Vorrichtung und Verfahren zur kontrollierten Herstellung von Pfählen und Pfahlwänden im Boden

Abstract

 Zur kontrollierten Herstellung eines Bohrpfahls (33) wird eine Bohrschnecke (15), die eine schraubenförmige Wendel (17) aufweist, in den Boden eingedreht. Durch das Rohr (16) der Bohrschnecke (15) verläuft ein Innenrohr (20). Die Bohrschnecke (15) wird von einem ersten Drehantrieb (13) und das Innenrohr (20) von einem unabhängigen zweiten Drehantrieb (14) angetrieben. Am vorderen Ende des Innenrohres (20) befindet sich ein Mischorgan (25). Beim Betrieb fördert die Bohrschnecke (15), während sie zurückgezogen wird, Bodenmaterial in Richtung auf die Bohrlochsohle (31), während härtbare flüssige Betonmasse aus Austrittsöffnungen (29) des Mischorgans (25) austritt. Die Betonmasse wird mit dem Erdmaterial durchmischt und bildet anschließend den Bohrpfahl (33). Es wird nur wenig Bodenmaterial aus dem Bohrloch herausgenommen. Das im Bohrloch verbliebene Bodenmaterial wird als Zuschlagsstoff für den Betonpfahl benutzt.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur kontrollierten Herstellung von Pfählen oder Pfahlwänden im Boden.

[0002] Bei der Herstellung von Gründungspfählen, Dichtungswänden und Pfahlwänden zur Baugrubenumschließung ist es bekannt, Bohrschnecken einzusetzen, die in das Erdreich eingedreht werden. Die Bohrschnecke weist ein mit einer schraubenförmigen Wendel versehenes Rohr auf und sie wird nach Art eines Korkenziehers in den Boden eingedreht. Nach Erreichen der Solltiefe wird eine flüssige härtbare Masse, z.B. eine Zementsuspension oder Betonit, in das rückwärtige Ende des Rohres der Bohrschnecke eingeführt und die Bohrschnecke wird unter ständiger Drehung aus dem Bohrloch herausgezogen, während am vorderen Bohrschneckenende die härtbare Masse austritt und das Bohrloch ausfüllt. Dabei wird das Bohrloch vollständig ausgebohrt, d.h. das im Bohrloch befindliche Bodenmaterial wird zutage gefördert und muß an der Baustelle abgefördert oder planiert werden. Bei kiesigen oder sandigen Böden oder im Grundwasser bilden sich infolge unkontrollierten Einfalls seitliche Kavernen am Bohrloch, die mit der Betonmasse ausgefüllt werden müssen. Dadurch erhält der herzustellende Pfahl eine buckelige unkontrollierte Außenkontur. Ferner wird eine große Menge an flüssiger Betonmasse benötigt, weil das Bodenmaterial vollständig aus dem Bohrloch herausgefördert wird.

[0003] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren anzugeben, um Pfähle oder Pfahlwände kontrolliert unter Benutzung des losgebohrten Bohrmaterials herzustellen.

[0004] Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit einer Vorrichtung nach Patentanspruch 1 bzw. mit einem Verfahren nach Patentanspruch 5.

[0005] Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung verläuft in dem Rohr der Bohrschnecke ein separates Innenrohr. Bohrschnecke und Innenrohr werden von getrennten Drehantrieben, die separat steuerbar sind, angetrieben, wobei das Innenrohr relativ zu der Bohrschnecke axial bewegt werden kann. Das Innenrohr trägt an seinem vorderen Ende ein Mischorgan. Die Vorrichtung ist derart betreibbar, daß das Innenrohr mit dem Mischorgan gedreht wird, während die Bohrschnecke Bodenmaterial in Richtung auf das Mischorgan fördert. Dadurch ist es möglich, beim Ausbetonieren des Bohrlochs dem Mischorgan einerseits härtbare flüssige Masse und andererseits Bodenmaterial zuzuführen. Diese beiden Komponenten werden von dem Mischorgan durchmischt, so daß das Bodenmaterial als Zuschlagstoff für den Beton benutzt wird. Somit wird das unnötige Herausbohren von Bodenmaterial aus dem Bohrloch vermieden und es wird andererseits weniger härtbare Flüssigkeit benötigt. Da das Bohrloch ständig mit Bodenmaterial gefüllt ist, wird verhindert, daß das Bohrloch unkontrolliert einfallen kann, und daß Kavernenbildung mit der Folge einer unregelmäßigen Außenkontur des Pfahls entsteht.

