von einer Hochdruckquelle erhärtender Baustoff ein­gedrückt. Dieser tritt über die Öffnungen im Ventilrohr aus, sprengt den umgebenden erhärteten Baustoff auf und tritt über die Risse in die Bohrlochumgebung ein. Hierdurch wird der Reibungsschluß des Pfahles mit der Bohrlochumgebung und damit die Tragfähigkeit eines solchen Pfahles erhöht. Nach­teilig ist hierbei, daß eine Verdichtung der Wandung der Öffnung im Baugrund bzw. eine Erweiterung dieser Wandung vor Erhärten des Baustoffes nicht möglich ist.

[0004] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen von Bauelementen im Baugrund, wie Pfählen, Ankern oder dgl. und eine Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens zu schaffen, wobei die Bauelemente wenigstens im Kernquer­schnitt weitgehend vom Bodenmaterial frei gehalten werden, wodurch deren Tragkraft und Festigkeit beträchtlich erhöht ist. Zugleich soll es möglich sein, eine Bewehrung für die Bauelemente einzubringen.

[0005] Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen des kenn­zeichnenden Teils der Patentansprüche 1 und 9.

[0006] Durch die Merkmale gemäß der Erfindung wird erreicht, daß der Kernquerschnitt des geschaffenen Bauelements im wesent­lichen frei bleibt von Baugrundbestandteilen, so daß die volle Tragkraft des erhärtenden Baustoffes über diesen Quer­schnittsbereich voll aufrechterhalten bleibt. Außerdem wird es möglich, zusätzlich an sich bekannte Bewehrungen beim Herstellen solcher Bauelemente mit einzubringen.

[0007] Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

[0008] Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 einen schematischen Vertikalschnitt eines unverrohr­ten Pfahles mit einer Hochdruckstrahleinrichtung mit Strahlrohr zur Durchführung einer kontinuierlichen Hochdruckinjektion;

Fig. 2 einen Querschnitt nach der Linie X-X in Fig. 1;

Fig. 3 einen schematischen Vertikalschnitt eines bewehrten Pfahles mit teilweise gezogener Bohrlochverrohrung mit Rohrkappe und Strahlrohr;

Fig. 4 einen Querschnitt nach der Linie XII-XII in Fig. 3;

Fig. 5 einen schematischen Vertikalschnitt eines Pfahles mit Bewehrung und Strahlrohr;

Fig. 6 eine Draufsicht auf den Pfahl nach Fig. 5;

Fig. 7 einen schematischen Vertikalschnitt eines verrohrten Pfahles während des Verfüllens des Ringraumes zwi­schen dem Erdreich und dem eingebauten Strahlrohr mit kiesigem Zuschlagstoff, und

Fig. 8 einen Querschnitt eines Pfahles einer weiteren Aus­führungsform mit Schutzrohr und separaten Strahllan­zen.

[0009] Nach Fig. 1 ist im Baugrund 1 ein Pfahlloch 2 durch Bohren, Ausbaggern oder dgl. erstellt.

[0010] In das Pfahlloch 2 wird zunächst das unten verschlossene Strahlrohr 3 eingeführt. An der Innenwandung desselben sind Hochdruckleitungen 4 befestigt. Diese enden in Düsen 5, die in der Wandung des Strahlrohres 3 nahe dessen unterem Ende, vorzugsweise mit einem großen Abstand, angeordnet sind.

[0011] Vorzugsweise sind zwei einander gegenüberliegende Düsen 5 vorhanden. Jede Düse 5 wird durch eine eigene Hochdrucklei­tung 4 gespeist. Es wäre auch möglich, die beiden Düsen 5 über nur eine Hochdruckleitung zu versorgen. In diesem Fall müßte eine solche einzige Hochdruckleitung 4 zunächst in eine Ringkammer am unteren Ende des Strahlrohres 3 enden, an die dann die Düsen 5 angeschlossen sind.

[0012] Durch die Verwendung von Hochdruckleitungen 4 kann als Strahlrohr 3 selbst ein verhältnismäßig dünnwandiges, nicht hochdruckfestes Rohr als Traggerüst verwendet werden. Meh­rere, einander gegenüberliegende Düsen 5 erlauben eine Selbstzentrierung des Strahlrohres 3 im Pfahlloch 2. Das Strahlrohr 3 schützt den Pfahlkern gegen Verunreinigung durch Erdmaterial.

[0013] Ein nicht dargestelltes Trägergerät hält das Strahlrohr 3. Es dient zum Absenken, Anheben und zum Drehen bzw. Hin- und Herschwenken des Strahlrohres 3.

