Tiefbauvorrichtung und Verfahren zum Herstellen eines Gründungselements

Abstract

 Die Erfindung betrifft eine Tiefbauvorrichtung und ein Verfahren zum Herstellen eines Gründungselementes im Boden. Dabei wird ein Schaft mit einer Förderwendel und einem Verdrängerkopf in den Boden eingepresst, wobei der sich bildende Hohlraum mit Füllgut verfüllt wird. Erfindungsgemäß weist der Verdrängerkopf mindestens eine Einspritzeinrichtung zum Einbringen eines Einspritzgutes in den Bereich des Gründungselementes auf.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Tiefbauvorrichtung zum Herstellen eines Gründungselements mit einem Schaft, der mit einer Förderwendel versehen ist und an seinem unteren Ende einen Verdrängerkopf aufweist.

[0002] Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Herstellen eines Grundungselementes im Boden mittels einer Tiefbauvorrichtung die einen Schaft und eine Füllgutzuführung aufweist, wobei durch Einpressen des Schaftes mit einem Verdrängerkopf in den Boden unter Verdrängung von Bodenmaterial ein Hohlraum gebildet wird, welcher bereits beim Einpressen mit einem Füllgut aus der Füllgutzuführung befüllt wird, und der Schaft nach Erreichen einer gewünschten Tiefe unter weiterer Zuführung von Füllgut zum Bilden des Gründungselementes zurückgezogen wird.

[0003] Eine gattungsgemäße Tiefbauvorrichtung und ein gattungsgemäßes Verfahren sind aus der EP 0 732 452 B1 bekannt. Zur Stabilisierung von bindigen Böden mit ungenügender Tragfähigkeit wird gelehrt, zur Herstellung säulenförmiger Hohlräume einen Stempel in den Boden unter Verdrängung des umliegenden Bodenmateriales einzupressen, wobei gleichzeitig mit dem Einpressen Schüttgut in den entstehenden Hohlraum eingebracht wird. Das Einbringen des Schüttgutes in den Hohlraum wird mittels einer Schneckenförderung unterstützt. Mit dieser bekannten Vorrichtung und diesem bekannten Verfahren kann eine gute Füllung des Hohlraumes mit dem Schüttgut erzielt werden, was für eine kompakte und damit stabile Gründungssäule von wesentlicher Bedeutung ist. Durch das Einfüllen des Schüttgutes in den entstehenden Hohlraum bereits beim Einpressvorgang wird eine Abstützung des Hohlraumes schon während der Säulenherstellung und gleichzeitig eine gute Verdichtung des umgebenden Bodenbereiches sowie des Säulenmateriales erreicht.

[0004] Eine weitere gattungsgemäße Vorrichtung und ein gattungsgemäßes Verfahren sind aus der DE-U 75 17 180.1 bekannt. Im Unterschied zu dem zuvor beschriebenen Verfahren wird gleichzeitig mit dem Stempel oder dem Verdrängerkopf ein Bohrrohr mit in den Boden eingepresst.

[0005] Derartige Gründungssäulen werden im Wesentlichen dann eingesetzt, wenn die Gründung auf weichen Bodenschichten nicht möglich ist und die Lasten in tiefer liegende, tragfähige Bodenschichten übertragen werden sollen. Bei derartigen Böden können Bohrverfahren nicht oder nicht wirtschaftlich eingesetzt werden. Des Weiteren werden derartige Gründungssäulen dazu benutzt, die Lagerungsdichte eines locker gelagerten Bodens zu erhöhen.

[0006] Zur Herstellung der Gründungssäule können verschiedenartige schüttfähige Füllgüter verwendet werden, welche insbesondere Kalk, Gips, Zement etc. enthalten können. Derartige eingebrachte Füllgüter reagieren mit der Bodenfeuchtigkeit und führen zu einer gewünschten Erhärtung und damit Verfestigung des Gründungselementes. Um auch eine Erhärtung im Inneren des Gründungselementes zu erreichen, ist es bekannt, in das Innere separat Wasser zuzuführen.