[0006] Während bei der bekannten Schneckenbohrvorrichtung die Bohrschnecke nach dem Eindrehen in den Boden unter Beibehaltung der Drehrichtung ständig weitergedreht und aus dem Boden herausgezogen wird, ist es bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung möglich, die Bohrschnecke nach dem Eindrehen in den Boden in Gegenrichtung fördern zu lassen, also das Bodenmaterial in Richtung auf die Bohrlochsohle vorzutreiben. Dies ist dadurch möglich, daß bei Erreichen der Bohrlochsohle ein Zurückziehen der Bohrschnecke unter Drehung erfolgt, während das Mischorgan stehenbleibt. Dadurch wird ein Festbohren der Bohrschnecke verhindert. Im folgenden fördert die Bohrschnecke kontrolliert Bodenmaterial in Richtung zur Bohrlochsohle, während sie gleichzeitig zurückgezogen wird. Während des Zurückziehens wird die flüssige Masse in das Bohrloch hineingedrückt. Die von unten kommende Flüssigkeit und das von oben kommende Bodenmaterial werden durch das rotierende Mischorgan vermischt. Dabei ist das Mischorgan vorzugsweise gegensinnig zu der Bohrschnecke oder mit einer anderen Drehgeschwindigkeit als die Bohrschnecke angetrieben.

[0007] Das Mischorgan ist vorzugsweise mit einem Bohrkopf kombiniert, der Meißelelemente trägt. Dies ermöglicht es, im Bohrweg liegende Steine zu zermahlen. Es ist auch möglich, auf das rückwärtige Ende des Innenrohres eine Schlagvorrichtung aufzusetzen, um über das Innenrohr Schläge auf den Bohrkopf zu übertragen, damit steinige Hindernisse zertrümmert werden können.

[0008] Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann mit einer einzelnen Bohrschnecke und dem zugehörigen Innenrohr ausgestattet sein. Es ist aber auch möglich, mehrere Bohrschnecken, jeweils mit Innenrohr, parallel zueinander gemeinsam zu betreiben, um Pfahlwandelemente in einem einzigen Arbeitsgang herzustellen.

[0009] Das erfindungsgemäße Verfahren sieht vor, daß die Bohrschnecke in einer ersten Drehrichtung in den Boden eingedreht wird, daß nach Erreichen der Bohrtiefe das Innenrohr mit dem Mischorgan relativ zur Bohrschnecke vorgeschoben wird, und daß anschließend die Bohrschnecke in Gegenrichtung gedreht und gleichzeitig zurückgezogen wird, während in das Innenrohr flüssige härtbare Masse eingeleitet wird, welche von dem Mischorgan mit dem Bodenmaterial vermischt wird.

[0010] Im Zusammenhang mit der vorliegenden Beschreibung und den Ansprüchen ist unter vorne jeweils die zur Bohrlochsohle weisende Richtung zu verstehen und unter hinten die entgegengesetzte Richtung.

[0011] Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.

[0012] Es zeigen:

Fig. 1

eine schematische Seitenansicht der Pfahlbohrvorrichtung, teilweise geschnitten, vor Beginn des Bohrvorganges,

Fig. 2

eine Ansicht von Fig. 1 aus Richtung des Pfeiles II,

Fig. 3

die Bohrvorrichtung bei Erreichen der Solltiefe des Bohrlochs und

Fig. 4

die Bohrvorrichtung während des Ausbetonierens des Bohrlochs.

[0013] Die dargestellte Bohrvorrichtung weist eine langgestreckte Lafette 10 auf, die an einem Fahrzeug, z.B. einem Raupenfahrzeug, angebracht ist. Die Lafette 10 besteht aus einem Führungsbalken, der mit einem Ende auf dem Boden 11 abgestützt werden kann und senkrecht oder unter einem vorgegebenen Winkel vom Boden 11 aufragt. Längs der Lafette 10 ist ein Schlitten 12 verfahrbar. Der Schlitten 12 wird durch einen Ketten- oder Seilzug angetrieben. Er trägt einen ersten Drehantrieb 13 und einen zweiten Drehantrieb 14, die auf dem Schlitten 12 hintereinander angeordnet sind.

[0014] Der erste Drehantrieb 13 dient zum Antreiben einer Bohrschnecke 15, die ein langgestrecktes Rohr 16 aufweist, welches von einer schraubenförmigen Wendel 17 umgeben ist. Die Wendel 17 erstreckt sich über die gesamte Länge des Rohres 16. Die Bohrschnecke 15 ist an einem Abtriebsflansch 18 des Drehantriebs 13 befestigt. Der Drehantrieb 13 weist einen steuerbaren Hydraulikmotor auf, um die Bohrschnecke 15 mit regelbarer Drehgeschwindigkeit und wählbarer Drehrichtung anzutreiben.