[0014] Durch ein übliches, nicht dargestelltes Einbringrohr wird dann Beton, z.B. Fließbeton, Pumpbeton oder Schüttbeton bzw. Zementsuspension, von der Pfahllochsohle beginnend, einge­bracht. Der Ringraum 6 zwischen Strahlrohr 3 und Pfahl­lochwandung 7 wird völlig mit Beton 8 gefüllt.

[0015] Mittels zweier Pumpen 9 wird darauffolgend flüssiger Bau­stoff unter hohem Druck kontinuierlich in die im Strahlrohr 3 befindlichen Hochdruckleitungen 4 gepreßt und über die seitlichen Düsen 5 am Strahlrohr 3 durch den Betonringraum 6 hindurch in den umgehenden Baugrund 1 eingeleitet. Dabei setzt das Trägergerät das Strahlrohr 3 und damit die Düsen 5 in eine Drehbewegung bei gleichzeitigem Heben des Strahl­rohres 3. Das Einbringen des flüssigen Baustoffes über die Düsen 5 in den Baugrund 1 erfolgt jeweils auf der Länge des vorgesehenen Krafteinleitungsbereiches des Pfahles.

[0016] Vorteilhafterweise ist die Drehbewegung nicht ständig rotie­rend, sondern es erfolgt ein Hin- und Herbewegen des Strahl­rohres 3, also eine Schwenkbewegung, so daß die Hochdruck­leitungen 4 nicht über einen besonderen Zuführkopf gespeist werden müssen.

[0017] Die Zentrierung des Strahlrohres 3 im Pfahlloch 2 erfolgt durch die Anordnung von mindestens zwei gegenüberliegenden Düsen 5, die durch je eine unabhängige Pumpe 9 mit gleicher Verpreßmenge bei gleichem Druck gespeist werden. Der Durch­messer des Strahlrohres 3 wird auf die örtlichen Bo­denverhältnisse und Pfahlabmessungen so abgestimmt, daß sich überschüssiges Verpreßgut durch das beim Hochziehen des Strahlrohres 3 freiwerdende Volumen weitgehend kompensiert.

[0018] Aus Fig. 2 ist die Behandlung des kompletten Pfahlumfanges durch Hochziehen und ständiges Schwenken des Strahlrohres 3 und der Düsen 5 um einen Schwenkwinkel α von mindestens ∓ 90° erkennbar.

[0019] Nach der in Fig. 3 dargestellten, geänderten Ausführung wird im Baugrund 1 ein Pfahlloch 2 erstellt, das verrohrt gebohrt wurde. In dieser Figur 3 ist die Verrohrung 10 teilweise ge­zogen dargestellt. Vor dem Ziehen der Verrohrung 10 wurde das Strahlrohr 3, die Bewehrung 11 und der Beton 8 einge­bracht. Die Bohrlochverrohrung 10 besitzt eine Rohrkappe 12, in der das Strahlrohr 3 beweglich und dichtend geführt ist. Außerdem besitzt diese Kappe 12 noch zwei Ventile 13, 14 zum Ein- bzw. Auslassen eines Druckmediums. Das Druckmedium, be­stehend z.B. aus Zementmilch, Wasser oder Luft, verhindert oder behindert zumindest das Ausbrechen des durch die Strahldüse 5 kontinuierlich zugeleiteten, flüssigen Bau­stoffes durch die Betonsäule hindurch nach aufwärts. Dadurch wird der flüssige Baustoff verstärkt veranlaßt, in das Erd­reich des Baugrundes 1 einzudringen. Der Pfahlbeton wird von einer Vermischung mit Erdreich freigehalten.

[0020] Aus Fig. 4 ist die Behandlung eines Teils des Pfahlumfanges über einander gegenüberliegende Umfangssegmente ersichtlich. Solche Pfahlelemente ergeben überlappend aneinandergereiht Wände, die neben anderen Funktionen, z.B. Dichtigkeit, dank des bewehrten Kernpfahles auch eine hohe Tragkraft oder Bie­gesteifigkeit besitzen können.

[0021] Nach Fig. 5 ist im Baugrund 1 ein unverrohrtes Pfahlloch 2 z.B. durch Bentonit-Spülung, hergestellt worden.

[0022] Die Bewehrung 11 befindet sich innerhalb eines geänderten Strahlrohres 3′. Dieses ist nun unten offen. Es erfüllt zugleich eine Schutzfunktion und hält den bewehrten Kern­querschnitt des Pfahles mit Sicherheit frei von Baugrundein­schlüssen.

[0023] Die Hochdruckleitungen 4 mit den Düsen 5 können auch außen am Strahlrohr 3′ angeordnet sein.