[0007] In der DE-A 102 19 862 wird hierzu gelehrt, entlang dem Inneren der Gründungssäule ein Einbauelement anzuordnen, über welches dann eine Flüssigkeit zugeführt werden kann.

[0008] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Tiefbauvorrichtung und ein Verfahren zum Herstellen eines Gründungselementes anzugeben, mit welchen in einfacher und gleichzeitig zuverlässiger Weise stabile Gründungselemente im Boden erzeugt werden können.

[0009] Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Tiefbauvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen angegeben.

[0010] Die erfindungsgemäße Tiefbauvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Verdrängerkopf mindestens eine Einspritzeinrichtung zum Einbringen eines Einspritzgutes, insbesondere einer Flüssigkeit, in den Bereich des Gründungselementes aufweist.

[0011] Durch die Erfindung kann gezielt ein Einspritzgut, welches ein bestimmter chemischer Stoff, insbesondere Wasser sein kann, in den Innenbereich einer zu erstellenden Gründungssäule eingebracht werden. Hierdurch kann insbesondere eine gewünschte Aushärtung des Füllgutmateriales auch im inneren Bereich der Gründungssäule erreicht werden. Durch das Einspritzen des Einspritzgutes am Verdrängerkopf wird insbesondere beim Ziehen des Schaftes sichergestellt, dass der innerste Kernbereich der Gründungssäule zuverlässig mit dem Einspritzgut benetzt wird.

[0012] Verfahrensbedingt weist der Verdrängerkopf mindestens eine Materialdurchgangsöffnung auf, in welcher das von der Förderwendel von oben zugeführte Füllgut nach unten gelangen kann, um so den sich beim Zurückziehen des Verdrängerkopfes bildenden Freiraum zuverlässig als Kernbereich der Gründungssäule zu füllen. Dieser für die Stabilität des Gründungselementes besonders wichtige Kernbereich kann so gezielt und zuverlässig in seinem Festigkeitsverhalten eingestellt werden.

[0013] Eine Weiterbildung der Erfindung besteht darin, dass der Schaft und der Verdrängerkopf einen inneren Zuführkanal aufweisen, welcher mit der Einspritzeinrichtung verbunden ist. Der Schaft kann dabei als eine Hohlwelle, ein sogenanntes Seelenrohr, ausgebildet sein, durch welchen von oben Flüssigkeit unter Druck bis zu dem Verdrängerkopf geleitet werden kann. Zusätzlich können auch entlang des Schaftes weitere Einspritzeinrichtungen vorhanden sein, so dass hierüber eine gezielte Vorbefeuchtung des Füllgutes erfolgen kann.

[0014] Als Einspritzeinrichtung können verschiedenste Arten von Düsen verwendet werden. Die Düsen können zur Schaftlängsachse radial oder in einem spitzen Winkel nach unten oder oben gerichtet sein. Erfindungsgemäß ist es besonders vorteilhaft, dass die Einspritzeinrichtung mindestens einen Düsenkanal aufweist, dessen Düsenöffnung mittels einer Schließeinrichtung verschließbar ist. Durch die Schließeinrichtung kann verhindert werden, dass das unter Druck zugeführte Füllgut von außen in die Düseneinrichtung eindringen kann. Als Schließeinrichtung können inbesondere verschiedene Arten von stellbaren Ventilen eingesetzt werden.

[0015] Eine besonders zuverlässige und langlebige Schließeinrichtung wird nach der Erfindung dadurch erreicht, dass die Schließeinrichtung ein innen liegendes Dichtungselement und ein außen liegendes Deckelement aufweist. Das Deckelement dient dabei als ein Schutz des empfindlichen Dichtungselementes gegen relativ scharfkantiges Bodenmaterial oder Füllgut. Dies erlaubt die Verwendung einfacher und damit kostengünstiger Dichtungselemente, welche einen zuverlässigen Verschluss des Düsenkanales gewährleisten.