[0015] Durch das Rohr 16 der Bohrschnecke 15 verläuft ein Innenrohr 20, dessen Kanal 21 sich über die gesamte Rohrlänge erstreckt. Das Innenrohr 21 führt durch den Drehantrieb 13 hindurch zum Drehantrieb 14, von dem es drehend angetrieben wird. Auch der Drehantrieb 14 enthält einen Hydraulikmotor, der das Innenrohr mit regelbarer Drehgeschwindigkeit und wählbarer Drehrichtung antreiben kann.

[0016] Hinter dem Drehantrieb 14 ist eine Positioniervorrichtung 22 befestigt, die hier aus einem hydraulischen Verschiebezylinder besteht. Mit der Positioniervorrichtung 22 kann das Innenrohr 21 in der Bohrschnecke 15 axial verschoben werden. In Fig. 1 befindet sich die Positioniervorrichtung in dem Zustand, in dem das Innenrohr 20 zurückgezogen ist, so daß ein Teil 20a des Innenrohres um einen Abstand a von z.B. 30 cm aus dem rückwärtigen Ende der Positioniervorrichtung 22 herausragt. An das rückwärtige Ende des Innenrohrs 20 ist ein Drehkopf 23 angeschlossen, der mit einer Zuführvorrichtung 24 für flüssige Betonmasse verbunden ist.

[0017] Am vorderen Ende des Innenrohres 20 befindet sich ein Mischorgan 25 mit einem wendelförmigen Schneckenteil 26, welcher in der Position nach Fig. 1 die Wendel 17 der Bohrschnecke 15 fortsetzt. Vor dem Mischorgan 25 ist ein Bohrkopf 27 befestigt, der Meißelelemente 28 trägt. Vor dem Mischorgan 25 befinden sich an dem Innenrohr Austrittsöffnungen 29. Weitere Austrittsöffnungen sind ferner an dem Bohrkopf 27 vorgesehen.

[0018] Die Drehantriebe 13,14 treiben die Bohrschnecke und das Innenrohr nicht nur drehend an, sondern sie bewirken auch durch ihre Bewegung längs der Lafette 10 den Vorschub. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel haben die Drehantriebe 13,14 einen festen gegenseitigen Abstand, wobei die Verschiebung des Innenrohres 20 durch die Positioniervorrichtung 22 erfolgt. Alternativ ist es auch möglich, den gegenseitigen Abstand der Drehantriebe 13,14 durch eine Positioniervorrichtung, z.B. einen Hydraulikzylinder, zu verändern.

[0019] Fig. 2 zeigt, daß drei Bohrschnecken 15 in einer gemeinsamen Ebene nebeneinander angeordnet sind, wobei jede Bohrschnecke ein Innenrohr mit Mischorgan aufweist. Jeder der drei Bohrschnecken sind zwei Drehantriebe 13,14 zugeordnet und die Drehantriebe aller Bohrschnecken sind auf einem gemeinsamen Schlitten 12 angeordnet. Alle drei Bohrschnecken sind synchron zueinander gesteuert.

[0020] Die Bohrschnecke 15 ist in dem in Fig. 1 dargestellten Zustand in den Boden eingedreht worden. Es sei angenommen, daß die Wendel 17 eine rechtsläufige Wendel ist. In diesem Fall erfolgt das Eindrehen in den Boden in Rechtsdrehung, wobei der Drehantrieb 13 die Bohrschnecke 15 lediglich dreht und der Schlitten 12 nachgeführt wird. Eine wesentliche Vorschubkraft braucht der Schlitten 12 hierbei nicht auszuüben. Das Innenrohr 20 befindet sich wie in Fig. 1 im zurückgezogenen Zustand, wobei der ebenfalls rechtsläufige Schneckenteil 26 des Mischorgans 25 die Wendel 17 fortsetzt.

[0021] In Fig. 3 ist das Erreichen der Solltiefe des Bohrlochs 30 dargestellt. Wenn die Solltiefe erreicht ist, wird das Innenrohr 20 unter Drehung aus dem vorderen Ende des Rohres 16 der Bohrschnecke herausgefahren, was in Fig. 3 dargestellt ist. Hierzu wird die Positioniervorrichtung 22 betätigt, während der Drehantrieb 14 weiterläuft, der Drehantrieb 13 aber inaktiv ist. Auf diese Weise befindet sich das Mischorgan 25 in einem Abstand a von dem vorderen Ende der Bohrschnecke 15, welcher dem Hubweg a der Positioniervorrichtung 22 entspricht. Alternativ besteht die Möglichkeit, die Bohrschnecke 15 durch Drehen in Gegenrichtung (Linksdrehung) ein Stück weit zurückzuziehen, während das Innenrohr 20 stehenbleibt.