[0024] Der Außenringraum 2 zwischen Strahlrohr 3′ und Baugrund 1 kann eng gehalten werden. Die Mündungen der Strahldüsen 5 befinden sich dann unmittelbar vor der Pfahllochwandung 7. Der kontinuierliche Hochdruckstrahl kann entsprechend opti­mal wirken.

[0025] Das Pfahlloch 2 wird zunächst unverrohrt, evtl. mit Zement- oder Bentonit-Spülung gebohrt. Das Strahlrohr 3′ wird ein­schließlich der damit verbundenen Strahlverpreßeinrichtung abgesenkt bis zur Bohrlochsohle eingebaut. Hierauf wird die Bewehrung 11 eingebracht. Innerhalb des Strahlrohres 3′ wird nun mittels eines Verfüllrohres Beton von unten nach oben eingebracht, bis die Bohrspülung völlig verdrängt und oben weggeflossen ist.

[0026] Über die Strahlverpreßeinrichtung wird der Außenringraum 15 mit pumpfähigem Zement oder Zement-Sandmörtel bei geringem Druck von unten nach oben verfüllt, bis auch hier die Bohr­spülung, z.B. die Bentonit-Suspension, völlig verdrängt und oben weggeflossen ist. Nun erfolgt die kontinuierliche Hoch­druckstrahlzuleitung unter ständigem Hin- und Zurückdrehen und Hochziehen, so daß jeweils der einer Strahldüse 5 zugeordnete Bereich dem Hochdruckstrahl ausgesetzt wird. Der Verpreßvorgang wird bis zum Ende der gewünschten Krafteintragungsstrecke des Pfahles ausgeführt.

[0027] Bei einer geänderten, nicht dargestellten Ausführungsform kann direkt mit dem Strahlrohr 3 mit angesetzter Bohrkrone gebohrt werden. Zu diesem Zweck kann das Strahlrohr 3 dop­pelwandig sein, damit die Hochdruckleitungen 4 im Schutz dieser Doppelwandung geführt werden können.

[0028] Aus Fig. 6 ist ersichtlich, daß vier Hochdruckleitungen 4 mit Düsen 5 von vier Hochdruckpumpen 9 gespeist werden. Bei einem Schwenkwinkel des Strahlrohres 3′ von 90° wird dann ein Gesamtumfang von 360° bestrichen.

[0029] Nach Fig. 7 ist im Baugrund ein Bohrloch mit Verrohrung 10 hergestellt worden. Die Bewehrung 11 befindet sich innerhalb des unten offenen Strahlrohres 3′, das zugleich eine Schutz­funktion hat. Der Ringraum 15 zwischen Baugrund 1 und Strahlrohr 3′ wird bis oben mit kiesigen Betonzuschlagstof­fen ausgefüllt (Fig. 7 zeigt den Arbeitsgang bei der Verfül­lung).

[0030] Der kiesige Betonzuschlagstoff wird von dem flüssigen, durch die Strahldüse 5 ausgestoßenen Baustoff durchdrungen und wird dadurch Teil des Pfahlbetons. Der von der Strahldüse 5 ausgestoßene Baustoff dringt anschließend in den umgebenden Baugrund ein.

[0031] Der kiesige Betonzuschlagstoff ist einerseits hervorragend geeignet, das Ausbrechen des durch die Strahldüse 5 ausge­stoßenen Baustoffes nach oben zu ver- oder zu behindern und erfüllt andererseits eine Schutzfilterfunktion zur Reinhal­tung des Pfahlkernquerschnittes.

[0032] Bei diesem Ausführungsbeispiel erfolgt zunächst das Lochboh­ren mit Verrohrung. Das Strahlrohr 3′ einschließlich der da­mit verbundenen Strahlverpreßeinrichtung wird bis zur Bohr­lochsohle ragend eingebaut. Hierauf wird die Bewehrung 11 eingesetzt. Darauf wird Beton innerhalb des Strahlrohres 3′ eingebracht. Die Bohrlochverrohrung 10 wird gezogen und da­bei in den äußeren Ringraum Zuschlagstoff eingefüllt. Die Zuleitung des Hochdruckstrahles erfolgt nun kontinuierlich unter Drehen und Hochziehen des Strahlrohres 3′ und der Ver­rohrung 10. Das Strahlrohr 3′ wird um einen Schwenkwinkel von 90° hin- und herbewegt.

[0033] Der Verpreßvorgang wird bis zum Ende der gewünschten Krafteintragungsstrecke des Pfahles ausgeführt.