[0016] Ein besonders gutes Einspritzen wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass die Einspritzeinrichtung mehrere Düsenkanäle aufweist, deren Düsenöffnungen zueinander ringförmig angeordnet sind, und dass die Schließeinrichtung einen Dichtungsring aufweist, der mehrere Düsenöffnungen überdeckt. Der Dichtungsring, welcher insbesondere ein O-Ring sein kann, ist ein besonders einfaches und damit kostengünstiges Dichtungselement. Die radialen Düsenkanäle münden in eine Ringnut entlang des im Wesentlichen kreisförmigen Schaftes des Verdrängerkopfes, wobei in die ringförmige Nut der Dichtungsring so einlegbar ist, dass er die jeweiligen Düsenöffnungen dicht verschließt. Der Dichtring ist so dimensioniert, dass dieser erst ab einem bestimmten Druck, beispielsweise 1 bar Überdruck, die Düsenöffnungen durch elastische Dehnung freigibt. Dieser Sperrdruck des Dichtungsringes ist dabei so ausgelegt, dass insbesondere der Hohlschaft mit einem eingefüllten Einspritzgut an einem Kran hängend transportiert werden kann, ohne dass das Einspritzgut aus den Düsenöffnungen austritt. Im Betrieb kann dann durch eine entsprechende Druckerhöhung mittels einer Pumpe dieser Sperrdruck überschritten werden, so dass das Einspritzgut in gewünschter Weise aus den Düsenöffnungen austritt.

[0017] Bei der Tiefbauvorrichtung ist es erfindungsgemäß, dass oberhalb des Verdrängerkopfes eine Füllgutzuführung mit einem Füllgutbehälter angeordnet ist, durch welchen der Schaft hindurchragt und dass die Förderwendel so gestaltet ist, dass bei drehendem Antrieb Füllgut zum Bilden des Gründungselementes aus dem Füllgutbehälter in den Boden förderbar ist. Durch diese Füllgutzuführung wird sichergestellt, das bereits beim Einpressen ausreichend Füllgut in den erzeugten Hohlraum eingeführt wird, so dass dieser durch das eingebrachte Füllgut abgestützt wird.

[0018] Eine weitere Ausführungsform der Erfindung besteht darin, dass für das Einspritzgut ein Aufnahmebehälter vorgesehen ist, welcher über den Zuführkanal mit dem mindestens einen Düsenkanal verbunden ist. Dieser Aufnahmebehälter, welcher insbesondere ein Wassertank ist, stellt eine ausreichende Wasserzuführung sicher. Mittels einer Pumpeinrichtung kann die Flüssigkeit mit dem gewünschten Druck zu den Düsenöffnungen geleitet werden. In bevorzugter Weise kann die Pumpeneinrichtung zu einer definierten Zuführung der Flüssigkeit gesteuert werden, insbesondere abhängig von dem zugeführten Füllgutmaterial und der jeweiligen Bohrtiefe.

[0019] Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass beim Einpressen und/oder Zurückziehen des Schaftes über mindestens eine Düsenöffnung in dem Verdrängerkopf ein Einspritzgut in das in den Hohlraum zugeführte Füllgut eingespritzt wird. Hierdurch ergeben sich die bereits zuvor beschriebenen Vorteile hinsichtlich einer zuverlässigen Einstellung der Festigkeitseigenschaften des Gründungselementes.

[0020] Bei der Verwendung von kalk-, gips- oder zementhaltigen Füllgutmaterialien ist es nach der Erfindung in vorteilhafter Weise vorgesehen, dass als Einspritzgut eine Flüssigkeit, insbesondere Wasser, eingespritzt wird. Hierdurch lässt sich eine schnellere und bessere Erhärtung des Gründungselementes auch in seinem Innenbereich erreichen.

[0021] Eine gezielte Einstellung der Eigenschaften des Gründungselementes wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass zum Einspritzen die mindestens eine Düsenöffnung mit einem elastischen Dichtungselement verschlossen ist, wobei ein Öffnen durch Druckerhöhung des Einspritzgutes an der Düsenöffnung erfolgt. Der Sperrdruck des elastischen Dichtungselementes kann durch eine entsprechende Einstellung der Pumpe zur Zuführung des Einspritzgutes überwunden werden.