[0022] In Fig. 4 ist das Ausbetonieren des Bohrlochs 30 dargestellt. Dabei wird der Schlitten 12 zurückgezogen, wobei die Bohrschnecke 15 und das Innenrohr 20 in dem Bohrloch 30 zurückgezogen werden. Gleichzeitig wird die Bohrschnecke 15 in Gegenrichtung zum Eindrehen, also in Linksdrehung, gedreht, so daß sie in Richtung auf die Bohrlochsohle 31 fördert.

[0023] Mit der Zuführvorrichtung 24 wird flüssige härtbare Betonsuspension in das rückwärtige Ende des Innenrohres 20 hineingedrückt. Diese Masse läuft durch den Kanal 21 des Innenrohres hindurch und tritt aus den Auslaßöffnungen 29 aus. Der Bohrkopf 27 ist durchlässig ausgebildet, z.B. sternförmig. Während die Bohrschnecke 15 unter Drehung zurückgezogen wird, fördert sie Bodenmaterial in Richtung auf die Bohrlochsohle 31. Dieses Bodenmaterial vermischt sich in Höhe des Mischorgans 25 mit der härtbaren Masse. Das Innenrohr 20 mit dem Mischorgan 25 ist gegenläufig zu der Bohrschnecke 15 angetrieben. Das Mischorgan, zu dem der Schneckenteil 26 und der Kopf 27 gehören, bewirkt eine gründliche Durchmischung von Masse und Bodenmaterial, so daß ein Betonpfahl 33 von hoher Homogenität und zylindrischer Außenkontur entsteht.

Ansprüche

1. Vorrichtung zur kontrollierten Herstellung von Pfählen oder Pfahlwänden im Boden, mit

mindestens einer Bohrschnecke (15), die ein Rohr (16) mit mindestens einer schraubenförmigen Wendel (17) aufweist,

einem durch das Rohr (16) verlaufenden Innenrohr (20), das an seinem vorderen Ende ein Mischorgan (25) trägt,

einem ersten Drehantrieb (13) und einem zweiten Drehantrieb (14), die entlang einer Lafette (10) bewegbar sind, zum Drehen und Verschieben der Bohrschnecke (15) und des Innenrohres (20),

einer Positioniervorrichtung (22) zur Fixierung der axialen Position des Innenrohres (20) und des Mischorgans (25) in unterschiedlichen Positionen relativ zu der Bohrschnecke (15) und

einer Zuführvorrichtung (24) zum Einleiten einer flüssigen härtbaren Masse in das Innenrohr (20).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Mischorgan (25) ein Schneckenteil (26) aufweist, dessen Wendel gleichsinnig zu derjenigen der Bohrschnecke (15) verläuft.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Mischorgan (25) einen Bohrkopf (27) aufweist, der Meißelelemente (28) trägt.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß am Mischorgan (25) oder an dem aus der Bohrschnecke (15) ausfahrbaren Teil des Innenrohres (20) Austrittsöffnungen (29) für die flüssige Masse vorgesehen sind.

5. Verfahren zur kontrollierten Herstellung von Pfählen oder Pfahlwänden im Boden, mit den Schritten

a) Eindrehen mindestens einer Bohrschnecke (5) in den Boden in einer ersten Drehrichtung, wobei durch die Bohrschnecke (15) ein Innenrohr (20) verläuft, das am herausragenden vorderen Ende ein Mischorgan (25) aufweist,

b) axiales Bewegen von Bohrschnecke (15) und Innenrohr (20) relativ zueinander zum Vorschieben des Mischorgans (25),

c) Drehen der Bohrschnecke (15) in einer zur ersten Drehrichtung entgegengesetzten zweiten Drehrichtung zum Vorwärtsfördern von Bodenmaterial in Richtung auf das Mischorgan (25) und Einleiten einer flüssigen härtbaren Masse in das Innenrohr (20),

d) Vermischen der härtbaren Masse mit Bodenmaterial durch Drehen des Mischorgans (25) unter Zurückziehung von Bohrschnecke (15) und Innenrohr (20).

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Schritt b) das Innenrohr (20) unter Drehung in der ersten Drehrichtung vorbewegt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Schritt b) die Bohrschnecke (15) unter Drehung in der zweiten Drehrichtung zurückbewegt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5-7, dadurch gekennzeichnet, daß im Schritt d) das Innenrohr (20) gegenläufig zu der Bohrschnecke (15) gedreht wird.

Zeichnung