[0034] Wie aus Fig. 8 ersichtlich, können auch separate, lanzenför­mige Strahlrohre 3˝ verwendet werden. Um den Pfahlkernquer­schnitt gegen Durchmischungen mit dem Erdreich zu sichern, kann ein davon getrenntes Schutzrohr 16 verwendet werden.

Ansprüche

1. Verfahren zum Herstellen von Bauelementen im Baugrund, wie Pfählen, Ankern oder dergleichen, bei dem ein Loch im Baugrund hergestellt wird und bei dem mittels eines in das Loch eingebrachten Strahlrohres mit wenigstens einer seitlichen Strahldüse ein erhärtbarer flüssiger Baustoff unter Höchstdruck als kontinuierlicher Hochdruckstrahl wirkend unter Ziehen und Drehen des Strahlrohres in die das Loch umgebende Baugrundwand eingepreßt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Strahlrohr (3) mit einem gegen­über dem Loch (2) im Baugrund kleinerem Querschnitt in das Loch eingebracht wird und daß der Ringraum (6) zwi­schen Strahlrohr (3) und Lochwandung (7) vor dem Ziehen des Strahlrohres und dem damit verbundenen Einpressen des erhärtbaren flüssigen Baustoffes mit einem erhärtbarem Material (8) gefüllt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringraum (6) zwischen Strahlrohr (3) und Lochwandung (7) mit Beton, wie Fließbeton, Pumpbeton oder Schüttbe­ton gefüllt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Loch (2) im Baugrund (1) verrohrt gebohrt wird und das Füllen des Ringraumes (6) zwischen Strahlrohr (3) und Lochwandung (7) mit Beton unter Ziehen der Verrohrung (10) verfolgt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in den Ringraum (6) zwischen Strahlrohr (3) und der Verroh­rung (10) vor dem Füllen mit dem erhärtbarem Material eine Bewehrung (11) eingebracht wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein nach unten offenes Strahlrohr (3′) verwendet wird und daß der Innenraum dieses Strahlrohres ebenso wie der Ringraum (15) mit einem erhärtbarem Material gefüllt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in den Innenraum des zum Lochgrund hin offenen Strahlrohres (3′) vor dem Füllen mit dem erhärtbaren Material eine Be­wehrung (11) eingebracht wird.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Loch (2) im Baugrund (1) verrohrt gebohrt wird und daß unter Ziehen der Verrohrung der Ringraum (15) zwischen Strahlrohr (3′) und Lochwandung (7) mit kiesigem Betonzuschlagstoff ausgefüllt wird, der anschließend von dem durch die seitliche Strahldüse ausgestoßenen flüssi­gen Baustoff durchdrungen wird und zusammen mit diesem das erhärtbare Material bildet.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Strahlrohr (3,3′) während des Ziehens hin- und her- geschwenkt wird.

9. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, mit wenigstens einer kontinuierlich arbeitenden Hochdruckquelle, an die ein Strahlrohr mit wenigstens einer seitlichen Austrittsdüse für erhärtba­ren, flüssigen Baustoff angeschlossen ist, welche senk- und hebbar, sowie drehbar gehalten ist, dadurch gekenn­zeichnet, daß das Strahlrohr (3) einen gegenüber dem Loch (2) im Baugrund (1) kleineren Querschnitt besitzt, so daß zwischen der Wandung des Loches (2) im Baugrund (1) und dem Strahlrohr ein Ringraum (6, 15) sich bildet, der mit Beton ausfüllbar ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Strahlrohr (3, 3′) innenseitig oder außenseitig we­nigstens eine druckfeste Hochdruckleitung (4) besitzt, die in eine seitliche Strahldüse (5) endet.

11. Vorrichtung nach den Ansprüchen 9 und 10, dadurch ge­kennzeichnet, daß das Strahlrohr (3) am Boden geschlos­sen ist.

12. Vorrichtung nach den Ansprüchen 9 und 10, dadurch ge­kennzeichnet, daß das Strahlrohr (3′) am Boden offen ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Bewehrung (11) innerhalb oder außerhalb des Strahl­rohres (3, 3′) im Loch (2) im Baugrund (1) angeordnet ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Loch (2) im Baugrund (1) verrohrt gebohrt ist und daß die Verrohrung (10) oben durch einen Deckel (12) ab­schließbar ist, welcher gegen das innenliegende Strahl­rohr (3, 3′) abdichtet und wenn Ventile (12, 13) auf­weist, über die ein Druckmedium in das Innere der Ver­rohrung (10) zuführbar ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Strahlrohre (3˝) mit nach außen gerichteten Dü­sen am Außenumfang eines Schutzrohres (16) verteilt an­geordnet sind.

16. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Strahlrohr (3, 3′) hin- und herschwenkbar antreibbar ist.

Zeichnung