[0022] Die Erfindung wird weiter anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles beschrieben, welches schematisch in den beigefügten Zeichnungen dargestellt ist. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1

eine Teilquerschnittsansicht durch einen Verdrängerkopf gemäß der Erfindung; und

Fig. 2

eine Teilquerschnittsansicht durch ein Schaftelement für die erfindungsgemäße Tiefbauvorrichtung.

[0023] Gemäß Fig. 1 weist ein erfindungsgemäßer Verdrängerkopf 10 einen unteren Verdrängerbereich 11 auf, welcher über einem oberen Anschlussbereich 12 mit einem rotierend angetriebenen Schaft verbunden werden kann. Im Verdrängerbereich 11 ist ein rohrförmiges Kernelement 14 vorgesehen, welches sich von einem zylindrischen Bereich über einen konischen Bereich bis hin zur unteren Spitze 15 verjüngt. An der Außenseite des Kernelementes 14 sind zwei Verdrängerwendeln 13 angeordnet, welche sich beim Einpressen in den Boden mit dem Füllgut befüllen und so ein kompaktes Verdrängerwerkzeug bilden.

[0024] In der Mitte des Verdrängerkopfes 10 verläuft ein Zuführkanal 16, welcher im Bereich der Spitze 15 in radial gerichtete Düsenkanäle 22 einer Einspritzeinrichtung 20 mündet. Die gebohrten zylindrischen Düsenkanäle 22 münden mit ihren Düsenöffnungen 23 in eine Ringnut 27, welche im Querschnitt zunächst konisch und dann rechteckig verläuft. Im Bereich der Düsenöffnung 23 ist zum Bilden einer Schließeinrichtung 24 als ein Dichtungselement 25 eine O-Ring-Dichtung aus einem elastischen Material vorgesehen, welche so gestaltet ist, dass diese in der Ringnut 27 liegt und die Düsenöffnungen 23 zuverlässig verschließt.

[0025] Zum Bilden der Schließeinrichtung 24 ist weiterhin ein ringförmiges Deckelement 25 aus einem Metallblech vorgesehen, welches das Dichtungselement 25 vor Beschädigungen von außen schützt. Das Deckelement 26 ist derart in dem rechteckigen Bereich der Ringnut 27 angeordnet, dass ein Freiraum zum Durchtritt von Flüssigkeit radial nach außen gewährleistet ist.

[0026] Der Zuführkanal 16 kann mit einer gewünschten Flüssigkeit, insbesondere Wasser, gefüllt sein. Die Spannkraft der elastischen Dichtungselementes 25 ist so ausgelegt, dass bei gefülltem Zuführkanal 16 zuverlässig ein Austritt von Flüssigkeit über die Düsenöffnungen 23 verhindert wird. Wird mittels einer nicht dargestellten Pumpeinrichtung der Flüssigkeitsdruck im Zuführkanal 16 erhöht, erweitert sich das Dichtungselement 25 und Flüssigkeit kann über die Düsenöffnungen 23 radial nach außen austreten, um so in gewünschter Weise das eingebrachte Füllgut, insbesondere beim Zurückziehen des Verdrängerkopfes 10 aus dem Boden, zu benetzen.

[0027] Fig. 2 zeigt den Teil eines Schaftes 30, welcher modulartig an den Verdrängerkopf 10 gemäß Fig. 1 angebracht werden dann. Hierzu weist der Schaft 30 einen männlichen Anschlussbereich 34 und einen weiblichen Anschlussbereich 35 auf, wobei der männliche Anschlussbereich 34 dem Anschlussbereich 12 des Verdrängerkopfes 10 gemäß Fig. 1 entspricht.

[0028] Der Schaft 30 weist ein hohles Seelenrohr 31 auf, an dessen Außenumfang eine Förderwendel 32 angeordnet ist. Diese dient zum Zuführen von Füllgut in den Boden aus einer nicht dargestellten Füllgutzuführung, wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist.

[0029] Der Schaft 30 weist entlang seiner Länge ein oder mehrere Ringdüsenelemente 38 auf, mit welchen ebenfalls bereits im Schaftbereich Flüssigkeit radial nach außen gespritzt werden kann. Grundsätzlich kann die Einspritzeinrichtung in entsprechender Weise gestaltet sein, wie sie im Zusammenhang mit der Einspritzeinrichtung 20 von Fig. 1 beschrieben worden ist.

Ansprüche

1. Tiefbauvorrichtung zum Herstellen eines Gründungselementes mit einem Schaft (30), der mit einer Förderwendel (32) versehen ist und an seinem unteren Ende einen Verdrängerkopf (10) aufweist,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Verdrängerkopf (10) mindestens eine Einspritzeinrichtung (20) zum Einbringen eines Einspritzgutes, insbesondere einer Flüssigkeit, in den Bereich des Gründungselementes aufweist.

2. Tiefbauvorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Schaft (30) und der Verdrängerkopf (10) einen inneren Zuführkanal (16, 36) aufweisen, welcher mit der Einspritzeinrichtung (20) verbunden ist.

3. Tiefbauvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Einspritzeinrichtung (20) mindestens einen Düsenkanal (22) aufweist, dessen Düsenöffnung (23) mittels einer Schließeinrichtung (24) verschließbar ist.

4. Tiefbauvorrichtung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Schließeinrichtung (24) ein innen liegendes Dichtungselement (25) und ein außen liegendes Deckelement (26) aufweist.

5. Tiefbauvorrichtung nach Anspruch 3 oder 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Einspritzeinrichtung (20) mehrere Düsenkanäle (22) aufweist, deren Düsenöffnungen (23) zueinander ringförmig angeordnet sind, und
dass die Schließeinrichtung (24) einen Dichtungsring aufweist, der mehrere Düsenöffnungen (23) überdeckt.

6. Tiefbauvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass oberhalb des Verdrängerkopfes (10) eine Füllgutzuführung mit einem Füllgutbehälter angeordnet ist, durch welchen der Schaft (30) hindurchragt, und
dass die Förderwendel (32) so gestaltet ist, dass bei drehendem Antrieb Füllgut zum Bilden des Gründungselementes aus dem Füllgutbehälter in den Boden förderbar ist.

7. Tiefbauvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass für das Einspritzgut ein Aufnahmebehälter vorgesehen ist, welcher über den Zuführkanal (16, 36) mit mindestens einem Düsenkanal (22) verbunden ist.

8. Verfahren zum Herstellen eines Gründungselementes im Boden mittels einer Tiefbauvorrichtung, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 7, welche einen Schaft (30) und eine Füllgutzuführung aufweist, wobei durch Einpressen des Schaftes (30) mit einem Verdrängerkopf (10) in den Boden unter Verdrängung von Bodenmaterial ein Hohlraum gebildet wird, welcher bereits beim Einpressen mit einem Füllgut aus der Füllgutzuführung befüllt wird, und der Schaft (30) nach Erreichen einer gewünschten Tiefe unter weiterer Zuführung von Füllgut zum Bilden des Gründungselementes zurückgezogen wird,
dadurch gekennzeichnet,
dass beim Einpressen und/oder Zurückziehen des Schaftes (30) über mindestens eine Düsenöffnung (22) im Verdrängerkopf (10) ein Einspritzgut in das in den Hohlraum zugeführte Füllgut eingespritzt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass als Einspritzgut eine Flüssigkeit, insbesondere Wasser, eingespritzt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass zum Eispritzen die mindestens eine Düsenöffnung (23) mit einem elastischen Dichtungselement (25) verschlossen ist, wobei ein Öffnen durch Druckerhöhung des Einspritzgutes an der Düsenöffnung (23) erfolgt.

Zeichnung